3.2. Kiểm nghiệm các bộ phận
3.2.6. Tính tốn kiểm nghiệm bền một số bộ phận của hệ thống treo
3.2.6. Tính tốn kiểm nghiệm bền một số bộ phận của hệ thống bộ phận của hệ thống treotreo
3.2.6.1. Tính tốn kiểm nghiệm bền cho
3.2.6.1. Tính tốn kiểm nghiệm bền cho lò xo trụlò xo trụ
Trong hệ thống treo, lị xo trụ là phần tử đàn hồi có nhiệm vụ làm êm dịu Trong hệ thống treo, lị xo trụ là phần tử đàn hồi có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động. Trong q trình làm việc lị xo chỉ chịu tải trọng thẳng đứng mà chuyển động. Trong q trình làm việc lị xo chỉ chịu tải trọng thẳng đứng mà không truyền lực dọc hay lực ngang.
không truyền lực dọc hay lực ngang.
Với hệ thống treo trước (kiểu McPherson) thì lị xo trụ được đặt lồng bên Với hệ thống treo trước (kiểu McPherson) thì lị xo trụ được đặt lồng bên ngồi giảm chấn, đầu trên tỳ lên khung xe cịn đầu dưới được bắt cố định vào vỏ ngồi giảm chấn, đầu trên tỳ lên khung xe cịn đầu dưới được bắt cố định vào vỏ của giảm chấn. Do đó lực
của giảm chấn. Do đó lực dọc tác dụng lên giảm chấn (trụ đứng) cũng dọc tác dụng lên giảm chấn (trụ đứng) cũng chính làchính là lực tác dụng lên lị xo. Từ kết quả tính tốn động lực học suy ra lực lớn nhất tác lực tác dụng lên lị xo. Từ kết quả tính tốn động lực học suy ra lực lớn nhất tác dụng lên lò xo là: F
dụng lên lò xo là: Flxmaxlxmax = 8674 (N). = 8674 (N).
Từ hành trình làm việc của hệ thống treo: Từ hành trình làm việc của hệ thống treo:
f = f
f = f đđ + f + f tt = 0,119 + 0,140 = 0,259 (m); = 0,119 + 0,140 = 0,259 (m); Suy ra hành trình làm việc của lị xo:
Suy ra hành trình làm việc của lị xo: f
- Độ cứng của lị xo được xác định theo cơng thức: - Độ cứng của lị xo được xác định theo cơng thức:
C
Clxlx = C = CT1T1/cos(/cos( 00));; ((33..1166)) Với C
Với CT1T1 là độ cứ là độ cứng của 1 bên hệ ng của 1 bên hệ treo ở trạng ttreo ở trạng thái đầy tải, hái đầy tải, CCT1T1 =30790(N/m). =30790(N/m). S
Suuy y rraa:: CClxlx = 30790/ cos(3 = 30790/ cos(3oo30’) = 30847 (N/m);30’) = 30847 (N/m);
Chọn vật liệu làm lị xo là thép 50CrV4 có ứng suất tiếp cho phép
Chọn vật liệu làm lị xo là thép 50CrV4 có ứng suất tiếp cho phép x x
=1600 N/mm =1600 N/mm22.. Tính bền lị xo khi ứng suất cắt lớn nhất: Tính bền lị xo khi ứng suất cắt lớn nhất: max max == 88 maxmax33 d d Dk Dk F F lxlx ;; ((33..1177)) Trong đó: Trong đó:
D_Đường kính của một vịng xoắn lị xo: D=130 (mm); D_Đường kính của một vịng xoắn lị xo: D=130 (mm); d_Đường kính của dây lị xo: d=13 (mm);
d_Đường kính của dây lị xo: d=13 (mm); k _
k _ Hệ số xét đến Hệ số xét đến độ cong của dây độ cong của dây lò xo,lò xo,
k = k = 33 44 22 44 cc cc = = = = 1,11,1 c = D/d _ Là hệ số tỷ lệ đường kính, suy ra c =10 c = D/d _ Là hệ số tỷ lệ đường kính, suy ra c =10 Thay các thơng số vào (3.17) ta có:
Thay các thơng số vào (3.17) ta có:
max max ==88 maxmax33 d d Dk Dk F F lxlx = = 8.8674.130.1,18.8674.130.1,133 .13 .13 = 1438,4 (N/mm = 1438,4 (N/mm22);); Suy ra
Suy ra maxmax < [< [ xx] = 1600 N/mm] = 1600 N/mm22.. Vậy lò xo đủ bền theo ứng suất cắt. Vậy lị xo đủ bền theo ứng suất cắt.
