6. Điểm: (Bằng chữ: )
4.6 Góc quay của bánh xe dẫn hướng
Góc quay của bánh xe dẫn hướng ở hệ thống treo phụ thuộc sẽ có ảnh hưởng lẫn nhau do chúng được kết nối liền với nhau. Ngoài ra nó còn ảnh hưởng bởi góc quay vô lăng và góc nghiêng bánh xe.
Tương tự, ở hệ thống treo độc lập góc nghiêng bánh xe cũng ảnh hưởng đến góc quay bánh dẫn hướng nó dao động khoảng 400 và đối với góc quay vô lăng cũng tương tự. Ngoài ra, lực tác dụng lên bánh xe này sẽ không ảnh hưởng đến bánh xe kia trong hệ thống treo độc lập vì kết cấu cầu cắt.
Xét về mặt động học quay vòng, góc quay bánh dẫn hướng sẽ ảnh hưởng đến việc quay vòng có tốt hay không. Như đã phân tích các góc đặt bánh xe của hệ thống treo độc lập tốt hơn phụ thuộc nên nó cũng khiến cho liên kết góc quay của bánh xe dẫn hướng phía ngoài và phía trong được tốt hơn có thể thỏa mãn công thức quay vòng.
4.7 Kết luận
Sau khi so sánh và đánh giá ta thấy hệ thống treo độc lập sẽ không ảnh hưởng và có thể giúp làm tốt hơn về quay vòng của hệ thống lái cụ thể là:
Giúp cho các góc đặt bánh xe đạt giá trị tốt hơn, phù hợp hơn cho việc ổn định chuyển động thẳng sau khi quay vòng.
Giảm thiểu độ dịch chuyển của bánh xe khi hệ thống treo biến dạng giúp xe ổn định khi quay vòng
Giúp góc quay của bánh xe dẫn hướng liên kết chặt chẽ thỏa mãn công thức quay vòng.
Từ những kết luận trên ta thấy hệ thống treo độc lập sẽ giúp mang lại những hiệu quả hữu ích cho việc quay vòng của ô tô nhưng làm thế nào để áp dụng lên xe ta sẽ cùng tìm hiểu ở chương tiếp theo.
CHƯƠNG 5
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN 5.1 Lựa chọn thông số xe
5.1.1 Điều kiện lựa chọn
Ở đây chúng ta không hoàn toàn thiết kế mà là thay thế cải tiến để thỏa mãn tốt hơn những yêu cầu của hệ thống lái đã được phân tích ở trên. Vì vậy, chỉ xem xét cải tiến về mặt động học và bỏ qua tính toán sức bền và ứng suất của hệ thống treo
Để cải tiến hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp vốn có nhiều nhược điểm như đã phân tích gây ảnh hưởng đến quay vòng của hệ thống lái chúng ta thay thế bằng hệ thống treo độc lập Mc.Person.
Những tính toán dưới đây không ứng với một xe ô tô cụ thể, chính vì vậy nó chỉ mang tính chất phương pháp sử dụng khi nghiên cứu cải tiến. Những số liệu sử dụng trong phần này được trích dẫn từ tài liệu đã nghiên cứu chứng minh ( [2] Hoàng Duy Nam (2017),“ Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc xe tải ” và [4] Trần Hùng Anh, Nguyễn Anh Ngọc (2015), “ Thiết kế hệ thống treo độc lập cho xe 8 chỗ ngồi ” ) để từ đó tính toán và đánh giá cho loại xe tải nhỏ 1.5 tấn. Một số thông số cấu tạo sẽ sử dụng thông số của xe Veam VT150.
5.1.2 Các thông số kĩ thuật của xe Veam VT 150
Chiều dài cơ sở 2565 mm Chiều dài tổng thể 4970 mm Chiều cao tổng thể 2500 mm Chiều rộng tổng thể 1650 mm Trọng lượng đầy tải 33000 N Trọng lượng xe 16800 N Phân bố trọng lượng xe toàn phần (đủ
tải)
lên cầu trước lên cầu sau
10000 N 23000 N Trọng lượng bản thân
phân ra cầu trước phân ra cầu sau
6800 N 10000N
Hình 5.1: Thông số kĩ thuật ô tô cần cải tiến
5.2.1 Phân tích các thông số hệ thống treo cũ
Đối với hệ thống treo phụ thuộc lá nhíp khi dịch chuyển sẽ xuất hiện nội ma sát giữa các lá nhíp và tạo nên tâm cong trong dịch chuyển của lò xo gây nên những biến dạng của hệ thống treo ảnh hưởng đếm dao dộng của các góc dặt bánh xe và tay lái.
Hệ thống treo là đối xứng hai bên, vì vậy khi tính toán hệ thống treo ta chỉ cần tính toán cho một bên. Tải trọng tác dụng lên một bên của hệ thống treo trước: Áp dụng công thức tính toán hệ thống treo nhíp phụ thuộc cầu trước ( [2] Hoàng Duy Nam (2017),“ Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc xe tải ”, chương 3) ta tính được các thông số của xe như sau:
Trọng lượng không được treo (Got): Got = 1500/2 = 750 (N) Trọng lượng được treo (Gdt): Gdt = (10000 – 750)/2 = 4625 (N)
Áp dụng công thức tính toán hệ thống treo nhíp phụ thuộc cầu trước ( [2] Hoàng Duy Nam (2017),“ Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc xe tải ”, chương 3), ta tính được tần số dao dộng của xe:
Tần số dao động của xe: nf = 60120 (lần/phút). Với số lần như vậy thì người khoẻ mạnh có thể chịu được đồng thời hệ thống treo đủ cứng vững.
Ta có: nf = 30/ trong đó ft: độ võng tĩnh của hệ thống treo (m)
Nếu nf < 60 (lần/phút) thì càng tốt đối với sức khoẻ con người nhưng độ võng tĩnh của hệ thống treo rất lớn nên khi kiểm nghiệm thì lại không đủ cứng vững. Nếu nf > 120 (lần/phút) không phù hợp với hệ thần kinh của con người dẫn đến mệt mỏi, ảnh hưởng đến sức khoẻ và an toàn khi lái xe.
Độ võng tĩnh (ft) : 2 2 30 30 0,141( ) 80 t tr f m n
Cũng áp dụng công thức tính toán dùng cho hệ thống treo nhíp phụ thuộc cầu trước ( [2] Hoàng Duy Nam (2017),“ Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc xe tải ”, chương 3), ta tính cũng tính được động võng động của xe:
Độ võng động fđ của hệ thống treo phụ thuộc vào đường đặc tính của hệ thống treo và độ võng tĩnh ft. Giá trị độ võng động fđ chính xác bằng bao nhiêu hiện nay chưa định được nhưng khi thiết kế thường lấy:
Độ võng động fđ : fđ = (0,61,0)ft=(0,61,0). Chọn fđ=90 (mm) Độ cứng của hệ thống treo: C = Gdt / = 3300 / 0.141 = 23404 (N/m)
Hình 5.2: Bố trí hệ thống tro kiểu cũ
Áp dụng công thức tính toán hệ thống treo nhíp phụ thuộc cầu trước ( [2] Hoàng Duy Nam (2017),“ Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc xe tải ”, chương 3), tính số là nhíp của xe:
Với kiểu bố trí này số lá nhíp L=(0,260,35)Lx =(0,260,35)2565 = 750 , Lx là chiều dài cơ sở của xe
Do đặc điểm kết cấu của hệ thống treo phụ thuộc như vậy nên chúng có khối lượng không được treo rất lớn. Trên cầu bị động bao gồm cả dẫn hướng khối lượng này bao gồm khối lượng dầm thép, khối lượng cụm bánh xe, một phần nhíp, giảm và thêm cả khối lượng các đòn kéo ngang, đòn kéo dọc của hệ thống lái. Khối lượng không được treo lớn sẽ làm cho độ êm dịu chuyển động không được cao và khi di chuyển trên các đoạn đường gồ ghề sẽ sinh ra các va đập lớn làm khả năng bám của bánh xe kém đi.
Kết cấu của hệ treo phụ thuộc khá cồng kềnh, lớn và chiếm chỗ dưới gầm xe. Có hai bánh xe được lắp trên dầm cầu cứng nên khi dao động thì cả hệ dầm cầu cũng dao động theo cho nên dưới gầm xe phải có khoảng không gian đủ lớn. Do đó thùng xe cần phải nâng cao lên, làm cho trọng tâm xe nâng lên, điều này không có lợi cho sự ổn định chuyển động của ô tô.
Về mặt động học, hệ treo phụ thuộc còn gây ra một bất lợi khác là khi một bên bánh xe dao động thì bánh bên kia cũng dao động theo, chuyển dịch của bánh bên này phụ thuộc bánh bên kia và ngược lại. Điều đó gây mất ổn định khi xe quay vòng.
Nhưng khi áp hệ thống treo kiểu mới phải đảm bảo các thông số của nó phải giống hoặc gần giống với hệ thống treo kiểu cũ để thỏa mãn các yêu cầu về kết cấu của xe đã được quy định lúc sản xuất.
5.2.2 Phân tích và đánh giá hệ thống treo độc lập cải tiến
Sơ đồ cấu tạo của hệ thống treo Mc.Person hình 4.3 bao gồm: Đòn ngang dưới, giảm chấn đặt theo phương thẳng đứng làm nhiệm vụ của trụ xoay đứng có một đầu được bắt khớp cầu với đầu ngoài của đòn ngang tại B, đầu còn lại được bắt vào khung xe. Bánh xe được nối cứng với vỏ giảm chấn. Lò xo được đặt lồng giữa vỏ giảm chấn và trục giảm chấn.
Hình 5.3: Sơ đồ cấu tạo hệ thống Mc.Person
Dựa vào các thông số tính toán cho hệ thống treo Mc.Person ( [4] Trần Hùng Anh, Nguyễn Anh Ngọc (2015), “ Thiết kế hệ thống treo độc lập cho xe 8 chỗ ngồi ” ), khi thay thế hệ thống treo Mc.Person ta có thông số hình học của hệ thống treo cầu trước là:
Góc nghiêng ngang trụ quay đứng: β = 80
Góc nghiêng ngang bánh trước: = 1030’
Độ võng tĩnh ft = 140 mm Độ võng động fđ = 119 mm
Độ võng tĩnh khi không tải: f0t = 93.3 mm Độ cứng của hệ thống treo: C = 18092 (N/m)
Như vậy, khi thay thế bằng hệ thống treo độc lập Mc.Person thì các thông số cũ của xe như độ võng tĩnh ft, độ võng động fđ, chiều rộng hai bánh xe, kích thước của hình thang lái vẫn không bị thay đổi. Thêm vào đó, các góc đặt bánh xe được tốt hơn như góc nghiêng ngang trụ quay đứng β đạt 80, góc nghiêng ngang bánh trước đạt 1030’ thỏa các yêu cầu của hệ thống lái như đã nghiên cứu ở chương 3. Ngoài ra kết cấu động học của hệ thống treo độc lập giúp cho dao dộng của 2 bánh xe được ít ảnh hưởng tới nhau nhờ dầm cầu cắt giúp cho dịch chuyển của 2 bánh xe được độc lập trong các mặt phẳng chuyển động làm cho việc quay vòng hệ thống lái được tốt hơn.
5.3. Lựa chọn phương pháp cải tiến
5.3.1 Độ cứng và hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo cải tiến.
Khi thay thế hệ thống treo kiểu nhíp phụ thuộc bằng Mc.Person độc lập ta phải thay thế nhíp bằng lò xo và vị trí đặt ống giảm chấn cũng bị thay đổi, sẽ dẫn tới việc độ cứng và hệ số cản giảm chấn hệ thống treo khác đi. Vì vậy, cần đảm bảo hệ thống treo mới có độ cứng và hệ số cản giảm chấn bằng với hệ thống treo cũ. Việc thay đổi động học của hệ thống treo sẽ khiến cho tỉ số truyền cơ cấu hướng bị thay đổi làm ảnh hưởng đến độ cứng và hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo. Để vấn đề này được như cũ thì ta cần thay đổi độ cứng và hệ số cản giảm chấn của lò xo và ống giảm chấn trong hệ thống treo này.
Áp dụng các công thức tính toán đã được nghiên cứu và được chứng minh ( [1] TS Lâm Mai Long (2017), “ Dao động và tiếng ồn’’ ), ta sẽ đi tìm ra phương pháp thực hiện cải tiến.
5.3.2 Phần tử đàn hồi và giảm chấn
Hình 5.4: Các thông số nhíp
Độ cứng của nhíp đối xứng: C = 4nbh3E / λL3
Độ cứng của nhíp không đối xứng: C = 4nbh3E(l1* + l2*) / 4λ l1* l2*
Với: l0* = 2/3 l0 chiều dài hiệu quả của dầm ngàm l1* = l1l0*/2
l2* = l2 – l2*/2
Như vậy, độ cứng của nhíp là hằng số và chỉ phụ thuộc vào thông số cấu tạo, hay nói cách khác đặc tính đàn hồi của nhíp là tuyến tính.
Xétphần tử đàn hồi lò xo của hệ thống treo mới:
Hình 5.5: Lò xo trụ
Độ cứng của lò xo: C = Gd4 / 8nD3
Như vậy lò xo cũng là đặc tính đàn hồi tuyến tính chỉ phụ thuộc thông số cấu tạo, độ cứng C sẽ là hằng số nếu các thông số cấu tạo trong biểu thức không đổi.
Tương tự, giảm chấn sẽ dùng ở cả hệ thống treo cũ và mới với hệ số cản giảm chấn của phần tử đàn hồi cũng là hàm tuyến tính phụ thuộc các thông số cấu tạo với công thức là: K = 2
C: độ cứng của hệ thống treo.
M: khối lượng được treo tính trên một bánh xe
: hệ số dập tắt chấn động. (ô tô hiện nay = 0, 150, 3). Lấy = 0, 2
5.3.3 Tính toán độ cứng, hệ số cản giảm chấn và tỉ số truyền cơ cấu hướng hệ thống treo kiểu nhíp hướng hệ thống treo kiểu nhíp
Gọi C’ 1, K’
1 là độ cứng và hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo phụ thuộc. C1, K1 là độ cứng và hệ số cản giảm chấn của phần tử nhíp và ống giảm chấn. ε1 là tỉ số truyền cơ cấu hướng, ta có độ cứng và hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo cũ:
C’
1 = ε12C1
K’
Hình 5.6: Cơ cấu hướng hệ thống treo phụ thuộc
Trong đó:
a1: Khoảng cách từ vị trí đặt giảm chấn theo phương thẳng đứng đến điểm treo của thùng xe
b1: Khoảng cách từ bánh xe đến điểm treo β1: Góc nghiêng của giảm chấn
Như đã phân tích ở phần khái niệm trên, khi có lực tác dụng làm dịch chuyển bánh xe thì nhíp cũng sẽ gây ra một lực khác làm nhíp và giảm chấn dao động. Từ các thông số trên ta tính được ε1:
ε1 = cos β1
Từ công thức tính C’
1 và K’
C’
1 = ε12C1 = C1(cos β1 )2
K’
1 = ε12K1 = K1(cos β1 )2
Với C1, K1 phụ thuộc vào các thông số cấu tạo đã nêu ở trên.
5.3.4 Xác định tỉ số truyền cơ cấu hướng trong hệ thống treo Mc.Person và phương pháp thay đổi C và K của phần tử đàn hồi và giảm chấn phương pháp thay đổi C và K của phần tử đàn hồi và giảm chấn
Gọi C’ 2, K’
2 là độ cứng và hệ số cản giảm chấn của hệ thống dùng cho cải tiến. C2, K2 là độ cứng và hệ số cản giảm chấn của phần tử lò xo và ống giảm chấn. ε2
là tỉ số truyền cơ cấu hướng, ta cũng có: C’
2 = ε22C2
K’
2 = ε22K2
Ta thay thế phần tử đàn hồi nhíp bằng lò xo và có thể sử dụng loại giảm chấn cũ. Nhưng do vị trí đặt ống giảm chấn đã thay đổi khiến cho tỉ số truyền cơ cấu hướng bị thay đổi nên ta sẽ tính toán lại ε2.
Hình 5.7: Cơ cấu hướng hệ thống treo Mc.Person
Như đã nói ở trên, ở hệ thống Mc.Person ống giảm chấn được đặt theo phương thẳng tại vị trí của trị quay thẳng đứng với lò xo đặt lồng vào giữa vỏ giảm chấn và trục giảm chấn.
Các thông số:
a2: Khoảng cách từ vị trí treo của giá treo dưới trên đòn ngang đến phương thẳng đứng so với góc đặt của lò xo, giảm chấn
b2: Khoảng cách từ vị trí treo của giá treo dưới trên đòn ngang đến bánh xe theo phương ngang
β2: Góc nghiêng ngang của gảm chấn (trụ quay thẳng đứng) Với các thông số như trên ta có:
ε2 = ( .cosβ2 ) Từ công thức tính C2’ và K2’ ở trên suy ra:
C’
2 = C2(cos β2 )2
K’
2 = K2(cos β2 )2
Để thỏa yêu cầu đặc ra thì C2’ = C1’ và K2’ = K1’, với việc ε2 khác ε1 thì phải thay đổi C2 và K2. Do đó khi thiết kế chế tạo phần tử đàn hồi và giảm chấn mới cần thỏa mãn công thức sau:
C2 = C2’/ ( cosβ2)2
K2 = K2’/ ( cosβ2 )2
CHƯƠNG 6
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận
Sau khi nghiên cứu và thực hiện đề tài “ Nghiên cứu phương pháp cải tiến hệ thống treo cầu trước ứng dụng cho xe tải nhỏ ”, nhóm nghiên cứu đã làm rõ được những vần đề sau:
Tìm ra được những yêu cầu quan trọng của hệ thống lái và ảnh hưởng của hệ thống treo ở cầu dẫn hướng đến các yêu cầu này. Từ đó, đưa ra những đánh giá, so sánh để tìm ra phương pháp cải tiến để có một hệ thống treo tốt nhất thỏa mãn các yêu cầu này. Vấn đề êm dịu và lực động không được nhắc tới nhiều vì quan trọng nhất ở cầu dẫn hướng vẫn là thỏa mãn tốt các yêu cầu về động học quay vòng của hệ thống lái, còn làm cho êm hơn và lực động tốt hơn chỉ cần thay đổi thông số của phần tử đàn hồi và giảm chấn khi sản xuất.
Cơ cấu giá treo và hệ thống lái được tích hợp giúp trọng lượng nhẹ, giảm được dao động của bánh xe khi chuyển động