CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO CHO XE BUS ĐIỆN NỘI THÀNH ĐÀ NẴNG
5.1. XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH ĐÀN HỒI HỆ THỐNG TREO TRƯỚC Đặc tính đàn hồi là quan hệ giữa phản lực pháp tuyến (Z) tác dụng lên bánh xe
và độ biến dạng của hệ thống treo (f) đo ngay tại trục bánh xe, tức là quan hệ hàm Z
= g(f).
Đường đặc tính đàn hồi là cơ sở đánh giá và thiết kế về mặt êm dịu, do đó tính toán, thiết kế cần xây dựng đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo.
Sau đây ta lần lược tính toán xác định đường đặc tính đàn hồi cho hệ thống treo trước và hệ thống treo sau cho ô tô thiết kế với các số liệu ban đầu như sau:
- Loại ô tô: Xe buýt - Trọng lượng bản thân (Go): 4932 [kG].
+ Phân bố trên cầu trước (G01): 1480 [kG].
+ Phân bố trên cầu sau (G02): 3452 [kG].
- Trọng lượng toàn bộ (G): 7932 [kG].
+ Phân bố trên cầu trước (G1): 2380 [kG].
+ Phân bố trên cầu sau (G2): 5552 [kG].
- Chiều dài cơ sở L= 4175 [mm].
Đặc tính đàn hồi thường được xây dụng với giả thiết:
- Bỏ qua ma sát và khối lượng phần không được treo. Nếu có số liệu về khối lượng phần không được treo thì có thể trừ đi phần khối lượng này khi tính phản lực Z.
- Xem như đặc tính có dạng tuyến tính.
- Tải trọng tĩnh tác dụng lên hệ thống treo trước khi ô tô mang đầy tải(tính trên một bánh xe):
Ztt =
1. 2 G gt
, [N]
Trong đó: Gt1 = G1 - Gct
G1- khối lượng phân bố lên cầu trước khi ô tô mang đầy tải, G1 = 2380 [kG].
Gct - khối lượng phần không được treo cầu trước,[kG].
Theo sách Lý Thuyết Ôtô trang 318 của nhà xuất bản khoa học kỹ thuật ta có hệ số khối lượng δ = 6,5 ÷ 7,5 đối với xe du lịch khi xe đầy tải và bằng 4 ÷ 5 đối với xe vận tải. Hệ số khối lượng có ảnh hưởng lớn đến tính êm dịu chuyển động. Giảm khối lượng không được treo sẽ giảm được lực va đập truyền lên khung vỏ. Cho nên
trong khi thiết kế xe, có khuynh hướng tăng hệ số khối lượng, mà trước hết là giảm trọng lượng phần không được treo. Xe thiết kế ở đây là xe buýt có tải trọng không lớn và như ta đã chọn các hệ trống treo cầu trước là hệ thống treo độc lập với phần tử đàn hồi là thanh xoắn nên khối lượng không được treo không thể chọn lớn quá.
Vì vậy ta chọn hệ số khối lượng δ = G 5
G
ct 1 =
đối với xe vận tải hành khách – buýt.
⇒ Gct= 5 G1
= 2380
5 = 476 [kG].
⇒ Gt1 = 2380-476 = 1904 [kG].
⇒ Ztt =
1904.9,81
2 = 9339,12 (N) - Hệ số động lực học kđ.
Nếu chọn kđ nhỏ thì có sự va đập liên tục lên bộ phận hạn chế làm giảm tính êm của ô tô. Nếu chọn kđ quá lớn sẽ làm cho hệ thống treo quá cứng. Chọn kđ thích hợp sao cho khi ô tô chuyển động trên đường bằng tải trọng truyền qua hệ thống treo sẽ gây va đập ít. Theo trang 39 - giáo trình kết cấu và tính toán hệ thống treo của TS Nguyễn Hoàng Việt đối với xe buýt thì kđ = 1,75 ÷ 2,5. Chọn kđ = 2,0.
- Tải trọng lớn nhất có thể truyền qua hệ thống treo trước:
Zmax =kđ.Ztt
→ Zmaxt = 2 ì 9339,12 = 18678,24 [N].
- Độ vừng tĩnh của hệ thống treo trước ftt:
Độ vừng tĩnh hợ̀ thụ́ng treo quyờ́t định đờ́n tầng sụ́ dao động riờng của hợ̀
thống treo. Do đó quyết định đến độ êm dịu của chuyển động. Theo nghiên cứu người ta thấy rằng tần số riêng của hệ thống treo xe buýt là n=75 ÷ 90 (lần /phút) là phự hợp với con người. Tương ứng với tầng sụ́ này cú độ vừng tĩnh ftt = 110 ữ 150 (mm). Theo giáo trình kết cấu và tính toán hệ thống treo ứng với xe thiết kế là ô tô buýt ta chọn ftt = 150 (mm).
- Độ vừng động của hệ thống treo trước fđt.
Độ vừng động fđ quan hợ̀ chặt chẽ với hợ̀ sụ́ động kđ. Độ vừng động fđ lớn thỡ độ êm dịu lớn và dễ phối hợp với hệ số kđ lớn, đảm bảo tiếp xúc lốp và mặt đường tốt. Để đảm bảo cho xe chuyển động êm dịu, hệ thống treo còn phải có dung năng động đủ lớn để tránh xảy ra va đập giữa phần được treo và không được treo khi ôtô
chuyển động trên đường không bằng phẳng. Dung năng động của hệ thống treo là công cần thiết để làm biến dạng hệ thống treo từ vị trí ứng với tải trọng tĩnh cho đến giỏ trị lớn nhất. Để tăng dung năng động cần phải tăng độ vừng động hoặc độ cứng của hợ̀ thụ́ng treo. Tuy vậy, độ vừng động tăng sẽ làm tăng dịch chuyển tương đụ́i của thùng xe so với bánh xe và do đó làm:
+ Giảm tính ổn định của ô tô;
+ Tăng yêu cầu đối với bộ phận hướng;
+ Phức tạp điều kiện làm việc của dẫn động lái;
Theo giáo trình kết cấu và tính toán hệ thống treo thì fđ của hệ thống treo (kể cả vỏ cao su) phụ thuộc vào ft. Xe ô tô buýt là: fđt = 0,75.ftt
fđt = 0,75.150 = 112,5 [mm].
- Hành trình làm việc của hệ thống treo trước khi phần tử đàn hồi phụ làm việc:
Khi lò xo biến dạng đến chạm ụ cao su thì lúc này độ cứng của hệ thống tăng lên (C = Cc +Cp). Nhờ đó đảm bảo được Zmax trong giới hạn fđ cho phép. Do phần tử đàn hồi phụ là cao su nên có độ Cp cứng thay đổi theo tải trọng có nghĩa là đường đặc tính phi tuyến. Độ biến dạng được thừa nhận khi tính toán là 1/3 chiều cao làm việc của ụ cao su đó.
Đối với xe buýt fcst = (0,2 ÷ 0,3).fđ = (0,2 ÷ 0,3).112,5 = (22,5 ÷ 33,75) [mm].
Ta chọn fcst = 32 [mm].
Mặt khác độ biến dạng cao su được xác định qua công thức sau: fcst = 2/3.hcst
⇒ hcst= 3/2.fcst =3/2.32 = 48 [mm].
Với hcst - là chiều cao làm việc của ụ cao su hệ thống treo trước,[mm].
Từ các thông số chính và tính toán ta xây dựng được đặc tính đàn hồi của hệ
thống treo trước:
Hình 5-1. Đặc tính đàn hồi hệ thống treo trước