đồ án kỹ thuật điện điện tử Quy trình gia công piston phần tử đàn hồi

Lời nói đầu Hiện nay nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ về tất cả các lĩnh vực nh công nghiệp, thương mại, du lịch, xây dựng, dịch vụ…Vỡ vậy nghành công nghiệp ụtụ được phát triển trên một quy mô rộng lớn. ễtụ đúng một vai trò rất quan trọng trong giao thông vận tải, nó thay thế cho rất nhiều các phương tiện chuyên chở khác, nâng cao được hiệu quả công việc và tính kinh tế. Từ những yêu cầu đó mà ụtụ không ngừng được cải tiến hoàn thiện hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về phương tiện chuyên chở còng nh nhu cầu giao thông đi lại của con người. Ngoài yêu cầu về các hệ thống nh hệ thống phanh, hệ thống lái, kết cấu khung vỏ…cần thiết kế đảm bảo tối ưu thì một hệ thống rất quan trọng không thể thiếu được trờn ụtụ đó là hệ thống treo của xe. Để nâng cao tính tiện nghi, tạo an toàn, đảm bảo độ êm dịu cho ụtụ trong quá trình chuyển động trên nhiều địa hình thì hệ thống treo lắp trờn ụtụ cần phải thiết kế tính toán và cải tiến sao cho tối ưu về các mặt như: tần số dao động phù hợp với con người, độ vững chắc, cân bằng của xe, tính năng vượt địa hình, độ tin cậy, độ bền lâu, điều khiển lái dễ dàng, tận dụng được tối đa tốc độ chuyển động. Hiện nay ở nước ta còn sử dụng nhiều loại xe cò, do vậy các hệ thống trên xe không được thiết kế một cách tối ưu hoặc do hạn chế về nhiều mặt. Qua tìm hiểu, nghiên cứu xe UAZ đang sử dụng tại nước ta em thấy đây là loại xe việt dã, chạy trên mọi địa hình phức tạp. Nhưng hệ thống treo lắp trên xe lại là hệ thống treo phụ thuộc nờn nú khụng đảm bảo về độ êm dịu, sự cân bằng xe không tốt khi đi trên đường xấu. Do vậy nhằm để cải thiện độ êm dịu, sự cân bằng của xe, giảm thiểu ảnh hưởng động học của đường không bằng 1 phẳng, để đạt được tốc độ tối đa có thể trờn cỏc đường xấu thì vấn đề đặt ra là trên cơ sở xe UAZ đang được sử dụng ta cải tiến hệ thống treo để đạt được mục đích này. Do vậy đồ án tốt nghiệp về thiết kế cải tiến hệ thống treo trờn ụtụ UAZ- 469B gồm các phần:  Kiểm nghiệm lại hệ thống treo đang sử dụng trên xe.  Tính toán thiết kế cải tiến hệ thống treo.  Các bản vẽ.  Thiết kế quy trình công nghệ gia công một chi tiết cụ thể. Tuy vậy trong quá trình thiết kế tính toán, do hạn chế về kiến thức nên em còn một số thiếu sót không thể tránh khỏi. Vì vậy em kính mong các thầy chỉ bảo thêm để em có thể mở rộng và hoàn thiện thêm kiến thức của mình. Em chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Lưu Văn Tuấn cựng cỏc thầy giáo trong bộ môn đó cú những chỉ bảo, hướng dẫn tận tình và đã tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. 2 Phần 1 Giới thiệu chung về hệ thống treo Sự phát triển của hệ thống treo. Ngày nay trên thế giới các nhà nghiên cứu và thiết kế đã đi xa trong việc phát triển hệ thống treo. Dựa trờn sự kết hợp giữa khoa học chuyên ngành cơ bản với sự ứng dụng các thành tựu về khoa học nh điện tử, tin học và kỹ thuật điều khiển. Chính nhờ việc áp dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật này vào thực tế mà hệ thống treo ngày nay càng hoàn thiện hơn về tính năng, kích thước còng nh phạm vi hoạt động của nó. Hệ thống treo với cơ cấu chấp hành là thuỷ lực và khí nén kết hợp với cơ cấu điều khiển là các mạng điện tử đú chớnh là xu hướng phát triển của hệ thống treo trong tương lai. Nó hoạt động dựa trờn nguyên lý: Dựng cỏc