Chơng Phân tích đặc điểm kết cấu 1.1 Công dụng, phân loại Hệ thống treo tổ hợp cấu thực liên kết bánh xe (cầu xe) với khung xe (vỏ xe) để đảm bảo độ êm dịu an toàn chuyển động sở tạo dao động thân xe bánh xe theo ý muốn, giảm tải trọng va đập cho xe chuyển động địa hình không phẳng Ngoài hệ thống treo dùng để truyền lực mô men tác động bánh xe vµ khung xe (vá xe) HƯ thèng treo bao gồm phần tử sau: - Phần tử đàn hồi: - Phần tử giảm chấn: - Phần tử hớng: -Phần tử ổn định Hệ thống treo ô tô thờng đợc phân loại dựa vào cấu tạo phần tử đàn hồi, phần tử hớng theo phơng pháp dập tắt dao động a) Theo cấu tạo phần tử híng - HƯ thèng treo phơ thc: lµ hƯ thèng treo mà bánh xe bên trái bên phải cầu đợc liên kết cứng với dầm cầu liền vỏ cầu cứng Khi dao động chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang mặt phẳng thẳng đứng) bánh xe bên làm ảnh hởng, tác động đến bánh xe bên ngợc lại Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc (1-Thân xe; 2-Giảm chấn; 3-Dầm cầu; 4-Nhíp) Ưu điểm hệ thống treo phụ thuộc cấu tạo đơn giản giá thành không cao đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho xe có tốc độ chuyển động không cao Nếu hệ thống treo phụ thuộc có phân tử đàn hồi loại nhíp làm đợc nhiƯm vơ cđa phÇn tư híng HƯ thèng treo phơ thuộc đợc sử dụng nhiều xe nh: GAZ-53; GAZ-66; ZIL-130, 131 (cầu trớc); KRAZ; KAMAZ; (hình 1.1) - Hệ thống treo độc lập: hệ thống treo mà bánh xe bên trái bánh xe bên phải liên kết cứng với nhau, chúng đợc nối gián tiếp với thông qua khung xe vỏ xe Chính mà dao động hay chuyển dịch bánh xe độc lập Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống treo độc lập u điểm hệ thống treo độc lập bảo đảm độ êm dịu chuyển động xe nhng kết cấu phức tạp, giá thành đắt nên đợc sử dụng số cầu trớc xe du lịch, xe bọc thép BTR-60PB, (hình 1.2) - Hệ thống treo cân bằng: hai bánh xe phía hai cầu xe liền có chung phần tử đàn hồi đợc bố trí xung quanh trơc c©n b»ng HƯ thèng treo c©n b»ng thờng gặp xe nhiều cầu có tính thông qua cao Những xe có ba bốn cầu bố trí hai cầu liền Hệ thống treo cầu thờng hệ thống treo cân phụ thuộc Ví dụ nh cầu cầu sau ô tô ZIL-131; URAL-4320; KRAZ255B; (hình 1.3) Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống treo cân b) Theo cấu tạo phần tử đàn hồi: Có loại nh sau: - Phần tử đàn hồi kim loại gồm: nhíp lá, lò xo, xoắn Đây loại phổ biến ô tô quân xe bọc thép bánh - Phần tử đàn hồi khí nén gồm: phần tử đàn hồi khí nén có bình chứa cao su kết hợp sợi vải bọc cao su làm cốt, dạng màng phân chia dạng liên hợp - Phần tử đàn hồi thuỷ khí có loại kháng áp loại không kháng áp - Phần tử đàn hồi cao su có loại làm việc chế độ nén làm việc chế độ xoắn c) Theo phơng pháp dập tắt dao động: - Dập tắt dao động nhờ giảm chấn thuỷ lực, gồm giảm chấn dạng đòn dạng ống - Dập tắt dao động nhờ ma sát học chi tiết phần tử đàn hồi phần tử hớng 1.2.Yêu cầu hệ thống treo * Các yêu cầu chung hệ thống treo: + Đảm bảo độ êm dịu cần thiết xe chuyển động Độ êm dịu chuyển động ô tô quân đợc đánh giá qua giá trị cho phép thông số nh tần số dao động riêng, biên độ dao động lớn nhất, gia tèc dao ®éng lín nhÊt… + Sù thay ®ỉi q đạo lăn bánh xe không đáng kể để đảm bảo độ êm dịu chuyển động thẳng tính thông qua ôtô + Trọng lợng phần không treo phải nhỏ Trọng lợng phần không treo bao gồm trọng lợng bánh xe, chi tiết phận dẫn hớng, cầu xe phần trọng lợng phận đàn hồi giảm chấn Giảm trọng lợng phần không treo làm giảm nhiều tải trọng động tác dụng lên phận đàn hồi thân xe Yêu cầu đợc thực tốt ®èi víi hƯ thèng treo ®éc lËp + HƯ thèng treo phải đảm bảo có sức sống cao, độ tin cËy lín sư dơng Søc sèng cđa hƯ thèng treo ôtô chủ yếu phụ thuộc vào loại sơ dồ treo + Đảm bảo đơn giản, thuận tiện trình bảo dỡng, sửa chữa Yêu cầu chủ yếu phụ thuộc vào số lợng điểm phải bảo dỡng vị trí điểm xe a) PhÇn tư híng - PhÇn tư híng cã nhiƯm vơ truyền lực dọc, lực ngang mô men từ mặt đờng lên khung xe Động học phần tử hớng xác định đặc tính dịch chuyển bánh xe khung xe ảnh hởng tới tính ổn định tính quay vòng ô tô Để đảm bảo chức năng, nhiệm vụ này, phần tử hớng cần đảm bảo yêu cầu sau: + Giữ nguyên động học bánh xe ô tô chuyển động Điều có nghĩa bánh xe chuyển động thẳng đứng, góc đặt bánh xe, chiều rộng, chiều dài sở phải giữ nguyên Dịch chuyển bánh xe theo chiều ngang (thay đổi chiều rộng sở) làm lốp mòn nhanh tăng sức cản chuyển động ô tô đất mềm Dịch chuyển bánh xe theo chiều dọc có giá trị thứ yếu nhng gây nên thay đổi động học chuyển động lái Thay đổi góc doÃng bánh xe dẫn hớng điều nên tránh, kèm theo tợng mô men hiệu ứng quay, làm cho bánh xe lắc xung quanh trục đứng Khi bánh xe lăn với góc nghiêng lớn, làm lốp mòn, sinh phản lực ngang lớn làm xe khó bám đờng + Với bánh xe dẫn hớng nên tránh thay đổi góc nghiêng thay đổi làm trụ đứng nghiêng sau, nên độ ổn định xe Khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng làm thay đổi độ chụm bánh xe (thay đổi góc ), làm thay đổi quĩ đạo chuyển động ô tô làm cho ô tô không bám đờng + Đảm bảo truyền lực ngang, lực dọc, mô men từ bánh xe lên khung xe mà không gây biến dạng rõ rệt, không làm dịch chuyển chi tiết bánh xe + Giữ đợc động học dẫn động lái, nghĩa dịch chuyển thẳng đứng quay quanh trụ đứng bánh xe không phụ thuộc vào + Độ nghiêng thùng xe mặt phẳng ngang phải bé Phần tử dẫn hớng có ảnh hởng đến khoảng cách phần tử đàn hồi (khoảng cách nhíp), tuỳ theo phần tử dẫn hớng mà ta có khoảng cách lớn hay bé, phần tử dẫn hớng ảnh hởng đến vị trí tâm độ nghiêng bên + Phần tử dẫn hớng phải đảm bảo bố trí hệ thống treo ô tô đợc thuận tiện + Kết cấu phần tử dẫn hớng phải đơn giản dễ sử dụng, chăm sóc, bảo dỡng + Trọng lợng phải nhỏ, đặc biệt phần không đợc treo Phần tử hớng nhíp lá, giằng, đòn.mỗi loại có u nhợc điểm thích hợp với loại xe định Phần tử hớng nhíp Hình 1.4: KÕt cÊu nhÝp chÝnh vµ phơ cđa hƯ thèng treo có độ cứng thay đổi Nhíp nhíp phơ; èng b¹c chèt nhÝp; 3,4,5 Quang nhÝp; Bạc tỳ đai nhíp bu lông; Đệm tỳ bắt nhíp; Chốt nhíp; Đệm; 10 Bu lông quang nhíp; 11 Bu lông; 12 Đai ốc u điểm kết cấu đơn giản, nhíp vừa đóng vai trò phần tử hớng vừa đóng vai trò phần tử đàn hồi đơn giản bảo dỡng, sửa chữa b) Phần tử đàn hồi - Phần tử đàn hồi dùng để nối đàn hồi bánh xe thân xe, làm giảm va đập đột ngột từ đờng lên, đảm bảo độ êm dịu ô tô chuyển động Để thực nhiệm vụ trên, phần tử đàn hồi phải có độ cứng phù hợp với tải trọng xe, nhằm tạo dao động với tần số thấp thân xe theo yêu cầu đề (do tải trọng xe thực tế biến động, có lúc ô tô đủ tải, có lúc ô tô non tải, cần thiết phải có phần tử đàn hồi thay đổi độ cứng theo tải trọng) Chuyển dịch phần đợc treo không lớn, kết cấu nhỏ gọn, đảm bảo trọng tâm xe thấp Làm việc tin cậy, an toàn, tuổi thọ cao, chăm sóc bảo dỡng đơn giản, thuận tiện, trình làm việc êm dịu va đập cứng Phần tử đàn hồi nhíp lá, lò xo, xoắn