GIÁO TRÌNH ô tô 2 (MSc đặng quý)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN KHUNG GẦM ************************* GIÁO TRÌNH Ô TÔ Người biên soạn: MSc Đặng Quý TP HỒ CHÍ MINH, / 2006 LỜI NÓI ĐẦU N ền công nghiệp chế tạo ô tô giới ngày phát triển mạnh mẽ Ở Việt nam, thời gian không lâu từ tình trạng lắp ráp xe nay, tiến đến tự chế tạo ô tô Bởi vậy, việc đào tạo đội ngũ kỹ sư có trình độ đáp ứng đòi hỏi ngành công nghệ sửa chữa ô tô nhiệm vụ quan trọng cấp bác h Để phục vụ cho mục đích lâu dài nêu trước mắt để đáp ứng cho chương trình đào tạo theo hướng công nghệ ô tô, khoa Cơ khí động lực trường Đại học sư phạm kỹ thuật phân công cán giảng dạy biê n soạn giáo trình “Ô tô 2” dùng cho hệ đại học Giáo trình có 10 chương, bao gồm: Khái quát chung ô tô, chế độ tải trọng xe hoạt động, hệ thống truyền lực, cầu xe, hệ thống treo, lái, phanh khung vỏ ô tô Ở giáo trình không đề cập nhiều cấu tạo nguyên lý hoạt động phận ô tô Vì phần sinh viên học kỹ môn học thực tập xưởng “Ô tô 2” môn học chuyên ngành quan trọng năm cuối Bởi vậy, trước học môn này, sinh viên phải học trước môn sau “Cơ lý thuyết”, “Sức bền vật liệu”, “Cấu tạo ô tô”, “Nguyên lý động đốt trong” “Ô tô 1” Giáo trình đề cập đến vấn đề quan trọng môn học, phù hợp với chương trình qui đònh Giáo dục Đào tạo ngành Công nghệ ô tô Nội dung kiến thức giáo trình nhằm trang bò cho sinh viên hiểu biết đặc điểm cấu tạo nguyên lý làm việc cụm, chi tiết hệ thống thuộc gầm ô tô, tính toán động học động lực học cụm hệ thống Từ làm sở cho hoạt động nghề nghiệp thuộc lónh vực sữa chữa, lắp ráp, kiểm đònh thiết kế cải tiến mẫu xe Do trình độ thời gian có hạn, giáo trình có chỗ chưa hoàn thiện thiếu sót Rất mong đồng chí bạn đọc góp ý để lần tái sau có chất lượng tốt Tôi xin chân thành cảm ơn! Người biên soạn: MSc Đặng Quý MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Mục lục Ký hiệu đơn vò đo CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ Ô TÔ Mục tiêu .7 1.1 Phân loại ô tô 1.2 Các yêu cầu ô tô .9 1.2.1 Các yêu cầu thiết kế, chế tạo 1.2.2 Các yêu cầu sử dụng .9 1.2.3 Các yêu cầu bảo dưỡng, sửa chữa .9 1.3 Các thông số ô tô .10 1.3.1 Các thông số kích thước .10 1.3.2 Các thông số trọng lượng 11 1.4 Bố trí chung ô tô 12 1.4.1 Bố trí động ô tô .12 1.4.2 Bố trí hệ thống truyền lực ô tô 14 CHƯƠNG 2: TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÁC CỤM VÀ CHI TIẾT CỦA Ô TÔ .19 Mục tiêu19 2.1 Khái niệm loại tải trọng 20 2.2 Nhữ ng trường hợp sinh tải trọng động 20 2.2.1 Đóng ly hợp đột ngột 20 2.2.2 Không mở ly hợp phanh 21 2.2.3 Phanh đột ngột xe chạy phanh tay .23 2.2.4 Xe chuyển động đường khô ng phẳng .25 2.3 Tải trọng dùng tính toán cụm chi tiết gầm ô tô 26 2.3.1 Tải trọng tính toán dùng cho hệ thống truyền lực 26 2.3.2 Tải trọng tính toán dùng cho hệ thống phanh 27 2.3.3 Tải trọng tính toán dùng cho hệ thống treo cầu 28 2.3.4 Tải trọng tính toán dùng cho hệ thống lái 29 CHƯƠNG 3: LY HP 30 Mục tiêu .30 3.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 31 3.1.1 Công dụng 31 3.1.2 Phân loại 31 3.1.3 Yêu cầu 31 3.2 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc ly hợp ma sát 31 3.2.1 Sơ đồ cấu tạo 31 3.2.2 Nguyên lý làm việc ly hợp ma sát .32 3.3 Ảnh hưởng ly hợp đến gài số 32 3.4 Tác dụng ly hợp phanh 36 3.5 Công trượt sinh trình đóng ly hợp .38 3.5.1 Quá trình đóng ly hợp .38 3.5.2 Tính toán xác đònh công trượt 40 3.6 Xác đònh kích thước bản, tính toán hao mòn nhiệt độ ly hợp 41 3.6.1 Xác đònh kích thước ly hợp .41 3.6.2 Tính toán độ hao mòn ly hợp .44 3.6.3 Tính toán nhiệt độ ly hợp 44 3.7 Ly hợp thủy động .45 3.7.1.Cấu tạo nguyên lý làm việc .45 3.7.2 Tính toán ly hợp thủy động .46 3.7.3 Đường đặc tính ly hợp thủy động .48 CHƯƠNG 4: HỘP SỐ VÀ HỘP PHÂN PHỐI 49 Mục tiêu .49 4.1 Hộp số có cấp 51 4.1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 51 4.1.2 Sơ đồ động học nguyên lý làm việc loại hộp số .52 4.1.3 Trình tự tính toán hộp số có cấp .53 4.1.4 Xác đònh tỉ số truyền hộp số 54 4.1.5 Tính toán thông số hình học bánh hộp số 55 4.1.6 Bộ đồng tốc 58 4.2 Hộp số tự động 60 4.2.