ĐỒ án THIẾT kế hệ THỐNG TREO TRƯỚC CHO XE CHỈ HUY UAZ 31512 + bản vẽ, lập TRÌNH

Công dụng, phân loại: Hệ thống treo là một tổ hợp các cơ cấu thực hiện liên kết các bánh xecầu xe với khung xe vỏ xe để đảm bảo độ êm dịu và an toàn chuyển độngtrên cơ sở tạo ra các dao

Chơng 1

Phân tích đặc điểm kết cấu 1.1 Công dụng, phân loại:

Hệ thống treo là một tổ hợp các cơ cấu thực hiện liên kết các bánh xe(cầu xe) với khung xe (vỏ xe) để đảm bảo độ êm dịu và an toàn chuyển độngtrên cơ sở tạo ra các dao động của thân xe và bánh xe theo ý muốn, giảm cáctải trọng va đập cho xe khi chuyển động trên địa hình không bằng phẳng.Ngoài ra hệ thống treo còn dùng để truyền các lực và mô men tác động giữabánh xe và khung xe (vỏ xe)

Hệ thống treo bao gồm 4 phần tử chính 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 của phần tử

đàn hồi, phần tử hớng và theo phơng pháp dập tắt dao động

a) Theo cấu tạo của phần tử hớng.

- Hệ thống treo phụ thuộc: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên

phải của một cầu đợc liên kết cứng với nhau bằng dầm cầu liền hoặc vỏ cầucứng Khi đó dao động hoặc chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc mặtphẳng thẳng đứng) của bánh xe bên này làm ảnh hởng, tác động đến bánh xebên kia và ngợc lại

- Hệ thống treo độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh

xe bên phải không có liên kết cứng với nhau, chúng chỉ đợc nối gián tiếp vớinhau thông qua khung xe hoặc vỏ xe Chính vì vậy mà dao động hay chuyểndịch của các bánh xe là độc lập nhau

- Hệ thống treo cân bằng: hai bánh xe cùng một phía của hai cầu xe

liền nhau có chung phần tử đàn hồi đợc bố trí xung quanh trục cân bằng

b) Theo cấu tạo của phần tử đàn hồi:

- Phần tử đàn hồi là thuỷ khí có loại kháng áp và loại không kháng áp.

- Phần tử đàn hồi là cao su có loại làm việc ở chế độ nén và làm việc ởchế độ xoắn

1.2.Yêu cầu đối với hệ thống treo:

- Độ võng tĩnh phải nằm trong giới hạn đủ đảm bảo đợc các tần số dao

động riêng của vỏ xe và độ võng động phải đủ để đảm bảo vận tốc chuyển

động của ôtô trên đờng xấu nằm trong giới hạn cho phép, ở giới hạn nàykhông có sự va đập lên bộ phận hạn chế

- Đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi xe chuyển động

Độ êm dịu chuyển động của ô tô quân sự đợc đánh giá qua giá trị chophép của các thông số nh tần số dao động riêng, biên độ dao động lớn nhất,gia tốc dao động lớn nhất…

- Động học của các bánh xe dẫn hớng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫnhớng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng

- Dập tắt nhanh các dao động của vỏ và các bánh xe

- Giảm tải trọng động khi ôtô qua những đờng gồ ghề.

- Trọng lợng phần không treo phải nhỏ

Trọng lợng phần không treo bao gồm trọng lợng bánh xe, các chi tiếtcủa bộ phận dẫn hớng, cầu xe và một phần trọng lợng của bộ phận đàn hồi vàgiảm chấn Giảm trọng lợng phần không treo sẽ làm giảm rất nhiều tải trọng

động tác dụng lên bộ phận đàn hồi và thân xe Yêu cầu này đợc thực hiện rấttốt đối với hệ thống treo độc lập.

- Hệ thống treo phải đảm bảo có sức sống cao, độ tin cậy lớn trong sửdụng Sức sống của hệ thống treo của ôtô chủ yếu phụ thuộc vào loại sơ dồ treo

- Đảm bảo đơn giản, thuận tiện trong quá trình bảo dỡng, sửa chữa Yêucầu này chủ yếu phụ thuộc vào số lợng các điểm phải bảo dỡng và vị trí các

điểm đó trên xe

1.3 Phân tích kết cấu một số hệ thống treo:

a) Hệ thống treo phụ thuộc:

- Hệ thống treo phụ thuộc: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bênphải của một cầu đợc liên kết cứng với nhau bằng dầm cầu liền hoặc vỏ cầucứng Khi đó dao động hoặc chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc mặtphẳng thẳng đứng) của bánh xe bên này làm ảnh hởng, tác động đến bánh xebên kia và ngợc lại

Hình 1.1 : Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc.