loại có u nhợc điểm thích hợp với loại xe định Phần tử đàn hồi nhíp Hình 1.5: Kết cÊu nhÝp chÝnh vµ phơ cđa hƯ thèng treo cã ®é cøng thay ®ỉi 10 NhÝp chÝnh vµ nhÝp phơ; èng b¹c chèt nhÝp; 3,4,5 Quang nhÝp; Bạc tỳ đai nhíp bu lông; Đệm tỳ bắt nhíp; Chốt nhíp; Đệm; 10 Bu lông quang nhíp; 11 Bu lông; 12 Đai ốc u điểm kết cấu đơn giản, đơn giản bảo dỡng lốp xe bị mòn quay vòng có khung xe nghiêng cầu xe không bị nghiêng nhợc điểm có khối lợng phần không treo lớn, giảm độ êm dịu chuyển động; khó có đợc hệ treo mềm để có hệ treo mềm cần phải nâng cao khung (vỏ) so với cầu xe; xác suất xuất dao động bánh xe dÉn híng lín, vËy ¶nh hëng xÊu tíi ỉn định chuyển động thẳng; tuổi thọ nhíp nhỏ Để tăng tuổi thọ nhíp ngời ta áp dụng phơng pháp gia công phun hạt vào mặt c¸c l¸ nhÝp, sư dơng nhÝp cã tiÕt diƯn ngang hợp lý, cố định đầu nhíp phần tử cao su, bôi mỡ chì nhíp đệm nhíp (đệm chất dẻo, đồng hợp kim chống mòn) Hệ thống treo độc lập với phần tử đàn hồi lò xo thờng đợc áp dụng rộng rÃi « t« du lÞch tïy theo kÕt cÊu cđa bé phận dẫn hớng mà hệ thống treo độc lập với phần tử đàn hồi lò xo đợc phân làm bốn loại sau: - Hệ thống treo độc lập với phận dẫn hớng đòn treo Loại có kết cấu đơn giản nhng có nhợc điểm hành trình dịch chuyển bánh xe lớn mặt phẳng bánh xe bị nghiêng góc lớn gây hiệu ứng quay làm dao động bánh xe, đồng thời bánh xe bị trợt ngang lớn dẫn đến lốp bị mòn nhanh sơ đồ bố trí cầu không dẫn hớng để không làm ảnh hởng tới ổn định lái hệ thống lái - Hệ thống treo độc lập với cấu hai đòn treo dài Loại có u điểm bánh xe dịch chuyển theo phơng thẳng đứng, mặt phẳng bánh xe không bị nghiêng, bánh xe chuyển động ổn định Nhợc điểm sơ đồ độ trợt ngang lớn, lốp mòn nhanh - Hệ thống treo độc lập với cấu hai đòn treo dài không (tơng tự nh bánh xe BTR-60PB) Đặc điểm loại bánh xe dịch chuyển theo phơng thẳng đứng lớn nhng mặt phẳng bánh xe bị nghiêng với góc nhỏ (thờng ữ 60), ®ã hiƯu øng quay cã thĨ lo¹i trõ nhê ma sát treo 11 độ trợt ngang không lớn kết hợp với việc sử dụng lốp có độ đàn hồi tốt để bù cho độ trợt ngang Do hệ thống treo dùng sơ đồ đợc dùng rộng rÃi ô tô - Hệ thống treo độc lập với phận dẫn hớng kiểu nến Đặc điểm treo loại bánh xe dịch chuyển độc lập theo trục nghiêng đặt thẳng, mặt phẳng bánh xe không bị thay đổi Độ trợt ngang bánh xe phụ thuộc vào độ nghiêng trục Thờng độ nghiêng trục nhỏ nên độ trợt ngang nhỏ mòn lốp Nhợc điểm loại độ cứng vững kết cấu theo chiều ngang nhá, khã bè trÝ bé phËn dÉn h íng ma sát phận dẫn hớng lớn Do sơ đồ dùng xe du lịch có công suất nhỏ - Trên (hình 1.6) thể sơ đồ cấu tạo hệ thống treo độc lập với phận dẫn hớng hai đòn treo không sử dụng ô tô hÃng Open Đặc điểm cấu tạo loại hai đòn dẫn hớng đặt mặt phẳng ngang xe Bánh xe lắp vào đầu trục cam quay nối khớp lề với hai đòn treo dới Giảm chấn có chiều dài lắp ráp lớn lò xo đầu đợc bắt phần lồi chụp phía trên, đầu dới giảm chấn đợc bắt với đế lò xo Vấu cao su dùng để hạn chế hành trình dịch chuyển bánh xe hành trình trả vấu cao su tơng ứng hành trình Hình 1.6: Cấu tạo hệ thống treo trớc dùng hai đòn treo không Vấu hạn chế hành trình; Lò xo; Giá đỡ; 12 Giảm chấn; Vấu hạn chế hành trình c) Phần tử giảm chấn - Giảm chấn dùng để dập tắt dao động thân xe cầu xe cách chuyển dao động thành nhiệt năng, đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho xe chuyển động Trên ô tô chủ yếu sử dụng giảm chấn thuỷ lực Để đảm bảo thực đợc