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 60 4.2.2 Khái quát hộp số tự động 61 4.2.3 Biến mômen thủy lực .68 4.2.4 Hộp số hành tinh 73 4.2.5 Hệ thống điều khiển hộp số tự động 85 4.3 Hộp phân phối 89 4.3.1 Nguyên tắc phân phối công suất cho cầu xe nhiều cầu chủ động .89 4.3.2 Sơ đồ động học loại hộp phân phối .94 CHƯƠNG 5: TRUYỀN ĐỘNG CÁC ĐĂNG 96 Mục tiêu .96 5.1 Công dụ ng, yêu cầu, phân loại .97 5.1.1 Công dụng 97 5.1.2 Yêu cầu 97 5.1.3 Phân loại 97 5.2 Động học cấu đăng .97 5.2.1 Cơ cấu đăng đơn 97 5.2.2 Cơ cấu đăng kép 100 5.2.3 Khớp đăng kép đồng tốc 101 5.2.4 Khớp đăng đồng tốc loại bi 101 5.3 Động lực học cấu đăng 105 5.4 Số vòng quay nguy hiểm trục đăng 106 CHƯƠNG 6: CẦU CHỦ ĐỘNG 109 Mục tiêu .109 6.1 Sơ đồ động học truyền lực cầu chủ động 110 6.1.1 Cầu chủ động không dẫn hướng .110 6.1.2 Cầu chủ động dẫn hướng 110 6.2 Truyền lực 111 6.2.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 111 6.2.2 Tính toán kích thước truyền lực 111 6.2.3 Độ cứng vững độ bền truyền lực 113 6.2.4 Truyền lực cạnh 115 6.3 Vi sai 118 6.3.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 118 6.3.2 Động học động lực học vi sai bánh nón 119 6.3.3 Ảnh hưởng vi sai đến tính chất kéo ô tô 121 6.3.4 Sơ đồ động học số loại vi sai khác 125 6.4 Bán trục 127 6.4.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 127 6.4.2 Xác đònh lực tác dụng lên bán trục 129 6.4.3 Tính toán bán trục theo bền 133 CHƯƠNG 7: HỆ THỐNG TREO 136 Mục tiêu .136 7.1 Công dụ ng, yêu cầu, phân loại .137 7.1.1 Công dụng 137 7.1.2 Yêu cầu 138 7.1.3 Phân loại 138 7.2 Bộ phận dẫn hướng 138 7.2.1 Cấu tạo cấu hướng hệ thố ng treo 138 7.2.2 Tính toán phận dẫn hướng 143 7.3 Bộ phận đàn hồi .146 7.3.1 Đường đặc tính đàn hồi hệ thống treo 146 7.3.2 Tính toán phần tử đàn hồi kim loại 149 7.4 Bộ phận giảm chấn 162 7.4.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 162 7.4.2 Nguyên lý làm việc loại giảm chấn thủy lực 163 7.4.3 Đường đặc tính giảm chấn thủy lực .165 7.5 Lựa chọn đặc tính hệ thống treo theo quan điểm êm dòu động lực học 167 CHƯƠNG 8: HỆ THỐNG LÁI 170 Mục tiêu .170 8.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 171 8.1.1 Công dụng 171 8.1.2 Yêu cầu 171 8.1.3 Phân loại 171 8.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái 172 8.3 Các tỉ số truyền hệ thống lái 173 8.3.1 Tỉ số truyền cấu lái iω .173 8.3.2 Tỉ số truyền dẫn động lái id .173 8.3.3 Tỉ số truyền theo góc hệ thống lái ig .173 8.3.4 Tỉ số truyền lực hệ thống lái il 174 8.4 Xác đònh lực cực đại tác dụng lên vô lăng 175 8.5 Tính toán hình thang lái 177 8.5.1 Động học hình thang lái .177 8.5.2 Kiểm tra hình thang lái .177 8.5.3 Tính toán thiết kế hình thang lái .178 8.6 Phối hợp động học hệ thống treo hệ thống lái .181 CHƯƠNG 9: HỆ THỐNG PHANH 183 Mục tiêu .183 9.1 Công dụ ng, yêu cầu, phân loại .184 9.1.1 Công dụng 184 9.1.2 Yêu cầu 184 9.1.3 Phân loại 184 9.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh 185 9.2.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh dầu .185 9.2.