(1-Thân xe; 2-Giảm chấn; 3-Dầm cầu; 4-Nhíp)

- Phần lớn ô tô sử dụng trong quân đội ta loại 1 cầu và 2 cầu chủ động

đều có hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi nhíp lá (UAZ-469, UAZ31512; GAZ-66; ZIL-131; URAL-375; KRAZ-255; BRDM-2;…) Trên hình(1.2) thể hiện cấu tạo của hệ thống treo trớc xe UAZ 31512:

Hình 1.2: Hệ thống treo trớc ô tô UAZ- 31512.

1-Giá đỡ trớc;2- Khung xe; 3- Tang đệm; 4- Đệm; 5- Giá treo giảm chấn; Giảm chấn ; 7- Giá sau; 8- Bạc cao su lắp giảm chấn giá; 9- Đệm trớc ; 10- Đệm sau ; 11- Quang nhíp; 12- Đệm quang nhíp; 13- Nhíp;14- Đệm;

+ Hệ thống treo xe UAZ-31512 là loại hệ thống treo phụ thuộc, phần tử

đàn hồi nhíp lá, dập tắt dao động nhờ giảm chấn ống thuỷ lực

- Hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi nhíp lá có cấu tạo đơngiản, rẻ tiền vì các lá nhíp vừa làm nhiệm vụ của phần tử đàn hồi vừa làmnhiệm vụ của phần tử hớng, đơn giản trong bảo dỡng kỹ thuật, lốp xe sẽ ít bịmòn khi quay vòng vì chỉ có khung xe nghiêng còn cầu xe không bị nghiêng.Nhợc điểm của hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp là: có khối lợng phầnkhông treo lớn, do vậy giảm độ êm dịu chuyển động; khó có đợc hệ treomềm vì để có hệ treo mềm cần phải nâng cao khung (vỏ) so với cầu xe; xácsuất xuất hiện dao động của bánh xe dẫn hớng lớn, do vậy ảnh hởng xấu tới

ổn định chuyển động thẳng; tuổi thọ của các lá nhíp nhỏ Để tăng tuổi thọ lánhíp ngời ta áp dụng phơng pháp gia công phun hạt vào mặt trên các lá nhíp,

sử dụng nhíp có tiết diện ngang hợp lý, cố định các đầu nhíp bằng các phần

tử cao su, bôi mỡ chì giữa các lá nhíp hoặc các tấm đệm giữa các lá nhíp(đệm bằng chất dẻo, bằng đồng hoặc hợp kim chống mòn), đánh bóng bềmặt các lá nhíp

b) Hệ thống treo độc lập:

- Hệ thống treo độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh xebên phải không có liên kết cứng với nhau, chúng chỉ đợc nối gián tiếp vớinhau thông qua khung xe hoặc vỏ xe Chính vì vậy mà dao động hay chuyểndịch của các bánh xe là độc lập nhau

Hình 1.3 : Sơ đồ hệ thống treo độc lập.

ở hệ thống treo độc lập thờng sử dụng lò xo trụ hoặc thanh xoắn là phần

tử đàn hồi Trong quá trình sử dụng không cần phải bôi trơn, không bị bụibẩn và có độ bền cao, có khối lợng phần không treo nhỏ, bảo đảm hành trìnhlàm việc của xe lớn do vậy bảo đảm tạo ra đợc treo mềm hơn Nhợc điểm

chính của hệ thống treo độc lập là kết cấu dẫn động đến các bánh xe phứctạp, tăng số lợng khớp nối đồng thời tăng khối lợng công việc chăm sóc bảodỡng kỹ thuật, trọng tâm xe thay đổi khi thân xe dao động.

c) Hệ thống treo cân bằng:

Hai bánh xe cùng một phía của hai cầu xe liền nhau có chung phần tử

đàn hồi đợc bố trí xung quanh trục cân bằng

Hệ thống treo cân bằng thờng gặp ở những xe nhiều cầu có tính năngthông qua cao Những xe đó có ba hoặc bốn cầu trong đó bố trí hai cầu liềnnhau Hệ thống treo của những cầu này thờng là hệ thống treo cân bằng phụthuộc Ví dụ nh cầu giữa và cầu sau của ô tô ZIL-131; URAL-4320;KRAZ-255B;

Hình 1.4 : Hệ thống treo cân bằng với phần tử hớng

là các thanh giằng cầu.

