thiết kế hệ thống treo xe tải

Lời nói đầu Khi ôtô ngày càng hoàn thiện, khi xã hội ngày càng phát triển về mặt văn hoá, kinh tế và xã hội thì các tiêu chí đánh giá ảnh hởng của dao động cũng cần đợc xem xét một cách nghiêm túc. Đối với xe tải, ngoài yêu cầu về độ êm dịu, ngày nay ngời ta buộc phải chú ý đến các tiêu chí khác nh: an toàn hàng hoá, ảnh hởng của tải trọng động đến đờng (áp lực đờng), và cuối cùng là mức độ giảm tải trọng và do vậy làm giảm khả năng truyền lực khi tăng tốc và khi phanh.Trong vận tải ôtô máy kéo, ngời lái là ngời quyết định chủ yếu cho an toàn chuyển động và mọi chỉ tiêu Ôtô máy kéo dùng trong kinh tế kỹ thuật khác. Nếu dao động của xe mà nằm ngoài phạm vi dao động cho phép (80ữ120 lần/phút) thì sẽ làm tăng lỗi điều khiển của ngời lái, gây ra hàng loạt những nguy hiểm đến tính mạng của con ngời và hàng hoá. Khi ôtô chạy trên đờng không bằng phẳng thờng phát sinh dao động. Những dao động này thờng ảnh hởng xấu tới hàng hoá, tuổi thọ của xe và đặc biệt ảnh hởng ngời lái và hành khách ngồi trên xe. Ngời ta cũng tổng kết rằng, những ôtô chạy trên đờng xấu, ghồ ghề so với ôtô chạy trên đờng tốt, bằng phẳng thì tốc độ trung bình giảm 40ữ50%, quãng đờng chạy giữa hai chu kỳ đại tu giảm từ 35ữ40%, năng suất vận chuyển giảm từ 35ữ40%. Điều đặc biệt nguy hiểm của dao động là nếu con ngời chịu lâu trong tình trạng xe bị rung, xóc nhiều sẽ gây mệt mỏi. Một số nghiên cứu gần đây về dao động và ảnh hởng của nó tới sức khoẻ con ngời đều đi tới kết luận: Nếu con ngời bị ảnh hởng một cách thờng xuyên của dao động thì sẽ mắc phải bệnh thần kinh và não. ở những nớc phát triển, dao động của ôtô đợc quan tâm đặc biệt. Dao động của xe đợc nghiên cứu đa về mức tối u làm giảm đến mức thấp nhất những tác hại của nó đến con ngời đồng thời làm tăng tuổi thọ của xe cũng nh các bộ phận đợc treo. ở nớc ta hiện nay, công nghệ sản xuất xe hơi cũng không ngừng đợc cải tiến với sự trợ giúp về khoa học kỹ thuật của các nớc tiên tiến. Ngành xản suất xe hơi đã từng bớc trở thành mũi nhọn của nền kinh tế, đa đất nớc ngày càng vững bớc đi lên Chủ Nghĩa Xã Hội. Tuy nhiên nền kinh tế Việt Nam vẫn còn yếu so với các nớc trên khu vực và trên thế giới. Trong ngành giao thông vận tải vẫn còn cho phép lu hành những xe kém về chất lợng cũng nh không còn đảm bảo về độ bền. Khả năng làm việc của xe và đặc biệt là dao động của những xe này quá lớn nằm ngoài phạm vi cho phép có thể ảnh hởng lớn đến sức khoẻ con ngời. Vì vậy vấn đề dặt ra là làm sao cải tiến đợc những xe này. Mục tiêu của ngành Công nghiệp ôtô nớc ta trong những năm tới là nội địa từng phần và tiến tới nội địa toàn phần sản phẩm ôtô. Không chỉ dừng lại ở đó, chúng ta đã bắt đầu quan tâm đến tính êm dịu chuyển động, tính an toàn chuyển động hay nói cách khác là tính năng động lực học ôtô, từ đó có những cải tiến hợp lý với điều kiện sử dụng của nớc ta. Để hoàn thành đợc mục tiêu này, chúng ta phải thiết kế các cụm, các chi tiết sao cho phù hợp với điều kiện sử dụng mặt khác còn phải đảm bảo tính công nghệ tại Việt Nam. Trớc những yêu cầu thực tế đó trong đồ án tốt nghiệp chuyên ngành ôtô chúng em đợc giao nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống treo xe ti Phần 1: Tính toán thiết kế hệ thống treo Chơng 1. yêu cầu nhiệm vụ hệ thống treo xe ba cầu 1.1. Đặc điểm và yêu cầu của những xe có tính năng cơ động 2 Xe có 3 cầu là loại xe có tính năng cơ động và tính năng việt dã cao, có thể di chuyển trong những địa hình phức tạp. Xe có cầu trớc sử dụng hệ treo phụ thuộc, cầu 2 và cầu 3 sử dụng hệ treo cân bằng. Khi một hoặc vài bánh xe bị mất khả năng bám (sa lầy, xuống hố ) thì xe vẫn có thể chuyển động. Xe đợc dùng nhiều trong quân đội để chở bộ binh, khí tài. Ngoài ra xe còn đợc dùng để vận chuyển hàng hoá, bu kiện và dùng trong khai thác lâm nghiệp. Xe có thể kéo theo moóc hoặc sơmi rơmoóc. Để thực hiện đợc điều này, xe phải có những yêu cầu cơ bản sau: Công suất của xe phải lớn để có thể sinh ra mômen quay lớn tại bánh xe. Hệ thống treo có độ bền cao, độ tin cậy và khả năng làm việc lâu dài. Có kích thớc và kết cấu hợp lý đảm bảo tính an toàn khi chuyển động. Hệ thống lái thay đổi theo xu hớng làm nhẹ lực đặt lên vành lái, sử dụng thuận lợi dễ dàng mà vẫn đảm bảo khả năng điều khiển xe chính xác nhanh chóng Kết cấu của xe (khoảng sáng gầm xe, kích thớc cơ sở, ) phải đảm bảo để xe có thể di chuyển trong những địa hình phức tạp. Lốp phải có kết cấu đặc biệt để tăng khả năng bám của xe. Hệ thống truyền lực của xe phải có độ cứng vững và độ bền cao đảm bảo xe có thể làm việc liên tục trong điều kiện khắc nghiệt. 1.2. Yêu cầu thiết kế Nhiệm vụ của hệ thống treo: Nối mềm giữa phần đợc treo và phần không đợc treo. 3 Tạo điều kiện cho bánh xe chuyển động tơng đối theo phơng thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động êm dịu, hạn chế tới mức có trể chấp nhận đợc những chuyển động không mong muốn có khác của bánh xe (Lắc ngang, lắc dọc). Truyền lực và mômen giữa bánh xe và khung xe : bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng, phản lực), lực dọc (lực kéo, lực phanh, lực đẩy), lực bên (lực ly tâm, lực gió), mômen chủ động, mômen phanh. Để thực hiện đợc điều này hệ thống treo đợc thiết kế cần phải đảm bảo: Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe đó là xe có thể chạy trên địa hình phức tạp. Bánh xe có khả năng dịch chuyển trong một giới hạn không gian hạn chế. Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý, thoả mãn mục đích chinhs của hệ thống treo là làm mềm theo phơng thẳng đứng nhng không phá hỏng các quan hệ động lực học và động học bánh xe. Không gây lên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ xe. Độ võng tĩnh phải nằm trong giới hạn đủ đảm bảo các tần số dao động riêng của vỏ xe và độ võng động phải đảm bảo vận tốc của xe khi chuyển động trên đờng xấu phải nằm trong giới hạn cho phép, ở giới hạn này không có sự va đập lên các bộ phận hạn chế. Độ võng của bánh xe dẫn hớng vẫn gữ đúng khi bánh xe dẫn hớng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng (nghĩa là khoảng cách giữa hai bánh xe trớc và các góc đặt trụ đứng và bánh dẫn hớng không bị thay đổi. Dập tắt nhanh các dao động khi ôtô đi qua đờng ghồ ghề. 4 Hệ thống treo còn phải đủ cứng vững và độ bền để làm việc an toàn 1.3. Phơng án thiết kế treo xe Để đảm bảo hệ treo đủ cứng vững với tải trọng của xe lớn thì hệ thống treo trên xe phải đợc sử dụng hệ thống treo phụ thuộc. Hệ treo này có u điểm là các bánh xe đợc nối với nhau bằng một dầm cầu cứng nên trong quá trình chuyển động vết bánh xe đợc cố định do vậy không xảy ra mòn lốp nhanh, do trợt ngang nh ở các hệ treo khác. Khi chịu lực bên (gió, lực ly tâm, đờng nghiêng) hai bên bánh xe đợc liên kết cứng, bởi vậy hạn chế đợc hiện tợng trợt bên bánh xe. Nhng nhợc điểm của hệ thống treo này là khối lợng phần liên kết bánh xe rất lớn, đặc biệt nh trên cầu chủ động. Khi xe đi trên đờng không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên va đập mạnh giữa phần không treo và phần đợc treo làm giảm độ êm dịu chuyển động của xe.Mặt khác bánh xe va đập mạnh trên nền đờng làm xấu sự tiếp xúc của bánh xe với đờng. Khoảng không gian phía dới gầm xe phải lớn, đủ đảm bảo cho dầm cầu thay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm xe khá lớn, làm giảm thể tích khoang chứa hàng của xe, khi xe vào cua không ổn định. Tuy có những nhợc điểm trên nhng hệ treo phụ thuộc lại có những u điểm rất lớn về tính tải trọng, độ cứng vững cao, có khả năng chịu đợc tải trọng của xe đợc thiết kế. 1.3.1.Hệ thống treo trớc Hệ thống treo có ba phần tử: Phần tử dẫn hớng, phần tử đàn hồi, phần tử giảm chấn. 5 Nhiệm vụ chính của bộ phận đàn hồi là tiếp nhận và truyền lực thẳng đứng từ đờng lên khung xe, giảm tải trọng động và đảm bảo độ êm dịu cho ôtô khi chuyển động trên những loại đờng khác nhau. Bộ phận đàn hồi của xe tải thờng sử dụng các loại sau: + Loại lò xo trụ + Loại khí + Loại nhíp. Nhíp: Nhíp là bộ phận đàn hồi đợc sử dụng rất nhiều trong ôtô. Chức năng chính của nhíp: + Chức năng đàn hồi theo phơng thẳng đứng. + Chức năng dẫn hớng: truyền lực dọc, ngang, có thể có cả lực bên. + Chức năng giảm chấn đảm nhiệm nhờ giảm chấn, ma sát giữa các lá nhíp, ma sát trong các lớp cao su. Mặt khác nhíp có kết cấu đơn giản, chắc chắn, rẻ tiền, việc chế tạo, sửa chữa, thay thế cũng rất đơn giản.Với những đặc điểm trên chúng em chọn bộ phận đàn hồi của hệ thống treo là hệ nhíp. Hệ nhíp vừa làm nhiệm vụ đàn hồi vừa làm nhiệm vụ dẫn hớng. Bộ phận dẫn hớng của hệ thống treo có mục đích xác định động học và tính chất dịch chuyển của các bánh xe tơng đối với khung hay vỏ ôtô và dùng để truyền lực dọc (lực kéo tiếp tuyến hoặc lực phanh) lực ngang cũng nh các mômen phản lực và mômem phanh. Bộ phận dẫn hớng phải đảm bảo giữ đợc động học của bánh xe khi chuyển động, giữ đợc ổn định các góc đặt của bánh xe dẫn hớng. Khi bánh xe dao động không làm ảnh hởng đến động lực học quay vòng của bánh xe. Truyền đợc lực dọc, lực ngang và giữ đợc góc nghiêng của thùng xe trong một giới hạn nhất định. Đảm bảo cho việc bố trí hệ thống truyền lực đợc 6 dễ dàng, khi hệ thống treo làm việc không làm ảnh hởng đến hệ thống truyền lực. Bộ phận giảm chấn làm việc dựa trên nguyên lý biến năng lợng của dao động thành nhiệt năng bằng cách chuyển chất lỏng từ buồng chứa này đến buồng chứa khác qua những van tiết lu rất bé. Khi chất lỏng qua van tiết lu sẽ sinh sức cản lớn cho sự chuyển động của chất lỏng tạo ra ma sát giữa chất lỏng và các lỗ van, chất lỏng và chất lỏng, chất lỏng và vỏ sinh ra nhiệt năng làm nóng giảm chấn, do đó dập tắt đợc dao động. Nh vậy ta chọn phơng án: Hệ treo phụ thuộc có phần tử dẫn hớng và đàn hồi là nhíp nửa elip đặt dọc và giảm chấn loại ống. Sơ đồ hệ thống treo trớc 1.3.2.Hệ thống treo sau Do tải trọng ở cầu sau rất lớn và vì tính kinh tế cũng nh tính sẵn sàng trong thay thế không cho phép ngời ta sử dụng những loại lốp đặc biệt cho phần sau 7 nên ngời ta đã dùng phơng án phân tải trọng phần sau ra hai cầu: Cầu trung gian và cầu sau. Hệ thống treo sau xe ba cầu thờng sử dụng một số phơng án sau: phƯơng án 1 phƯơng án 2 phƯơng án 6 phƯơng án 4 phƯơng án 5 phƯơng án 3 Nh các phơng án trên đã thể hiện, đối với các cầu sau, ta có thể thiết kế từng hệ thống treo cho từng cầu riêng biệt với phần tử đàn hồi là nhíp hay lò xo trụ. Nh vậy việc thiết kế hệ thống treo cho từng cầu ở phần sau sẽ rất khó khăn trong việc bố trí và làm cho hệ thống treo trở nên rất cồng kềnh, phức tạp và không tiện lợi. Do đó cầu trung gian và cầu sau sẽ có chung một hệ thống treo tức là phơng án treo cầu cân bằng. Hệ thống treo cầu cân bằng sử dụng 2 bộ nhíp nửa elíp đối xứng đặt dọc. Nửa trớc của nhíp tì lên cầu trung gian, nửa sau tì lên cầu sau. Vị trí tơng đối giữa nhíp và các cầu đợc xác định bởi các thanh giằng. Nhíp phải và trái đợc nối với nhau bằng trục cân bằng để tăng độ cứng vững của hệ thống treo. Với phơng án này tải trọng phần sau sẽ đợc phân 8 đều ra hai cầu và sẽ giảm đợc một nửa ảnh hởng gây ra do kích động (chiều cao mấp mô) của mặt đờng truyền lên khung xe. Trong điều kiện hiện nay, khi ngời ta bắt đầu quan tâm đến tính an toàn chuyển động (tức là độ bám đờng: phụ thuộc độ cứng nhíp, độ cứng lốp, hệ số cản của giảm chấn) thì việc thiết kế giảm chấn cho cầu sau sẽ có ảnh hởng rất lớn tới tính an toàn chuyển động của ôtô. Do đặc điểm phân bố tải trọng lên phần sau xấp xỉ hai lần phần trớc, để giảm chi phí thiết kế và chế tạo, ở hệ thống treo sau em sử dụng 4 giảm chấn cùng loại với hai giảm chấn ở hệ thống treo trớc. Vì vậy ở hệ thống treo sau ta sẽ không tiến hành thiết kế lại giảm chấn mà chỉ kiểm nghiệm giảm chấn. Sơ đồ hệ thống treo sau sơ đồ bố trí 9 3 6 ° 7040 910 1250 2975 12503350 2480 3600 1161 sè liÖu ban ®Çu 10 [...]... năng phân bố tải trọng lên khung xe hoặc thùng xe Trong thực tế, khi xe có tải hệ thống treo sẽ phải chịu những tác động lớn hơn trờng hợp xe chạy không tải và thời gian xe chạy có tải (có ích) chiếm phần lớn thời gian hoạt động của xe, vì vậy tất cả các tính toán thiết kế hệ thống treo đều đợc thực hiện đối với trờng hợp xe chạy có tải Sau đó ta tiến hành kiểm nghiệm hệ thống treo khi không tải 2.1.Tính... bền 2 Thiết kế hệ thống treo cho cầu sau: Đối với nhiều loại xe tải, khi tải trọng xe thay đổi từ không tải đến đầy tải, trọng lợng tác dụng lên hệ thống treo thay đổi nhiều, nhất là hệ thống treo sau Bởi vậy hệ thống treo sau của nhiều loại xe tải ngời ta làm nhíp hai tầng gồm nhíp chính và nhíp phụ Nhíp chính làm việc khi xe non tải Đến một tải 36 ... không tải thì góc thờng chọn không bé hơn 5o Khi tải trọng đầy góc có thể đạt trị số 40ữ50o Để đơn giản tính toán chúng ta sẽ không tính đến ảnh hởng của lực X Hệ thống treo là đối xứng hai bên, vì vậy khi tính toán hệ thống treo ta chỉ cần tính toán cho một bên Tải trọng tác dụng lên một bên của hệ thống treo trớc: Trọng lợng đợc treo (Gdt): Gdt = 25750 5520 = 10115( N ) 2 Trọng lợng không đợc treo. .. trình con: >>Docungnhip Kết quả là: Cn=1090,7 (N/cm) Nh vậy độ cứng thực tế của nhíp Cn=1090,7(N/cm) Độ võng tĩnh thực tế của nhíp: 20 G 10115 t ft = C = 1090,7 = 9,2(cm) n Số lần dao động trong một phút: n= 30 ft = 30 0,092 = 99(lần/phút) Nh vậy hệ thống treo thiết kế thoả mãn về độ êm dịu khi đầy tải 2.1.3.Kiểm tra độ êm dịu khi xe chuyển động không tải Trọng lợng đợc treo( Gdt): Gdt = 21200 5520... đồng thời hệ treo đủ cứng vững Ta có: n = 30 ft 13 ft: độ võng tĩnh của hệ thống treo (m) n(lần/phút) 120 60 6 25 f(cm) Nếu n120 (lần/phút) không phù hợp với hệ thần kinh của con ngời dẫn đến mệt mỏi, ảnh hởng đến sức khoẻ và an toàn khi lái xe Chọn sơ... 5520 = 10115 (N) 2 Trọng lợng không đợc treo( Got): Got = 5520 = 2760( N ) 2 Độ võng tĩnh thực tế của nhíp: G 10115 t ft = C = 1090,7 = 9,2(cm) n Số lần dao động trong một phút: n= 30 ft = 30 0,092 = 99(lần/phút) Nh vậy hệ thống treo đảm bảo về độ êm dịu (cho ngời trong Cabin) trong tất cả thời gian hoạt động của xe (cả khi xe chạy không tải và khi xe chạy có tải) 21 2.1.4 Xác định phản lực tác dụng... sức khoẻ và an toàn khi lái xe Chọn sơ bộ tần số dao động của hệ thống treo trớc: ntr=100 (lần/phút) Vậy độ võng tĩnh (ft) : 2 30 30 ft = = 100 2 = 0,09(m) = 9(cm) n Độ cứng sơ bộ của hệ thống treo: Ct = G dt 10115 = = 1123 (N/cm) ft 9 Chọn chiều dài lá nhíp chính: Đối với nhíp trớc của xe tải: L = (0,26 ữ 0,35)Lx Dựa vào xe tham khảo ta chọn: L = 1500(mm), 14 n=11(lá) ,b = 80(mm), h... 5520 = 2760( N ) 2 Hệ thống treo thiết kế ra phải đảm bảo cho xe đạt độ êm dịu theo các chỉ tiêu đã đề ra Hện nay có rất nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động nh tần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động Trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp, chúng em chỉ lựa chọn một chỉ tiêu, đó là chỉ tiêu tần số dao động Chỉ tiêu này đợc lựa chọn nh sau: Tần số dao động của xe: n=60ữ120(lần/phút)... trớc Trọng lợng xe không tải Phân bố lên phần trớc Phân bố lên phần sau Trọng lợng toàn bộ Phân bố lên phần trớc Phân bố lên phần sau Trọng lợng không đợc treo phần trớc Trọng lợng không đợc treo phần sau Mômen xoắn cực đại ở vòng quay(1500ữ2000) Giá trị 6675 2580 2350 3800 8000 43000 21200 21800 95250 25750 69500 Đơn vị mm mm mm mm mm mm N N N N N N N N 41 Kgm Chơng 2 Tính toán hệ thống treo trớc 11... tác dụng lên bánh xe từ mặt đờng: Z = 505,5 (KG) P là lực phanh cực đại tác dụng lên tai nhíp P = 901(KG) D: đờng kính chốt nhíp D=3,5(cm) b: bề rộng của lá nhíp chính b=8(cm) Thay số ta có: chèn dập = 505,5 2 + 9012 z2 + p2 = = 35(KG/cm2) 3,5.8 D.b Nh vậy ứng suất chèn dập sinh ra nhỏ hơn ứng suất cho phép của vật liệu, chèn dập . vụ: Thiết kế hệ thống treo xe ti Phần 1: Tính toán thiết kế hệ thống treo Chơng 1. yêu cầu nhiệm vụ hệ thống treo xe ba cầu 1.1. Đặc điểm và yêu cầu của những xe có tính năng cơ động 2 Xe có. ghề. 4 Hệ thống treo còn phải đủ cứng vững và độ bền để làm việc an toàn 1.3. Phơng án thiết kế treo xe Để đảm bảo hệ treo đủ cứng vững với tải trọng của xe lớn thì hệ thống treo trên xe phải. giảm chi phí thiết kế và chế tạo, ở hệ thống treo sau em sử dụng 4 giảm chấn cùng loại với hai giảm chấn ở hệ thống treo trớc. Vì vậy ở hệ thống treo sau ta sẽ không tiến hành thiết kế lại giảm