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh khí 186 9.2.3 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh thủy khí 189 9.3 Tính toán mô men phanh cần thiết cấu phanh 190 9.4 Tính toán cấu phanh guốc 191 9.4.1 Quy luật phân bố áp suất má phanh 191 9.4.2 Tính toán cấu phanh .193 9.4.3 Phanh êm dòu ổn đònh ô tô phanh 202 9.5 Tính toán truyền động phanh .203 9.5.1 Truyền động phanh khí 203 9.5.2 Truyền động phanh chất lỏng (dầu) 206 9.5.3 Truyền động phanh khí nén .208 9.6 Hệ thống phanh chống hãm cứng ABS 211 9.6.1 Nguyên lý làm việc 211 9.6.2 Sơ đồ cấu tạo cụm van phân phối áp suất dầu .212 CHƯƠNG 10: KHUNG VÀ VỎ Ô TÔ 218 Mục tiêu .218 10.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 219 10.1.1 Công dụng 219 10.1.2 Yêu cầu .219 10.1.3 Phân loại 219 10.2 Tính toán khung theo bền 219 10.3 Tính toán khung theo xoắn 221 10.4 Phân tích kết cấu vỏ ô tô .222 10.4.1 Vỏ xe khách 222 10.4.2 Vỏ xe du lòch .223 10.4.3 Vỏ xe tải 223 Tài liệu tham khảo .224 KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ĐO CƠ BẢN Đại lượng Ký hiệu Đơn vò Hệ số chuyển đổi đơn vò đơn vò cũ Chiều dài l m inch = 2,54 cm = 0,0254 m Vận tốc dài v m/s 1m / s = 3,6 km / h Vận tốc góc ω rad / s Số vòng quay n vg / ph Gia tốc j m / s2 Gia tốc góc ε rad / s2 Lực P N Trọng lượng G N Khối lượng m kg Áp suất q N / m2 1N / m2 = 1Pa = 10 -5kG / cm2 Ứng suất σ N / m2 1MN / m2 ≈ 10 kG / cm2 Mômen quay M Nm 1Nm ≈ 10 kGcm ≈ 0,1 kGm Công L J 1J = 1Nm ≈ 0,1 kGm Công suất N W 1W = 1J/s ≈ 0,1 kGm/s 1W ≈ 1/736 m.l (mã lực) Nhiệt độ T Nhiệt lượng 1N ≈ 0,1kG 10 3N ≈ 10 2kG ≈ 0,1tấn K T = t + 2730 (T: độ Kenvin, t: độ Xenxiut) Q J 1J ≈ 2,4.10-3 kcal Nhiệt dung riêng C J / kgđộ 1J/kgđộ ≈ 2,4.10-3 kcal/kgđộ Thời gian t s CHƯƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ Ô TÔ Mục tiêu: Sau học xong chương sinh viên có khả năng: Trình bày phương án phân loại ô tô Nêu yêu cầu ô tô Trình bày thông số ô tô Đánh giá ưu điểm nhược điểm phương án bố trí động Trình bày phương án bố trí hệ thống truyền lực ô tô 1.1 PHÂN LOẠI Ô TÔ: Nhu cầu vận chuyển hàng hóa khách hàng phương tiện vận tải ô tô lớn Để đáp ứng đầy đủ yêu cầu vận chuyển đó, ô tô có nhiều chủng loại khác nhau, tập hợp theo sơ đồ phân loại (hình 1.1) Hình 1.1: Sơ đồ phân loại ô tô 1.2 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI Ô TÔ: 1.2.1 Các yêu cầu thiết kế, chế tạo: - Xe ô tô phải mang tính đại, tổng thành xe có kết cấu đại, kích thước nhỏ gọn, bố trí hợp lý phù hợp với điều kiện đường xá khí hậu - Vỏ xe phải đẹp, phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ công nghiệp - Vật liệu chế tạo chi tiết có độ bền cao, độ chống mòn, chống gỉ cao, nhằm nâng cao tính tin cậy tuổi thọ xe Nên tăng loại vật liệu nhẹ để giảm tự trọng xe - Kết cấu chi tiết phải có tính cô ng nghệ cao, dễ gia công, số lượng nguyên công qui trình công nghệ chế tạo 1.2.2 Các yêu cầu sử dụng: - Xe phải có tính động lực cao như: tốc độ trung bình cao nhằm quay vòng xe nhanh, nâng cao suất vận chuyển, thời gian gia tốc quãng đường gia tốc ngắn, xe khởi động dễ dà ng - Xe phải có tính an toàn cao, đặc biệt hệ thống phanh hệ thống lái - Xe phải đảm bảo tính tiện nghi cho lái xe hành khách, thao tác nhẹ dễ dàng, đảm bảo tầm nhìn tốt - Mức tiêu hao nhiên liệu, dầu mỡ bôi trơn, săm lốp vật liệu chạy xe - Kích thước thùng xe phải phù hợp với trọng tải để nâng cao hệ số sử dụng trọng tải - Kích thước hình dáng xe phải đảm bảo cho công tác xếp dỡ hàng hoá thuận tiện nhanh chóng - Xe chạy phải êm, không ồn, giảm lượng độc hại khí thải 1.2.3 Các yêu cầu bảo dưỡng, sửa chữa: - Giờ công bảo dưỡng sửa chữa xe so với chế tạo lớn, so với đời xe thường gấp 30 ÷ 50 lần công chế tạo - Nếu chi phí cho đời xe từ chế tạo đến lý 100%, phần phân bổ sau (số liệu nhà máy GAZ – CHLB Nga): Thiết kế chế tạo ô tô 1,4% Bảo dưỡng ô tô 45,4% Sửa chữa thường