Đồ án thiết kế hệ thống treo cho xe con (thuyết minh + bản vẽ)

Trêng §¹i Häc SPKT – Hng Yªn §å ¸n m«n häc Khoa C¬ KhÝ §éng Lùc Nhận xét của giáo viên hướng dẫn . . . . . . . . . . . . Hng Yªn, ngµy . th¸ng . n¨m 2012 Gi¸o viªn híng dÉn GVHD: Th.S §ång Minh TuÊn SVTH : NguyÔn Quang Minh 1 Trờng Đại Học SPKT Hng Yên Đồ án môn học Khoa Cơ Khí Động Lực Nhn xột ca giỏo viờn phn bin . . . . . . . . . . . . . . Hng Yên, ngày . tháng . năm 2012. Giáo viên phản biện GVHD: Th.S Đồng Minh Tuấn SVTH : Nguyễn Quang Minh 2 Trờng Đại Học SPKT Hng Yên Đồ án môn học Khoa Cơ Khí Động Lực LI NểI U 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 ô tô. 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. Chính vì vậy mà đòi hỏi chúng ta - những kĩ s ôtô trong tơng lai phải nhanh chóng nắm bắt đợc những công nghệ về sản xuất ôtô để từ đó cải tiến chất lợng của từng bộ phận của xe, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con ngời, và tiến tới nội địa hoá và đẩy mạnh nền công nghiệp ôtô của đất nớc cũng nh giải quyết vấn đề việc làm cho ngời lao động. 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 con thì vấn đề này càng quan trọng hơn, vì xe con chạy ở vận tốc cao hơn nên đòi hỏi về ổn định chuyển động cao và đặc biệt là đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con ngời đó là sự tiện nghi và thoải mái khi vận hành xe. Đề tài thiết kế mà em đợc giao là: Thiết kế hệ thống treo cho xe con . Trên cơ sở phân tích những u nhợc điểm của từng loại hệ treo và yêu cầu bố trí cụ thể trên xe ,ta sẽ tính toán thiết kế hệ treo trớc là hệ thống treo phụ thuộc.Yêu cầu của hệ treo đặt ra là phải xác định đợc tất cả kích thớc của hệ thống treo, vị trí đặt các khâu khớp và các đòn sao cho đảm bảo về mặt động lực học và bố trí cụ thể trên xe đợc thuận tiện nhất cũng nh đạt đợc độ êm dịu khi chuyển động là tốt nhất.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 sự đóng góp ý kiến của thầy cô bạn bè để đồ án của em đợc hoàn thiện hơn. Trong quá trình làm em rất cám ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy Đồng Minh Tuấn đã giúp đỡ em rất nhiều. Em xin trân thành cảm ơn! Hng Yên, Tháng 11 năm 2011. Sinh Viên thực hiện. NGUYễN QUANG MINH GVHD: Th.S Đồng Minh Tuấn SVTH : Nguyễn Quang Minh 3 Trờng Đại Học SPKT Hng Yên Đồ án môn học Khoa Cơ Khí Động Lực Chng 1: TNG QUAN V H THNG TREO 1.1. CễNG DNG PHN LOI YấU CU 1.1.1. Công dụng. +Hệ thống treo là hệ thống nối đàn hồi giữa bánh xe và khung xe,tạo điều kiện cho các bánh xe dịch chuyển theo phơng thẳng đứng và hạn chế dịch chuyển theo các phơng khác. + Hệ thống treo đảm nhận khả năng dập tắt dao động tạo nên khả năng bám của bánh xe với nền đờng, nâng cao độ êm dịu. 1.1.2.Phân loại. - Theo kết cấu hệ thống treo ngời ta chia ra : Hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc . + Hệ thống treo độc lập dầm cầu đợc chế tạo rời và giữa chúng liên hệ với nhau bằng khớp nối , loại này đợc dùng trên một số xe du lịch. + Hệ thống treo phụ thuộc