cảm biến để thu nhận thông tin, các thông số cần thiết trong quá trình vận hành xe. Các thông số đó có thể là tải trọng của xe, gia tốc giao động thẳng đứng, góc đặt bánh xe, độ cao sàn xe… Sau đó các thông tin này được mó hoỏ và được đưa vào mạch điều khiển để tự động điều khiển các cơ cấu chấp hành. Nh vậy ta có một hệ thống treo có thể tự động điều chỉnh được đường đặc tính của nó phù hợp với các điều kiện chuyển động. Đõy chớnh là ưu điểm nổi bật mà các hệ thống treo cổ điển trước đây không có được. Tuy nhiên với tình hình kinh tế nước ta hiện nay còn chưa thực sự phát triển mạnh, cơ sở vật chất kỹ thuật và các nghành kinh tế đang trong thời kỳ phát triển thì một hướng đi mang tính thực tế đó là việc tận dụng một số loại ụtụ cũ còn sử dụng được, trên cơ sở đó cải thiện hay thiết kế cải tiến một số 3 hệ thống trên xe đó kộm chất lượng hay đặc tính không còn phù hợp với yêu cầu hiện nay để đưa vào sử dông. 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống treo: Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ụtụ với bánh xe, có tác dụng làm êm dịu quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe (bánh xe dao động trong mặt phẳng thẳng đứng) và truyền lực giữa khung vỏ với bánh xe. Ta biết rằng xe chuyển động có êm dịu hay không phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng hệ thống treo. Khi xe chuyển động trên đường không bằng phẳng sẽ phát sinh dao động do đường không bằng phẳng gây ra. Những dao động này ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ của xe, làm hư háng hàng hoá nếu có trên xe và ảnh hưởng lớn tới hành khách trên xe. Theo số liệu thống kê cho thấy khi mét xe ụtụ chạy trên đường xấu, gồ ghề mà so sánh với một ụtụ cùng loại chạy trên đường tốt thì vận tốc trung bình của xe chạy trên đường xấu sẽ giảm đi 4050%, quãng đường chạy giữa hai kì đại tu giảm đi 3540%, suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên 3040%, do đó năng xuất vận chuyển giảm đi 3540% và giá thành vận chuyển tăng lên khoảng 5060%. Còn đối với con người nếu phải chịu đựng lâu trong tình trạng bị rung xóc nhiều sẽ gây ra mệt mỏi, khó chịu và gây ra các phản ứng khác. Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của dao động ụtụ tới cơ thể con người đều đi đến kết luận: Nếu con người phải chịu đựng lâu trong môi trường dao động thì sẽ bị mắc các chứng bệnh thần kinh và nóo. Chớnh vì vậy mà độ êm dịu của xe là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính tiện nghi của ụtụ. Tớnh ờm dịu của ụtụ phụ thuộc vào kết cấu của ụtụ và trước hết là phụ thuộc vào hệ thống treo, chất lượng mặt đường và sau đó là đến kỹ thuật của người lái. Nếu xét đến phạm vi khả năng chế tạo ụtụ thỡ hệ thống treo mang tính chất quyết định đến tính êm dịu chuyển động của ụtụ. 4 1.2 Các phần tử của hệ thống treo: Ta đã biết hệ thống treo cú cỏc cụng dụng nh trình bày ở trên. Để đảm bảo các công dụng đú thỡ thông thường hệ thống treo bao gồm 3 bộ phận chính: + Bé phận hướng. + Bé phận đàn hồi. + Bé phận giảm chấn. 1.2.1 Bé phận hướng: Bộ phận hướng có tác dụng bảo đảm động học bánh xe tức đảm bảo cho bánh xe chỉ dao động trong mặt phẳng thẳng đứng. Bộ phận hướng còn làm nhiệm vụ truyền lực dọc, ngang và mụmen giữa khung vỏ và bánh xe. 1.2.2 Bé phận đàn hồi: Bé phận đàn hồi là bộ phận nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe và tiếp nhận lực thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ xuống bánh xe và ngược lại. Bộ phận đàn hồi có cấu tạo chủ yếu là một chi tiết đàn hồi bằng kim loại (nhớp, lũxo xoắn, thanh xoắn) hoặc bằng khí (trong trường hợp hệ thống treo khí hoặc treo thuỷ khí). Phần tử đàn hồi bằng kim loại gồm các loại nh nhớp, lũxo và thanh xoắn. Ưu điểm của loại này là kết cấu đơn giản, chắc chắn, giá thành rẻ do chi phí chế tạo còng nh bảo dưỡng thấp. Tuy nhiên nú cú một số nhược điểm nh tuổi thọ thấp, ma sát lớn, đường đặc tính làm việc là tuyến tính bậc nhất. Phần tử đàn hồi loại khí gồm một số loại nh: phần tử loại khí bọc bằng cao su, sợi, loại bọc bằng màng và loại bọc bằng ống. Ưu điểm của loại này là 5 có thể thay đổi được độ cứng của hệ thống treo tuỳ theo tải trọng (bằng cách thay đổi áp suất khí trong phần tử đàn hồi), giảm được độ cứng của hệ thống treo làm tăng độ êm dịu chuyển động của ụtụ, cú đường đặc tính là phi tuyến. Phần tử đàn hồi thuỷ khí, đây là sự kết hợp của cơ cấu điều khiển thuỷ lực và cơ cấu chấp hành là phần tử thuỷ khí. Nhược điểm chung của 2 loại phần tử đàn hồi loại khí và loại thuỷ khí là việc chế tạo các chi tiết còng nh lắp ráp cần yêu cầu chính xác cao, phức tạp do đó chi phí chế tạo còng nh giá thành là rất cao. Phần tử đàn hồi bằng cao su: gồm có các loại cao su chịu nén và loại cao su chịu xoắn. Ưu điểm của loại này có độ bền cao, không cần bôi trơn bảo dưỡng. Cao su có thể thu năng lượng trên một đơn vị thể tích cao gấp 210 lần thép, trọng lượng của cao su bé và có đường đặc tính phi tuyến. Nhược điểm của loại này là xuất hiện biến dạng dư dưới tác dụng của tải trọng kéo dài và nhất là tải trọng thay đổi, thay đổi tính chất đàn hồi khi nhiệt độ thay đổi mà đặc biệt độ cứng của cao su tăng lên khi nhiệt độ hạ xuống thấp, cần thiết phải đặt bộ phận dẫn hướng và giảm chấn. 1.2.3 Bé phận giảm chấn: Bộ phận giảm chấn có tác dụng dập tắt nhanh các dao động bằng cách biến năng lượng dao động thành nhiệt năng toả ra bên ngoài. Về mặt tác dụng có thể có nhiều loại giảm chấn, có loại tác dụng một chiều, có loại giảm chấn tác dụng hai chiều. Loại giảm chấn tác dụng hai chiều có thể có loại tác dụng hai chiều đối xứng hoặc loại tác dụng hai chiều không đối xứng. Về kết cấu trờn ụtụ thường sử dụng loại giảm chấn ống hay loại giảm chấn đòn. Giảm chấn cùng phối hợp làm việc với bộ phận đàn hồi khi làm việc tạo lên độ êm dịu cho ụtụ khi chuyển động. Ví dụ khi bánh xe đi qua một mô đất cao sẽ tạo lên một chấn động từ mặt đường qua bánh xe và hệ thống treo tác 6 dụng lên thân xe. Giai đoạn đầu bánh xe đi gần vào khung xe, năng lượng của chấn động một phần được tiêu tán qua giảm chấn, một phần được bộ phận đàn hồi tiếp nhận và tích luỹ dưới dạng thế năng của chi tiết đàn hồi (lũxo), chỉ có một phần được truyền lên xe. Giai đoạn “nộn” này lực cản của giảm chấn nhỏ để giảm một phần năng lượng truyền qua giảm chấn lên khung xe. Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn năng lượng được tích luỹ dưới dạng thế năng của bộ phận đàn hồi được giải phóng - Bánh xe đi ra xa khung xe. Năng lượng được giải phóng này chủ yếu được hấp thụ và tiêu tán thông qua giảm chấn, đối với giảm chấn đây là hành trình “trả” và lực cản trả lớn hơn lực cản nén rất nhiều. Đây là loại giảm chấn hai chiều không đối xứng. 1.3 Yêu cầu thiết kế hệ thống treo. Căn cứ vào các đặc điểm về hệ thống treo nh đã trình bày ở trên, do đó người ta đưa ra các yêu cầu