xuyên 46,0% Sửa chữa lớn 7,2% Qua đó, thấy công bảo dưỡng, sửa chữa lớn Để giảm khối lượng công việc, kéo dài chu kỳ bảo dưỡng, ô tô phải đảm bảo yêu cầu sau: - Số lượng điểm bôi trơn phải để giảm công bơm dầu mỡ, thay điểm bôi trơn có vú mỡ vật liệu bôi trơn vónh cửu Các vú mỡ phải bố trí thẳng hàng, phía thuận lợi cho công tác bảo dưỡng - Giảm công kiểm tra xiết chặt cách sử dụng bulông, vít cấy, đai ốc… có tính tự hãm cao, tiêu chuẩn chủng loại để đỡ phải thay đổi dụng cụ tháo lắp - Giảm công điều chỉnh h thay khâu điều chỉnh tay bằ ng điều chỉnh tự động, dễ điều chỉnh Lực bàn đạp phanh tỉ lệ thuận với chuyển dòch bàn đạp, nghóa tượng tùy động tiến hành theo chuyển dòch C Bởi Q = Qbđibđ = ∆C => Qbđ = i bđ S C Qbđ = Sbđ Do ∆ = bđ i bđ i bđ Ở : C – Độ cứng lò xo Qbđ – Lực tác dụng lên bàn đạp ibđ – Tỷ số truyền bàn đạp Sbđ – Hành trình bàn đạp ∆ – Độ dòch chuyển lò xo Fm, Fv – Diện tích màng van p1 – Áp suất khôngkhí p2, p3 – Áp suất sau trước van Từ : Qbđibđ = Fmph + Fv (p3 – p2) Ở : ph = p2 – p1 - Áp suất hệ thống pb = p3 – p2 - Áp suất bình chứa khí nén ph = [ Qbđibđ – Fv (p3 – p2)] Fm Có thể coi gần đúng: phmax = Qbđ ph = Kt Qbđ Ở : i bđ = pb Fm Kt – Hệ số tùy động tương ứng với hệ số trợ lực K i Kt ≈ b đ Fm p h p hmax p tb p bđmax m bđ p b bđ Hình 9.15: Đường đặc tính van phân phối Đường đặc tính van phân phối trình bày hình 9.15 Độ nhạy van vào khoảng ∆p = 0,05 MN/m2 kiểm tra áp suất ptb = 0,3 MN/m2 210 9.5.3.5 Bầu phanh: Bầu phanh có nhiệm vụ tạo thành lực ép lên đẩy để dòch chuyển cam quay cấu phanh D p P th Hình 9.16: Kết cấu bầu phanh loại píttông Lực tác dụng lên đẩy bầu phanh tính theo công thức: Pth = p D2 η1η2 (N) (9.60) Ở đây: p – Áp suất bầu phanh (N/m2) thông thường p = 0,4 ÷ 0,55MN/m2 D – đường kính làm việc màng píttông (m) η1 – Hệ số tính đến độ nạp không khí nén vào bầu phanh, η1 = η2 – Hiệu suất học bầu phanh, η2 = 0,95 Lò xo bầu phanh thường có độ cứng khoảng 1500 ÷ 3500 N/m Lực ép lò xo thường vào khoảng 80 ÷ 150N Lò xo không nên có độ cứng lớn nhiều công để thắng biến dạng Lực Pth tác dụng lên đẩy phải đủ để tạo lên cam quay cấu phanh lực P1 P2 theo yêu cầu, để ép guốc phanh vào trống phanh sinh mômen phanh cần thiết 9.6 HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG ABS: 9.6.1 Nguyên lý làm việc: Nguyên tắc chung tất hệ thống phanh ABS: Trong trình phanh, điều khiển áp suất phanh để không cho bánh xe bò hãm cứng hoàn n, đồng thời lực phanh bánh xe đạt giá trò tối đa cho phép theo điều kiện bám Bởi rút ngắn quãng đường phanh giữ ổn đònh hướng xe phanh gấp Một hệ thống phanh ABS gồm phận sau: − Bộ phận cảm biến − Bộ phận điều khiển − Bộ phận thực 211 Hình 9.17: Sơ đồ hệ thống phanh ABS – Bộ phận cảm biến – Bộ phận điều khiển (máy vi tính) – Bộ phận thực – Nguồn lượng – Xy lanh – Xy lanh làm việc bánh xe – Bánh xe – Bàn đạp phanh Nguyên lý làm việc: Khi phanh gấp, gia tốc góc chậm dần bánh xe vượt giá trò xác đònh cho trước (bánh xe bắt đầu bò hãm cứng), tín hiệu cảm biến cung cấp cho phậ n điều khiển đạt tới giá trò ngưỡng thứ nhất, máy tính truyền tới phận thực tín hiệu điều khiển van điện thực trình giảm áp (để bánh xe không bò hãm ng) Khi áp suất phanh giảm, lực phanh giảm theo số vòng quay bánh xe lại tă ng lên Khi gia tốc góc chậm dần đạt đến giá trò ngưỡng thứ hai van điện nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính để thực trình tăng áp Quá trình điều khiển nêu liên tiếp diễn nhiều chu kỳ giây xe dừng hẳn lại người lái không đạp lên bàn đạp phanh Các giá trò ngưỡng gia tốc góc chậm dần chọn dựa vào độ trượt bánh xe với mặt đường 9.6.2 Sơ đồ cấu tạo cụm van phân phối áp suất dầu: Cụm van phân phối