Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU _3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO _4 1.1 Công dụng yêu cầu hệ thống treo _4 1.2 Các phận hệ thống treo 1.2.1 Bộ phận đàn hồi _4 1.2.2 Bộ phận dẫn hướng 1.2.3 Bộ phận giảm chấn 1.2.4 Thanh ổn định _10 1.2.5 Các vấu cao su tăng cứng hạn chế hành trình _11 1.3 Phân loại hệ thống treo 11 1.3.1 Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo phận dẫn hướng _11 1.3.2 Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo phần tử đàn hồi 12 1.3.3 Phân loại hệ thống treo theo phương pháp dập tắt dao động 12 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 13 2.1 Phân tích phương án bố trí hệ thống treo phụ thuộc _13 2.1.1 Các phương án bố trí 13 2.1.2 Phân tích ưu, nhược điểm hệ thống treo phụ thuộc 15 2.2 Phân tích lựa chọn thiết kế phận đàn hồi _16 2.3 Phân tích lựa chọn thiết kế giảm chấn 17 2.4 Số liệu 18 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN HỆ THỐNG TREO TRƯỚC _19 3.1 Tính phần tử đàn hồi nhíp _19 3.1.1 Xác định tần số dao động 19 3.1.2 Tính tốn chọn thơng số nhíp 20 3.1.3 Tính độ cứng thực tế nhíp 21 3.1.4 Tính bền nhíp _23 3.1.5 Tính bền tai nhíp _28 3.1.6 Tính kiểm tra chốt nhíp 29 3.2 Tính tốn giảm chấn 30 3.2.1 Xác định hệ số cản giảm chấn _30 3.2.2 Lực cản giảm chấn 31 3.2.3 Xác định thông số giảm chấn _33 3.2.4 Xác định kích thước lỗ van giảm chấn 35 CHƯƠNG : TÍNH TỐN HỆ THỐNG TREO SAU 38 4.1 Xác định tải trọng lên nhíp nhíp phụ _38 Thiết kế tính tốn hệ thống treo phụ thuộc xe tải Trang: Đồ án tốt nghiệp 4.2 Tính tốn nhíp 39 4.2.1 Chọn sơ thông số _39 4.2.2 Xác định chiều dài nhíp 40 4.2.3 Tính độ cứng thực tế nhíp 41 4.2.4 Kiểm bền nhíp 43 4.2.5 Tính bền tai nhíp _48 4.2.6 Tính kiểm tra chốt nhíp 49 4.3 Tính tốn nhíp phụ _50 4.3.1 Chọn sơ thông số _50 4.3.2 Xác định chiều dài nhíp 50 4.3.3 Tính độ cứng thực tế nhíp 51 4.3.4 Kiểm bền nhíp phụ 53 CHƯƠNG 5: CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 57 5.1 Hư hỏng thường gặp _57 5.1.1 Bộ phận đàn hồi _57 5.1.2 Bộ phận giảm chấn _57 5.2 Kiểm tra, điều chỉnh hệ thống treo _59 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO _61 Thiết kế tính tốn hệ thống treo phụ thuộc xe tải Trang: Đồ án tốt nghiệp LỜI NĨI ĐẦU Hệ thống treo tơ hệ thống liên kết khung vỏ xe với cầu bánh xe Hệ thống đảm bảo động học xe giống với mong muốn người thiết kế dập tắt dao động từ bề mặt đường tác dụng lên vỏ xe, đảm bảo an toàn độ êm dịu cho xe Từ đời đến nay, hệ thống treo ô tô nghiên cứu phát triển đại đa dạng Trên xe tải chủ yếu sử dụng treo phụ thuộc với dạng hệ thống sử dụng nhíp, nhíp phụ, lò xo, ba lơng khí Để hiểu sâu hệ thống treo xe tải nên em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp: “thiết kế hệ thống treo phụ thuộc xe tải” Đồ án em trình bày theo mục sau: - Tổng quan hệ thống treo Lựa chọn hệ thống treo xe tải Tính tốn thiết kế hệ thống treo phụ thuộc Với trình độ hạn hẹp nên q trình thực đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, mong đóng góp thầy bạn sinh viên Em xin chân thành cảm ơn thầy môn đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy Trịnh Minh Hồng Hà Nội, tháng năm 2017 Sinh viên thực Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc xe tải Trang: Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO 1.1 Công dụng yêu cầu hệ thống treo Hệ thống treo hệ thống