dầm cầu là một thanh liền đợc dùng phổ biến trên các xe vận tải và chở hành khách. - Phân loại theo đặc tính nối mềm:Bằng phần tử đàn hồi kim loại, bằng khí nén, bằng thủy lực, liên hợp cơ-thuỷ khí. 1.1.3.Yêu cầu. + Đảm bảo nối mềm phù hợp với tính êm dịu chuyển động yêu cầu tức là hệ thống có tần số dao động riêng nằm trong giới hạn (60 ữ 120) lần/phút. + Giảm tối thiểu va đập cứng, hạn chế xung lực tác dụng từ bánh xe lên khung. + Đảm bảo hệ số bám trung bình của các bánh xe với nền đờng. + Dập tắt nhanh dao động của thân xe khi đi trên đờng. + Trọng lợng phần không treo phải nhỏ. + Hạn chế đến mức nhiều nhất các chuyển động theo phơng không mong muốn, nhất là ở các bánh xe dẫn hớng, nhằm đảm bảo tính điều khiển của ôtô. + Nghiêng ngang thùng xe nhỏ: ôtô con:6 ữ 8; ôtô khách 6 ữ 12; ôtô tải 6 ữ 12 + Tại các vị trí liên kết với khung vỏ không gây nên tải trọng lớn đảm bảo tuổi thọ của các liên kết. GVHD: Th.S Đồng Minh Tuấn SVTH : Nguyễn Quang Minh 4 Trờng Đại Học SPKT Hng Yên Đồ án môn học Khoa Cơ Khí Động Lực + Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kĩ thuật của xe nh chạy đợc trên nhiều 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 thỏa mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phơng thẳng đứng nhng không phá hỏng các quan hệ động lực học và động học của chuyển động bánh xe + Có độ bền cao, độ tin cậy lớn trong điều kiện sử dụng phù hợp với tính năng kỹ thuật , không gặp h hỏng bất thờng. 1.2. NGUYấN Lí LM VIC CHUNG CA H THNG TREO 1.2.1. Nguyên lí làm việc của hệ thống treo phụ thuộc. Khi ô tô chạy trên đờng do mặt đờng không bằng phẳng làm cho khung xe dao động theo phơng thẳng đứng (nhờ bộ phận dẫn hớng của xe). Bộ phận đàn hồi (nhíp lá), bộ phận giảm chấn (giảm xóc) đợc bắt với khung xe nên khi khung xe dao động làm cho hai bộ phận này dao động theo.Khi đó sẽ có sự chuyển hóa năng lợng từ cơ năng sang nhiệt năng vì vậy dao động sẽ tắt dần. - Bộ phận đàn hồi (nhíp lá) do các lá nhíp đợc ép sát vào nhau nhờ gông nên khi nhíp dao động sẽ sinh ra ma sát giữa các lá nhíp.Làm cho xe vừa chuyển động êm dịu và đao động cũng đợc rập tắt từ từ . - Bộ phận giảm chấn (giảm xóc) : Là bộ phận hấp thụ năng lợng cơ học giữa bánh xe và thân xe. Ngày nay thờng sử dung loại giảm chấn thủy lực có tác dụng hai chiều trả và nèn.ở hành trình nén của giảm chấn (bánh xe dịch chuyển đến gần khung xe) giảm chấn giảm bớt xung lực va đập truyền từ bánh xe lên khung.ở hành trình trả (banh xe dịch chuyển ra xa khung) giảm chấn giảm bớt xung lực va đập của bánh xe trên nền đờng , tạo điều kiện đặt êm bánh xe trên nền đờng và giảm bớt phản lực truyền ngợc từ mặt đờng tác dụng vào thân xe. - Thanh ổn định :Khi xe chuyển động trên nền đờng không bằng phẳng hoặc quay vòng, dời tác dụng của lực li tâm hoặc độ nhiêng của khung xe , phản lực thẳng đứng của hai bánh xe trên một cầu thay đổi dẫn tới tăng độ nghiêng của thùng xe và làm xấu khả năng truyền lực dọc lực bên của banh xe với mặt đờng.Nhờ thanh ổn định sẽ san đều phản lực thẳng đứng ở hai bánh xe giúp cho xe chuyển động ổn định hơn. Ngoài ra xe còn có bộ phận đòn truyền lực có tác dụng truyền một phần tải trọng của khung xe xuồng cầu. 1.2.