Hình 1.5: Hệ thống treo cân bằng sử dụng nhíp để truyền các lực dọc.

Khi sử dụng hệ thống treo cân bằng, trong trờng hợp ô tô chuyển độngtrên địa hình gồ ghề, các bánh xe có thể bảo đảm luôn tiếp xúc với bề mặt đ -ờng, do vậy mà nâng cao tính năng thông qua cho ô tô Ngoài ra, hệ thốngtreo cân bằng có u điểm là cho phép trục của cầu giữa và cầu sau lệch mộtgóc khá lớn (khoảng 240) để bảo đảm khả năng bám của các bánh xe với bềmặt đờng Hệ thống treo của cầu sau và cầu giữa của các ô tô ZIL-131, URAL-

375 và KRAZ-255B là hệ thống treo cân bằng trên hai bộ nhíp dọc nửa êlíp Hệtreo này bảo đảm sự bằng nhau của các tải trọng thẳng đứng trên cầu giữa vàcầu sau

1.4 Chọn ph ơng án thiết kế.

Qua phân tích kết cấu của các hệ thống treo ở trên, từ nhiệm vụ đề tài

đ-ợc giao là:“Thiết kế hệ thống treo trớc cho xe chỉ huy UAZ 31512” và tham khảo tài liệu xe UAZ 31512 Tôi chọn chọn phơng án thiết kế nh sau:

+ Hệ thống treo của xe thiết kế là loại hệ thống treo phụ thuộc

+ Phần tử đàn hồi là nhíp lá, và đóng vai trò của phần tử hớng

+ Giảm chấn là giảm chấn ống thủy lực tác dụng 2 chiều và có van

giảm áp lắp trên cả cầu trớc và cầu sau

Chơng 2

tính toán thiết kế hệ thống treo trớc

Bảng thông số đầu vào đối với bài toán thiết kế HTT của UAZ-31512:

248011301350

5 Khối lợng phần treo

- Phân ra cầu trớc

- Phân ra cầu sau

kgkgkg

20709221148

6 Khối lợng phần không treo

- Phân ra cầu trớc

- Phân ra cầu sau

kgkgkg

410210200

7 Chiều dài toàn bộ

- Chiều rộng

- Chiều cao

mmmmmm

402517851990

460510

12 Độ cứng của nhíp

- Nhíp sau N/mm 38

13 Hệ số cản giảm chấn khi nén N.S/mm 2,4

14 Hệ số cản giảm chấn khi trả N.S/mm 7,8Ghi chú:

2.1 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo.

1 Xác định hệ số phân bố khối lợng phần treo:

y =

b a M

J y

. (2.1)

Trong đó:

M: Khối lợng phần treo của ôtô

M = 2070 kg ( Theo taì liệu [I] )

a,b: Khoảng cách từ trọng tâm phần treo đến tâm bánh xe cầu trớc, cầu sau

a = 1,32 m

b = 1,06 m ( tính theo khối lợng treo phân bố lên 2 cầu )

Jy: Mô men quán tính khối lợng của phần đợc treo đối với trục đi qua trọngtâm phần treo và vuông góc với mặt phẳng thẳng đứng dọc xe, có thể xác

định theo công thức sau:

J y = A.M.L2 (Nms-1) (2.2)

Trong đó:

A: Hệ số kinh nghiệm, lấy A = 0,21

M: Khối lợng phần treo của ôtô NS2/m

L: Chiều dài cơ sở của ôtô m

L = 2,38 m( đo trên thực tế )

Do đó ta có :

Jy = 0,21.2070.2,382

2 Khối lợng phần treo phân bố lên cầu:

- Khối lợng phần treo phân bố lên cầu trớc: M1=922 kg

- Khối lợng phần treo phân bố lên cầu sau: M2 = 1148 kg

- M: khối lợng phần treo của ô tô (N.s2/m)

- : tần số dao động riêng của khối lợng phần treo (rad/s)

Để đảm bảo độ êm dịu của ô tô quân sự, khi tính toán độ cứng của phầntreo, tần số dao động riêng của khối lợng phần treo thờng chọn trong khoảng:

-g: Gia tốc trọng trờng, lấy g = 9,81 m/s2

- : Tần số góc dao động riêng của khối lợng phần treo (đã chọn ởtrên)  = 10,41(rad/s) ;

Thay các giá trị vào công thức (2.3) ta đợc:

- fđ đã tính ở trên, fđ = 93 (mm).

min  220 93 127(   mm) 0,127( )  m

Thỏa mãn điều kiện khoảng sáng gầm xe nhỏ nhất

7 Xác định hệ số dập tắt dao động của khối lợng phần treo :

h0 = .

