Đồ án Hệ thông treo

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1:PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.1 Phân loại 1.2.Yêu cầu hệ thống treo 1.3 Chọn phương án thiết kế .4 CHƯƠNG 2:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO 2.1 Xác định thông số hệ thống treo: 2.1.1 Xác định hệ số phân bố khối lượng phần treo: 2.1.2 Xác định hành trình tĩnh bánh xe: 2.1.3 Xác định hành trình động bánh xe: 2.1.4 Kiểm tra hành trình động bánh xe theo diều kiện đảm bảo khoảng sáng gầm xe nhỏ 2.1.5 Kiểm tra hành trình động bánh xe không xảy va đập phần treo trước phần không treo trước phanh xe cấp tốc 2.2 Tính tốn dao động tô: 2.2.1 Xác định tần số dao động riêng hệ số dập tắt dao động hệ thống treo 2.2.2 Xác định biên độ dao động khối lượng phần treo biên độ dao động khối lượng phần không treo 2.2.3 Xác định gia tốc dao động khối lượng phần treo: 2.2.4 Xây dựng đặc tính biên độ tần số - biên độ dao động: 2.3 Tính tốn thiết kế nhíp: A Thiết kế phần tử dẫn hướng đàn hồi loại nhíp treo trước .4 2.3.1 Xác định mơ men qn tính tổng cộng J  .4 2.3.2 Xác định tiết diện nhíp 2.3.3 Xác định chiều dài nhíp B.Thiết kế phần tử dẫn hướng đàn hồi loại nhíp treo sau 2.3.4 Xác định mơ men qn tính tổng cộng J  2.3.5 Xác định tiết diện nhíp 2.3.6 Xác định chiều dài nhíp 2.4 Tính tốn kiểm tra bền nhíp .4 2.5 Thiết kế tính tốn giảm chấn CHƯƠNG3:ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU ĐẾN DAO ĐỘNG Ô TÔ 3.1 Ảnh hưởng độ cứng treo 3.2 Ảnh hưởng hệ số cản giảm chấn 3.3 Ảnh hưởng độ cứng lốp 3.4.Ảnh hưởng khối lượng treo .4 3.5 Ảnh hưởng khối lượng không treo Kết luận CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU,CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.1 Phân loại Hệ thống treo tổ hợp cấu thực liên kết bánh xe (cầu xe) với khung xe (vỏ xe) để đảm bảo độ êm dịu an toàn chuyển động sở tạo dao động thân xe bánh xe theo ý muốn, giảm tải trọng va đập cho xe chuyển động địa hình khơng phẳng Ngồi hệ thống treo dùng để truyền lực mô men tác động bánh xe khung xe (vỏ xe) Hệ thống treo bao gồm phần tử sau: - Phần tử đàn hồi: - Phần tử giảm chấn: - Phần tử hướng: -Phần tử ổn định Hệ thống treo ô tô thường phân loại dựa vào cấu tạo phần tử đàn hồi, phần tử hướng theo phương pháp dập tắt dao động a) Theo cấu tạo phần tử hướng - Hệ thống treo phụ thuộc: hệ thống treo mà bánh xe bên trái bên phải cầu liên kết cứng với dầm cầu liền vỏ cầu cứng Khi dao động chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang mặt phẳng thẳng đứng) bánh xe bên làm ảnh hưởng, tác động đến bánh xe bên ngược lại Ưu điểm hệ thống treo phụ thuộc cấu tạo đơn giản giá thành không cao đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho xe có tốc độ chuyển động khơng cao Nếu hệ thống treo phụ thuộc có phân tử đàn hồi loại