Bảo dưỡng kỹ thuật chẩn đoán hệ thống treo

Hệ thống treo bao gồm: - Bộ phận hớng: Xác định động học chuyển động của bánh xe và truyền các lực kéo, lực phanh, lực bám và các mô men phản lực của chúng lên khung hoặc vỏ xe.. Trong q

Phần mở đầu

Giới thiệu hệ thống

treo

Ngày nay nền công nghiệp ôtô phát triển đã tạo ra những ôtô có tính tiện nghi cao Tính êm dịu trong chuyển động là một chỉ tiêu quan trọng của tính tiện nghi Hệ thống treo của ôtô là một hệ thống dùng để nối đàn hồi giữa khung xe với các của ôtô Hệ thống treo có nhiệm vụ làm giảm các tải trọng

động và dập tắt các dao dộng của các bộ phận đợc treo Hệ thống treo bao gồm:

- Bộ phận hớng: Xác định động học chuyển động của bánh xe và truyền các lực kéo, lực phanh, lực bám và các mô men phản lực của chúng lên khung hoặc vỏ xe

- Các phần tử đàn hồi: nhận và truyền lên khung, vỏ các lực thẳng đứng của đ-ờng Làm giảm tải trọng động khi xe chạy trên đờng không bằng phẳng, đảm bảo tính năng êm dịu của ô tô

- Bộ phận giảm chấn: Dùng để dập tắt các dao động thẳng đứng của khung và

vỏ sinh ra do ảnh hởng của mặt đờng không bằng phẳng

ở một số ôtô còn có thêm bộ phận ổn định ( phần tử đàn hồi phụ) nhằm giảm dao động bên khi xe quay vòng

Trong quá trình bảo dởng sửa chữa và chẩn đoán ngời ta phải xác định đặc tính đàn hồi của hệ thống treo trên các bệ thử thí nghiệm bằng các thiết bị đo ghi có nhiệm vụ ghi lại biên độ dao động của hệ thống treo trên ôtô Các kết quả ghi lại đợc khi chẩn đoán hệ thống treo của ôtô sẽ đợc đem so sánh với giá trị tiêu chuẩn qua đó ngời ta sẽ có các biện pháp bảo dỡng sửa chữa thích hợp nhằm đảm bảo khả năng làm việc tốt của hệ thống treo

Phần I

Lựa chọn phơng án

thiết kế Để chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của hệ thống treo ngòi ta đã dề xuất ra rất nhiều phơng pháp chẩn đoán Các bệ thử để chẩn đoán hệ thống treo bao gồm các bệ tạo dao động tự do và các bệ tạo dao động cỡng bức

Các bệ thử chẩn đoán theo dao động tự do bao gồm :

- Loại bệ thử tạo dao động tự do theo kiểu vít thả

- Loại bệ thử tạo doa động tự do theo kiểu nâng thả

Các bệ thử chẩn đoán theo dao động cỡng bức bao gồm:

- Loại bệ thử tạo dao động bằng cam lệch tâm

- Loại bệ thử tạo dao động bằng băng thử

- Loại bệ thử tạo dao động bằng tang trống

I Loại bệ thử tạo dao động tự do

1) Loại bệ thử theo phơng pháp nâng thả.

Các bánh xe trớc hoặc sau của ôtô đợc đặt lên một mặt tựa và đợc nâng lên

đến một chiều cao ( 50ữ60 mm) Sau đó thả đột ngột gây nên sự rơi của bánh

xe và thùng xe Dao động của các điểm thuộc thùng xe phía trên cầu xe và của tâm bánh xe đợc ghi lại đồng thời

- u điểm:

+ Kết cấu đơn giản, phù hợp với nhiều loại xe

+Thiết bị đơn giản rẻ tiền

+ Mặt bằng thí nghiệm không cần lớn lắm

+ Dễ bảo dỡng, sửa chữa

- Nhợc điểm :

+ Thao tác khó khăn

+ Không phản ánh đợc điều kiện làm việc thực tế của xe bởi vì cách thử này chỉ gây nên dao động ở một cặp bánh xe và phần thùng xe ở phía trên cặp bánh xe Trong khi đó ôtô chuyển động trên đờng không bằng phẳng dao động của ôtô đầu tiên là ở các bánh xe trớc sau đó ở các bánh xe sau và tơng ứng là thùng xe phía trên cầu trớc và cầu sau

2) Loại bệ thử theo phơng pháp vít thả.

