XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế nước nhà thì nhu cầu của người dân nói chung và nhu cầu đi lại nói riêng được tăng lên một cách rõ rệt. Khi sử dụng một phương tiện giao thông ngoài những yêu cầu về khả năng thuận lợi trong lưu thông thì một phương tiện gọi là tốt còn phải đảm bảo an toàn trong chuyển động, tính thẩm mỹ cao và độ êm dịu cao trong quá trình sử dụng để bảo sức khỏe cho người tham gia giao thông.

Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp sau năm năm học tập tại trường Đại học Giao thông vận tải đánh dấu một mốc quan trọng trong cuộc đời học tập nghiên cứu của cá nhân em. Mặc dù tại thời điểm vừa kết thúc này, mức độ thành công của Đồ án chưa được đánh giá nhưng quá trình thực hiện đã đem lại cho em những bài học quý giá về phương pháp tiếp cận nghiên cứu một vấn đề khoa học. Để hoàn thành Đồ án, em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các thầy cô giáo và bạn bè. Nếu thiếu sự giúp đỡ của họ, nhiệm vụ của em chắc chắn sẽ khó khăn hơn rất nhiều. Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s Phạm Thế Minh giáo viên hướng dẫn trực tiếp đồ án tốt nghiệp của em. Thầy đã dành nhiều thời gian giúp em lựa chọn đề tài và giới hạn phạm vi đồ án, đọc và cho ý kiến nhận xét về bản đề cương và các bản nháp trong suốt quá trình thực hiện. Xin cảm ơn Thầy rất nhiều về những góp ý sâu sắc và sự chỉ bảo tận tình. Em xin dành lời cảm ơn đặc biệt tới tất cả các thầy giáo, cô giáo, cán bộ trường Đại học Giao thông vận tải vì những kiến thức khoa học và cuộc sống, những sự giúp đỡ hỗ trợ tận tình mà em nhận được trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường. Mục lục Tô Anh Cường - 1 - Lớp - Cơ Điện tử k46 Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU .5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ .6 Công dụng, yêu cầu kĩ thuật và phân loại .6 Công dụng .6 Yêu cầu kĩ thuật của hệ thống treo 7 Phân loại 8 Cấu tạo hệ thống treo .12 Bộ phận đàn hồi .13 Chức năng của bộ phận đàn hồi 13 Cấu tạo bộ phận đàn hồi 13 Bộ phận giảm chấn 21 Chức năng giảm chấn 21 Yêu cầu của giảm chấn 22 Bộ phận ổn định và thanh dẫn hướng 28 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO 30 Mô hình không gian cả xe .30 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng dọc 33 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng ngang 38 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng ngang 38 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng ngang 38 Tô Anh Cường - 2 - Lớp - Cơ Điện tử k46 Đồ án tốt nghiệp Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng ngang 38 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho toàn bộ xe trong không gian .41 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho toàn bộ xe trong không gian 41 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho toàn bộ xe trong không gian 41 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO BẰNG PHẦN MỀM ADAMS/CAR .51 CHƯƠNG III: 51 Giới thiệu chung về phần mềm Adams/car .51 Xây dựng một hệ thống treo từ thư viện của chương trình và chạy mô phỏng hệ thống treo .54 Tạo một Front Suspension Subsystem 55 Xây dựng một Suspension Assembly 57 Lựa chọn các chương trình phân tích 59 Chạy mô phỏng hệ thống và in kết quả dưới dạng đồ thị các tham số của hệ thống 63 Đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống khi thay đổi thông số cho hệ thống treo 71 Đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống khi thay đổi độ cứng của bộ phận đàn hồi .74 Đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống khi thay đổi hệ số giảm chấn của bộ phận giảm chấn .81 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC .92 PHỤ LỤC .92 Tô Anh Cường - 3 - Lớp - Cơ Điện tử k46 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của nền kinh tế nước nhà thì nhu cầu của người dân nói chung và nhu cầu đi lại nói riêng được tăng lên một cách rõ rệt. Khi sử dụng một phương tiện giao thông ngoài những yêu cầu về khả năng thuận lợi trong lưu thông thì một phương tiện gọi là tốt còn phải đảm bảo an toàn trong chuyển động, tính thẩm mỹ cao và độ êm dịu cao trong quá trình sử dụng để bảo sức khỏe cho người tham gia giao thông. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang có những bước đi ban đầu về thiết kế, chế tạo ôtô. Song do điều kiện đường xá kém chất lượng, ở các xe này chưa đáp ứng được một số các yêu cầu đòi hỏi về độ êm dịu chuyển động, tính tiện nghi, tính an toàn chuyển động, .Một trong những nguyên nhân là do chất lượng đường của chúng ta còn hạn chế. Chính vì vậy, việc quan tâm đến độ êm dịu cho một chiếc xe khi tham gia giao thông là một quan trọng trong quá trình chế tạo một phương tiện giao thông nói chung và ô tô nói riêng. Trong nội dung của đề tài này được chia làm các chương sau: Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ Chương này bao gồm trình bày về công dụng, phân loại, cấu tạo và nguyên lý làm việc của từng bộ phận cũng như toàn hệ thống treo trên ô tô con. Chương 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO Trong chương này trình bày về mô hình vật lý của hệ thống treo trong không gian, tính toán động lực học cho hệ thống treo trên xe con gồm hệ thống treo trước và sau là hệ thống treo độc lập. Việc tính toán sẽ thực hiện cho mặt phẳng dọc xe, ngang xe và cho toàn hệ thống treo trong không gian. Chương 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO BẰNG PHẦN MỀM ADAMS/CAR Trong chương này sẽ đi xây dựng một hệ thống treo độc lập từ thư viện của phần mềm Adams/car, thay đổi các thông số cho hệ thống treo rồi tiến hành mô phỏng hệ thống treo. Từ đó lấy các thông số đầu ra dưới dạng đồ thị theo thời gian. Lần lượt hai thông số đầu vào là độ cứng bộ phận đàn hồi và hệ số giảm chấn rồi đánh giá sự thay đổi các thông số đầu ra cho từng trường hợp theo một số tiêu chuẩn đánh giá về gia tốc. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ 1.1 Công dụng, yêu cầu kĩ thuật và phân loại 1.1.1 Công dụng Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung hoặc vỏ ô tô với hệ thống truyền động. Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống treo là giảm các va đập sinh ra trong quá trình chuyển động và làm cho ô tô chuyển động êm dịu khi gặp phải mặt đường gồ ghề không bằng phẳng. • Hệ thống treo có nhiệm vụ truyền lực và momen giữa bánh xe và khung xe: Bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng xe, phản lực từ đường), lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực đẩy với khung vỏ), lực ngang (lực ly tâm, lực gió bên hoặc phản lực ngang, .), momen chủ động hoặc momen phanh. • Đỡ thân xe lên trên cầu xe, cho phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng với vỏ xe hoặc khung xe. Hạn chế những chuyển động không mong muốn khác của bánh xe như: chuyển động lắc ngang hay lắc dọc của bánh xe. • Những bộ phận của hệ thống treo làm nhiệm vụ hấp thụ và dập tắt những dao động, rung động, va đập từ mặt đường truyền lên đảm bảo tính êm dịu trong chuyển động của xe. 1.1.2 Yêu cầu kĩ thuật của hệ thống treo Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng với khung xe hoặc vỏ xe , theo yêu cầu dao động êm ái hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn khác của bánh xe (như lắc ngang, lắc dọc ). Vì vậy hệ thống treo phải có những yêu cầu cơ bản sau : • Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe như chạy trên nền đường tốt hoặc xe có khả năng chạy trên mọi địa hình khác nhau. • Bánh xe có chuyển động không mong muốn hạn chế. • Có độ bền cao. • Không gây tải trọng lớn tại các mối liên kết khung và vỏ. • Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thỏa mãn mục đích chính của hệ thống treo, làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe. • Ngoài các yêu cầu nêu trên, hệ thống treo phải đảm bảo các yêu cầu đặc biệt sau đây:  Có tần số dao động riêng của vỏ thích hợp, tần số dao động này được xác định bằng độ võng tĩnh (f t ).  Có độ võng động (f đ ) đủ để cho không sinh ra va đập lên các ụ đỡ cao su.  Có độ dập tắt dao động của vỏ và bánh xe thích hợp.  