nhíp làm nhiệm vụ phần tử hướng Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhiều xe như: KRAZ; KAMAZ; (hình 1.1) Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc 1-Thân xe; 2-Giảm chấn; 3-Dầm cầu; 4-Nhíp - Hệ thống treo độc lập: hệ thống treo mà bánh xe bên trái bánh xe bên phải khơng có liên kết cứng với nhau, chúng nối gián tiếp với thông qua khung xe vỏ xe Chính mà dao động hay chuyển dịch bánh xe độc lập Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống treo độc lập Ưu điểm hệ thống treo độc lập bảo đảm độ êm dịu chuyển động xe kết cấu phức tạp, giá thành đắt nên sử dụng số cầu trước xe du lịch, xe bọc thép BTR-60PB, (hình 1.2) - Hệ thống treo cân bằng: Hai bánh xe phía hai cầu xe liền có chung phần tử đàn hồi bố trí xung quanh trục cân Hệ thống treo cân thường gặp xe nhiều cầu có tính thơng qua cao Những xe có ba bốn cầu bố trí hai cầu liền Hệ thống treo cầu thường hệ thống treo cân phụ thuộc (hình 1.3) Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống treo cân b) Theo cấu tạo phần tử đàn hồi: Có loại sau: - Phần tử đàn hồi kim loại gồm: nhíp lá, lò xo, xoắn Đây loại phổ biến ô tô quân xe bọc thép bánh - Phần tử đàn hồi khí nén gồm: phần tử đàn hồi khí nén có bình chứa cao su kết hợp sợi vải bọc cao su làm cốt, dạng màng phân chia dạng liên hợp - Phần tử đàn hồi thuỷ khí có loại kháng áp loại khơng kháng áp - Phần tử đàn hồi cao su có loại làm việc chế độ nén làm việc chế độ xoắn c) Theo phương pháp dập tắt dao động: - Dập tắt dao động nhờ giảm chấn thuỷ lực, gồm giảm chấn dạng đòn dạng ống - Dập tắt dao động nhờ ma sát học chi tiết phần tử đàn hồi phần tử hướng 1.2.Yêu cầu hệ thống treo * Các yêu cầu chung hệ thống treo: + Đảm bảo độ êm dịu cần thiết xe chuyển động Độ êm dịu chuyển động ô tô quân đánh giá qua giá trị cho phép thông số tần số dao động riêng, biên độ dao động lớn nhất, gia tốc dao động lớn nhất… + Sự thay đổi quĩ đạo lăn bánh xe không đáng kể để đảm bảo độ êm dịu chuyển động thẳng tính thơng qua ôtô + Trọng lượng phần không treo phải nhỏ Trọng lượng phần không treo bao gồm trọng lượng bánh xe, chi tiết phận dẫn hướng, cầu xe phần trọng lượng phận đàn hồi giảm chấn Giảm trọng lượng phần không treo làm giảm nhiều tải trọng động tác dụng lên phận đàn hồi thân xe Yêu cầu thực tốt hệ thống treo độc lập + Hệ thống treo phải đảm bảo có sức sống cao, độ tin cậy lớn sử dụng Sức sống hệ thống treo ôtô chủ yếu phụ thuộc vào loại sơ dồ treo + Đảm bảo đơn giản, thuận tiện trình bảo dưỡng, sửa chữa Yêu cầu chủ yếu phụ thuộc vào số lượng điểm phải bảo dưỡng vị trí điểm xe a) Phần tử hướng - Phần tử hướng có nhiệm vụ truyền lực dọc, lực ngang mô men từ mặt đường lên khung xe Động học phần tử hướng xác định đặc tính dịch chuyển bánh xe khung xe ảnh hưởng tới tính ổn định tính quay vòng tơ Để đảm bảo