Loại bệ thử này thì phần trớc hoặc sau của thùng xe hay phần khối lợng đợc

vít xuống so với cầu xe một đoạn (60 ữ80 mm) Khi thả nhanh thùng xe sẽ dao động riêng với tần số cao

- u điểm : Loại bệ thử này có kết cấu tong đối đơn giản, xe ít bị mất ổn định khi thí nghiệm Dễ bảo dỡng và sửa chữa, yêu cầu mặt phẳng để thí nghiệm không lớn lắm

- Nhợc điểm: Thông số đo đợc cha phản ánh đầy đủ về tình trạng kỹ thuật của hệ thống treo Hành trình vít xuống bị hạn chế, tuổi thọ của cáp để vít thấp, thao tác để vít khó khăn vì phải vít ở dới gầm xe

1) Loại bệ thử tạo dao động bằng băng tải

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bệ: Khung 1 dùng làm giá đỡ để định vị

xe, ổ đỡ các băng tải đồng thời làm giá đỡ đẻ cố định các thiết bị đo ghi Vít vô tận 2 dùng để điều chỉnh độ căng của băng thử Băng chuyển động nhờ

động cơ điện làm quay bánh chủ động 9 và đợc đỡ bằng tang trống7 Bệ đỡ 8 dùng để võng cho băng tải Bộ phận 5 tạo dao động cỡng bức cho xe Bộ phận

6 là bộ phận đo ghi

- u điểm: Thiết bị đo ghi đơn giản, chu kỳ dao động dễ điều khiển

- Nhợc điểm : Bệ thử có kết cấu khá phức tạp, tuổi bền của bệ phụ thuộc vào băng thử, bệ chiếm diện nhà xởng lớn

2) Loại bệ thử tạo dao động bằng cam lệch tâm.

Thiết bị gồm có:

- Cam lệch tâm 1 đợc dẫn động bằng động cơ điện qua bánh răng nón

- Thiết bị giữ xe ở vị trí đứng yên 3

- Con lăn 2 dùng để tăng độ ổn định của ôtô khi xe đứng trên bệ

Cam lệch tâm quay tạo nên dao động cỡng bức của hệ thống treo

- u điểm: Loại bệ thử này có kết cấu gọn nhẹ, đơn giản và dễ chế tạo, cách bố trí thiết bị đo ghi tơng đối dễ dàng và có thể đo đợc ở nhiều vị trí khác nhau Do kết cấu đơn giản gọn nhẹ nên bệ thử loại này tiết kiệm đợc diện tích nhà xởng,

có tuổi bền cao và dễ lắp ráp

- Nhợc điểm: Do lệch tâm nên trục chính của cam làm việc luôn có tải trọng động, khó chế tạo đợc bệ để đáp ứng với chu kỳ dao động thấp nên cũng có ảnh h-ởng nhỏ đến kết quả của việc chẩn đoán

3) Loại bệ thử tạo dao động bằng tang trống

Cấu tạo và nguyên lý làm việc :

- Giá cố định 1; Thiết bị giữ bánh xe 2

- Thiết bị đo ghi 3; Tang trống 4

- Hộp giảm tốc 5; Động cơ điện 6

- Con lăn tăng sự ổn định7;

Dao động cỡng bức đợc tạo ra do tang trống 4 quay qua dẫn động hộp số từ

động cơ điện 6 Khi hỏng xe quay trên tang trống nhờ chính hệ thống truyền lực của xe với tốc độ phù hợp

- u điểm: Kết cấu đơn giản, dễ gá đặt các thiết bị, tuổi bền tơng đối cao

- Nhợc điểm: Có kích thớc lớn, yêu cầu mặt đờng vào ra rộng, cần có hầm sâu hoặc cầu dẫn cao

III Kết luận và lựa chọn.

Trên cơ sở phân tích các u nhợc điểm của các loại bệ thử nói trên Trên tình hình hiện nay của Việt Nam cần có những trạm bảo dỡng sửa chữa nhỏ có chức năng đa dạng, đáp ứng kiểm tra cho nhiều loại xe do đó ta chọn loại bệ thử tạo dao động cỡng bức bằng cam lệch tâm làm phơng án thiết kế vì laọi bệ thử này vừa tiết kiệm đựơc diện tích nhà xởng và vừa dễ chế tạo, lắp đặt nên phù hợp hơn các loại bệ thử khác

* Sơ đồ và nguyên lý làm việc của bệ

1: Động cơ điện 2: Khớp nối 3: Hộp số

4: Cặp bánh răng nón 5: Cam lệch tâm

7

6

5

2

4 1

3

6: Trục 7: Cơ cấu đo ghi

Với loại bệ thử này các hệ thống dẫn động đều đợc bố trí dới hầm còn bộ phận đo ghi đợc thiết kế trên nền

