Bài tập hệ thống ô tô

1. Xây dựng đặc tuyến đàn hồi của hệ thống treo của 1 trục bánh xe ô tô theo 2 phương án thiết kế sau đây: a. Trục bánh xe dùng 1 bộ nhíp bố trí theo phương án mặt phẳng đối xứng của bộ nhíp trùng với đường tâm trục bánh xe và vuông góc với mặt đường. Biết trọng lượng phân bố trên trục bánh xe này là Zbx, trọng lượng không được treo của trục bánh xe này là Zkt. Tần số dao động êm dịu của bộ phận đàn hổi Bộ phận đàn hồi được đặc trưng bởi độ cứng C của nó. Với khối lượng được treo là m thì tần số dao động tự do w được xác định từ phương trình dao động tự do: m. + C.x = 0 (1.1) => + .x = 0. Đặt 2 = (1.2) Thì (1.1) trở thành: + 2 x = 0 (1.3) Phương trình (1.3) có nghiệm là: X = A.sin(.t) (1.4) trong đó: A là biên độ dao động m;  là tần số dao động tự do rads; xác định theo công thức (1.2) b. Trục bánh xe dùng 02 bộ nhíp bố trí theo phương án mặt phẳng đối xứng của mỗi bộ nhíp vuông góc với đường tâm trục bánh xe và vuông góc với mặt đường. Biết trọng lượng phân bố trên trục bánh xe này là Zbx, trọng lượng không được treo của trục bánh xe này là Zkt.

Thiết kế hệ thống ô tô BÀI TẬP KẾT CẤU TÍNH TỐN CÁC HỆ THỐNG Ơ TƠ Học kỳ năm học 2020-2021 Sinh viên : Đậu Anh Cường Số thẻ SV: 103160088 Lớp: 16C4B Xây dựng đặc tuyến đàn hồi hệ thống treo trục bánh xe ô tô theo phương án thiết kế sau đây: a Trục bánh xe dùng nhíp bố trí theo phương án mặt phẳng đối xứng nhíp trùng với đường tâm trục bánh xe vng góc với mặt đường Biết trọng lượng phân bố trục bánh xe Zbx, trọng lượng không treo trục bánh xe Zkt -Tần số dao động êm dịu phận đàn hổi Bộ phận đàn hồi đặc trưng độ cứng C Với khối lượng treo m tần số dao động tự w xác định từ phương trình dao động tự do: m + C.x = => (1.1) + x = 2 = (1.2) + 2 *x = (1.3) Đặt Thì (1.1) trở thành: Phương trình (1.3) có nghiệm là: X = A.sin(.t) (1.4) đó: A biên độ dao động [m];  tần số dao động tự [rad/s]; xác định theo công thức (1.2) b Trục bánh xe dùng 02 nhíp bố trí theo phương án mặt phẳng đối xứng c nhíp vng góc với đường tâm trục bánh xe vng góc với mặt đ ường Biết trọng lượng phân bố trục bánh xe Zbx, trọng lượng khôn g treo trục bánh xe Zkt - Đặc tính đàn hồi phận đàn hồi SVTH: Đậu Anh Cường Lớp: 16C4B Thiết kế hệ thống tơ Đặc tính đàn hồi đường biểu diễn mối quan hệ phản lực pháp tuyến Z tác dụng lên bánh xe với biến dạng hệ thống treo (kí hiệu f) đo trục bánh xe Nhờ đặc tính đàn hồi mà ta đánh giá tính êm dịu phận đàn hồi hệ thống treo Khi xây dựng đặc tính đàn hồi, giả thiết bỏ qua ma sát khối lượng phần khơng treo; coi đặc tính đàn hồi tuyến tính Đặc tính đàn hồi đặc trưng độ võng tĩnh ft độ võng động fđ phải đảm bảo: - Cho xe chuyển động êm dịu đường tốt - Không va đập liên tục lên phận hạn chế chuyển động đường xấu với tốc độ cho phép - Khi xe quay vòng, tăng tốc phanh thùng xe khơng bị nghiêng hay chúc đầu Đặc tính đàn hồi đồ thị biểu diễn quan hệ: Z= f(f) Nó có điểm đặc trưng a(f t; Zt) b(fđ; Zmax) Trong đó: Z: Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên phần tử đàn hồi f: Độ võng phần tử đàn hồi hệ thống treo (đo tâm bánh xe) ft: Biến dạng hệ thống treo tác dụng tải trọng tĩnh Zt: Tải trọng tĩnh tác dụng bánh xe, gây biến dạng ft fđ: Biến dạng hệ thống treo tác dụng tải trọng động Zmax = KđZđ: Tải trọng động lớn nhất, gây biến dạng thêm fđ Hình 1.1 Đặc tính đàn hồi hệ thống treo SVTH: Đậu Anh Cường Lớp: 16C4B Thiết kế hệ thống tơ Đặc tính đàn hồi tiêu biểu hệ thống treo có dạng hình 1.1 Nó có điểm đặc trưng a(ft, Zt) b(fđ, Zmax) Ở đây: - ft : Biến dạng hệ thống treo tác dụng tải trọng tĩnh - Zt : Tải trọng tĩnh tác dụng bánh xe, gây biến dạng ft - fđ : Biến dạng thêm hệ thống treo tác dụng tải trọng động Để xây dựng đặc tính đàn hồi hệ thống treo ta phải xác định đại lượng đặc trung Trình tự xây dựng sau: + Xác định giá trị độ võng tĩnh ft: Độ võng tĩnh hệ thống treo f t quan hệ chặt chẽ với tần số dao động riêng hệ thống treo nên định độ êm dịu chuyển động Tùy thuộc vào độ êm dịu theo yêu cầu, độ võng tĩnh hệ thống treo xác đinh giới hạn sau: Từ công thức (1.2) với 2 = ; ta thay C = (kí hiệu độ võng tĩnh f t thay cho dịch chuyển tĩnh x ứng với tải trọng tĩnh Zt) m = (trong g gia tốc trọng trường); ta có: 2 = Độ võng: (1.5) ft = g/2 (1.6) Y HỌC => n = 60-90 [dao động/phút] hay  = (6,28 - 9,42) [rad/s] Thay vào công thức (1.6), ta được: ft = 110 - 250 [mm] (1.6b) Hay: Độ cứng C = m.hay C = Trong phạm vi giới hạn (1.6b) nêu trên, gía trị lớn (ft = 250 [mm]) áp dụng cho xe (vì xe có trọng tâm thấp, khoảng dịch chuyển lớn khơng ảnh hưởng đến ổn định lật ngang); Cịn xe tải thường có trọng tâm cao, nên thường chọn giá trị có giới hạn thấp (f t = 110 [mm]) để khơng làm giảm tính ổn định ngang xe Với xe khách, có trọng tâm cao, nhiêu yêu cầu tính êm dịu xe khách cao xe tải (vì chở người) nên chọn với giá trị trung gian vào khoảng ft = 150-180[mm] tùy vào kiểu phận đàn hồi (với đàn hồi khí nén cho phép chọn giới hạn cao) Chọn ft = 200 [mm] + Xác định độ võng động fđ: SVTH: Đậu Anh Cường Lớp: 16C4B Thiết kế hệ thống ô tô Ngoài độ võng tĩnh, để đảm bảo cho xe chuyển động êm dịu, hệ thống treo cịn phải có độ võng động đủ lớn để tránh xảy va đập phần treo không treo ô tô chuyển động đường không phẳng Độ võng động hệ thống treo khoảng dịch chuyển cần thiết tăng thêm tính từ trạng thái ứng với tải trọng tĩnh (Z t) trạng thái chịu tải lớn (Zmax) Tuy độ võng động tăng làm tăng dịch chuyển tương đối thùng xe với bánh xe làm tăng chiều cao trọng tâm xe, vậy: Giảm tính ổn định ô tô Tăng yêu cầu khắc khe phận hướng Phức tạp điều kiện làm việc dẫn động lái Về lý thuyết, với tải trọng động cho phép thiết kế từ 1,5 đến lần so với tải trọng tĩnh, nên độ võng động thường chọn nằm khoảng f d = (0,75-1,0)*ff Tuy nhiên, để dầm cầu không va đập trực tiếp vào khung xe chị tải trọng động, thường phải thiết kế thêm ụ hạn chế cao su đặt chúng; độ võng động thực tế phận đàn hồi thường nhỏ giá trị nêu (xem hình minh họa 3.1) + Đối với xe tải: fd = ft Vì thiết kế ft nhỏ để ổn định (khi tải thay đổi phạm vi rộng chiều cao lớn); dk làm việc nặng hơn, dễ chịu nhiều va đập + Ụ cao su để hạn chế va đập => Zdh = (ft + fd)*C = 2*ff*C = 2* Zt Hệ số Kd: Zđmax = Zdh + Zcs > 2.Zt => Kđ = 2,5 đên 3,0 + Đối với xe con: fd = 0,5.ft Vì dã thiết kế êm dịu với ft lớn (200 – 250[mm]), fd lớn dễ bị trịng trành dao động => Zdh = (ft + 0,5.fd)*C = 1,5*ff*C = 1,5*Zt Zđmax = Zdh + Zcs > 1,5.Zt => Kđ >= 2,0 đến 2,5 + Đối với xe khách: fd = 0,75.ft (hoặc fd = ft) êm dịu với ft lớn (150 – 180[mm]), fd lấy trung bình => Zdh = (ft + 0,75.fd)*C = 