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống treo độc lập. GVHD: Th.S Đồng Minh Tuấn SVTH : Nguyễn Quang Minh 5 Trờng Đại Học SPKT Hng Yên Đồ án môn học Khoa Cơ Khí Động Lực Toàn bộ hệ thống treo trớc đặt trên giá treo nhằm tạo thuận lợi cho việc lắp ráp .Các đòn ngang nối với giá treo nhờ các khớp trụ đặt nghiêng vào trong xe Trong lò xo trụ có ụ cao su hạn chế hành trình.Giảm chấn đạt tại đòn ngang trên nhắm giảm tải cho đòn ngang dới .Thanh ổn định đặt ở trớc cầu xe và nối với hệ của hệ treo bằng đòn thẳng đứng qua các đệm cao su.Kết cấu này làm giảm ma sát tại đầu thanh ổn định mà vẫn cho phép đầu ngoài của thanh ổn định di chuyển tự do . Khi xe chuyển động. Do mặt đờng không bằng phẳng làm cho khung xe dao động theo phơng thẳnh đứng .Nhờ có giảm chấn (giảm xóc ) và bộ phận đàn hồi (lò xo) dao dộng sẽ nhanh chóng đợc rập tắt nhờ có sự chuyển hóa năng lợng từ cơ năng thành nhiệt năng . Thanh ổn định :Khi xe chuyển động trên nền đờng không bằng phẳng hoặc quay vòng, dời tác dụng của lực li tâm hoặc độ nhiêng của khung xe , phản lực thẳng đứng của hai bánh xe trên một cầu thay đổi dẫn tới tăng độ nghiêng của thùng xe và làm xấu khả năng truyền lực dọc lực bên của banh xe với mặt đờng.Nhờ thanh ổn định sẽ san đều phản lực thẳng đứng ở hai bánh xe giúp cho xe chuyển động ổn định hơn. 1.3. H THNG TREO MAC PERSON . * Đặc điểm của hệ treo Mac Person. Hệ thống treo Mac person là một loại hệ thống treo với nhiều u điểm, bằng việc cải tiến nhợc điểm lắp ráp của hệ thống treo cũ khi giảm số điểm gắn với khung xe từ 4 điểm ( 2 thanh đòn hình tam giác nằm song song với nhau, liên kết qua thanh nối) xuống còn 2 điểm với ống nhún là phần dẫn hớng của hệ thống chỉ còn một thanh đòn ngang dới gắn với trục bánh xe, nó tạo ra sự đơn giản hóa của hệ thống treo đó là: Chỉ có thanh đỡ dới, trụ chống mâm bánh, giảm chấn, lò xo ,vì vậy giá thành sản xuất rẻ, khoang động cơ của loại xe dẫn động cầu trớc đợc giảm nhẹ và giải phóng không gian động cơ. GVHD: Th.S Đồng Minh Tuấn SVTH : Nguyễn Quang Minh 6 Trờng Đại Học SPKT Hng Yên Đồ án môn học Khoa Cơ Khí Động Lực Hình 1. Sơ đồ hệ thống treo Mac person Hệ thống treo Mac person phát triển mạnh khi kết cấu khung xe liên khối ngày càng đợc sử dụng rộng hơn.Giảm xóc kiểu mới bỏ thanh đòn thay bằng lò xo cùng ống nhún, gắn với khung xe qua đệm cao su. Thay cho thanh ống ngang, ngời ta quay lại sử dụng thanh đòn hình tam giác có hai điểm tỳ, lò xo đợc đặt lệch đi so với ống nhún và nghiêng vào phía trong, còn những cao su giảm chấn ở khớp tiếp xúc khung đợc giữ nguyên.Những thay đổi này làm thay đổi đáng kể ma sát và độ mài mòn trong ống. Ngày nay hệ thống treo Mac person không chỉ đợc sử dụng ở phía trớc mà còn sử dụng treo độc lập, đa liên kết ở phía sau với nhiều thanh liên