* Nguyên lý hoạt động:

Động cơ điện 1 quay làm trục sơ cấp của hộp số quay, thông qua khớp nối Hộp số 3 có tác dụng làm giảm tốc độ của động cơ để phù hợp với tốc độ của yêu cầu chẩn đoán Cặp bánh răng nón 4 sẽ thay đổi phơng truyền động của hộp số và làm quay các cam lệch tâm 5 nhờ trục 6 Thiết bị đo ghi sẽ đợc gắn vào các vị trí cần đo ghi, dao động của hệ thống treo của ôtô sẽ đợc truyền lên

đầu của bút ghi để ghi lại các giá trị cần ghi

Phần II

Tính toán động học và

động lực học

Việc tính toán bệ thử sao cho bệ có thể kiểm tra đợc nhiều loại xe Dới

đây là bảng thống kê một số thông số của một số loại xe:

Loại xe

T.Số

HINO RR2HJBA

ISUZU U-LR312J

NISSAN RM210GAP

MISUBISHI MM826H

NISSAN RP210FBN Kích thớc

bao

8990x2300 x3150

8990x2295 x2970

8990x2320 x3010

8990x2490 x3290

8900x2490 x3260

Ký hiệu lốp 9R19.5-14 9R19.5-14 7.50-18-14 10R22.5-14 9R20-14

Theo bảng thống kê trên ta tính toán bệ thử sao cho thoả mãn đợc chỉ tiêu chung nhất để thử cho nhiều loại xe

I Tính toán động học

1) Các kích thớc cơ bản của thiết bị.

a) Theo thông số của lốp ta có:

- Bán kính của bánh xe là :

Rbx= λ0 r0 = 0.95 r0

trong đó r0 : là bán kính thiết kế của xe

r0 = 25,4.(14/2+10)/1000 = 0,4318 (m)

( tính theo xe MISTUBISHI MM826 H )

=> Rbx = 0,95 0,4318 = 0,41021 (m)

- Chiều rộng của lốp

BL= 25,4.10/1000 = 0,254 (m)

b) Chiều dài của cam lệch tâm thử cho một bánh xe ôtô

Lc= (Kn- Kt)/2 +a

trong đó : + a: hệ số tính đến ảnh hởng của chủng loại ôtô thông thờng

a= 0,15 (m) - tính cho xe tải

+ Kn : khoảng cách giữa hai mép của bánh xe trên một trục

Kn = B + BL

-B : chiều rộng cơ sở của xe lớn nhất B= 2,035 (m)

(xe NISSAN RP210 FBN)

-BL : chiều rộng của lốp BL = 0,254 (m)

=> Kn = 2,035 + 0,254 = 2,289 (m)

+ Kt : là khoảng cách trong của các loại xe

Kt= B- BL

- B: chiều rộng của xe nhỏ nhất B= 1,68 (m)

( xe NISSAN RM21O GAP)

=> Bt= 1,68 - 0,254 = 1,426 (m)

Vậy Lc = ( 2,289 - 1,426)/2 +0,15 = 0,5815 (m)

c) Chiều rộng của bệ thử

Bbt ≥ Kn + 2.a = 2,289 + 0,15 = 2,439 (m)

d) Bán kính tròn của cam

Rc = 0,8 Rbx = 0,8.0,41021 = 0,3281 (m)

e) Chu vi của cam

Sc= 2.π Rc = 2.3,1416.0,3218 = 2,0619 (m)

f) Khoảng nâng của cam

Hc= 10 (cm)

g) Yêu cầu cơ bản của bệ thử

- Độ bền của các chi tiết phải chịu đợc tải trọng động hoặc dao động do ôtô gây nên

- Đảm bảo ôtô ra vào và vận hành bệ an toàn cho ngời và phơng tiện

- Công tác kiểm tra, bảo dỡng sửa chữa phải dễ dàng nhanh chóng, thích nghi với việc gá lắp các thiết bị phụ trợ

2) Các thông số động học của thiết bị.

a) Các thông số

Tần số tác dụng cỡng bức của bệ để ít ảnh hởng đến kết quả đo ghi là: f=0,5 ữ

4 (Hz)

Vận tốc góc của cam là : ωc= 2π f = 2.3,1416.( 0,5 ữ4)

= 3,44 ÷25,12 ( rad/s)