chức giảm chấn cần phải: + Dập tắt nhanh dao động có tần số biên độ lớn + Dập tắt chậm dao động ô tô chạy đờng mấp mô + Hạn chế lực truyền qua giảm chấn lên thân xe + Làm việc ổn định ô tô chuyển động điều kiện đờng sá khác nhiệt độ không khí khác + Cã ti thä cao + Träng lỵng, kÝch thíc bÐ; giá thành hạ Có thể phân loại giảm chấn theo đặc điểm sau: + Theo tỷ số hệ số cản nén hệ số cản trả ( K n , K t ) - Loại tác dụng chiỊu ®èi xøng ( K n = K t ) - Loại tác dụng chiều không đối xøng ( K n < K t ) - Loại tác dụng chiều ( K n = ) + Theo dạng giảm chấn ta có: - Giảm chấn đòn - Giảm chấn ống + Có hay van giảm tải Ngày xe đợc dùng phổ biến loại giảm chấn tác động hai chiều không đối xứng có van giảm tải loại giảm chấn ống đợc dùng rộng rÃi giảm chấn ống thuỷ lực nhẹ hai lần so với giảm chấn đòn, chế tạo đơn giản có độ bền cao giảm chấn đòn 13 Hình 1.12: Cấu tạo giảm chấn ống thuỷ lực a) Cấu tạo chung b) Làm việc trạng thái nén c) Làm việc trạng thái trả 1,22 Tai; 2; Đáy; Van nạp; Xy lanh công tác; Xy lanh ngoài; Van nén; Pít tông; Van trả; Vòng găng pít tông; 10 Van thông qua; 11, Vỏ; 12 Cần pít tông; 13 Bạc dẫn hớng; 14 Vòng cao su; 15,17 Vòng làm kín; 16 Lò xo vòng làm kín; 18 Đệm thép; 19 Vòng bít; 20 Đệm nhôm; 21 Các phớt làm kín cần pít tông 1.3 Chọn phơng án thiết kế Qua phân tích kết cấu hệ thống treo trên, từ nhiệm vụ đề tài đợc giao là: Thiết kế hệ thống treo trớc cho xe ô tô vận tải hạng trungtham khảo tài liệu xe zil-131 Tôi chọn chọn phơng ¸n thiÕt kÕ nh sau: + HƯ thèng treo cđa xe thiết kế loại hệ thống treo phụ thuộc + Phần tử đàn hồi nhíp lá, đóng vai trò phần tử hớng + Giảm chấn giảm chấn ống thủy lực tác dụng chiều lắp cầu trớc cầu sau Chơng 14 chän : ω =10 ÷15(rad / s ) Ct = M 2000 ω = 11,15 = 124322,5( N / m) 2 b xác định hành trình tĩnh bánh xe ft = g Trong : - ft: hành trình tĩnh bánh xe (m) - : tần số dao động riêng = 11,15 (rad/s) - g: gia tèc träng trêng g = 9,81 (m/s2) Thay số ta đợc: ft = 9,81 = 0,0789(m) = 78,9(mm) (11,15) c xác định hành trình động bánh xe fđ = ft.(1ữ1,5) Chọn (theo [3]) f®=f®1=f®2 =1,2.ft = 0,0947 (m)= 94,7 (mm) d KiĨm tra hành trình động bánh xe theo điều kiện bảo đảm khoảng sáng gầm xe nhỏ f d : khoảng sáng gầm xe trạng thái tĩnh ô tô (m) min: khoảng sáng gầm xe sau bánh xe dịch chuyển hết hành trình động (m) 0,1 ữ 0,15( m) (theo [3]) χ = 330 − 94,7 = 235,3(mm) = 0,2353(mm) Thỏa mÃn điều kiện khoảng sáng gầm xe nhỏ e Kiểm tra hành trình động bánh xe theo điều kiện không xảy va đập phần treo trớc phần không treo trớc phanh cÊp tèc f® ≥ ft ϕmax hg b Trong đó: - max: hệ số bám lớn bánh xe với mặt đờng; max = 0,8 - hg: chiều cao trọng tâm ô tô (m); hg = 1,2 (m) -b: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cầu cân (m); b = 0,976 (m) f®1 = 94,7 ≥ ft1 ⋅ ϕ max hg b 16 f®1 = 94,7 ≥ 78,9 0,8 1200 976 f®1 = 94,7 > 77,61 => Tháa m·n ®iỊu kiện f xác định hệ số dập tắt dao động khối lợng phần treo h0 = Trong ®ã: + h0: hƯ sè dËp t¾t dao ®éng cđa khối lợng phần treo (rad/s) + : hệ số cản tơng đối = 0,2 ữ 0,3 (theo [3]), Chọn = 0,25 + : tần số dao động riêng khối lợng phần treo (rad/s) h01 = 0, 25.11,15 = 2, 7875( rad / s) 2.2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c bé phËn cđa hƯ thèng treo 1.2.1 TÝnh toán thiết kế nhíp Các kích thớc nhíp đợc xác định sở bố trí chung ô tô, biến dạng nhíp, tải tác dụng lên nhíp ứng suất sinh nhíp a) Xác định chiều dài nhíp l = (0,30 ữ 0,35).L đó: l- chiều dài nhíp L- chiều dài sở ô tô L=3,975(m) l = ( 0,30 ÷ 0,35).3,7 = 1,192 ÷ 1,392( m ) chọn l =1,20 m; Xác định chiều dài nhíp đợc tiến hành đồng thời với việc chọn loại nhíp Tuỳ thuộc vào kết cấu cách bố trí nhíp có loại nhíp bán êlíp, công xôn, phần t êlíp Theo phơng án thiết kế chọn loại nhíp bán êlíp đối xứng Chiều dài quy dẫn nhíp đợc xác định theo công thức sau: l' = 1 l = 1,2 = 0,6 m 2 ®ã : l ' − chiỊu dµi quy dÉn cđa nhÝp (m) l - chiỊu dµi cña nhÝp (m) δ [ σ ] l ' h= E f ' b) X¸c định chiều dày nhíp 17 đó: - hệ số biến dạng kể đến sai khác hình dạng nhíp so với dầm chống uốn đều( δ = 1,25 ÷ 1,45 ) chän δ = 1,35 [σ ] - øng suÊt uèn cho phÐp cña bé nhíp Các nhíp thờng đợc chế tạo từ loại thép 50C2 60C2 [ ] = 850 ÷ 900 ( MPa ) = ( 8500 ÷ 9000 ) KG 2÷ cm E mô đuyn đàn hồi E = 2.105 ( MPa ) = 2.106 ( KG / cm ) f ' - tổng biến dạng nhíp tơng ứng với tổng hành trình dịch chuyển bánh xe f ' = f d' + f t ' ' ' ®ã : f t , f d - ®é tĩnh độ võng động nhíp Độ võng nhíp đợc xác định từ sơ đồ treo từ mối quan hệ từ hành trình dịch chuyển bánh xe độ võng nhíp Trong trờng hợp đơn gi¶n nhÊt ft ' = ft ; f d' = f d ; f ' = f f = f t + f d = 79 + 95 = 174 mm Chiều dầy nhíp : 1,35.8500.60 h= = 0,793 (cm) 3.10 6.17,4 c) Xác định chiỊu réng cđa l¸ nhÝp p max l '2 b= [σ ] l.z.h ®ã: z- sè lợng nhíp Đối với ô tô vận tải z = ữ 16 pmax- tải trọng lớn tác dụng lên nhíp Khi coi đờng đặc tÝnh cđa nhÝp lµ tun tÝnh p max = pt1 ' f t1 + f d'1 ' f t1 pt - Tải trọng tĩnh tác dụng lên nhíp Trờng hợp đơn giản : ptl = Gk = M 2000 = = 1000 Kg 2 - Träng lợng phân bố lên bánh xe ô tô chứa đầy tải Chọn z = 12 18 p max = 1000 b= 79 + 95 = 2,2.10 Kg/cm2 79 6.2,2.10 60 = 6,17 cm 8500 1,2.12.0,793 Chän b=6,5 cm Chän l¸ nhÝp chÝnh: -sè lợng: -Chiều dày: h=0,9 cm -chiều rộng: b=6,5 cm Các nhíp lại : -Chiều dày: h=0,8 cm -chiều rộng: b=6,5 cm *Tính toán độ cứng nhíp Thông số nhíp: Loại nhíp 1-2 3-12 BỊ réng b(cm) 6,5 6,5 ChiỊu dµy h(cm) 0,9 0,8 b.h Mô men quán tính J= cm4 12 0,394875 0,27734 Kết tính toán Stt lk ak+1=l1-lk+1 (cm) 60 60 48,5 11,5 44,5 15,5 40 36 31 26 20 24 29 34 10 11 12 13 22 19 15 10 38 41 45 50 60 Jk Yk = J k (cm4) 0,395 2,532 0,79 1,266 1,067 0,937 1,34 0,744 1,622 0,617 1,899 0,527 2,176 0,459 2,45 0,408 2,731 0,366 3,008 0,332 3,286 0,304 3,563 0,281 12 Ta cã: ∑a k +1 Yk-Yk+1 (ak+1)3 (ak+1) 3.( Yk-Yk+1) 1,266 0,329 0,193 0,127 1521 3724 8000 500,504 719,888 1018 0,09 0,067 0,052 0,041 13820 24390 39300 54870 1245 1636 2041 2271 0,034 0,028 0,024 0,304 68920 91130 125000 216000 2326 2557 2961 60620 ( Yk - Yk +1 ) = 77900 19 c = 0.85 6.E.981 12 ∑a k +1 = 128500 (Yk − Yk +1 ) (N/m) Sai sè: δ= c − ct 128500 − 124300 = = 0,032 =3,2% ct 124300 1.2.2 Tính toán thiết kế giảm chấn Bộ phận giảm chấn hệ thống treo ô tô thờng giảm chấn thuỷ lực (có thể giảm chấn ống giảm chấn đòn) Tính toán thiết kế giảm chấn xác định kích thớc giảm chấn, xác định tiết diện lỗ tiết lu dầu xác định thông số van thông van giảm tải Sau đà xác định đợc thông số giảm chấn tiến hành xây dựng đờng đặc tính giảm chấn kiểm tra làm việc giảm chấn theo chế độ nhiệt Thông số ban đầu để thiết kế giảm chấn hệ số dạp tắt dao động h khối lợng phần treo a Xác định kích thớc giảm chấn Thiết kế giảm chấn đợc bắt đầu t việc chọn kích thớc Kích thớc giảm chấn đờng kính xi lanh công tác dx hành trình dịch chuyển pít tông Hp Hành trình dịch chuyển pít