Thiết kế hệ thống treo cho xe

NhËn xÐt cña gi¸o viªn híng dÉn . . . . . . . . . . . . . Hng Yªn, ngµy 17 th¸ng 04 n¨m 2012 Gi¸o viªn híng dÉn Gi¸o Viªn Híng DÉn : Th.S §ång Minh TuÊn Sinh Viªn Thùc HiÖn : Trang 1 1 NhËn xÐt cña gi¸o viªn ph¶n biÖn . . . . . . . . . . . . Hng Yªn, ngµy 17 th¸ng 04 n¨m 2012 Gi¸o viªn ph¶n biÖn Môc lôc Gi¸o Viªn Híng DÉn : Th.S §ång Minh TuÊn Sinh Viªn Thùc HiÖn : Trang 2 2 Trang Mục lục 03 Lời nói đầu 04 Chơng 1. Tổng quan về hệ thống treo 1.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại 05 1.1.1 Nhiệm vụ. 05 1.1.2 Yêu cầu 05 1.1.3 Phân loại hệ thống treo 05 1.2 Kết cấu các chi tiết 06 1.2.1 Nhíp lá 06 1.2.2 Bộ giảm chấn . 07 1.2.3 Bộ phận giảm chấn . 1.2.4 Lò xo xoắn ốc 07 11 Chơng 2. Tính toán thiết kế hệ thống treo trên xe tải A. Lựa chọn phơng án thiết kế 12 2.1 Các thông số cho trớc 12 2.2 Chọn phơng án thiết kế 12 2.2.1Chọn loại hệ thống treo 12 2.2.2 Chọn bộ phận đàn hồi. 12 2.2.3 Chọn bộ phận giảm chấn 12 B. Tính toán thiết kế hệ thống treo. 2.1 Tính toán sơ đồ treo . 12 2.1.1 Xác định hệ số phân bố khối lợng phần treo . 12 2.1.2 Xác định độ cứng của hệ thống treo . 14 2.1.3 Xác định hành trình tĩnh của bánh xe . 14 2.1.4 Xác định hành trình động của bánh xe . 15 2.1.5 Kiểm tra lại hành trình động của bánh xe theo điều kiện đảm bảo khoảng sáng gầm xe là nhỏ nhất . 15 2.2 Tính toán thiết kế các bộ phận của hệ thống treo 15 2.2.1 Xác định các lích thớc cơ bản của bộ nhíp . 15 2.2.2 Tính bền các lá nhíp 17 2.3 Tính tai nhíp 18 2.4 Kiểm nghiệm chốt nhíp . 19 2.5 Tính toán bộ phận giảm chấn . 2.5.1 Xác định kích thớc cơ bảnn của giảm chấn . 2.5.2 Xác định hệ số giảm chấn 2.5.3 Xác định các lỗ và van giảm chấn . 2.5.4 Tính toán nhiệt cho giảm chấn 2.5.5 Xây dựng đờng đặc tính của giảm chấn 20 20 22 22 23 25 Kết luận 26 Giáo Viên Hớng Dẫn : Th.S Đồng Minh Tuấn Sinh Viên Thực Hiện : Trang 3 3 Lời nói đầu Trong đời sống kinh tế xã hội hiện nay, nhu cầu về chuyên chở hàng hoá và hành khách là rất lớn. Có rất nhiều phơng tiện giao thông cùng tham gia giải quyết vấn đề này, một trong những phơng tiện không thể thiếu đợc đó là ôtô. ở Việt Nam những năm gần đây số lợng ôtô lu thông càng lớn, chủng loại càng phong phú và đa dạng : xe tải, xe khách, xe con . Trên ôtô, hệ thống treo có vai trò hết sức quan trọng, nó quyết định đến ổn định chuyển động của bánh xe trên đờng. Đối với xe tải thì vấn đề này cũng rất quan trọng, vì trong quá trình vận chuyển xe tải thờng phải chuyên trở vật liệu với tải trọng lớn đồng thời xe tải cũng có kết cấu cồng kềnh vì thế việc giúp cho xe chạy ổn định, ít bị dao động là hết sức cần thiết. Đề tài thiết kế mà em đợc giao là: Thiết kế hệ thống treo cho xe tải . Đây là một đề tài rất thiết thực cho ngành công nghệ ôtô hiện nay, vì lợng xe tải trong hệ thống giao thông Việt Nam ngày càng phong phú và đa dạng với những kết cấu và chủng loại phức tạp. Trên cơ sở phân tích những u nhợc điểm của từng loại hệ thống treo và yêu cầu bố trí cụ thể trên xe em chọn thiết kế hệ thống treo phụ thuộc. Vì đây là hệ thống treo có nhiều u điểm và đợc sử dụng nhiều trên các dòng xe tải hiện nay. Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án mặc dù đã cố gắng hết sức nhng do trình độ và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi đợc những sai sót em rất mong đ- ơc sự đóng góp ý kiến của thầy cô, bạn bè để đồ án của em đợc hoàn thiện hơn. Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đồ án em rất cám ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy Đồng Minh Tuấn đã giúp đỡ em rất nhiều để em có thể hoàn thành đồ án đợc giao. Em xin trân thành cảm ơn! Hng Yên, Tháng 12 năm 2010. Sinh Viên thực hiện: Giáo Viên Hớng Dẫn : Th.S Đồng Minh Tuấn Sinh Viên Thực Hiện : Trang 4 4 Chơng I: Tổng quan về hệ thống treo 1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại. 1.1.1 Nhiệm vụ. Hệ thống treo ở đây đợc hiểu là hệ thống liên kết giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi. Nó có các chức năng sau đây: Tạo điều kiện cho bánh thực hiện chuyển động tơng đối theo phơng thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe thoe yêu cầu dao động êm dịu, hạn chế tới mức có thể chấp nhận đợc những chuyển động không muốn có khác của bánh xe nh lắc ngang lắc dọc . Truyền lực, mô men giữa bánh xe và khung xe: bao gồm lực thẳng đứng ( tải trọng, phản lực), lực dọc ( lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực kéo với khung, vỏ) lực bên ( lực li tâm, lực gió bên, phản lực bên .) mô men chủ động và mô men phanh. 1.1.2 Yêu cầu. Sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải "mềm", nhng cũng phải đủ khả năng truyền lực. Quan hệ này thể hiện ở các yêu cầu chính sau đây: Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kĩ thuật của xe có thể chạy trên mọi địa hình khác nhau. Bánh xe có khả năng chuyển dịch trong một giới hạn không gian hạn chế. Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lí, thoả mãn mục đích là mềm thoe phơng thẳng đứng nhng không phá hỏng quan hệ động lực học và động học của chuyển động bánh xe. Không gây nên tải trọng lớn tại mối liên kết với khung hoặc vỏ. Có độ bền cao Có độ tin cậy lớn, trong điều kiện sử dụng phù hợp với tính năng kĩ thuật, không gặp h hỏng bất thờng. Giá thành thấp và mức độ phức tạp của kết cấu không quá lớn. Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên thùng vỏ tốt. Đảm bảo tính điều khiển và ổn định chuyển động của xe ở tốc độ cao. 1.1.3 Phân loại hệ thống treo Ngày nay trên ô tô sử dụng hai nhóm lớn là :hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập. a) b) Hình 1.: Sơ đồ tổng thể hệ thống treo a. Hệ thống treo phụ thuộc b. Hệ thống treo độc lập 1.Thùng xe. 2. Bộ phận đàn hồi. 3. Bộ phận giảm chấn. 4. Dầm cầu 5. Các đòn liên kết của hệ treo a, Hệ thống treo phụ thuộc : Là hệ thống treo mà các bánh xe đặt trên dầm liền, bộ phận giảm trấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền. Qua cấu tạo của hệ thống Giáo Viên Hớng Dẫn : Th.S Đồng Minh Tuấn Sinh Viên Thực Hiện : Trang 5 5 treo phụ thuộc, sự dịch chuyển của một bên bánh xe theo phơng thẳng đứng sẽ gây chuyển vị nào đó của bánh xe kia, chúng ta có ý nghĩa chúng "phụ thuộc" lẫn nhau. b, Hệ thống treo độc lập : là hệ thống treo mà các bánh xe gắn "độc lập" với khung vỏ thông qua đòn, bộ phận giảm chấn đàn hồi. Các bánh xe "độc lập" dịc chuyển tơng đối với khung vỏ. Trong thực tế chuyển động của xe , điều này chỉ đúng khi chúng ta coi thùng xe hoặc vỏ xe đứng yên. Ngoài ra ngời ta còn phân chia hệ thống treo theo nhiều cách khác nh: + Dựa và tính chất động học, hệ thống treo độc lập còn đợc chia ra các loại: Treo trên hai đòn ngang, treo trên một đòn ngang và giảm chấn, treo đòn dọc, treo đòn chéo. + Hệ thống treo còn đợc phân loại theo kết cấu của bộ phận đàn hồi nh: Treo nhíp lá, treo lò xo, treo than xoắn, treo khí nén treo thuỷ khí. + Phân loại theo kết cấu giảm chấn: Giảm chấn ống, giảm chấn đòn, giảm chấn có áp suất trong bằng áp suất khi quyển, giảm chấn có áp suất trong cao. 1.2 Kết cấu các chi tiết. 1.2.1 Nhíp lá. Hình 2. Kết cấu nhíp lá. a. Ưu điểm: - Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. - Chịu đợc tải trọng lớn. - Sửa chữa và bảo dỡng dễ dàng. - Đóng vai trò cả giảm xóc và giảm chấn. b. Nhợc điểm: - Rập tắt dao động không đợc nhanh và êm dịu. - Chiếm diện tích không gian lớn, do đó khoảng