VËn tèc dµi cña cam lµ: Vc = ωc Rc = (3,44 ÷25,12) 0,3281

= 1,1288÷ 8,2477 (m/s)

II Tính toán động lực học của bệ

1) Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cam lệch tâm

Ta có

Z= Z1=Z2 = G/2 = 9820/2 = 4910 (KG)

Ta cần có Pk ≥ P = Z.ψ

trong đó : ψ = f + ϕ

- f : Hệ số cản lăn f = 0,015 ( đờng bê tông tốt)

- ϕ : Hệ số bám ϕ = 0,6

Thay số vào ta đợc Pk = 4910 (0,015 + 0,6) = 3019,65 (KG)

- Mô men của cam lệch tâm

Mc = Pk Rc = 3010,65 0,3281 = 990,9525 ( KG.m)

2) Chọn động cơ điện

Công suất động cơ đợc tính

Nđ/c = Nc/η

trong đó : Nc :là công suất cần thiết của cam

ωbx

Z1

Mc,ωc Pk Z2

Nc=2 Z.V/1000 = 2 4910.8,241/1000 = 80,9932 (Kw)

η :là hiệu suất của bộ truyền

η = ηhs.ηkn2.ηổ ηbrc2

= 0,85 0.982 0,9944.0,972 = 0,752847

Vậy công suất cần thiết của động cơ điện là:

Nđ/c = Nc η = 80,9932 0,752847 = 107,5825 (Kw)

Từ kết quả tính đợc ta tra bảng thông số động cơ ta chọn đợc loại động cơ

đồng bộ thích hợp là :

Ký hiệu : 4A315M8Y3

Công suất : 110 (Kw)

Tốc độ : 735 (v/p)

Cosϕ : 0,85

η% : 93

Tmax/Tch : 1,9

Tk/Tch :1,0

3) Phân phối tỷ số truyền

Ta có tốc độ quay của cam là:

nc = 30.ωc/π = 30.25,12/3,1416 = 240 (v/p)

Vậy tỷ số truyền của hộp số : ihs= nđc/nc = 735/240 = 3,0625

Phần III

Thiết Kế thiết bị đo ghi

Với bất kỳ một bệ thử nào để nhận đợc kết quả của quá trình thí nghiệm thì chúng ta phải tiến hành ghi lại các kết quả đo Thiết bị đo ghi của các bệ sẽ

đảm nhận công việc này

I Sơ đồ cấu tạo

1: Động cơ 2: Khớp nối 3:ổ đỡ 4: Tay quay

5: Then trợt 6: Bút ghi 7: Cơ cấu bắt vào thùng xe

8: Hộp số 9: Khớp cầu 10: Vít làm chắc khớp cầu

II Nguyên lý làm việc

Động cơ 1 quay làm quay trục sơ cấp của hộp số 8 thông qua khớp nối Trục thứ cấp của hộp số 8 làm quay tang trống cũng nhờ khớp nối trục Tang trống

đợc đỡ trên hai ổ đỡ 3, then trợt 5 có tác dụng tạo nên chuyển động dọc trục

10 9

1

2 3

8 7

5

4 6

tang trống Khi ôtô dao động do cơ cấu bắt vào thành xe 7 nên làm cho đầu bút 6 di chuyển cùng với hành trình của thành xe việc di chuyển này sẽ vẽ nên giấy trên tang trông biểu đồ dao động của xe , tại dầu bút 6 có bộ phận đè chặt bút vào giấy và có bộ phận điều chỉnh độ lên xuống của đầu bút Khớp cầu 9

có tác dụng đảm bảo sự lắc trong mặt phẳng dọc trục của ôtô không ảnh hởng

đến độ chính xác của kết quả ghi đợc

III.Thiết kế một số bộ phận chính

1) Xác định tốc độ quay của tang quay

Ta đã biết xe ôtô chạy trên đờng thì dao động của ôtô sẽ có hai vùng cộng h-ởng Vùng cộng hởng ở tần số cao đó là cùng cộng hởng do lốp sinh ra còn vùng cộng hởng ở tần số thấp là do hệ thống treo sinh ra, Vùng cộng hởng tần

số cao thì có biên độ dao động nhỏ nên không nguy hiểm, còn vùng cộng h-ởng ở tần số thấp có biên độ dao động lớn nên nguy hiểm

Hai vùng cộng hởng đợc biểu thị trên đồ thị đặc tính biên tần sau:

Vùng cộng hởng trong khoảng ω1 đến ω2 có tần số ftb = 0,5 ữ4 (lần/giây)