tông thờng đợc xác định theo điều kiÖn bè trÝ chung thiÕt kÕ hÖ thèng treo, thông thờng hành trình dịch chuyển pít tông nhỏ (7 ữ 8)d x Trong hệ thống treo phụ thc viƯc chän H p phơ thc chđ u vµo tổng biến dạng phận đàn hồi Giảm chấn hệ thống treo thờng đợc bố trí nghiêng góc so với đờng thẳng hành trình pít tông thờng xấp xỉ gấp hai lần hành trình pít tông giảm chấn hệ thống treo độc lập - Chọn đờng kính xi lanh công tác dx=40(mm) - Hành trình dịch chuyển pít tông Hp=200(mm) Theo sơ đồ chiều dài giảm chấn hành trình nén là: Ln=Lk+Hp 20 đó: Lk- Chiều dài kết cấu giảm chấn Lk= Li LI - Chiều dài cụm i giảm chấn Chiều dài cụm giảm chấn chọn nh sau: Ly= (0,75÷1,50)dx Chän Ly=1,5.dx= 1,5.40 = 60(mm) Lc= (0,4÷0,9).dx Chän Lc=0,8.dx=0,8.40= 32(mm) Lo=(0,75÷1,10)dx Chän Lo=1,0.dx=1,0.40= 40(mm) Lm=(1,1÷1,5)dx Chän Lm=1,5.dx=1,5.40= 60(mm) VËy Lk=Ly+Lc+Lo+Lm=60+40+32+60=192(mm) Ta có Ln=Lk+Hp=150+200=392(mm) Đờng kính đòn đẩy pít tông đờng kính xi lanh chọn nh sau: dd = (0,4÷0,6)dx Chän dd=0,4.dx= 0,4.40 = 16(mm) d1=1,1dx=1,1.40 = 44(mm) D1= (1,25÷1,50)dx Chän D1=1,35.dx=1,35.40 = 54(mm) D=1,1.D1 = 1,1.50 = 59,4(mm) b Xác định lỗ tiết lu dầu Để tính đợc lỗ tiết lu dầu cần phải xác định hệ số cản giảm chấn hành trình nén hành trình trả Hệ số cản giảm chấn quy dẫn bánh xe xác định theo công thøc sau: K = h0.M ®ã: K - hƯ số cản quy dẫn bánh xe giảm chấn 21 h0 - hệ số dập tắt dao động khối lợng phần treo M - khối lợng phần treo phân bố lên giảm chấn Với giảm chấn tríc: K1 = 2,788 2000 = 2788(N/m) HƯ số cản giảm chấn đợc xác định Ka1 =K1 i2 cos2 α Ka1 =2788 12 =3717 (N/m) cos 300 : Ka1 - hệ số cản cđa mét gi¶m chÊn treo tríc i - tØ sè trun bè trÝ gi¶m chÊn; Chän i = α - góc nghiêng giảm chấn trớc so vói đờng thẳng đứng; Chọn =300 Chọn tỷ số hệ số cản giảm chấn hành trình trả hành trình nén K at1 =3ữ5 K an1 K K +K at1 Chän K = vµ coi hƯ sè c¶n cđa gi¶m chÊn K a1 = an1 at1 cã thể xác an1 định hệ số giảm chấn hành trình K at = K an + 3K an K an = K at 3717 = = 1858.5 2 (N/m) Kat1 = 3.Kan1=3.1858.5= 5576 (N/m) Vận tốc tính toán giảm chấn Vp=(0,2ữ0,3) m/s Chọn Vp= 0,25 (m/s) Xác định tiết diện lỗ tiết lu dầu giảm chấn S= Q 2.10 q.g đó: S - tiết diện lỗ tiết lu dầu giảm chần 22 à0 - hệ số lu lợng à0=0,60ữ0,75 Chọn à0=0,65 -trọng lợng riêng dầu G/cm3 q- áp suất dầu KG/cm2 g- gia tốc trọng trờng g=981cm/s2 Q- lu lợng dầu qua lỗ tiết lu giảm chấn cm3/s - Trong hành trình nén Q = Qn = Fd.Vp Qn- lu lợng dầu hành trình nén Fd- diện tích đòn bẩy pít t«ng dd 162 = 3,14 = 200,96(mm ) = 2, 0096(cm ) Fd=π 4 Q = 2,0096 25 = 50,24 (cm3/s) q = qn = K an V p Fd = 18,59.25 = 231,106 (KG/cm2) 2,0096 qn- áp suất dầu khoang khoang dới pít tông giảm chấn hành trình nén Kan- hệ số cản giảm chấn hành trình nén VËy S= 50,24 0,87 = 0,003387 (cm2) 0,65 2.10 231,106.981 - Trong hành trình trả Q = Qt= (Fp- Fd).Vp : Qt- lu lợng dầu hành trình trả Fp- diện tích pít tông Fp= d x2 402 = 3,14 = 12,56(cm2 ) 4.100 Q = (12,56-2,0096).25 = 211,12(cm3/s) q = qt = ( K at V p F p − Fd ) = 55,76.25 = 132,061 (KG/cm2) 12,56 2,0096 qt- áp suất dầu khoang pít tông giảm chấn hành trình trả Kat- hệ số cản giảm chấn hành trình trả 23 Vậy S= 211,12 0,87 = 0,024 (cm2) 0,65 2.10 132,061.981 c Xác định kích thớc van thông Theo phơng trình Bécnuli học chất lỏng: Phơng trình Bécnuli cho dòng chất lỏng thực không nén đợc, lực khối trọng lực hớng lên z1 + p1 α1v12 p α v2 + = z2 + + 2 + hw1_ γ 2g 2g Trong đó: z1,2: độ cao hình học chÊt láng (m) p1,2: ¸p suÊt (N) γ : Träng lợng riêng chất lỏng, =870 (KG/m3) v1,2: vận tốc trung bình dòng chảy mặt cắt thành xy lanh mặt cắt van thông qua (m/s) g: gia tèc träng trêng, g = 9,81 (m/s2) ν 1,2 : hệ số hiệu chỉnh động năng, phụ thuộc vào chế độ chảy với = chảy tầng, = chảy rối hw1_2: tổn thất lợng trung bình (thế năng) dọc theo dòng chảy Tại mặt cắt thành xy lanh vận tốc dòng chảy vận tốc tơng đối xy lanh pít tông Tại mặt cắt van thông qua vận tốc dòng chảy vận tốc dòng chất lỏng đầu lỗ van Hiệu độ cao hình học z hai mặt cắt nhỏ (bằng chiều cao lỗ) nên bỏ qua đại lợng tính toán Chất lỏng chuyển động lỗ van chế độ chảy rối hệ số = Tổn thất lợng trung bình dọc theo dòng chảy hw1_2 đại lợng biến lợng chuyển động dòng chất lỏng thành nhiệt ma sát chất lỏng với lỗ van, chất lỏng với chất lỏng, chất lỏng với thành xy lanh Vì tính toán giảm chấn, tổn thất lợng đợc đặc trng hệ số dập tắt dao động giảm chấn, nghĩa vế phải chơng trình Bécnuli đại lợng hw1_2 mà thay vào hệ số dập tắt tơng đối , theo phần = 0,25 24 Vậy phơng trình Bécnuli đợc tính nh sau: p 1v12 v2 + −ψ = γ 2g 2g Do v1 rÊt nhỏ nên ta bỏ qua, vận tốc chất lỏng qua van đợc tính xấp xỉ theo biÓu thøc sau: v2 = (∆p −ψγ )2 g γ Lu lợng chất lỏng qua van đơn vị thời gian đợc xác định theo công thức: Q = fà ( p )2 g Trong đó: f: tổng diện tích lỗ van thông à: hệ số lu lợng, = 0,6 ữ 0,75 chọn = 0,65 Trong hành trình làm việc giảm chấn lợng chất lỏng qua lỗ van thông đợc tính theo c«ng thøc: π Q = Vp (d x2 − d d2 ) Q = 0,25 3,14 (0,042 - 0,0162) = 2,6376 10-4(m3/s) = 263760 (mm3/s) Khi pít tông xuống tạo chênh áp xy lanh ∆p = Pn/FP Pn: lùc c¶n sinh trình nén Pn = Kan1 VP Pn = 1859 0,25 = 464,75 (N) Víi FP lµ diƯn tích đình pít tông FP = d x2 3,14.402 = 1256(mm ) = 4 VËy ∆p = 464,75/1256 = 0,37 (N/mm2) Tổng diện tích van thông lµ: 25 Q 263760 f = µ (∆p −ψγ )2 g = 0,37 − 0,25.870.10 −8 2.9,81.10 =12,49 (mm2) 0,65 γ 870.10 −8 ( ) d TÝnh to¸n kiĨm tra làm việc giảm chấn theo chế độ nhiệt Các số liệu ban đầu: - Hệ số cản giảm chấn K + Hành trình nén Kn1=1,859 (Ns/mm) + Hành trình trả Kt1= 5,576 (Ns/mm) - Vận tốc dịch chuyển pít tông giảm chấn Vp=250(mm) - Đờng kính giảm chấn D = 59,4 (mm) - Chiều dài khoang chứa dầu giảm chấn L=392(mm) - Để tính toán kiểm bền cho giảm chấn bao gồm: - Xác định công suất khuếch tán giảm chấn: Nt = K n + K t 1,859 + 5,576 V p = 250 = 232,333 (Nm/s) 2 - Xác định nhiệt nung nóng thành giảm chấn (t), công thøc: t= Nt + t0 K t F ®ã: t0 : nhiệt độ môi trờng ta lấy t0 = 350 Kt : hệ số truyền nhiệt vào không khí thành ống giảm chấn Đối với giảm chấn thành ống trụ, hệ số truyền nhiệt xác định theo c«ng thøc sau: Kt = 4.Vb0,7 D 0,3 đó: Vb: vận tốc dòng không khí lấy vận tốc dòng không khí vận tốc ô tô D: đờng kính thành ống giảm chÊn D = 59,4 mm Hay ta cã thÓ chän Kt = 1,16.(50ữ70)w/m2 độ Chọn Kt = 1,16.70 w/m2 độ F: diện tích làm mát ống giảm chấn 26 C«ng thøc: F = π.D.L Thay sè ta cã F = 3,14.59,4.392 = 73000 (mm2) = 0,073 (m2) VËy nhiÖt độ thành ống giảm chấn là: t= 232,333 + 35 = 74,114 1,16.70.0,073 N»m kho¶ng [t] = 110 ữ 1200C giảm chấn trớc đảm bảo bền chơng 3: Khảo sát dao động 3.1 mô hình động lực học 27 Hình 3.1: Mô hình dao động cầu trớc Trong đó: z - chuyển dịch thẳng đứng trọng tâm thân xe theo trục Z - chuyển dịch khối lợng phần không treo q- kích thích động học lên