cụm chi tiết liên kết cầu xe bánh xe với khung vỏ xe - Công dụng: + Đỡ trọng lượng ô tô truyền lực mô men từ bánh xe lên khung (vỏ) xe ngược lại + Tạo điều kiện cho bánh xe dao động theo phương thẳng đứng khung vỏ xe cách êm dịu + Giữ cho bánh xe có động học trì bám đường bánh xe - u cầu: + Có độ cứng thích hợp để xe chuyển động êm dịu đồng thời có khả dập tắt nhanh dao động + Quan hệ động học bánh xe hợp lý để đảm bảo động học động lực học ô tô 1.2 Các phận hệ thống treo 1.2.1 Bộ phận đàn hồi Là phận nối mềm bánh xe thùng xe, nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với thể người (60  120 lần/ph) Bộ phận đàn hồi bố trí khác xe cho phép bánh xe dịch chuyển theo phương thẳng đứng Bộ phận đàn hồi có phần tử đàn hồi thường gặp là: a Nhíp Thiết kế tính tốn hệ thống treo phụ thuộc xe tải Trang: Đồ án tốt nghiệp Nhíp làm từ thép cong, gọi nhíp, xếp lại với theo thứ tự từ ngắn đến dài Đặc tính làm việc nhíp tải trọng tác dụng lên nhíp tăng biến dạng nhíp tăng theo quy luật tuyến tính Trong hệ thống treo khơng có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động mà đồng thời làm nhiệm vụ phận dẫn hướng b Thanh xoắn Thanh xoắn thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn để cản lại xoắn Một đầu xoắn ngàm vào khung hay dầm xe, đầu gắn vào kết cấu chịu tải xoắn hệ thống treo Trên số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục cầu chủ động người ta dùng xoắn thường gây tải trước (có ứng suất dư) thích hợp cho chiều làm việc Trên xoắn phía phải đánh dấu để tránh nhầm lẫn lắp ráp Sử dụng xoắn có đặc điểm sau: + Trọng lượng nhỏ + Chiếm khơng gian, bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe + Đơn giản, gọn, giá thành rẻ dễ chế tạo + Thanh xoắn khơng có nội ma sát nên thường phải lắp kèm giảm chấn để dập tắt nhanh dao động c Lò xo Bao gồm dạng lò xo xoắn ốc, lò xo lò xo trụ Do lò xo trụ có đường kính vòng ngồi khơng đổi nên biến dạng thay đổi tỷ lệ thuận với lực tác dụng, lò hay lò xo xoắn ốc tải nhẹ đầu lò xo bị nén lại hấp thụ lượng va đập, phần lò xo có độ cứng lớn đủ cứng để chịu tải lớn - Ưu điểm: Thiết kế tính tốn hệ thống treo phụ thuộc xe tải Trang: Đồ án tốt nghiệp + Kết cấu gọn gàng bố trí lồng vào giảm chấn + Nếu độ cứng độ bền với nhíp lò xo trụ có khối lượng nhỏ nhíp tuổi thọ cao nhíp - Nhược điểm: + Khi làm việc vòng lò xo khơng có nội ma sát nhíp nên thường phải bố trí thêm giảm chấn kèm theo để dập tắt nhanh dao động + Do lò xo làm nhiệm vụ đàn hồi, nhiệm vụ dẫn hướng giảm chấn phận khác đảm nhận nên với hệ thống treo dùng lò xo trụ có kết cấu phức tạp phải bố trí thêm hệ thống đòn dẫn hướng để dẫn hướng cho bánh xe truyền lực kéo hay lực phanh d Phần tử đàn hồi loại khí Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí dựa ngun tắc khơng khí có tính đàn hồi bị nén Hệ thống treo loại khí sử dụng tốt tơ có trọng lượng phần lớn thay đổi lớn ô tô trở khách, ô tô vận tải đồn xe Loại tự động thay đổi độ cứng hệ thống treo cách thay đổi áp suất khơng khí bên phần tử đàn hồi Giảm độ cứng hệ thống treo làm cho độ êm dịu chuyển động tốt Hệ thống treo khí khơng có ma sát phần tử đàn hồi, trọng lượng nhỏ giảm chấn động giảm tiếng ồn từ bánh xe truyền lên buồng lái hành khách Nhưng hệ thống có kết cấu phức tạp phải có phận dẫn hướng riêng trang thiết bị cung cấp khí, điều chỉnh áp suất 1.2.2 Bộ phận dẫn hướng Bộ phận dẫn hướng