áp suất dầu phần quan trọng phận thực hệ thống phanh ABS Van phân phối áp suất dầu có nhiệm vụ điều khiển áp suất dầu tăng, trì cố đònh giảm xy lanh làm việc Nhằm đảm bảo cho lực phanh bánh xe đạt giá trò tối đa theo điều kiện bám bánh xe không bò hãm cứng (trượt lết) 212 14 15 12 11 M 13 10 Hình 9.18: Sơ đồ cấu tạo cụm van phân phối áp suất dầu 4; 7; – – – – – – Píttông van phâ n phối Xy lanh van phân phối Cuộn dây van Các lò xo Bơm điện Các van chiều bơm 10 11 12 13 14 15 – Màng ngăn tích – Lò xo – Xy lanh làm việc bánh xe – Bộ cảm biến – Bộ phận điều khiển – Xy lanh – Van chiều Van phân phối áp suất dầu van điện từ điều khiển trực tiếp dòng điện từ máy tính (bộ phận điều khiển) qua trung gian áp thấp Khi máy tính nhận giá trò gia tốc góc chậm dần ngưỡng cho tín hiệu dòng điện với cường độ dòng điện thích hợp để điều khiển van điện từ Khi nhận tín hiệu, van điện hoạt động để điều khiển áp suất dầu phanh xy lanh làm việc Các giá trò gia tốc góc chậm dần ngưỡng tính toán phù hợp cho loại xe Do có máy tính xử lý hai ba giá trò ngưỡng Bởi chu trình làm việc van phân phối áp suất dầu có pha Thông dụng van phân phối áp suất dầu có pha điều khiển là: pha tăng áp suất, pha trì áp suất pha giảm áp suất Ở hình 9.18 sơ đồ cấu tạo cụm van phân phối áp suất dầu hãng BOSCH Nguyên lý hoạt động: Cụm van phân phối áp suất dầu làm việc điều khiển máy tính, thông qua việc máy tính xử lý tín hiệu gia tốc góc chậm dần tức thời theo giá trò ngưỡng: ε n , ε n1 , ε n 213 * Pha tăng áp suất (hình 9.19): Ở trạng thái bình thường, người lái chưa tác dụng lên bàn đạ p phanh, píttông (1) van điện từ bò đẩy xuống vò trí thấp Khi bắt đầu phanh, áp suất dầu mạch từ xy lanh (14) qua píttông (1) đến xy lanh làm việc (11) tăng lên Cơ cấu phanh bắt đầu hoạt động, áp suất xy lanh làm việc tăng lên (đồ thò p – t) vận tốc góc bánh xe bắt đầu giảm, đồng thời vận tốc xe giảm theo (đồ thò v – t) Lúc cường độ dòng điện từ máy tính tới điều khiển van điện từ chưa có (I = 0) píttông (1) giữ vò trí thấp ABS chưa có tác dụng pha Nếu thả bàn đạp phanh ra, áp suất xy lanh làm việc (11) giảm Van chiều (15) có tác dụng làm cho áp suất giảm nhanh pha Hình 9.19: Pha tă ng áp suất I p vr vv t – – – – – Cường độ dòng điện điều khiển van điện Áp suất phanh Vận tốc bánh xe Vận tốc xe Thời gian 214 * Pha trì áp suất (hình 9.20): Hình 9.20 : Pha trì áp suất I p vr vv t – – – – – Cường độ dòng điện điều khiển van điện Áp suất phanh Vận tốc bánh xe Vận tốc xe Thời gian Trong pha tăng áp, tiếp tục tăng áp suất phanh vận tốc góc bánh xe giảm nhanh Sự biến thiên vận tốc góc theo thời gian cho giá trò gia tốc góc chậm dần Khi biến thiên đạt đến giá trò ngưỡng ε n (tương ứng với độ trượt khoảng 0,2), bắt đầu pha trì áp suất Lúc máy tính (13) điều khiển van điện từ dòng điện có cường độ I=Imax/2 (đồ thò I–t) Dòng điện qua cuộn dây (3) tạo lực từ đủ thắng lực tác dụng lò xo (4) hút píttông (1) lên lò xo (5) bắt đầu tác dụng píttông (1) dừ ng lại Vò trí píttông (1) lúc tác h biệt mạch thông từ van điện từ đến xy lanh làm việc (11) mạch thông từ van điện từ đến buồng tích (9) đóng Kết áp suất phanh trì không đổi (đồ thò p – t) Lúc vận tốc bánh xe vận tốc xe tiếp tục giảm 215 * Pha giảm áp suất (hình 9.21): v vv vr O I t Imax Imax/2 O t p O t Hình 9.21: Pha giảm áp suất I p vr vv t – – – – – Cường độ dòng điện điều khiển van điện Áp suất phanh Vận tốc bánh xe Vận tốc xe Thời gian Vận tốc góc bánh xe bò giảm dần pha trì áp suất tốc độ biến thiên tăng đến giá trò gia tốc góc chậm dần ngưỡng thứ hai ε n1 (tương ứng với độ trượt vừa lớn 0,2) Lúc máy tính điều khiển sau: − Máy tính truyền đến van điện từ dòng điện I = Imax (đồ thò I – t) Cuộn dây (3) van điện từ tạo trường điện từ cực đại Lúc lực điện từ đủ sức hút píttông (1) nén hai lò xo (4) (5) Vò trí píttông (1) lúc cho phép mạch thông từ xy lanh làm việc (11) qua van điện từ (khoang píttông 1) đến tích (9) p suất dầu xy lanh làm việc (11) bò giảm phải cân với áp suất dầu bên tích (9) p suất dầu xy lanh làm việc (11) di chuyển sang tích (9) tác động vào màng (9), có tác dụng làm cho áp suất dầu xy lanh làm việc (11) giảm nhanh Đồng thời trình giảm áp, áp suất dầu tích (9) lớn áp suất dầu bơm điện, nên van (8) mở dầu nạp vào bơm điện − Máy tính (13) truyền đến động điện (M) dòng điện, điều khiển hoạt động Động (M) dẫn động bơm (6) hoạt động để tạo áp suất cao (khoảng 180 bars) Dầu áp suất cao để cung cấp cho pha tăng áp 216 * Pha tăng áp suất trở lại (hình 9.22): Hình 9.22: Pha áp suất tăng trở lại I p vr vv t – – – – – Cường độ dòng điện điều khiển van điện Áp suất phanh Vận tốc bánh xe Vận tốc xe Thời gian Pha tăng áp suất trở lại bắt đầu cho chu trình Khi gia tốc góc chậm dần đạt đến giá trò ngưỡng thứ ba ε n Máy tính (13) ngắt dòng điện đến phận thực I = Do tác dụng lò xo, píttông (1) bò đẩy xuống vò trí thấp trở lại Dầu áp suất cao thông từ bơm điện (6) từ xylanh (14) qua píttông (1) đến xy lanh làm việc bánh xe p suất dầu van điện từ đến xy lanh làm việc (11) nâng lên áp suất phanh tăng trở lại Cho nên vận tốc góc bánh xe vận tốc xe tiếp tục giảm 217 CHƯƠNG 10 KHUNG VÀ VỎ Ô TÔ Mục tiêu Sau học xong chương sinh viên có khả năng: Tính toán khung ô tô theo bền Tính toán khung ô tô theo xoắn Phân tích kết cấu vỏ ô tô 218 10.1 CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI: 10.1.1 Công dụng: Khung ô tô dùng để đỡ cụm nằm giữ cho cụm vò trí tương quan với Vỏ ô tô để chứa hành khách, người lái, hàng hóa 10.1.2 Yêu cầu: Khung phải đảm bảo yêu cầu sau: Có độ bền lâu tương ứng với tuổi thọ xe ô tô, có độ cứng vững tốt biến dạng khung không làm ảnh hưởng đến điều kiện làm việc cụm cấu ô tô, có hình dạng thích hợp đảm bảo tháo lắp dễ dàng cụm Tùy theo loại, có yêu cầu riêng với vỏ xe, yêu cầu tổng quát khoảng không gian vỏ xe phải đảm bảo đủ để chứa hàng hoá, hành khách, thiết bò, đảm bảo tính tiện nghi, vệ sinh, che mưa nắng, bụi, đảm bảo tính thẩm mó thích ứng với giai đoạn dài 10.1.3 Phân loại: Hiện có nhiều cách phân loại khác nhau, tổng quát phân loại theo hệ thống chòu lực: * Khung chòu lực tất cả: vỏ nối với khung khớ p nối mềm, độ cứng khung lớn so với độ cứng vỏ, vỏ không chòu tác dụng ngoại lực khung bò biến dạng Thông thường loại khung chòu lực tất áp dụng cho xe tải, xe khách * Không có khung: loại vỏ chòu lực tất cả, thường áp dụng cho xe khác h xe nhằm giảm trọng lượng xe (có thể giảm 20 ÷ 25% trọng lượng so với xe loại có khung) * Khung liền vỏ: Vỏ khung nối cứng với đinh tán bulông, khung vỏ chòu tất tải trọng Ngoài khung vỏ có phân loại riêng 10.2 TÍNH TOÁN KHUNG THEO BỀN: Hiện tính toán khung vấn đề thu hút ý nhiều nhà nghiên cứu Nhiều tài liệu chuyên đề đưa giả thuyết sở đưa phương pháp tính toán khác Ở tập giáo trình này, trình bày khái quát quan điểm tính khung xe Độ cứng khung phụ thuộc khoảng cách dầm dọc, số lượng vò trí dầm ngang cũ ng kích thước tiết diện dầm Tải trọng tác dụng lên khung chia tải trọng tónh (do trọng lượng động với hộp số, buồng lái với người lái, vỏ ô tô với tải trọng hữu ích, v.v…) tải trọng động (chủ yếu tải trọng thẳng đứng sinh ô tô chuyển động đường không phẳng, tải trọng nằm ngang tăng tốc, phanh quay vòng) Các tải trọng phân bố đối xứng theo dầm dọc uốn khung, tải trọng phân bố không đối xứng xoắn khung Các tải trọng phâ n bố không đối xứng 219 sinh ô tô