bánh xe 3.2 khảo sát dao động Trong mục khảo sát dao động ô tô lần lợt theo trình tự sau: - Thiết lập hệ phơng trình vi phân - Xây dựng đặc tính tần số biên độ khảo sát chế độ tải trọng đầy tải, chế độ chuyển động nh sau: - Coi xe chuyển động đờng với vận tốc V = 50 (km/h) - Biên dạng đờng hình sin có biên độ q0=30 (mm) - Bớc sóng mặt đờng số S = 4000 (mm) 3.2.1 Thiết lập hệ phơng trình vi phân mô hình tác giả chọn phơng pháp lập hệ phơng trình vi phân phơng trình Lagrange loại II Phơng trình Lagrange loại II đợc mô tả nh sau: 28 E p ∂E ∂E d ∂E k ( )− k + n + = Fi dt ∂qi ∂qi ∂qi qi (3.1) i=1,2, ,n n- số toạ độ suy rộng (số bậc tự hệ) qi- toạ độ suy rộng thứ i qi - đạo hàm toạ độ suy rộng Ek- động hệ En- hệ Ep-năng lợng khuếch tán hệ Fi- lực suy rộng tác dụng theo phơng toạ độ qi Xuất phát từ phơng trình ta lần lợt tính thành phần: - Động hệ: E k = ( M z + m. ) (3.2) - Thế hệ đợc xác định từ vị trí cân tĩnh, số gia tất phần tö: E n = (C p1 ∆2p1 + C L1 2L1 ) (3.3) - Năng lợng khuếch tán hệ là: E p = ( K1 ∆2p1 + K L1 ∆2L1 ) (3.4) đó: Cp- hệ số cứng treo cầu tríc CL- hƯ sè cøng cđa lèp cÇu tríc K, KL- hệ số cản giảm chấn treo lèp ë cÇu tríc ∆ p , ∆ p , ∆ L , ∆ L - biÕn d¹ng vận tốc biến dạng treo lốp xe tơng ứng cầu trớc qi , q i - chiều cao mấp mô mặt đờng đạo hàm điểm tiếp xúc với bánh xe cầu trớc Từ hình vẽ ta xác định đợc biến dạng vận tốc biến dạng phần tử Chỉ số ký hiệu tơng ứng với ký hiệu h×nh vÏ ∆ p = z −ξ ; 29 ∆ p = z −ξ ; (3.5) ∆L = ξ − q ; ∆L = ξ − q ; Sau thay (2.5) vµo (2.4) (2.3), nhận đợc: 1 E n = C P ( z − ξ ) + C L (ξ − q ) 2 (3.6) 1 E p = K ( z − ξ ) + K L (ξ q) 2 Lấy đạo hàm biểu thức (2.2), (2.6) theo toạ độ suy rộng, theo vận tốc suy rộng theo thời gian nh phơng trình (2.1) đà ra, ta đợc biểu thức nh sau: d ∂E k ( ) = M ; z dt ∂z d ∂E k ( ) = M ξ ; dt ∂ξ ∂E n = C p ( z − ξ ) + Cl (ξ − q ) ; ∂ξ ∂E p ∂z ∂E k ∂E k ∂E n = = 0; = C p ( z − ξ ) ∂z ∂ξ ∂z ⋅ = K ( z − ξ ) ; ∂E p ∂ξ = − K ( z − ξ ) − K l (ξ − q) Sau thay giá trị nhận đợc vào phơng trình (2.1) ta đợc hệ phơng trình vi phân sau: •• • • (3.7) M z + K z + C p z − K ξ − C p ξ = •• • • • m.ξ + ( K + K l ).ξ + (C p + Cl ).ξ − K z − C p z = K l q + Cl q 3.2.2 Xây dựng đặc tính tần số biên độ Để xây dựng đặc tính tần số biên độ lợng ra, ta dùng toán tử Laplace, đa ẩn hệ phơng trình vi phân dạng hàm ảnh biến đổi tiếp để đa hệ phơng trình vi phân dạng hệ phơng trình đại số có ẩn hàm truyền, sau giải hệ phơng trình đại số để tìm hàm truyền Laplace Hàm truyền tần số nhận đợc cách thay p hàm truyền Laplace j. với tần số kích thích Sau đà có hàm truyền tần số, ta xây dựng đặc tính tần số biên độ áp dụng vào (2.7) tức dùng biến đổi Laplace để đa hệ phơng trình vi phân dạng hệ phơng trình có ẩn hàm ảnh, ta đợc: [M p ] [ ] + K p + C p Z ( p ) − K p + C p ξ ( p ) = 30 ... 1.3 Chọn phơng án thiết kế Qua phân tích kết cấu hệ thống treo trên, từ nhiệm vụ đề tài đợc giao là: Thiết kế hệ thống treo trớc cho xe ô tô vận tải hạng trungtham khảo tài liệu xe zil-131 Tôi chọn... hoạt động xe Cùng với phát triển công nghệ chế tạo xe, hệ thống treo xe hoàn thiện sở hệ thống treo xe đà sản xuất từ trớc, để thoả mÃn yêu cầu ngày cao chuyển động xe tốc độ, độ tin cậy, tính êm... Hệ thống treo độc lập: hệ thống treo mà bánh xe bên trái bánh xe bên phải liên kết cứng với nhau, chúng đợc nối gián tiếp với thông qua khung xe vỏ xe Chính mà dao động hay chuyển dịch bánh xe