có nhiệm vụ truyền lực dọc, lực ngang mômen từ bánh xe lên khung thân xe Nó có chi tiết khác tùy thuộc hệ thống treo phụ thuộc hay độc lập, phần tử đàn hồi nhíp, lò xo hay xoắn Thiết kế tính tốn hệ thống treo phụ thuộc xe tải Trang: Đồ án tốt nghiệp 1.2.3 Bộ phận giảm chấn Trên xe ô tô giảm chấn sử dụng với mục đích sau: + Giảm dập tắt va đập truyền lên khung bánh xe lăn đường không phẳng nhằm bảo vệ phận đàn hồi tăng tính tiện nghi cho người sử dụng + Đảm bảo dao động phần không treo mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt tiếp xúc bánh xe với mặt đường + Nâng cao tính chất chuyển động xe khả tăng tốc, khả an toàn chuyển động Để dập tắt dao động xe chuyển động giảm chấn biến đổi thành nhiệt nhờ ma sát chất lỏng van tiết lưu Trên ô tô chủ yếu sử dụng giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều cấu trúc hai lớp a Giảm chấn hai lớp vỏ Giảm chấn hai lớp vỏ đời vào năm 1938, loại giảm chấn quen thuộc dùng phổ biến Trong giảm chấn, piston di chuyển xy lanh, chia không gian thành hai buồng A B đuôi xy lanh thuỷ lực có cụm van bù Bao ngồi vỏ lớp vỏ ngồi, khơng gian hai lớp vỏ buồng bù thể tích chất lỏng liên hệ với B qua cụm van chiều (III, IV) Buồng C gọi buồng bù chất lỏng, C điền đầy nửa bên chất lỏng, khơng gian lại chứa khơng khí có áp suất áp suất khí Các van (I) (IV) van nén mạnh nén nhẹ, van (II) (III) van trả mạnh trả nhẹ giảm chấn Thiết kế tính tốn hệ thống treo phụ thuộc xe tải Trang: Đồ án tốt nghiệp Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo sau: 1-khoang vỏ 2- phớt làm kín 3- bạc dẫn hướng 4- vỏ chắn bụi 5- cần piston 6- piston 7- van cố định 8- vỏ ngồi Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo giảm chấn hai lớp vỏ + Nguyên lý làm việc: Ở hành trình nén bánh xe tiến lại gần khung xe, lúc ta tích buồng B giảm nên áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) (IV) lên khoang A sang khoang C ép khơng khí buồng bù lại Trên nắp giảm chấn có phớt che bụi, phớt chắn dầu lỗ ngang để bôi trơn cho trục giảm chấn trình làm việc Ở hành trình trả bánh xe xa khung xe, thể tích buồng B tăng áp suất giảm, chất lỏng qua van (II, III) vào B, khơng khí buồng bù giãn ra, đẩy chất lỏng nhanh chóng điền đầy vào khoang B Trong trình làm việc giảm chấn để tránh bó cứng có lỗ van lưu thơng thường xun Cấu trúc tuỳ thuộc vào kết cấu cụ thể Van trả, van nén hai cụm van nằm piston xylanh cụm van bù có kết cấu mở theo hai chế độ, lỗ van riêng biệt để tạo nên lực cản giảm chấn tương ứng nén mạnh, nén nhẹ, trả mạnh, trả nhẹ Thiết kế tính tốn hệ thống treo phụ thuộc xe tải Trang: Đồ án tốt nghiệp Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết diện nhỏ tạo nên lực ma sát làm cho nóng giảm chấn lên Nhiệt sinh truyền qua vỏ (8) truyền vào khơng khí để cân lượng + Ưu điểm giảm chấn hai lớp có độ bền cao, giá thành hạ làm việc tin cậy hai hành trình, trọng lượng nhẹ + Nhược điểm làm việc tần số cao xảy tượng khơng khí lẫn vào chất lỏng làm giảm hiệu giảm chấn b Giảm chấn lớp vỏ Giảm chấn lớp vỏ có cấu tạo sau: 1- Van chiều; 2- Cần piston; 3- Cụm làm kín; 4- Xy lanh;       5- Buồng chứa dầu; 6- Piston;  7- Van chiều; 8- Khoang chứa khí  Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo giảm chấn lớp vỏ + Nguyên lý làm việc: Trong giảm chấn lớp vỏ không bù dầu mà thay chức buồng chứa khí nén Đây khác giảm chấn lớp vỏ hai lớp vỏ Khi piston dịch chuyển xuống tạo nên chênh áp, dẫn đến mở van 1, chất lỏng chảy nên phía piston Khi piston lên làm mở van 7, chất lỏng chảy xuống piston Áp suất giảm chấn thay đổi không lớn dao động xung quanh vị trí cân với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu, nhờ mà tránh tượng tạo bọt khí, trạng thái khơng an tồn cho làm việc giảm Thiết kế tính tốn hệ thống treo phụ thuộc xe tải Trang: Đồ án tốt nghiệp chấn Trong trình làm việc piston ngăn cách di chuyển để tạo nên cân chất lỏng chất khí áp suất khơng bị hạ xuống giá trị nguy hiểm Giảm chấn có độ nhạy cao kể piston dịch chuyển nhỏ, tránh tượng cưỡng chảy dầu nhiệt độ thay đổi làm cho áp suất thay đổi c So sánh hai loại giảm chấn So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ, giảm chấn lớp vỏ có ưu điểm sau: + Khi có đường kính ngồi, đường kính cần piston làm lớn mà biến động tương đối áp suất chất lỏng nhỏ + Điều kiện toả nhiệt tốt + Giảm chấn có piston ngăn cách làm việc góc nghiêng bố trí Nhược điểm loại giảm chấn lớp vỏ là: + Làm việc tin cậy, bị bó kẹt hành trình nén trả mạnh + Có tính cơng nghệ thấp, bao kín khơng tốt + Tuổi thọ phớt thấp + Độ mòn piston với ống dẫn hướng cao 1.2.4 Thanh ổn định Trên loại xe ngày ổn định có Trong trường hợp xe chạy đường không phẳng quay vòng, tác dụng lực li tâm phản lực thẳng đứng bánh xe cầu thay đổi làm cho tăng độ nghiêng thùng xe làm giảm khả truyền lực dọc, lực bên bánh xe với mặt đường Thanh ổn định có tác dụng xuất chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu chịu tải Cấu tạo chung có dạng chữ U, đầu chữ U nối với phần Thiết kế tính tốn hệ thống treo phụ thuộc xe tải Trang: 10 Đồ án tốt nghiệp 4.2.5 Tính bền tai nhíp ho Pk Hình 4.3 Sơ đồ tính tai nhíp Trong đó: D: đường kính tai nhíp h0: chiều dày nhíp (h0=10 mm) b: chiều rộng nhíp (b=80 mm) Tai nhíp chịu tác dụng lực kéo Pk hay lực phanh Pp Trị số lực xác định theo công thức sau: Pkmax=Ppmax= Zbx Trong đó: : hệ số bám bánh xe với đất Lấy  = 0,7 Got 7700  18844   22694 Zbx: phản lực đất lên bánh xe Zbx=Zdt+ (N) Pkmax=0,7 22694=15885,8(N) Tai nhíp làm việc theo uốn, nén (hoặc kéo) Ứng suất uốn tai nhíp là: uốn  Mu D  h0  3Pk max Wu bh02 Ứng suất nén (hoặc kéo) tai nhíp là: nén  Pk max bh0 Thiết kế tính tốn hệ thống treo phụ thuộc xe tải Trang: 50 Đồ án tốt nghiệp Ứng suất tổng hợp tai nhíp tính theo cơng thức: th  Pk max (3 D  h0  ) bh0 bh0 Ứng suất tổng hợp cho phép [th]=350 MN/m2 Như đường kính lớn tai nhíp xác định theo cơng thức: Dmax Dmax Thay số: [th ] bh02 (  )  h0 Pk max bh0 �350.106 �80.103.(10.103 ) �   10.103  0, 045 3 3 � 15885,8 80.10 10.10 � � (m) Chọn đường kính tai nhíp: D=40(mm) Ứng suất tổng hợp lớn sinh là: 40.103  10.103 3 3 3 3 thmax = 15885,8.(3 80.10 (10.10 ) + 80.10 10.10 ) =318.106(N/m2) Vậy tai nhíp đủ bền 4.2.6 Tính kiểm tra chốt nhíp Đường kính chốt nhíp chọn đường kính danh nghĩa tai nhíp: Dchốt=40(mm) Chọn vật liệu chế tạo chốt nhíp thép hợp kim có thành phần bon thấp (20X) thấm bon trước tơi ứng suất chèn dập cho phép [chèn dập ]= 7,59,0(MN/m2) Chốt nhíp kiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập: chèn dập  Z  P k max D.b Trong đó: D: đường kính chốt nhíp D= 40(mm) Thiết kế tính tốn hệ thống treo phụ thuộc xe tải Trang: 51 Đồ án tốt nghiệp b: bề rộng nhíp b=80(mm) 226942  15885,82  8,7.106 3 3 Thay số ta có: chèn dập = 40.10 80.10 (N/mm2)