Trong đó :

+ ho hệ số dập tắt dao động của khối lợng phần treo (rad/s)

+  tần số dao động riêng của khối lợng phần treo

+  hệ số cản tơng đối (  = 0,2 )

Ta có : h0 =  1= 0,2 10,41 = 2,08 (rad/s)

2.2 Tính toán thiết kế các bộ phận của hệ thống treo:

1 Tính toán thiết kế nhíp:( không thiết kế)

2.Tính toán thiết kế giảm chấn:

Bộ phận giảm chấn của hệ thống treo ôtô thờng là các giảm chấn thuỷlực (có thể là giảm chấn ống hoăc giảm chấn đòn )

Tính toán thiết kế giảm chấn là xác định các kích thớc cơ bản của giảmchấn ,xác định các tiết diện của lỗ tiết lu dầu và xác định các thông số củavan thông và van giảm tải

Sau khi đã xác định đợc các thông số của giảm chấn tiến hành xây dng

đờng đặc tính của giảm chấn và kiểm tra sự làm việc của giảm chấn theo chế

độ nhiệt

Thông số ban đầu để thiết kế giảm chấn là hệ số dập tắt dao động h0 củakhối lợng phần treo

a) Xác định các kích thớc cơ bản của giảm chấn

Thiết kế giảm chấn đợc bắt đầu t việc chọn các kích thớc cơ bản của

nó Kích thứơc cơ bản của giảm chấn là đờng kính xi lanh công tác dx vàhành trình dịch chuyển của pit tông Hp hành trình dịch chuyển của pít tôngthờng đợc xác định theo điều kiện bố trí chung khi thiết kế hệ thốngtreo ,thông thờng hành trình dịch chuyển của pít tông nhỏ hơn (  7 8 )d x

Trong hệ thống treo phụ thuộc việc chọn Hp phụ thuộc chủ yếu vào tổngbiến dạng của bộ phận đàn hồi Giảm chấn trong hệ thống treo này thờng đợc

bố trí nghiêng một góc so với đờng thẳng còn hành trình pít tông của nó ờng xấp xỉ gấp hai lần hành trình pít tông của giảm chấn trong hệ thống treo

Trong đó: Lk- Chiều dài kết cấu của giảm chấn và Lk= Li

LI- Chiều dài cụm i của giảm chấn

Chiều dài các cụm giảm chấn có thể chọn nh sau:

h0-Hệ số dập tắt dao động của khối lợng phần treo M-Khối lợng phần treo phân bố lên một cầu

i

(=300)Trong đó :

Ka-Hệ số cản quy dẫn của một giảm chấn i-Tỉ số truyền bố trí giảm chấn

-Góc nghiêng của giảm chấn xo vói đờng thẳng đứng Chọn tỷ số giữa các hệ số cản của giảm chấn trong hành trình trả vàhành trình nén

3 , 25

4 , 2

8 , 7 K

K an

0-Hệ số lu lợng 0=0,600,75Chọn 0=0,65

-Trọng lợng riêng của dầu G/cm3

6 , 13 14 , 3 4

d





Q=1,45.25=36,2 cm3/s

+q=qn= . 2, 4.25

16,5

36, 2

an p an

K V p

5 , 16 10 2

87 , 0

65 , 0

2 , 36

4

34 14 , 3 4

d



Q=(9,07-1,45).25=190,5(cm3/s)

+q=qt=

    9 , 07 1 , 45 213 , 54 ( KG / cm )

25 78 F

F

V K F

F

d p

p at d

qt-áp suất dầu ở khoang trên pít tông giảm chấn trong hành trình trả

Kat-Hệ số cản của giảm chấn trong hành trình trả

3 0 , 0133 cm

980 54 , 213 10 2

87 , 0

65 , 0

5 , 190



c) Tính toán kiểm tra sự làm việc của giảm chấn theo chế độ nhiệt

Các số liệu ban đầu :

-Hệ số cản của giảm chấn K

+Hành trình nén Kn=2,4

+Hành trình trả Kt= 7,8

-Vận tốc dịch chuyển của pít tông giảm chấn Vp=250(mm)