cụ thể của hệ thống treo nh sau: + Hệ thống treo thiết kế phải đảm bảo độ êm dịu theo yêu cầu, có nghĩa là thoả món cỏc chỉ tiêu: Đối với xe chở khách - Tần số dao động f = 11,5 lần/s. hoặc tần số dao động riêng n = 6090 lần/phỳt. hoặc tần số dao động góc  = (11,5).2 rad/s. - Đảm bảo gia tốc dao động trong giới hạn cho phép. - Đảm bảo vận tốc dao động trong giới hạn cho phép. + Đảm bảo động học của bánh xe. + Truyền lực giữa khung vỏ và bánh xe. 1.4 Giới thiệu hệ thống treo phụ thuộc lắp trên xe UAZ-469B. 7 Để cấu thành một hệ thống treo hoàn chỉnh cần phải có đầy đủ các phần nói trên với chức năng cụ thể của từng phần tử. Vì vậy xuất phát từ các phần đó ta có thể có rất nhiều loại hệ thống treo khác nhau để lắp trên xe. Nhưng trong thực tế đối với xe UAZ là loại xe chạy trên mọi địa hình, có tính năng cơ động cao, yêu cầu về độ êm dịu không cao, về mặt chế tạo và giá thành phải dẻ. Do vậy hệ thống treo xe UAZ thường được chế tạo là hệ thống treo phụ thuộc. Ta có kết cấu của hệ thống treo lắp trên xe UAZ-469B nh sau: Kết cấu hệ thống treo trước bên trái Kết cấu hệ thống treo sau bên phải Hệ thống treo phụ thuộc lắp trên xe UAZ là những bộ lá nhíp dạng bỏn elớp. Tính chất dịch chuyển của cầu xe đối với vỏ phụ thuộc vào thông số của nhíp. Nghĩa là nhíp không chỉ là bộ phận đàn hồi mà nú cũn đảm nhận nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và một phần nhiệm vụ của bộ phận giảm chấn. 8 a a c c Kiểu hệ thống treo này được sử dụng rộng rãi bởi ưu điểm của nó là kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, dễ chế tạo. Phần 2 CáC THÔNG Số CƠ BảN Thông sè Giá trị Đơn vị 9 1 2 3 4 5 6 7 Khối lượng bản thân Phân lên cầu trước Phân lên cầu sau Khối lượng toàn bé Phân lên cầu trước Phân lên cầu sau Trọng tải Khối lượng cầu trước Khối lượng cầu sau Khối lượng bánh xe có lắp lốp Kích thước toàn bé Dài Rộng Cao 1540 850 690 2290 960 1330 750 120 100 38 4025 1805 2015 kg kg kg kg kg kg kG kg kg kg mm mm mm Các thông số hình học của nhíp trước k l k (cm) b k (cm) h k (cm) Vật liệu 10 [...]... cứng C của nó 3.3 Lùa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu Hệ thống treo thiết kế phải đảm bảo cho xe đạt độ êm dịu theo các chỉ tiêu đã đề ra Hiện nay có nhiều loại 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 đồ án này ta chỉ lùa chọn một chỉ tiờu đánh giá độ êm dịu đó là chỉ tiêu tần số giao động Chỉ tiêu này được lùa chọn nh sau:... thông số cơ bản và chỉ tiêu kỹ thuật của giảm chấn 1.1 Giảm chấn xe UAZ cú cỏc thông số kỹ thuật sau: + Đường kính ngoài của vỏ giảm chấn : Dv = 54 mm + Hành trình làm việc: H = 190 mm H = 190 mm 1 = 300 + Góc đặt giảm chấn trước: + Đường kính của thanh đẩy: d dt = 14 + Đường kính của piston: d = 40 mm mm d = 40 mm + Đường kính ngoài của xilanh: D = 46 mm D = 46 mm + Chiều dài phần chứa dầu: L = 250 mm... trọng lượng của phần được treo tác dụng lên hệ thống treo kG Ct : là độ cứng của hệ thống treo N/cm Mặt khác ta có mối quan hệ giữa tần số giao động góc và độ cứng của hệ thống treo theo công thức: Ct M ω2 =  : tần số dao động góc M : khối lượng của phần được treo kg Từ đó ta có : Ct = M.2 Nếu ta chọn trước  thì độ cứng C t chỉ còn phụ thuộc vào khối lượng phần được treo Kết hợp các công thức trên... dụng Ta có sơ đồ tính toán: l P fx fa x Độ võng tĩnh tại đầu A: 14 P.l 3 fA = 3.E.J Độ võng tĩnh tại tiết diện x-x: fx = P.x 3 P.x 2 (1 − x) + 3.E.J 