chức năng, nhiệm vụ này, phần tử hướng cần đảm bảo yêu cầu sau: + Giữ nguyên động học bánh xe tơ chuyển động Điều có nghĩa bánh xe chuyển động thẳng đứng, góc đặt bánh xe, chiều rộng, chiều dài sở phải giữ nguyên Dịch chuyển bánh xe theo chiều ngang (thay đổi chiều rộng sở) làm lốp mòn nhanh tăng sức cản chuyển động tô đất mềm Dịch chuyển bánh xe theo chiều dọc có giá trị thứ yếu gây nên thay đổi động học chuyển động lái Thay đổi góc dỗng bánh xe dẫn hướng điều nên tránh, kèm theo tượng mơ men hiệu ứng quay, làm cho bánh xe lắc xung quanh trục đứng Khi bánh xe lăn với góc nghiêng lớn, làm lốp mòn, sinh phản lực ngang lớn làm xe khó bám đường + Với bánh xe dẫn hướng nên tránh thay đổi góc nghiêng   thay đổi làm trụ đứng nghiêng sau, nên độ ổn định xe Khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng làm thay đổi độ chụm bánh xe (thay đổi góc  ), làm thay đổi quĩ đạo chuyển động ô tô làm cho ô tô không bám đường + Đảm bảo truyền lực ngang, lực dọc, mô men từ bánh xe lên khung xe mà không gây biến dạng rõ rệt, không làm dịch chuyển chi tiết bánh xe + Giữ động học dẫn động lái, nghĩa dịch chuyển thẳng đứng quay quanh trụ đứng bánh xe không phụ thuộc vào + Độ nghiêng thùng xe mặt phẳng ngang phải bé Phần tử dẫn hướng có ảnh hưởng đến khoảng cách phần tử đàn hồi (khoảng cách nhíp), tuỳ theo phần tử dẫn hướng mà ta có khoảng cách lớn hay bé, phần tử dẫn hướng ảnh hưởng đến vị trí tâm độ nghiêng bên + Phần tử dẫn hướng phải đảm bảo bố trí hệ thống treo tô thuận tiện + Kết cấu phần tử dẫn hướng phải đơn giản dễ sử dụng, chăm sóc, bảo dưỡng + Trọng lượng phải nhỏ, đặc biệt phần khơng treo Phần tử hướng nhíp lá, giằng, đòn.mỗi loại có ưu nhược điểm thích hợp với loại xe định Phần tử hướng nhíp Hình 1.4: Kết cấu nhíp phụ hệ thống treo có độ cứng thay đổi Nhíp nhíp phụ; Ống bạc chốt nhíp; 3,4,5 Quang nhíp; Bạc tỳ đai nhíp bu lơng; Đệm tỳ bắt nhíp; Chốt nhíp; Đệm; 10 Bu lơng quang nhíp; 11 Bu lông; 12 Đai ốc Ưu điểm kết cấu đơn giản, nhíp vừa đóng vai trò phần tử hướng vừa đóng vai trò phần tử đàn hồi đơn giản bảo dưỡng, sửa chữa b) Phần tử đàn hồi - Phần tử đàn hồi dùng để nối đàn hồi bánh xe thân xe, làm giảm va đập đột ngột từ đường lên, đảm bảo độ êm dịu ô tô chuyển động Để thực hnhn nhiệm vụ trên, phần tử đàn hồi phảI có độ cứng phù hợp với tải trọng xe, nhằm tạo dao động với tần số thấp thân xe theo yêu cầu đề (do tải trọng xe thực tế biến động, có lúc tơ đủ tải, có lúc ô tô non tải, cần thiết phải có phần tử đàn hồi thay đổi độ cứng theo tải trọng) Chuyển dịch phần treo không lớn, kết cấu nhỏ gọn, đảm bảo trọng tâm xe thấp Làm việc tin cậy, an toàn, tuổi thọ cao, chăm sóc bảo dưỡng đơn giản, thuận tiện, q trình làm việc êm dịu khơng có va đập cứng Phần tử đàn hồi nhíp lá, lò xo, xoắn Mỗi loại có ưu nhược điểm thích hợp với