Để nhất quán với phần tính toán về động học của bệ ta chọn ftb = 4 (lần/giây)

Vậy chu kỳ doa động Ttb = 1/ftb = 1/4 = 0,25 (s)

Để đầu bút 9 vẽ đợc một chu kỳ dao động của xe nên giấy thì băng giấy phải

A

ω1 ω2 ω

dịch chuyển một đoạn với thời gian bằng Ttb Với mục đích để cho thuận tiẹn cho việc quan sát ta chọn khoảng dịch chuyển của giấy là:

L = 100 (mm) = 0,1 (m)

Vậy vận tốc dịch chuyển của băng giấy là:

V = L/Ttb = 0,1/0,25 = 0,4 (m/s)

vậy tốc độ quay của tang quay là : nt = 60.1000.V/(π.D)

trong đó D là đờng kính của tang quay

Để chiều dài giấy nhỏ hơn chu vi của tang quay ta chọn D = 200 (mm)

với D= 100 (mm) thì diện tích của côn lăn sẽ là: S = π.D = 628,32(mm)

=> Tốc độ quay của tang quay là:

nt = 60.1000.0,4 / 628,32 = 38,197 (v/phút)

2) Lựa chọn động cơ

a) Tốc độ sơ bộ của động cơ:

nsb = nt it

trong đó it là tỷ số truyền của bộ truyền trục vít của hộp giảm tốc it = 30 vậy nsb= 38,197 30 = 1145,91 (v/phút)

b) Xác định công suất của động cơ

Ta có công suất cần thiết của động cơ là:

Pct = Pt/ηt (Kw)

Trong đó: - Pt: là công suất tính toán của tang quay Pt = F.V/1000 (Kw) với : - F : là lực đè của đầu bút lên tang quay

F = c.z

c: độ cứng của lò xo c = 1 (N/cm)

z: biến dạng của lò xo z = 1 (cm)

=> F = 1 N

Vậy Pt = 1 0,4/1000 = 0,0004 (Kw)

- ηt : là hiệu suất của bộ truyền

ηt = ηk ηo ηgt

Trong đó : - ηk là hiệu suất của khớp nối ηk = 0,99

- ηo là hiệu suất của ổ lăn ηo = 0,99

- ηgt là hiệu suất của hộp giảm tốc ηgt = 0,75 Vậy ηt = 0,992.0,992.0,75 = 0,72

Vậy công suất cần thiết của động cơ là :

Pct = 0,0004/0,72 = 0,000555 (KW) ≈ 0,56 (W)

c) Lựa chọn động cơ

Do suất phát từ yêu cầu chính xác của kết quả thu đợc trong quá trình đo ghi thì tang phải quay với tốc độ ổn định Bên cạnh đó do công suất của động cơ của cơ cấu đo ghi rất nhỏ do đó ta chọn động cơ dẫn động cho tang quay là

động cơ điện một chiều

Các thông số cơ bản của động cơ là:

nsb = 1200 (v/phút)

Pđc = 0,6 (W)

3)Tính lại tỷ số truyền cho hộp giảm tốc

Ta có it= igt = 1200/38,197 = 31,416

trong đó : igt là tỷ số truyền của hộ giảm tóc ( igt = 31,416)

IV Thiết kế hộp giảm tốc

a) Chọn vật liệu.

Bánh vít là đồng thanh thiếc có ký hiệu PO 10-1

Vật liệu của trục vít là thép 35 thờng hoá có độ cứng 140 ữ190 HB

b) Tính tỷ số truyền và số mối ren trục vít và số răng bánh vít.

Chọn số mối ren trục vít Z1 = 1

Số răng bánh vít Z2 = ihs.Z1 = 31,416

Chọn Z2 = 31 (răng)

Vậy tỷ số truyền itv= Z2/Z1 = 31

c) Xác định môđun ( m ) và hệ số đờng kính ( q ) theo điều kiện tiếp xúc

Theo tiêu chuẩn trong thiết kế chi tiết máy ta chọn đợc

m = 2 (mm)

q = 6,3

d) Xác định các thông số hình học của bộ truyền

+ Mô đun m = 2 (mm)

+ Số mối ren của trục vít Z1 = 1

+ Số răng bánh vít Z2 = 31

+ Hệ số đờng kính q = 6,3

+ Góc ăn khớp α = 200

+ Góc vít λ = 12,30

+ Khoảng cách trục aw = 0,5.2.(6,3 + 31) = 37,3 (mm)

+ Đờng kính vòng chia trục vít dc1 = q.m = 6,3.2 = 12,6 (mm)