2.E.J Trong đó E: mụđun đàn hồi của vật liệu làm nhíp E= 2,0.105 MN/m J : mụmen quán tính của nhíp P: lực tác dụng lên một đầu nhíp l : chiều dài của nửa nhíp Trường hợp 2 Khi lực tác dụng đặt cách ngàm một đoạn là x Ta có sơ đồ tính toán nh hình vẽ: l P P... 0.6 55C2 6 19 5.5 0.6 55C2 7 12 5.5 0.6 55C2 8 6 5.5 0.6 55C2 Phần 3 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NHÍP 3.1 Phương pháp tính toán ứng suất trong cỏc lỏ nhớp 12 Phương pháp tính toán cỏc lỏ nhớp thông thường đó là tính theo ứng suất trong cỏc lỏ nhớp theo phương pháp tải trọng tập trung, phương pháp này được xây dựng trên giả thiết: Phương pháp tính toán các lá nhíp thông thường đó là tính theo ứng suất trong các... tại tiết diện tính toán Mụmen chống uốn này phụ thuộc vào tiết diện của nhíp Thông thường tiết diện của nhíp hình chữ nhật nờn nú được xác định theo công thức: Wu = b.h 2 6 Sau khi lắp ghép trong cỏc lỏ nhớp sẽ xuất hiện ứng suất sơ bộ được gọi là ứng suất siết Nó được xác định theo công thức: σs = Ms = Ws 1 1 − ) R0 R k E.hk 1 1 = ( − ) Wu 2 R0 R k J k E.( Trong đó E : mụdun đàn hồi của vật liệu làm... nhớp thứ k R0: Bán kính cong của lỏ nhớp sau khi đã lắp ghép Rk: Bán kính cong của lỏ nhớp thứ k ở trạng thái tự do Thông thường thì ứng suất siết trong cỏc lỏ nhớp là rất nhỏ so với ứng suất uốn cho nên ta có thể bỏ qua việc tính toán ứng suất siết trong cỏc lỏ nhớp 3.2 Cơ sở tính toán dao động của hệ thống treo Theo lý thuyết ụtụ thỡ tần số dao động của hệ thống treo được tính theo công thức: n= 300... giản ta áp dụng tính toán cho n lỏ nhớp, cỏc lỏ cú tiết diện hình chữ nhật và có tính chống uốn đều Độ võng của nhíp tại đầu nhíp dưới tác dụng của tải trọng P chính bằng năng lượng sinh ra trong khi nhíp bị uốn Xột mét thanh nh hình vẽ, nó chịu lực tác dụng P và biến dạng một đoạn là ft, do đó ta có thế năng Biến dạng đàn hồi U: U = P.ft ft = U P Nếu thanh có tiết diện thay đổi thì công thức tính f được... nhau thường m=13, khi đó để tránh nhầm lẫn ta coi m lá đó là lá thứ nhất với J1 được xác định: J1 = m b.h 3 12 (khi đó k = 2 ứng với lá thứ m+1, k = 3 ứng với lá m+2 …) Giải hệ phương trình trên ta được các giá trị X2… Xn Khi đó cú cỏc giá trị X2… Xn ta vẽ được biểu đồ mụmen nh sau: lk Xk lk+1 Xk+1 Xk.lk- Xk+1.lk+1 Xk.(lk- lk+1) BA A Ứng suất của nhíp được xác định theo công thức: Mu u = W u 17 Trong... an+1 Sơ đồ lực l1 13 B P X2 X X3 l2 l lk Xk S Xk+1 Xn ln Ứng suất trong cỏc lỏ nhớp có thể xác định được khi ta xác định trị số của các phản lực đặt tại các đầu mót X1, X2,… Xn-1, Xn trong hệ siêu tĩnh Để xây dựng được hệ phương trình siêu tĩnh ta sử dụng công thức tính độ võng của cỏc lỏ nhớp theo hai trường hợp sau: Trường hợp 1 Khi lỏ nhớp một đầu bị ngàm còn đầu kia chịu lực tác dụng Ta có sơ đồ tính . và bánh xe. 1.2.2 Bé phận đàn hồi: Bé phận đàn hồi là bộ phận nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe và tiếp nhận lực thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ xuống bánh xe và ngược lại. Bộ phận đàn hồi. bản vẽ.  Thiết kế quy trình công nghệ gia công một chi tiết cụ thể. Tuy vậy trong quá trình thiết kế tính toán, do hạn chế về kiến thức nên em còn một số thiếu sót không thể tránh khỏi. Vì vậy. thay đổi áp suất khí trong phần tử đàn hồi) , giảm được độ cứng của hệ thống treo làm tăng độ êm dịu chuyển động của ụtụ, cú đường đặc tính là phi tuyến. Phần tử đàn hồi thuỷ khí, đây là sự kết