không gian phải lớn làm tăng chiều cao của xe dẫn đến tính ổn định không cao. 1.2.2 Bộ giảm chấn. Giảm chấn đợc sử dụng trên xe với mục đích: Giảm chấn dập tắt các va đập truyền lên khung khi xe bắt đầu lăn trên đờng không bằng phẳng, nhờ vậy mà bảo vệ đợc bộ phận đàn hồi tăng tính tiện nghi cho sử dụng. Đảm bảo giao động của phần đợc treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt tiếp xúc của bánh xe trên nền đờng, nâng cao tính chất chuyển động của xe nh khả năng tăng tốc, khả năng an toàn chuyển động. Bản chất của quá trình giảm chấn là quá trình tiêu hao cơ năng ( biến cơ năng thành nhiệt năng). Thực ra quá trình này sảy ra với cả ma sát của nhíp lá, khớp trợt, khớp quay của các ổ kim loại, ổ cao su. Song quá trình dao động cơ học của xe đòi hỏi phải Giáo Viên Hớng Dẫn : Th.S Đồng Minh Tuấn Sinh Viên Thực Hiện : Trang 6 6 tiêu hao cơ năng nhanh và khống chế đợc quá trình vật lí đó, cho nên giảm chấn đặt trên các bánh xe thực hiện chức năng này chủ yếu. Giảm chán dùng cho xe có nhiều loại, đến nay chỉ sản xuất giảm chấn ống thủy lực có tác dụng hai chiều ( nén và giãn). Bộ giảm chấn đợc phân loại nh sau: - Phân loại theo vận hành: Kiểu tác dụng đơn, kiểu đa tác dụng. - Phân loại theo cấu tạo: Kiểu ống đơn, kiểu ống kép. - Phân loại theo môi chất làm việc: Kiểu thủy lực, kiểu nạp khí. - Giảm chấn ống có một lớp vỏ và giảm chấn ống có hai lớp vỏ. 1.2.3 Bộ phận giảm chấn. Trên xe ôtô giảm chấn đợc sử dụng với mục đích sau: Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đờng không bằng phẳng nhằm bảo vệ đợc bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho ngời sử dụng . Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng. Nâng cao các tính chất chuyển động của xe nh khả năng tăng tốc, khả năng an toàn khi chuyển động. Hiện nay để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động ngời ta dùng giảm chấn thủy lực . Giảm chấn thuỷ lực sẽ biến cơ năng các dao động thành nhiệt năng và sự làm việc của nó là nhờ ma sát giữa các chất lỏng và lỗ tiết lu là ma sát chủ yếu để dập tắt các dao động . Giảm chấn phải đảm bảo dập tắt nhanh các dao động nếu tần số dao động lớn nhằm mục đích tránh cho thùng xe lắc khi đờng mấp mô và phải dập tắt chậm các dao động nếu ôtô chạy trên đờng ít mấp mô để cho ôtô chuyển động êm dịu. Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều ở cấu trúc hai lớp . Giảm chấn hai lớp vỏ: Giảm chấn hai lớp vỏ ra đời vào năm 1938, đây là một loại giảm chấn quen thuộc và đợc dùng phổ biến cho ôtô từ trớc đến nay Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ có tác dụng hai chiều . 1- Vỏ ngoài. 2- Van cố định; 3- Piston; Giáo Viên Hớng Dẫn : Th.S Đồng Minh Tuấn Sinh Viên Thực Hiện : Trang 7 7 4- Khoang vỏ trong; 5- Đũa đẩy; 6- Vỏ chắn bụi; 7- Phớt làm kín; 8- Bạc dẫn hớng; Hình 3: Giảm chấn vỏ hai lớp. Cấu tạo giảm chấn vỏ hai lớp Trong giảm chấn , piston di chuyển trong xy lanh,chia không gian trong thành buồng A và B . ở đuôi của xy lanh thuỷ lực có một cụm van bù.Bao ngoài vỏ trong là một lớp vỏ ngoài , không gian giữa hai lớp vỏ là buồng bù thể tích chất lỏng và liên hệ với B qua các cụm van một chiều (III,IV). Buồng C đợc gọi là buồng bù chất lỏng, trong C chỉ điền đầy một nửa, không gian còn lại chứa không khí có áp suất khí quyển . Nguyên lý làm việc: ở hành trình nén (bánh xe tiến lại gần khung xe), lúc đó ta có thể tích buồng B giảm nên áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A và sang khoang C ép không khí ở buồng bù lại. Vỏ ngoài của giảm chấn có tác dụng chứa dầu và thoát nhiệt ra môi trờng không khí xung quanh. Trên nắp của giảm chấn có phớt che bụi, phớt chắn dầu và các lỗ ngang để bôi trơn cho