Khi quay vòng hoặc phanh thì ôtô không bị nghiêng trục đứng của bánh xe dẫn hướng không đổi.  Đảm bảo cho chiều rộng cơ sở và góc đặt các trục đứng của bánh xe dẫn hướng không đổi.  Đảm bảo cho sự tương ứng giữa động học các bánh xe và động học của truyền động lái. 1.1.3 Phân loại Có rất nhiều cách phân loại hệ thống treo trên ô tô. Dựa vào những căn cứ khác nhau ta có thể phân loại hệ thống treo trên ô tô thành các loại cơ bản sau: Dựa vào bộ phận dẫn hướng chia thành:  Hệ thống treo phụ thuộc: - Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá; - Hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc; - Hệ thống treo phụ thuộc loại đàn hồi khí nén. Hình 1.1: Cấu tạo hệ thống treo phụ thuộc cầu sau Nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc: - Khối lượng phần không được treo là rất lớn, đặc biệt ở trên cầu chủ động. Khi ôtô di chuyển trên những con đường không bằng phẳng, tải trọng sinh ra sẽ gây nên va đập mạnh giữa phần không được treo với phần được treo, sẽ làm giảm độ êm dịu trong khi chuyển động. Mặt khác bánh xe va đập mạnh trên nền đường làm xấu đi sự tiếp xúc các bánh xe với mặt đường. - Khoảng không gian phía dưới sàn ôtô phải lớn để đủ bảo đảm cho dầm cầu thay đổi vị trí, cho nên chiều cao trọng tâm của ôtô sẽ lớn và sẽ làm giảm đi thể tích chứa hàng hóa sau ôtô. - Sự nối cứng giữa hai bánh xe nhờ vào dầm cầu liền gây nên các trạng thái điển hình về động học. Nếu bố trí hệ thống treo này cho cầu trước dẫn hướng sẽ làm xấu đi tính ổn định trong khi chuyển động trên đường không bằng phẳng. Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc: - Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định, do vậy độ mòn lốp xe ít. - Khi chịu lực bên (ly tâm, đường ngang, gió bên) hai bánh xe liên kết cứng làm hạn chế hiện tượng trượt bên của bánh xe. - Công nghệ chế tạo đơn giản, số lượng các chi tiết ít, dễ tháo lắp và sửa chữa và bảo dưỡng, giá thành thấp.  Hệ thống treo độc lập: - Hệ thống treo hai đòn ngang; - Hệ thống treo Macpherson; - Hệ thống treo đòn dọc; - Hệ thống treo đòn chéo. Hình 1.2: Cấu tạo hệ thống treo độc lập cầu trước Ưu điểm của hệ thống treo độc lập: - Khối lượng phần không được treo là nhỏ, đặc tính bám đường của bánh xe là tốt, vì vậy sẽ êm dịu trong khi di chuyển và có tính ổn định tốt. - Nhiều kiểu ô tô được trang bị thanh ổn định để giảm sự lắc ngang khi ô tô chuyển động quay vòng, cải thiện được tính ổn định và các tính năng khác. - Do không có sự nối cứng giữa bánh xe phía trái phải nên có thể hạ thấp sàn ô tô và vị trí lắp động cơ, do đó có thể hạ thấp được trọng tâm của ô tô. - Các lò xo trong hệ thống treo độc lập chỉ làm nhiệm vụ đỡ thân ô tô mà không có tác dụng định vị các bánh xe (đó là chức năng của các thanh liên kết), do đó có thể sử dụng lò xo mềm hơn. Nhược điểm của hệ thống treo độc lập: - Do hai bánh xe liên kết với nhau là liên kết mềm nên trong quá trình chuyển động vết bánh xe thay đổi và xảy ra sự trượt bên; - Số chi tiết là khá nhiều so với hệ thống treo phụ thuộc nên khó khăn trong chế tạo và giá thành chế tạo tăng; - Khoảng cách các xe và vị trí đặt bánh xe thay đổi cùng với sự dịch chuyển lên xuống của bánh xe; - Kết cấu của hệ thống treo phức tạp hơn. Dựa theo bộ phận đàn hồi ta có thể chia ra: - Treo nhíp lò xo; - Treo có nhíp thanh xoán; - Treo loại cao su; - Treo loại hơi; - Treo loại thủy lực; - Treo loại liên hợp. Dựa vào phương pháp dập tắt dao động (giảm chấn) ta chia ra: - Giảm chấn thủy lực: có loại tác động một chiều và hai chiều; - Giảm chấn ma sát cơ: có thể là ma sát trong bộ phận đàn hồi hoặc trong bộ phận dẫn hướng. Dựa vào phương pháp điều khiển ta có thể chia ra: - Hệ thống treo bị động (không có điều khiển) – passive suspension; - Hệ thống treo chủ động (có điều khiển được) – active suspension; - Hệ thống treo bán chủ động (sự kết hợp của hai loại trên) – semi active suspension. [...]... Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống treo CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO 2.1 Mô hình không gian cả xe Ô tô là một hệ cơ học, bao gồm nhiều khối lượng như: thân vỏ, bánh xe, trục, động cơ, hệ thống truyền lực, Giữa chúng có mối liên hệ rất phức tạp với nhau thông qua các phần tử đàn hồi và giảm chấn khối lượng của ô tô được chia thành khối lượng được treo và khối lượng không được treo Số bậc... với nhau Mô hình dao động ô tô được xây dựng phải thoả mãn yêu cầu sát với thực tế, đơn giản, thuân tiện trong tính toán và kết quả thu được chính xác nhất Mục đích của việc xây dựng mô hình hệ thống treo: • Hiểu thêm cách xây dựng mô hình hệ thống treo của phần mềm • Xác định các tham số đầu ra cần thiết theo phương trình, từ đó đánh giá mức độ chính xác của phần mềm khi mô phỏng hệ thống treo Nghiên... M: Khối lượng được treo của thân xe m1,m2,m3,m4: khối lượng không được treo tương ứng các lốp 1,2,3,4 Ju,Jv: là mô mem quán tính quay quanh các trục 0u và 0v Trong đó k1, k2, c1, c2, cl1, cl2, k11, kl2 thuộc hệ thống treo trước và k3, k4, c3, c4, cl3 ,cl4, c13, cl4 là thuộc hệ thống treo sau Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống treo Những giả thiết Khi thiết lập mô hình dao động ô tô... các mô hình phi tuyến cho phép bánh xe tách khỏi mặt đường Chọn hệ trục tọa độ • Hệ trục tọa độ cố định: Gốc tọa độ trùng với hình chiếu của trọng tâm khối lượng được treo xuống nền đường, các trục tọa độ x dọc theo thân xe và trục z vuông góc với nền đường • Hệ tọa độ suy rộng: Hệ tọa độ có gốc tại trọng tâm của các khối lượng trong hệ Đồ án tốt nghiệp 2.2 Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống treo Xây. ..1.2 Cấu tạo hệ thống treo Hình 1.3: Cấu tạo chung hệ thống treo ( http://images.gdc.vn) Trong ôtô thông thường sử dụng chủ yếu hai hệ thống treo phụ thuộc và độc lập, hầu hết ở các hệ thống treo phụ thuộc đầu trước nhíp nối với khung bằng khớp cố định, nhíp đặt dọc thường làm bộ phận dẫn hướng truyền lực đẩy hoặc lực phanh lên khung Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng rộng rãi... hệ thống treo Nghiên cứu dao động ô tô thường được tiến hành như sau: • Thay thế ô tô bằng hệ dao động tương đương (mô hình vật lý) phù hợp quan điểm và mục đích nghiên cứu • Thiết lập phương trình chuyển động (mô hình toán học) của hệ Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống treo • Khảo sát mô hình toán học trên miền thời gian và miền tần số Xác định các thông số “ra”, khi thay đổi các... hình hệ thống treo Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng dọc Hình 2.2: Mô hình vật lý hệ thống treo độc lập trong mặt phẳng dọc Trong đó : M: khối lượng được treo; m1,m4: khối lượng không được treo; Jv: mô men quán tính với trục 0v; z ,φv: tọa độ suy rộng cảu khối lượng được treo M; z1,z4: tọa độ suy rộng của các khối lượng không được treo m1,m4; a,b: khoảng... nghiệm kiểm chứng độ chính xác của phương pháp tính Mô vật lý trong không gian cho toàn xe Hình 2.1: Mô hình không gian hệ thống treo xe cầu trước và sau độc lập Thông số chủ yếu của hệ thống k1, k2,k3,k4: độ cứng của các phần tử đàn hồi c1, c2,c3,c4: hệ số cản giảm chấn của các giảm chấn thủy lực c11 ,cl2,c11 ,cl2: hệ số cản của các lốp (thông thường thì hệ số giảm chấn của các lốp bằng không ) k11 ,kl2,k11... lực: Hình 2.3: Sơ đồ phân tích lực cho hệ thống treo độc lập trong mặt phẳng dọc Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống treo Áp dụng nguyên lý Dalambe ta có : F1 = k1.( z −ϕa − z1 ) +c1.( z −ϕa − z1 ) F2 = k4 ( z +ϕb − z4 ) +c4 ( z +ϕb − z 4 ) F3 = kl1.( z1 − y1 ) +cl1.( z1 − y1 ) F4 = kl 4 ( z4 − y4 ) +cl 4 ( z 4 − y 4 ) Trong đó : F1: lực tác dụng tư khối lượng không được treo. .. khi xây dựng mô hình như sau: • Khối lượng ô tô phân bố đối xứng qua mặt phẳng dọc; • Phần khối lượng được treo coi như cứng tuyệt đối có khối lượng là M và mô men quán tính khối lượng phần treo đối với trục ngang đi qua trọng tâm phần treo Ju mô men quán tính với trục dọc đi qua trọng tâm Jv; • Phần khối lượng không được treo được coi là cứng tuyệt đối có khối lượng tương ứng là m1, m2, m3, m4 và mô