chuyển động đường không phẳng, mà bánh xe qua ụ gồ ghề Khi qua ổ gà với góc 450 sinh tải trọng vừa xoắn vừa uốn khung Kích thước tiết diện dầm khung chọn sơ cách tính dầm theo uốn tác dụng tải trọng tónh Khi tính toán xem hai dầm dọc chòu hoàn toàn tải trọng, dầm ngang không kể đến Trọng lượng cụm chia đôi xem chúng tác dụng mặt phẳng qua trọng tâm tiết diện dầm dọc Mômen xoắn cụm đặt xa dầm dọc (thí dụ thùng nhiên liệu) tính toán không kể đến Khi tính khung cần phải vẽ biểu đồ mômen uốn với dầm dọc Muốn phải đặt lực tác dụng trọng lượng cụm gây nên dầm dọc theo vò trí chúng Trọng lượng vỏ ô tô xem tải trọng phân bố theo chiều dài Đối với ô tô tải tính toán sơ người ta thừa nhận tải trọng có ích phân bố theo chiều dài thùng chứa Vò trí trọng tâm cụm đo từ sau dầm dọc Kích thước a xác đònh độ dôi thùng chứa khỏi khung (hình 10.1) Xác đònh vò trí trọng tâm cụm, đặt lực trọng lượng cụm sinh vò trí tương ứng Sau tìm phản lực T1 T2 cầu tác dụng lên nhíp Lực T1 T2 phải tổng số lực thẳng đứng tác dụng lên khung Biết T1 T2 tìm phản lực T’1, T’’1 T’2, T’’2 chỗ nối nhíp với khung Nếu nhíp đối xứng thì: T T1’=T1’’= T2 T2’=T2’’= Sau xác đònh tất lực tác dụng lên khung, tiến hành vẽ biểu đồ mômen uốn tác dụng lên khung (hình 10.1) Cho ứng suất uốn cho phép [σ] dầm dọc tính mômen chống uốn Wu cần thiết tiết diện nó, từ đònh sơ hình dạng tiết diện dầm dọc kích thước chiều dài cường hóa Ứng suất uốn cho phép dầm dọc chọn theo công thức: σs [σ] = (10.1) 1,5(K đ + 1) σs – Giới hạn chảy vật liệu chế tạo dầm dọc Kđ – Hệ số dự trữ tính đến tải trọng động, thừa nhận 2,3 3,5 a T'1 T"1 T'2 T"2 Hình 10.1: Tải trọng tác dụng lên khung Thí nghiệm khung bệ thử điều kiện sử dụng đường rõ khung chòu tác dụng lực thẳng đứng gây nên uốn khung thực tế dầm ngang không chòu lực Điều chứng tỏ phương pháp tính toán khung nêu (không kể dầm 220 ngang) trường hợp tải trọng cho kết tương đối tốt Khi có tải trọng gây xoắn khung ứng suất sinh dầm dọc mà dầm ngang Ứng suất đạt trò số lớn chỗ gắn dầm ngang với dầm dọc 10.3 TÍNH TOÁN KHUNG THEO XOẮN: Tính khung theo xoắn chủ yếu theo chế độ tải trọng sau: Ô tô chạy điều kiện đường xấu (đường đất bò lở nhiều, qua hố rã nh, đất thụt,…) Tốc độ ô tô bò hạn chế khung bò nghiêng xoắn nhiều Phương pháp tính khung theo xoắn gần dựa sở khung ô tô (loại có hai xà dọc) có độ cứng xoắn uốn nhiều lần Khi khung bò xoắn biến dạng uốn xà dọc bé so với biến dạng xoắn nhiều trường hợ p bỏ qua Người ta coi gần góc xoắn phần tử thiết kế khung tỉ lệ với độ dài khung Nếu bỏ qua uốn xà dọc khung góc xoắn tất xà ngang xác đònh theo phương trình: l θ = n α (10.2) L Ở đây: ln – Chiều dài xà ngang (chiều rộng khung) L – Chiều dài sở ô tô α – Góc xoắn theo chiều dài L, góc xác đònh theo góc quay tương đối hai xà ngang lấy cầu ô tô Hình 10.2: Phân bố ứng suất theo tiết diện dầm dọc 221 Tuy nhiên phần tử riêng xà dọc biến dạng tự bò xoắn (hình 10.2a) mà phải làm việc điều kiện bò xoắn kiềm chế (hình 10.2b) Ứng suất pháp tuyến lớn tỉ lệ với tọa độ quạt ω mép dầm ω= bh (h + 3b) ( h + b) (10.3) Do tăng chiều cao h chiều rộng b ta tăng tọa độ quạt ω tăng ứng suất xoắn kiềm chế Trên hình 10.2 trình bày phân bố ứng suất tiết diện (c – uốn, d – xoắn kiềm chế, e –tổng ứng suất) Ứng suất phân bố không xà dọc Ở chỗ ngàm xà dọc ứng suất tăng nhanh Giảm ứng suất vò trí cách giảm độ cứng mối ghép với khung gắn xà ngang thành xà dọc mà không gắn đáy để xà dọc biến dạng khung bò xoắn Nhưng không nên giảm nhiều độ cứng khung bò xoắn góc Để đảm bảo mômen chống xoắn cần thiết phần khung chòu tải nhiều ứng dụng ốp để cường hóa đoạn yếu khung theo giảm đồ mômen xác đònh Hàn thêm ốp mặt xà dọc