loại xe định Phần tử đàn hồi nhíp Ưu điểm kết cấu đơn giản, đơn giản bảo dưỡng lốp xe bị mòn quay vòng có khung xe nghiêng cầu xe khơng bị nghiêng Nhược điểm có khối lượng phần khơng treo lớn, giảm độ êm dịu chuyển động; khó có hệ treo mềm để có hệ treo mềm cần phải nâng cao khung (vỏ) so với cầu xe; xác suất xuất dao động bánh xe dẫn hướng lớn, ảnh hưởng xấu tới ổn định chuyển động thẳng; tuổi thọ nhíp nhỏ Để tăng tuổi thọ nhíp người ta áp dụng phương pháp gia cơng phun hạt vào mặt nhíp, sử dụng nhíp có tiết diện ngang hợp lý, cố định đầu nhíp phần tử cao su, bơi mỡ chì nhíp đệm nhíp (đệm chất dẻo, đồng hợp kim chống mòn) Hình 1.5: Kết cấu nhíp phụ hệ thống treo có độ cứng thay đổi Nhíp nhíp phụ; Ống bạc chốt nhíp; 3,4,5 Quang nhíp; Bạc tỳ đai nhíp bu lơng; Đệm tỳ bắt nhíp; Chốt nhíp; Đệm; 10 Bu lơng quang nhíp; 11 Bu lông; 12 Đai ốc Hệ thống treo độc lập với phần tử đàn hồi lò xo thường áp dụng rộng rãi ô tô du lịch tùy theo kết cấu phận dẫn hướng mà hệ thống treo độc lập với phần tử đàn hồi lò xo phân làm bốn loại sau: - Hệ thống treo độc lập với phận dẫn hướng đòn treo Loại có kết cấu đơn giản có nhược điểm hành trình dịch chuyển bánh xe lớn mặt phẳng bánh xe bị nghiêng góc lớn gây hiệu ứng quay làm dao động bánh xe, đồng thời bánh xe bị trượt ngang lớn dẫn đến lốp bị mòn nhanh sơ đồ bố trí cầu khơng dẫn hướng để không làm ảnh hưởng tới ổn định lái hệ thống lái - Hệ thống treo độc lập với cấu hai đòn treo dài Loại có ưu điểm bánh xe dịch chuyển theo phương thẳng đứng, mặt phẳng bánh xe không bị nghiêng, bánh xe chuyển động ổn định Nhược điểm sơ đồ độ trượt ngang lớn, lốp mòn nhanh - Hệ thống treo độc lập với cấu hai đòn treo dài khơng (tương tự bánh xe BTR-60PB) Đặc điểm loại bánh xe dịch chuyển theo phương thẳng đứng lớn mặt phẳng bánh xe bị nghiêng với góc nhỏ (thường 60), hiệu ứng quay loại trừ nhờ ma sát treo Ở độ trượt ngang không lớn kết hợp với việc sử dụng lốp có độ đàn hồi tốt để bù cho độ trượt ngang Do hệ thống treo dùng sơ đồ dùng rộng rãi ô tô - Hệ thống treo độc lập với phận dẫn hướng kiểu nến Đặc điểm treo loại bánh xe dịch chuyển độc lập theo trục nghiêng đặt thẳng, mặt phẳng bánh xe không bị thay đổi Độ trượt ngang bánh xe phụ thuộc vào độ nghiêng trục Thường độ nghiêng trục nhỏ nên độ trượt ngang nhỏ mòn lốp Nhược điểm loại độ cứng vững kết cấu theo chiều ngang nhỏ, khó bố trí phận dẫn hướng ma sát phận dẫn hướng lớn Do sơ đồ dùng xe du lịch có cơng suất nhỏ - Trên (hình 1.6) thể sơ đồ cấu tạo hệ thống treo độc lập với phận dẫn hướng hai đòn treo khơng sử dụng tơ hãng Open Đặc điểm cấu tạo loại hai đòn dẫn hướng đặt mặt phẳng ngang xe Bánh xe lắp vào đầu trục cam quay nối khớp lề với hai đòn treo Giảm chấn có chiều dài lắp ráp lớn lò xo đầu bắt phần lồi chụp phía trên, đầu giảm chấn bắt với đế lò xo Vấu