1,75*ff*C = 1,75*Zt Hệ số Kd: Zđmax = Zdh + Zcs > 1,75.Zt => Kđ >= 2,0 đên 2,5 SVTH: Đậu Anh Cường Lớp: 16C4B Thiết kế hệ thống tơ Hình 1.2: Đặc tính đàn hồi hệ thống treo trước Xây dựng sơ đồ biểu thị quan hệ lực tác dụng lên vành tay lái với mô men cản quay vòng bánh xe dẫn hướng trường hợp hệ thống lái tơ có trợ lực Cơ cấu lái chọn: Loại cấu lái trục vít êcu bi cung Hình 2.1 Sơ đồ cấu lái trục vít – êcu bi – cung SVTH: Đậu Anh Cường Lớp: 16C4B Thiết kế hệ thống ô tô Vỏ, Ổ bi, Trục lái, Êcu bi, Ổ bi, Phớt, Đai ốc điều chỉnh, Đai ốc hãm, Bánh rẻ quay, 10 Bi Phương án bố trí dẫn động lái: Hình thang lái Dantơ, tạo cầu trước, đòn kép ngang đòn kép dọc Hình 2.2: Sơ đồ dẫn động hình thang lái Dantơ Loại trợ lực lái: Hệ thống trợ lực thủy lực, hệ thống bao gồm: Trợ lực thủy lực cấu lái trợ lực thủy lực cho cầu dẫn hướng thứ Xi lanh thủy lực cường hóa đặt chung vỏ với cấu lái, buồng xilanh lực nối với đường dầu đặt trục lái, phân phân phối dạng van trượt, vỏ phân phối đặt trục phản ứng phân cách lò xo nén sơ Lò xo siết êcu Lực siết xác định lực đóng cường hóa Giữa mặt bên vỏ vành ổ bi có khoảng hở nửa trục lái nối với ly hợp hình Ly hợp cho phép độ dịch chuyển phần trục lái giới hạn khoảng hở SVTH: Đậu Anh Cường Lớp: 16C4B Thiết kế hệ thống ô tơ Hình 2.3: Sơ đồ trợ lực lái 2.1 Mơ-men cản quay vịng tơ Mơ men cản quay vịng có giá trị lớn tơ quay vịng chỗ, trường hợp mơ men cản quay vịng bao gồm: Mơ men sinh lực cản lăn M1, mô men cản phản lực ngang viết tiếp xúc bánh xe với mặt đường M mô men ổn định bánh xe dẫn hướng Nghĩa là: Trong đó: Mơ men sinh lực cản lăn M1 xác định công thức: Ở đây: Gbx - Trọng lượng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng Đối với hệ thống lái sử dụng cầu trước với hai bánh dẫn hướng Gbx lúc tải trọng tác dụng lên cầu trước, hay: Gctr - Trọng lượng tác dụng lên cầu trước xe tồn tải: f - Hệ số cản lăn Thường có giá trị khoảng từ 0,015 ÷ 0,018, ta thực chọn f = 0,015 cho việc tính tốn a - Cánh tay địn Theo quan hệ hình học hình 4.1 giá trị xác định gần hiệu khoảng cách l với độ dài cung quét r bx góc , nghĩa là: SVTH: Đậu Anh Cường Lớp: 16C4B Thiết kế hệ thống ô tô rbx - Bán kính làm việc bánh xe, xét đến biến dạng lốp nên r bx = 0,96r0 với r0 bán kính tự bánh xe dẫn hướng ta tính thơng qua thơng số kỹ thuật lốp Ví dụ: Lốp mà xe sử dụng có ký hiệu 245/70R16 nghĩa lốp có bề rộng B = 245mm, đường kính vành bánh xe d = 16inch Vậy từ ta tìm bán kính tự bánh xe dẫn hướng xác định cơng thức: Hình 2.4 mơ tả sơ đồ tính tốn mơ men cản quay vòng lực cản lăn tác dụng bánh xe dẫn hướng thơng số kích thước liên quan: Hình 2.4 Sơ đồ tính tốn mơ men cản quay vòng lực cản lăn tác dụng bánh xe dẫn hướng M2 công thức giá trị mô men cản phản lực ngang viết tiếp xúc bánh xe với mặt đường Để xác định M ta xây dựng sơ đồ tính hình 2.5 đây: Hình 2.5 Sơ đồ xác định mô men cản quay gây lực ngang SVTH: Đậu Anh Cường Lớp: 16C4B Thiết kế hệ thống tơ Như hình 2.5, xét phương trình cân mơ men tâm trục bánh xe dẫn hướng ta tìm giá trị mô men cản quay M gây lực ngang xác định công thức: Ở đây: - Hệ số bám ngang bánh xe dẫn hướng với mặt đường, hệ số có giá trị thường khoảng từ 0,9 ÷ 0,1 - Trọng lượng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng Y - Lực ngang tổng hợp; x - Độ dịch phía sau điểm đặt lực ngang tổng hợp so với tâm diện tích tiếp xúc lốp với mặt đường đàn hồi bên lốp gây Thành phần mô men cản quay M3 tính tốn bỏ qua (do giá trị nhỏ so với mơ men thành phần khác) tính đến hệ số Như vậy, cầu trước có hai bánh xe dẫn hướng thực quy dẫn mô men cản quay chúng trục cấu lái(thanh răng) ta mơ men cản quay tổng: Trong đó: M1, M2- Lần lượt mô men cản lăn mô men cản phản lực ngang - Hiệu suất dẫn động lái, idd - Tỷ số truyền dẫn động lái KM3 - Hệ số tính đến ảnh hưởng mơ men ổn định bánh xe dẫn hướng M 3, tính tốn lấy KM3 =1,07-1,15 2.2 Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng Khi có mơ men cản quay vịng tổng cộng trục cấu lái (thanh răng) ta dễ dàng xác định lực cần thiết tác dụng lên vơ lăng theo cơng thức: Trong đó: R - Bán kính vơ lăng, theo thơng số kỹ thuật - Tỷ số truyền động học cấu lái - Hiệu suất thuận cấu lái, cấu lái sử dụng loại bánh nhờ có thêm phận tăng cường khả ăn khớp lị xo ép nên cấu làm việc bị trượt mà hiệu suất cao đạt khoảng = 0,99 SVTH: Đậu Anh Cường Lớp: 16C4B Thiết kế hệ thống ô tô Như giá trị lực cần thiết tác dụng lên vô lăng P lmax tính nằm khoảng giới hạn cho phép theo quy chuẩn áp dụng cho loại xe du lịch [P lmax] = 150 ÷ 200[N], trường hợp cường hóa lái bị hỏng người lái đảm bảo điều khiển xe Tuy nhiên, lực người lái tác dụng lên vành tay lái để điều khiển xe tương đối lớn, gây mệt mỏi cho người lái Vì vậy, để khắc phục nhược điểm cần thiết phải cải tiến hệ thống lái khí thành hệ thống lái có cường hố Nhằm mục đích để giảm sức lao động nặng nhọc cho người lái xe, đồng thời tăng sức động tơ đảm bảo an tồn chuyển động Khi hệ thống lái có sử dụng thêm trợ lực thủy lực lực cần thiết tác dụng lên vơ lăng lúc cịn bằng: Trong đó: Pltl - Lực cần thiết tác dụng lên vơ lăng có trợ lực; Ptl - Lực phận trợ lực sinh quy vô lăng Và tính thơng qua mối quan hệ áp suất dầu diện tích làm việc xilanh trợ lực, nghĩa là: Ở đây: p - Áp suất dầu trợ lực tác dụng lên piston dp - Đường kính piston trợ lực dth - Đường kính răng(cần piston) Với giá trị nhận Pltl qua phép tính tốn cho thấy, sử dụng thêm trợ lực lái, lực cần thiết người điều khiển tác dụng lên vô lăng giảm đáng kể so với khơng có trợ lực Nhờ mà giúp giảm thiểu lao động cho người lái quay vòng hỗ trợ tốt cho người lái có đủ sức để giữ xe chuyển động hướng trường hợp số bánh xe dẫn hướng bị nổ SVTH: Đậu Anh Cường Lớp: 16C4B 10 Thiết kế hệ thống ô tô Tài liệu tham khảo [1] Kết cấu, tính tốn thiết kế tơ (Biên soạn: TS Nguyễn Hồng Việt) [2] Thiết kế hệ thống treo tơ (Biên soạn: TS Lê Văn Tụy) [3] Thiết kế hệ thống lái ô tô (Biên soạn: TS Lê Văn Tụy) SVTH: Đậu Anh Cường Lớp: 16C4B 11 ... kế hệ thống ô tô Tài liệu tham khảo [1] Kết cấu, tính tốn thiết kế tơ (Biên soạn: TS Nguyễn Hoàng Việt) [2] Thiết kế hệ thống treo ô tô (Biên soạn: TS Lê Văn Tụy) [3] Thiết kế hệ thống lái ô tô. .. trường hợp hệ thống lái ô tô có trợ lực Cơ cấu lái chọn: Loại cấu lái trục vít êcu bi cung Hình 2.1 Sơ đồ cấu lái trục vít – êcu bi – cung SVTH: Đậu Anh Cường Lớp: 16C4B Thiết kế hệ thống ô tô Vỏ,... cải tiến hệ thống lái khí thành hệ thống lái có cường hố Nhằm mục đích để giảm sức lao động nặng nhọc cho người lái xe, đồng thời tăng sức động ô tô đảm bảo an toàn chuyển động Khi hệ thống lái