trục giảm chấn trong quá trình làm việc. ở hành trình trả (bánh xe đi xa khung xe). Thể tích buồng B tăng do đó áp suất giảm , chất lỏng qua van (II,III) vào B, không khí ở buồng bù giãn ra, đẩy chất lỏng nhanh chóng điền đầy vào khoang B. Trong quá trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng bao giờ cũng có các lỗ van lu thông thờng xuyên. Cấu trúc của nó tuỳ thuộc vào kết cấu cụ thể. Van trả, van nén của hai cụm van nằm ở piston và xylanh trong cụm van bù có kết cấu mở theo hai chế độ, hoặc các lỗ van riêng biệt để tạo nên lực cản giảm chấn tơng ứng khi nén mạnh, nén nhẹ, trả mạnh , trả nhẹ. Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết diện rất nhỏ tạo nên lực ma sát làm cho nóng giảm chấn lên. Nhiệt sinh ra truyền qua vỏ ngoài (8) và truyền vào không khí để cân bằng năng lợng. Ưu điểm: Giảm chấn hai lớp có độ bền cao, giá thành hạ làm việc ở cả hai hành trình, trọng l- ợng nhẹ. Nhợc điểm: Giáo Viên Hớng Dẫn : Th.S Đồng Minh Tuấn Sinh Viên Thực Hiện : Trang 8 8 Khi làm việc ở tần số cao có thể xảy ra hiện tợng không khí lẫn vào chất lỏng để giảm hiệu quả của giảm chấn. Sự khác nhau giữa các giảm chấn hiện nay là ở các kết cấu van trả van nén, cụm bao kín và đờng kính, hành trình làm việc. Việc bố trí trên xe cho phép nghiêng tối đa là 45 0 so với phơng thẳng đứng. Giảm chấn một lớp vỏ: 1. Đũa đẩy 2. Cụm làm kín 3. Van một chiều 4. Piston 5. Buồng chứa dầu 6. Khoang chứa khí 7. Vỏ ngoài. Hình 4 : Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn ống thuỷ lực một lớp vỏ có tác dụng hai chiều. Nguyên lý làm việc : Trong một giảm chấn một lớp vỏ không còn bù dầu nữa mà thay thế chức năng của nó là buồng II chứa khí nén có P = 2,5.10 6 N/mm 2 đây là sự khác nhau giữa giảm chấn một lớp vỏ và hai lớp vỏ Khi piston dịch chuyển xuống dới tạo nên sự chênh áp dẫn đến mở van (1) chất lỏng chảy nên phía trên của piston. Khi piston đi lên làm mở van (7) chất lỏng chảy xuống dới piston. áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi không lớn và dao động xung quanh vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu, nhờ vậy mà tránh đợc hiện tợng tạo bọt khí, một trạng thái không an toàn cho sự làm việc của giảm chấn. Trong quá trình làm việc piston ngăn cách (4) di chuyển tạo nên sự cân bằng giữa chất lỏng và chất khí do đó áp suất không bị hạ xuống dới giá trị nguy hiểm. Giảm chấn có độ nhạy cao kể cả piston dịch chuyển rất nhỏ, tránh đợc hiện tợng cỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho áp suất thay đổi. So sánh giữa hai loại giảm chấn : So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ, giảm chấn một lớp vỏ có u điểm sau : Giáo Viên Hớng Dẫn : Th.S Đồng Minh Tuấn Sinh Viên Thực Hiện : Trang 9 9 - Khi có cùng đờng kính ngoài, đờng kính của cần piston có thể làm lớn hơn mà sự biến động tơng đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn. - Điều kiện toả nhiệt tốt hơn. - ở nhiệt độ thấp ( Vùng băng giá ) giảm chấn không bị bó kẹt ở những hành trình đầu tiên. - Giảm chấn có piston ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố trí nào. Nhờ các u điểm này mà giảm chấn một lớp một lớp vỏ đợc sử dụng rộng rãi trên hệ treo Mc.pherson và hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết. Nhợc điểm của loại giảm chấn một lớp vỏ là vấn đề công nghệ và bao kín ( tuổi thọ của phớt và độ mòn của piston với ống dẫn hớng ). - ở loại hai lớp vỏ: ống dẫn hớng cần piston hỏng trớc phớt bao kín. - ở loại giảm chấn một lớp vỏ : phớt bao kín hỏng trớc ống dẫn hớng của cần piston 1.2.4 Lò xo xoắn ốc. Hình 5. Các dạng lò xo xoắn ốc thông dụng. Giáo Viên Hớng Dẫn : Th.S Đồng Minh Tuấn Sinh Viên Thực Hiện : Trang 10 10