cao su dùng để hạn chế hành trình dịch chuyển bánh xe hành trình trả vấu cao su tương ứng hành trình - Độ cứng lốp - Khối lượng treo phân bố lên cầu - Khối lượng khơng treo - Hệ số cản giảm chấn Để có đánh giá tương đối xác ảnh hưởng tất thông số kết cấu đến dao động ô tô độ êm dịu chuyển động, cần phải có nghiên cứu cách tổng hợp tỷ mỷ mối quan hệ thông số Một cách gần đúng, cơng trình nghiên cứu thường xem xét ảnh hưởng thông qua việc thay đổi tỷ số thông số kết cấu Đối với nội dung đồ án tác giả quan tâm nhiều đến thông số thay đổi như: độ cứng treo, hay hệ số cản giảm chấn, thơng số khác tác giả đưa tham khảo Ở giới hạn nghiên cứu cách riêng rẽ ảnh hưởng thông số kết cấu đến dao động ô tô mà cụ thể ảnh hưởng tới thông số: - Chuyển dịch thẳng đứng gia tốc thẳng đứng khối lượng treo - Chuyển dịch thẳng đứng khối lượng không treo Sự nghiên cứu chủ yếu mang tính định tính để làm sở cho nghiên cứu sâu sau Mơ hình dùng để nghiên cứu mơ hình “một phần tư xe”, với giả thiết hệ kích động sau: - Chỉ xét dao động bánh xe - Xét dao động thẳng đứng khối lượng treo không treo - Coi dao động phần tử hệ tuyến tính - Bánh xe lăn khơng trượt cứng tuyệt đối tiếp xúc với đường - Liên kết hệ liên kết lý tưởng Mơ hình “một phần tư xe” mơ hình bậc tự bao gồm khối lượng không treo thay cho khối lượng bánh xe thành phần liên kết, khối lượng treo thay cho khối lượng thân xe Các chuyển động chúng theo phương thẳng đứng biểu diễn hai toạ độ z  với gốc theo thứ tự vị trí cân tĩnh khối lượng treo khối lượng không treo, M khối lượng phần treo, m khối lượng phần không treo, C độ cứng phần tử đàn hồi, CL độ cứng lốp xe, K hệ số cản giảm chấn, K L hệ số cản lốp xe, q biểu diễn kích động mặt đường, phạm vi đồ án, chúng tơi chọn q hàm điều hồ Với thông số kết cấu cố định tính tốn treo trước xe tính tốn phần Sau xem xét ảnh hưởng thông số kết cấu 3.1 Ảnh hưởng độ cứng treo Bộ phận hệ thống treo phần tử đàn hồi Kết cấu phổ biến phần tử đàn hồi nhíp lá, lò xo xoắn Hiện số xe sử dụng phần tử đàn hồi khí nén Như nói trên, sử dụng đặc tính tần số biên độ để đánh giá ảnh hưởng độ cứng phần tử đàn hồi tới dao động Trong nghiên cứu này, đặc tính tần số biên độ xây dựng với giá trị độ cứng khác nhau: 154, 184, 214, 244 (N/mm) Từ đồ thị 3.1.1; 3.1.2; 3.1.3 ta thấy, giảm độ cứng phần tử đàn hồi nhìn chung cải thiện độ êm dịu chuyển động cho xe, biên độ chuyển dịch thân xe giảm, đặc biệt giảm mạnh vùng cộng hưởng tần số thấp; vùng cộng hưởng tần số thấp lùi sang trái nên tượng cộng hưởng (tần số thấp) xẩy đường có bước sóng lớn Như xác suất xuất dao động giảm Cũng tương tự gia tốc thân xe Tuy nhiên, chuyển dịch bánh xe lại có điểm khác Khi độ cứng treo giảm biên độ chuyển dịch bánh xe vùng cộng hưởng tần số thấp có giảm, vùng cộng hưởng tần số cao lại tăng lên đáng kể Cp1