không tăng mômen cản chống uốn Wu tăng độ cứng khung không làm tăng ứng suất đáy dầm dọc Dầm dọc dập theo dạng chữ U thép dày – mm ô tô tải vừa, tải nhỏ thép dày – mm ô tô tải lớn 10.4 PHÂN TÍCH KẾT CẤU VỎ Ô TÔ: 10.4.1 Vỏ xe khách: Vỏ xe khách có nhiều dạng, dạng kiểu toa tàu chòu lực phổ biến (hình 10.3), dạng có hệ số lợi dụng diện tích cao (*) tiêu sử dụng, bền, kinh tế cao Khung xương loại thể hình 10.3 Các chi tiết giá 1, cột chống 2, 4, 5, đỡ 3, thép dập thép góc nối cứng với thành khoảng không gian nhiều cứng Bao quanh khung xương phía phía thép kim loại màu, nối với với khung xương hàn đinh tán Khoảng khô ng hai lớp thường chứa chất cách nhiệt Đánh giá độ bền khung xương chủ yếu theo độ cứng xoắn Góc xoắn tương đối vỏ xe khác h cho phép khoảng 3,50 5,50 m chiều dài vỏ Trọng lượng khung xương đáy, sàn (không kể ghế) so với diện tích bao mặt chiếu khoảng 1100N/m2 (*) Hệ số lợi dụng diện tích : η = F1 , F1 – Diện tích sàn xe; F2 – Diện tích bao theo hình chiếu F2 222 10.4.2 Vỏ xe du lòch: Hình 10.3: Khung xương vỏ xe khách Có nhiều loại, phổ biến loại vỏ kín có cửa, hai hàng ghế, loại xe có tên gọi Sedan (Xê-đan) Hình dáng đảm bảo khí động học tốt Loại thứ hai loại vỏ kín, có cửa, có hàng ghế, gọi coupe (cu-pê) Loại thứ ba loại vỏ có mui mềm mở được, có hàng ghế Nếu vỏ có cửa gọi cabriolet Nếu có cửa gọi coupe carbriolet (cupê-cabơriôlét) Vỏ xe đắt, chiếm 55% giá bán xe Vỏ xe thường dập có khung chống Tỷ trọng vỏ so với diện tích khoả ng 650 ÷ 700N/m2 Độ cứng xoắn khoảng 6,1.105Nm/độ 10.4.3 Vỏ xe tải: Vỏ xe tải thùng chứa hàng thường tách rời Vỏ xe dập có cột chống, yêu cầu thiết kế CHLB Nga theo tiêu chuẩn GOST 9734-61 “Ca-bin, chỗ lái xe” 223 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Cẩn Phan Đình Kiên Thiết kế tính toán ô tô, máy kéo, Nhà xuất Đại học THCN Hà Nội – 1984, Tập 1, 3; 648 trang [2] Thái Nguyễn Bạch Liên Kết cấu tính toán ô tô, Nhà xuất giao thông vận tải Hà Nội – 1984, 212 trang [3] Prof Ing M Apetaur, DrSc Doc Ing V Stejskal, CSc Motorová vozidla, Nhà xuất SNTL Praha – Czech Republic – 1988, Tập 1, 2, 3, 5; 895 trang [4] Prof Ing M Apetaur, DrSc Vypoctové metody ve stavbe motorových vozidel, Nhà xuất CVUT Praha – Czech Republic – 1984, 178 trang [5] Prof Ing Frantisek Vlk, DrSc [5.1] Teorie vozidel, Nhà xuất SNTL Praha – 1982, 235 trang [5.2] Dynamika motorových vozidel, 472 trang [5.3] Podvozky motorových vozidel, 356 trang [5.4] Prevodová ústrojí motorových vozidel, 214 trang [5.5] Karoserie motorových vozidel, 248 trang [5.6] Koncepce motorových vozidel, 193 trang [5.7] Ulohy z dynamiky motorových vozidel, Nhà xuất SNTL Praha – 2000, 143 trang [6] Prof Ing Petranek Jan, CSc Ústrojí automobilu, Nhà xuất SNTL Praha – 1980, 579 trang [7] Prof Heldt P.M The automotive chassis, The University of New York – 1962, 386 trang [8] Prof Bekker M.G Theory of land locomotion, The University of Michigan – 1956, 219 trang [9] Prof Ing Frantisek Vlk, DrSc Stavba motorových vozidel, Nhà xuất SNTL Praha – Czech Republic – 2003, 499 trang 224 ... khả năng: Trình bày phương án phân loại ô tô Nêu yêu cầu ô tô Trình bày thông số ô tô Đánh giá ưu điểm nhược điểm phương án bố trí động Trình bày phương án bố trí hệ thống truyền lực ô tô 1.1 PHÂN... dài không 12m, trường hợp kéo nửa moóc dài không 20 m, kéo hai moóc chiều dài tổng cộng không 24 m (Hình 1 .2) 3,8m 2, 5m 12m 24 m 20 m Hình 1 .2: Kích thước giới hạn ô tô (GOST9314 – 59) Các thông số... thống treo, lái, phanh khung vỏ ô tô Ở giáo trình không đề cập nhiều cấu tạo nguyên lý hoạt động phận ô tô Vì phần sinh viên học kỹ môn học thực tập xưởng Ô tô 2 môn học chuyên ngành quan trọng