kết điểm khác biệt là bánh sau không dẫn động nên góc đặt ống nhún thẳng đứng chứ không chụm nh giảm xóc trớc và thanh chống ngang đợc gia cố chịu lực. *Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson: Trong hệ thống treo nói chung, và hệ treo của cầu dẫn hớng nói riêng các góc đặt bánh xe có một ý nghĩa vô cùng quan trọng.Chúng phải đảm bảo cho việc điều khiển nhẹ nhành, chính xác, không gây lực cản lớn cũng nh làm mòn lốp quá nhanh. GVHD: Th.S Đồng Minh Tuấn SVTH : Nguyễn Quang Minh 7 Trờng Đại Học SPKT Hng Yên Đồ án môn học Khoa Cơ Khí Động Lực Trong quá trình chuyển động bánh xe luôn luôn dao động theo phơng thẳng đứng, sự dao động này kéo theo sự thay đổi góc nghiêng ngang, độ chum trớc của bánh xe và khoảng cách giữa hai vết bánh xe, đồng thời chúng cũng làm thay đổi góc nghiêng dọc và nghiêng ngang của trụ xoay dẫn hớng. Các quan hệ giữa các thông số đó phụ thuộc vào sự chuyển vị của bánh xe theo phơng thẳng đứng đó là mối quan hệ động học của hệ treo. Trên hình vẽ biểu diễn mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson: Hình2 : Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson a. Sự thay đổi góc nghiêng ngang của bánh xe và trụ xoay dẫn hớng b. Sự thay đổi góc nghiêng dọc của trụ, xoay dẫn hớng c. Sự thay đổi độ chụm trớc của bánh xe 1.4. CC B PHN CHNH CA H THNG TREO XE CON Hệ thống treo xe con gồm các bộ phận chính sau đây : + Bộ phận đàn hồi : là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và khung xe, nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con ngời (60-80 lần/ph). Bộ phận đàn hồi có thể bố trí khác nhau trên xe nhng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phơng thẳng đứng. Trên xe con bộ phận đàn hồi thờng gặp là loại : - Nhíp lá - Lò xo trụ - Lò xo côn hoặc lò xo xếp GVHD: Th.S Đồng Minh Tuấn SVTH : Nguyễn Quang Minh 8 Trờng Đại Học SPKT Hng Yên Đồ án môn học Khoa Cơ Khí Động Lực - Thanh xoắn - Khí nén - Thuỷ lực Hiện nay bộ phận đàn hồi đợc làm có xu hớng mềm mại hơn nhằm tạo điều kiện cho bánh xe lăn êm hơn trên mặt đờng. Hiện nay ngời ta dùng các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi độ cứng trong một giới hạn rộng. Khi xe chạy ít tải, độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, khi tăng tải thì độ cứng cần phải có giá trị lớn. Chính vì vậy mà cần phải có thêm các bộ phận đàn hồi phụ nh : Nhíp phụ,vấu tỳ bằng cao su biến dạng, đặc biệt là các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi tự động độ cứng theo tải trọng kết hợp với các bộ phận thay đổi chiều cao trọng tâm của xe. + Bộ phận dẫn hớng : Cho phép các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng ở mỗi vị trí của nó so với khung vỏ, bánh xe phải đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ. Bộ phận dẫn hớng phải thực hiện tốt chức năng này. Trên mỗi hệ thống treo thì bộ phận dẫn hớng có cấu tạo khác nhau. Quan hệ của bánh xe với khung xe khi thay đổi vị trí theo phơng thẳng đứng đợc gọi là quan hệ động học. Khả