-Đờng kính giảm chấn D=52(mm)

-Chiều dài khoang chứa dầu của giảm chấn L = 336(mm)

Để tính toán kiểm bền cho giảm chấn bao gồm :

-Xác định công suất khuếch tán của giảm chấn :

2

8 , 7 4 , 2 2

2

s Nmm V

K K

p n t

N t

t0 : Nhiệt độ môi trờng ta lấy t0 = 400

Kt : Hệ số truyền nhiệt vào không khí của thành ống giảm chấn

Đối với giảm chấn thành ống trụ , hệ số truyền nhiệt có thể xác địnhtheo công thức sau :

3 , 0

7 , 0 4

D

V

t Trong đó :

Vb : Vận tốc của dòng không khí có thể lấy vận tốc của dòngkhông khí bằng vận tốc ôtô

D: Đờng kính ngoài của thành ống giảm chấn D = 52 mm

0 70 16 , 1

75 , 318

2.3 Tính toán dao động của ô tô

1 Các giả thiết và mô hình khảo sát:

ở trên, ta mới chỉ xác định tần số dao động riêng của phần treo, hệ sốdập tắt dao động của phần treo, hành trình tĩnh, hành trình động của bánh xe.Những thông số trên cha đủ để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtônói chung, đồng thời ở trên ta mới chỉ xét dao động của khối lợng phần treo

mà cha kể đến sự ảnh hởng của phần không treo đến dao động đó

Để có thể đánh giá đầy đủ độ êm dịu chuyển động của ôtô, phải xét cảmột hệ dao động trong đó có cả khối lợng phần treo và phần không treo.Khi tiến hành xét hệ dao động hai khối lợng cần xác định các thông sốcủa nó nh: Tần số dao động riêng cao tần và thấp tần, hệ số dập tắt dao độngứng với tần số cao và tần số thấp Từ những thông số nhân đợc, xây dựng đ-ờng đặc tính tần số biên độ dao động của ôtô Qua đờng đặc tính này có thểxác định đợc biên độ dao động của khối lợng phần treo, khối lợng phầnkhông treo, xác định đợc gia tốc dao động của khối lợng phần treo, đồng thờiqua đờng đặc tính cho phép đánh giá-ứng với vận tốc chuyển động nào của

ôtô trong vùng vận tốc sử dụng và ứng với sóng mặt đờng có chiều dài bớcsóng là bao nhiêu sẽ xẩy ra hiện tợng cộng hởng (Hệ số dập tắt dao động đãphù hợp cha)

a) Các giả thiết:

Quá trình tính toán dao động của ôtô đợc tiến hành với các giả thiết sau:-Dao động của ôtô chỉ xảy ra trong mặt phẳng dọc xe

-Dao động của ôtô là dao động ổn định

-Nguồn kích thích dao động là sang mặt đờng, có dạng nh sau;

q = q0sint (2.5)Trong đó;

q0 : Biên độ lớn nhất sóng mặt đờng

 : Tần số kích động sóng mặt đờng

 = 23,6..V S

t : Thời gian đi hết quãng đờng bằng bớc sóng

V: Vận tốc chuyển động của ôtô

S: Bớc sóng mặt đờng

t =

a V

z - chuyển dịch thẳng đứng của trọng tâm thân xe theo trục Z

 - chuyển dịch của khối lợng phần không treo

Chỉ khảo sát đối với chế độ tải trọng là đầy tải, và chế độ chuyển

động nh sau:

- Coi xe chuyển động đều trên đờng với vận tốc V = 50 (km/h)

- Biên dạng đờng hình sin có biên độ q0=30 (mm)

- Bớc sóng mặt đờng là hằng số S = 4000 (mm)

a) Thiết lập hệ phơng trình vi phân.

ở mô hình này ta chọn phơng pháp lập hệ phơng trình vi phân bằngphơng trình Lagrange loại II

Phơng trình Lagrange loại II đợc mô tả nh sau:

i i

p i

n i

k i

q

E q

E q

E q

E dt

- Thế năng của hệ đợc xác định từ vị trí cân bằng tĩnh, bằng số gia thếnăng của tất cả các phần tử:

)

.(

2

1 1

2 1

.(

2

1 1

2 1

E     (2.9)Trong đó:

Cp- hệ số cứng của treo trớc

CL- hệ số cứng của lốp

K, KL - hệ số cản giảm chấn của treo và của lốp ở cầu trớc quy về tâmbánh xe: