Sơ đồ tính bền tai nhíp được biểu diễn trên hình bên. Trong đó:
D - đường kính trong của tai nhíp h0 - chiều dầy lá nhíp chính, h0 = 7 mm. b - chiều rộng lá nhíp, b = 50 mm
Tai nhíp chịu tác dụng của lực kéo Pk hay lực phanh Pp. Trị số của lực này được xác định theo công thức sau:
Pkmax = Ppmax = ϕ. Zbx
Trong đó:
ϕ - Hệ số bám, lấy ϕ = 0,75.
Zbx - Phản lực của đường lên bánh xe, Zbx = 5.775 N.
D h h o Pk K lk (cm) Wk (cm3) Xk (kg) MB (kg.cm) (kg/cm2) MA (kg.cm) (kg/cm2) 1 51,5 0,41 288,75 2739,29 6681,18 - - 2 51,5 0,41 235,56 1750,68 4269,95 1994,25 4864,03 3 43,034 0,41 241,22 2231,31 5442,23 1244,70 3035,84 4 37,874 0,41 215,17 2369,77 5779,92 1110,28 2707,99 5 32,714 0,41 176,67 2659,09 6485,59 911,62 2223,46 6 27,554 0,41 113,25 3120,49 7610,95 3120,49 7610,95
⇒ Pkmax = 0,75 x 5.775 = 4331,25 N. - Đường kính trong lớn nhất của tai nhíp được tính theo công thức sau:
= 37,6 (mm)
Chọn D = 35 (mm)
- Ứng suất uốn ở tai nhíp là : ; ;
129,94 N/mm2
- Ứng suất nén (hoặc kéo) ở tai nhíp là : 3,09 N/mm2 - Ứng suất tổng hợp ở tai nhíp : σth = σuốn + σnén = 129,94 + 3,09 = 133,03 N/mm2 - Ứ ng suất tổng hợp cho phép : [σth] = 350MN/m2 = 350 N/mm2 ⇒σth< [σth]. Vậy tai nhíp đủ bền. b) Tính bền chốt nhíp
Đường kính chốt nhíp được chọn bằng đường kính trong danh nghĩa của tai nhíp: Dchốt = 35 (mm)
Nếu chốt nhíp được chế tạo bằng thép các bon trung bình (thép 30 hoặc 40) xianua hoá thì ứng xuất chèn dập cho phép là 3 – 4 N/mm2 được chế tạo bằng thép hợp kim có thành phần các bon thấp (20X) được thấm các bon trước khi tôi thì ứng xuất chèn dập cho phép là 7,5 – 9 N/mm2.
Chọn vật liệu chế tạo chốt nhíp là thép hợp kim có thành phần các bon thấp (20X) thấm các bon sau khi tôi thì ứng suất chèn dập cho phép: [σcd] = 7,5 (N/mm2).
Chốt nhíp được kiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập:
σchèn dập
Trong đó:
D: đường kính chốt nhíp D = 35 (mm) b: bề rộng của lá nhíp chính b = 50 (mm) Thay số ta có: σchèn dập = (N/mm2)
Như vậy ứng suất chèn dập sinh ra nhỏ hơn ứng suất cho phép của vật liệu, σcd < [σcd]. Vậy chốt đảm bảo bền.
• Xác định hệ số cản của giảm chấn Kg
Hệ số cản của hệ thống treo K góp phần quan trọng, nó tạo ra độ êm dịu của xe. Tương tự bộ phận đàn hồi, tùy thuộc cách lắp giảm chấn trên xe. Hệ số cản của giảm chấn Kg có thể bằng hoặc không bằng hệ số cản của hệ thống treo.
• Hệ số cản của hệ thống treo:
Trong lý thuyết ôtô để đánh giá sự dập tắt chấn động người ta sử dụng hệ số dập tắt chấn động tương đối như sau:
Trong đó:
C: Độ cứng của hệ thống treo.
M: Khối lượng được treo tính trên một bánh xe
ψ: Hệ số dập tắt chấn động. (Ở các ôtô hiện nay ψ = 0,15÷0, 3). Lấy ψ = 0, 25
Gt : Trọng lượng được treo tính trên một bánh xe ở trạng thái tĩnh. Gt = 5.775 (N)
g: Gia tốc trong trường. g = 10 (m/s2)
ft: Độ võng tĩnh của hệ thống treo. ft = 10 (cm)
⇒ Hệ số cản của hệ thống treo được xác định bằng công thức: Ktr =
⇒ Ktreo = 0, 25* = 1443,75 (Ns/m) Hệ số cản trung bình của giảm chấn:
Bố trí giảm chấn nghiêng một góc 300 so với phương thẳng đứng để thoả mãn không gian bố trí trong gầm xe. Từ sơ đồ bố trí giảm chấn:
Kgc = (Ns/m)
Với ÷3 chọn
• Tính toán hệ số cản của giảm chấn Ta có phương trình: Kn+ Ktr = 2. Kgc (1)
Trong đó: Kn, Ktr: hệ số cản chấn động ở bộ phận giảm chấn tương ứng với hành trình nén và trả.
Với giảm chấn, lực cản ở hành trình trả thường lớn hơn ở hành trình nén với mục đích khi bánh xe đi qua chỗ gồ ghề thì giảm chấn bị nén nhanh cho nên không truyền lên khung xe những xung lực lớn ảnh hưởng đến độ bền khung xe và sức khoẻ người trong xe. Do đó năng lượng được hấp thụ vào chủ yếu là ở hành trình trả. Trong thực nghiệm thường thấy ở các giảm chấn hiện nay có quan hệ sau: Ktrả = (2,5÷3) Kn.
Chọn Ktrả = 3. Kn (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình:
⇔
Xác định lực cản của giảm chấn trong quá trình trả, nén ở giai đoạn làm việc bình thường với vận tốc nhỏ
Ptr = Ktr.Vg
Pn = Kn. Vg
Vg: Tốc độ piston trong trong hành trình trả nén Vg = 0,3 (m/s)
⇒ Ptr = Ktr.Vg = 2.500,65 x 0,3 = 750,2 (N) Pn = Kn.Vg = 833,55 x 0,3 = 250,07 (N)
Giai đoạn làm việc ở chế độ giảm tải với vận tốc lớn hơn lúc này các van giảm tải đã mở hệ số cản của giảm chấn giảm xuống.khi tính toán có thể lấy
⇒ K’n = 0,6.Kn = 0,6 x 833,55 = 500,13 (Ns/m) K’tr = 0,6.Ktr = 0,6 x 2.500,65 = 1.600,39 (Ns/m)
Vận tốc làm việc tối đa của giảm chấn thường không vượt quá 0,6 m/s lực cản tối đa ở cả hành trình được tính
Ptrmax = Ptr+ K’tr (0,6-Vg) = 750,2 + 1.600,39 (0,6 - 0,3) = 1.230,32 (N) Pnmax = Pn+ K’n (0,6-Vg) = 250,07 + 500,13 (0,6 - 0,3) = 400,11 (N)
• Xác định kích thước ngoài của giảm chấn
Xác định đường kính, chiều dài pít tông kích thước sơ bộ các bộ phận giảm chấn được xác định trên hình vẽ. Đường kính pít tông giảm chấn được xác định sơ bộ theo trọng lượng toàn bộ của xe 21.800 (N). Ta chọn: d = 22 mm
Hình giảm chấn
Ta có:
Từ đó: Ta có đường kính vỏ ngoài của giảm chấn. Dn = (mm)
Ta chọn Dn = 34 (mm); D = 31 (mm); = 20 (mm); = 6,6 (mm)
(mm); (mm); (mm); (mm). Chiều dài phần thân giảm chấn:
L = Lv + Lp+ Lg + Lm = 16 + 20 + 30 + 434 = 500 (mm)
Hành trình cực đại của giảm chấn: Với độ võng tĩnh của nhíp là 10 (cm) Ta chọn: Lg = 434 (mm)
Kiểm tra điều kiện làm việc của giảm chấn ở chế độ làm việc căng thẳng được xác định V = 0,3 m/s
Công suất tiêu thụ bởi giảm chấn được xác định: Ng = (W)
Công suất tỏa nhiệt giảm chấn Nt = 427. α. F. (Tmax - Tmin) Trong đó: α: là hệ số truyền nhiệt α = 0, 120 ÷ 0,168 J/m2 Chọn α = 0,130 J/m2 Nhiệt độ cho phép Tmax=1200 Tmin = 200 F = ∏.. L = 3,14 x 0,034 x 0,5 = 0,05338 (m2) ⇒ Nt = 427 x 0,130 x 0,05338 x (120 - 20) = 296,31 (W) ⇒ Nt ≥ Ng
Như vậy giảm chấn thỏa mãn điều kiện truyền nhiệt. • Xác định kích thước lỗ van giảm chấn
Tổng diện tích lưu thông của các lỗ van giảm chấn (số lỗ và kích thước lỗ van) quyết định hệ số cản của giảm chấn.
Theo công thức: Trong đó:
Q: Lưu lượng chất lỏng qua lỗ tiết lưu Ft: Tổng diện tích các lỗ van.
: Hệ số tổn thất: Khi tính toán lấy = 0, 6 ÷ 0, 75 Chọn = 0, 7
p: Áp suất chất lỏng trong giảm chấn.
: Trọng lương riêng của chất lỏng = 9.100 N/m² g: Gia tốc rơi tự do: 9, 8m/s²
Fp: Diện tích pít tông giảm chấn Chọn đường kính Piston là d = 22 mm
Fp = = (m2)
Vg = 0,3 m/s (vận tốc giảm chấn khi làm việc)
Đối với loại giảm chấn thủy lực 2 chiều không đối xứng với mỗi hành trình trả (trả, trả mạnh), hành trình nén (nén, nén mạnh) sẽ có áp suất chất lỏng tương ứng sinh ra ép lò xo của các van trả nén một phần hay mở hoàn toàn
Để đơn giản ta tính kích thước các lỗ trong trường hợp nén, trả mạnh (khi các van mở hoàn toàn). -Xác định kích thước lỗ van nén Qn = (m3/s) Pn = (N/m2) -Tính tổng diện tích lỗ van nén: => Fn = 1,367x10-5 (m2) -Tính đường kính lỗ van nén: Chọn số lỗ van n = 4 => d = 2,09 (mm). -Xác định kích thước lỗ van trả Ptr = = = 622.180,2017 (N/m2) -Tính tổng diện tích lỗ van trả: = 4,45x10-6 (m2) -Tính đường kính lỗ van trả: Chọn số lỗ van n = 4 => d = 1,19 (mm)
-Van lưu thông ở đế van trong hành trình trả (van giảm tải) Tổng diện tích lỗ van được xác định:
Trong đó:
Qk: Thể tích buồng bị rỗng trong thời gian 1s Qk == 7,85x10-5(m3/s)
Qt: Lưu lượng dầu qua van trong hành trình trả, Qt = = 9,0432x10-5 (m3/s)
⇒
Chọn số lỗ van n = 4
⇒ d = 1,28 (mm)
-Van giảm tải trong hành trình nén
Van giảm bắt đầu làm việc khi vận tốc piston đạt 0,3 (m/s) Ta có : Qgt = Qmax - Qnmax
Trong đó :
Qgt: Lưu lượng chất lỏng qua van giảm tải
Qmax: Lưu lượng lớn nhất qua van giảm tải và van nén Qmax = 0,6 = 2,28.10-4 (m3/s)
Qnmax: Lưu lượng lớn nhất qua van nén pnmax =
⇒
⇒ Qgt = (2,28 – 1,48) x 10-4 = 0,8 x 10-4 (m3/s) Diện tích của van giảm tải:
Chọn số lỗ van n = 4. => d = 0,8 (mm)
• Xác định kích thước một số chi tiết của giảm chấn
-Lò xo van giảm tải trong hành trình trả
Lò xo tính toán là loại lò xo hình trụ bước ngắn. Khi giảm chấn làm việc ở vận tốc v>0,3(m/s) chất lỏng qua van sinh ra áp lực thuỷ động R cân bằng với lực căng ban đầu của lò Flx làm cho van trả mạnh mở ra hoàn toàn.
⇒ (1) Trong đó:
Flx: Lực căng ban đầu của lò xo (N) C: Độ cứng của lò xo (N/m)
∆X : Độ nén ban đầu của lò xo (m). Chọn ∆x = 5.10-3(m)
R : Lực tác dụng của tia chất lỏng qua van lên tấm chắn. Theo động học chất lỏng R được xác định bằng định lý Ơle1 (hay là phương trình động lượng) (N)
γ: Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3) g: Gia tốc trọng trường. g = 9,8(m/s2)
∑f: Tổng diện tích lỗ van (m2). ∑f = 4,45 x 10-6 (m2)
v: Vận tốc của dòng chất lỏng qua van (m/s). v = 49,5(m/s)
Mặt khác theo sức bền vật liệu độ cứng của lò xo C được xác định theo biểu thức sau:
(2) Trong đó:
d: Đường kính sợi lò xo (m)
G: Mô đun trượt của vật liệu. G = 8 x 1010(N/m2) n: Số vòng lò xo. Chọn n = 4 vòng
R: Bán kính lò xo (m). Chọn R = 10.10-3(m)
Từ (1) và (2) ta có công thức xác định đường kính sợi lò xo:
⇒
⇒ d = 1,595.10-3 (m) = 1,595 (mm)
Lò xo van trả mạnh có đường kính d = 1,6 (mm) -Lò xo van giảm tải khi nén
Khi giảm chấn làm việc ở vận tốc v>0,3(m/s) chất lỏng qua van sinh ra áp lực thuỷ động R cân bằng với lực căng ban đầu của lò Flx làm cho van nén mạnh mở ra hoàn toàn.
(1) Trong đó: Flx: Lực căng ban đầu của lò xo (N)
C: Độ cứng của lò xo (N/m)
∆X : Độ nén ban đầu của lò xo (m). Chọn ∆x = 5 x 10-3(m)
γ: Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3) g: Gia tốc trọng trường. g = 9,8 (m/s2)
R: Lực tác dụng của tia chất lỏng qua van lên tấm chắn. Theo động học chất lỏng R được xác định bằng định lý Ơle 1 (hay là phương trình động lượng) (N)
∑f: Tổng diện tích lỗ van (m2) = 1,367 x 10-5(m2)
v: Vận tốc của dòng chất lỏng qua van (m/s). v = 24 (m/s)
Mặt khác theo sức bền vật liệu độ cứng của lò xo C được xác định theo biểu thức sau:
(2)
Trong đó: d: Đường kính sợi lò xo (m).
G: Mô đuyn trượt của vật liệu. G=8.1010(N/m2) n: Số vòng lò xo. Chọn n = 4 vòng
R: Bán kính lò xo (m). Chọn R = 13.10-3(m)
Từ (1) và (2) ta có công thức xác định đường kính sợi lò xo:
⇒
⇒ d = 1,79 x 10-3(m) = 1,79 (mm)
KẾT LUẬN
Sau thời gian làm việc nghiêm túc khẩn trương, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy Phạm Văn Thức. Đến nay em đã hoàn thành đồ án môn học Tính toán thiết kế ô tô với đề tài: Tính toán & thiết kế hệ thống treo ô tô điện Vinfast VF e34. Phần thuyết minh ở trên bao gồm những nội dung cơ bản nhất của công việc tính toán thiết kế hệ thống treo.
Hệ thống treo phụ thuộc với nhíp lá đảm nhiệm chức năng của bộ phận đàn hồi, giảm chấn, dẫn hướng cũng đã thoả mãn những yêu cầu cơ bản:
- Đảm bảo sự êm dịu chuyển động của xe hoạt động trên đường tốt cũng như đường xấu. Tần số dao động cho phép giúp lái xe cũng như hàng hóa ít bị ảnh hưởng.
- Hoạt động của giảm chấn có đặc tính thích hợp trên xe và phù hợp với lực kích động của mặt đường đảm bảo dập tắt dao động tương đối tốt. Tạo ra ổn định cho vỏ xe trong mặt phẳng dọc khi phanh hoặc khi tăng tốc.
- Các lá nhíp được thiết kế sao cho ứng suất trong mỗi lá nhíp là như nhau ở mọi điểm do đó tăng độ bền của nhíp cũng như khả năng làm việc.
- Đảm bảo độ an toàn tối đa cho xe khi chạy ở mọi tốc độ.
- Đảm bảo độ bền cũng như độ bền lâu phù hợp với chu kỳ sửa chữa. - Các chi tiết của hệ thống treo đã được kiểm bền đầy đủ đạt khả năng an toàn cho xe.
- Các chi tiết của hệ thống treo được thiết kế có kích thước phù hợp cho việc lựa chọn khi sửa chữa và thay thế.
Sau khi hoàn thành đồ án này em đã có thêm nhiều hiểu biết sâu sắc hơn về thiết kế tính toán ôtô nói chung và về hệ thống treo nói riêng. Qua đó em có thể ứng dụng vào thực tế và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình làm việc sau này. Tuy vậy vì khả năng còn hạn chế nên đồ án của em còn nhiều thiếu sót. Vì vậy em kính mong được sự chỉ bảo của các thầy trong bộ môn để em có thể hoàn thiện thêm kiến thức của mình.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Nguyễn Thành Sa đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.