năng truyền lực ở mỗi vị trí đợc gọi là quan hệ động lực học của hệ treo. Trong mối quan hệ động học các thông số chính đợc xem xét là : sự dịch chuyển (chuyển vị) của các bánh xe trong không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thay đổi theo phơng thẳng đứng (z).Mối quan hệ động lực học đợc biểu thị qua khả năng truyền các lực và các mô men khi bánh xe ở các vị trí khác nhau. + Bộ phận giảm chấn : Đây là bộ phận hấp thụ năng lợng dao động cơ học giữa bánh xe và thân xe. Bộ phận giảm chấn có ảnh hởng tới biên độ dao động. Trên các xe hiện đại chỉ dùng loại giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều trả và nén. Trong hành trình trả (bánh xe đi xa khung và vỏ) giảm chấn có nhiệm vụ giảm bớt xung lực va đập truyền từ bánh xe lên khung. + Thanh ổn định : Trên xe con thanh ổn định hầu nh đều có. Trong trờng hợp xe chạy trên nền đờng không bằng phẳng hoặc quay vòng, dới tác dụng của lực li tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với mặt đờng. Thanh ổn định có tác dụng khi xuất hiện sự 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 ít hơn. Cấu tạo chung của nó có dạng chữ U. Các đầu chữ U nối với bánh xe còn thân nối với vỏ nhờ các ổ đỡ cao su. + Các vấu cao su tăng cứng và hạn chế hành trình : Trên xe con các vấu cao su thờng đợc đặt kết hợp trong vỏ của giảm chấn. Vấu cao su vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình của bánh xe nhằm hạn chế hành trình làm việc của bánh xe. + Các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe : GVHD: Th.S Đồng Minh Tuấn SVTH : Nguyễn Quang Minh 9 Trờng Đại Học SPKT Hng Yên Đồ án môn học Khoa Cơ Khí Động Lực Hệ thống treo đảm nhận mối liên kết giữa bánh xe và thùng vỏ, do vậy trên hệ thống treo có thêm các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe. Các cơ cấu này rất đa dạng nên ở mỗi loại xe lại có cách bố trí khác nhau, các loại khác nhau. 1.5 KT CU CC CHI TIT TRONG H THNG TREO. 1.5.1. Lò xo. - Các lò xo đợc làm bằng thép lò xo đặc biệt.Khi đặt tải trọng lên một lò xo, toàn bộ thanh thép bị xoắn khi lò xo co lại.Nhờ vậy năng lợng của ngoại lực đợc tích lại, và chấn động đợc giảm bớt. - Đặc tính của lò xo. + Tỷ lệ hấp thu năng lợng tính cho một đơn vị khối lợng cao hơn so với loại lò xo lá(nhíp). + Có thể chế tạo các lò xo mềm. + Vì không có ma sát giữa các lá nh ở nhíp nên cũng không có khả năng tự khống chế dao động, vì vậy phải sử dụng thêm bộ phận giảm chấn + Vì không chịu đợc lực theo phơng ngang nên cần phải có các cơ cấu liên kết để đỡ trục bánh xe (đòn treo,thanh giằng ngang) - Lò xo phi tuyến tính. GVHD: Th.S Đồng Minh Tuấn SVTH : Nguyễn Quang Minh 10 hình3 :Kết cấu chung lò xo . trên xe ,ta sẽ tính toán thiết kế hệ treo trớc là hệ thống treo phụ thuộc.Yêu cầu của hệ treo đặt ra là phải xác định đợc tất cả kích thớc của hệ thống treo, . vận hành xe. Đề tài thiết kế mà em đợc giao là: Thiết kế hệ thống treo cho xe con . Trên cơ sở phân tích những u nhợc điểm của từng loại hệ treo và yêu