3.2.6.2. Tính tốn kiểm nghiệm bền cho
3.2.6.2. Tính tốn kiểm nghiệm bền cho thanh xoắnthanh xoắn
Các thông số của hệ thống treo sau: Các thông số của hệ thống treo sau: - Chiều dài thanh hướng trên l
- Chiều dài thanh hướng trên l11 = 283 (mm) = 0,283 (m); = 283 (mm) = 0,283 (m); - Chiều dài thanh hướng dưới l
- Chiều dài thanh hướng dưới l22 = 370 (mm) = 0,37 (m); = 370 (mm) = 0,37 (m);
- Chiều cao từ 2/3 ụ cao su đến thanh hướng dưới khi không tải: - Chiều cao từ 2/3 ụ cao su đến thanh hướng dưới khi không tải:
h = 106,7 (mm) = 0,1067 (m); h = 106,7 (mm) = 0,1067 (m);
- Khoảng cách từ ụ cao su đến thanh xoắn l
- Khoảng cách từ ụ cao su đến thanh xoắn l33 = 190(mm) = 0,19 (m); = 190(mm) = 0,19 (m); - Khoảng cách từ tâm bề rộng bánh xe đến thanh xoắn:
ll44 = 430 (mm) = 0,43 (m); = 430 (mm) = 0,43 (m); - Chiều dài hiệu dụng của thanh xoắn L
- Chiều dài hiệu dụng của thanh xoắn Lxx = 950 (mm) = 0,95 (m); = 950 (mm) = 0,95 (m); - Đường kính của thanh xoắn Ф = 25,5 (mm) = 0,0255 (m);
- Đường kính của thanh xoắn Ф = 25,5 (mm) = 0,0255 (m); - Chiều cao ụ cao su h
- Chiều cao ụ cao su hcscs = 55 (mm) = 0,055 (m); = 55 (mm) = 0,055 (m);
- Mô đun đàn hồi xoắn của thanh xoắn G = 7,8.10 - Mô đun đàn hồi xoắn của thanh xoắn G = 7,8.10
44 (MPa) = 7,8.10 (MPa) = 7,8.10 10 10 (Pa). (Pa). Hình 3.3.
Hình 3.3. Kích thước cơ bản của hệ thống t Kích thước cơ bản của hệ thống treo sau.reo sau.
1.
1. Bánh xe;2. Giảm chấn; 3. Thanh hướng t Bánh xe;2. Giảm chấn; 3. Thanh hướng trên; 4. Ụ cao su;rên; 4. Ụ cao su; 5. Thanh hướng dưới; 6. Thanh xoắn.
5. Thanh hướng dưới; 6. Thanh xoắn.
- Mơ men qn tính độc cực của thanh xoắn: - Mơ men qn tính độc cực của thanh xoắn:
JJ00 = 0,1.d = 0,1.d44 (m (m44)) Thay số ta có: Thay số ta có: JJ00 = 0,1.0,0255 = 0,1.0,0255 44 = 4,23.10 = 4,23.10 -8 -8 (m (m 44 ); ); - Độ cứng của thanh xoắn:
C Cxx = G.J = G.J00/L/Lxx (Nm/Rad) (Nm/Rad) Thay số ta có: Thay số ta có: C Cxx = 7,8.10 = 7,8.101010.4,23.10.4,23.10-8-8/0,95= 3473,05 (Nm/Rad);/0,95= 3473,05 (Nm/Rad); - Khối lượng phần không treo của cầu sau: M
- Khối lượng phần không treo của cầu sau: Mktkt =100 (kg); =100 (kg); - Trọng lượng phân bố lên cầu sau khi xe không tải:
- Trọng lượng phân bố lên cầu sau khi xe không tải: Z
Z0T0T = G = G0202.9,81= 660. 9,81= 6474,6 (N);.9,81= 660. 9,81= 6474,6 (N); - Trọng lượng phân bố lên cầu sau khi đầy tải: - Trọng lượng phân bố lên cầu sau khi đầy tải:
Z
Zatat = G = GT2T2.9,81= 991. 9,81= 9756,045 (N);.9,81= 991. 9,81= 9756,045 (N); - Tải trọng tác dụng lên hệ thống treo khi không tải: - Tải trọng tác dụng lên hệ thống treo khi không tải:
; ; - Tải trọng tác dụng lên hệ thống treo khi đầy tải:
- Tải trọng tác dụng lên hệ thống treo khi đầy tải:
; ; - Mô men xoắn tác dụng lên thanh xoắn khi không tải: - Mô men xoắn tác dụng lên thanh xoắn khi không tải:
M
Mxtoxto = Z = Ztoto.l.l44 = 2746 = 2746,8.0,,8.0,43 = 1443 = 1417,56 17,56 (Nm);(Nm); - Góc xoắn của thanh xoắn khi khơng tải:
- Góc xoắn của thanh xoắn khi không tải:
φ
φxtoxto = = = = 0,408 0,408 (rad) (rad) = = 23,423,400 ; ;
- Mô men xoắn tác dụng lên thanh xoắn khi đầy tải: - Mô men xoắn tác dụng lên thanh xoắn khi đầy tải:
M
Mxttxtt = Z = Ztttt.l.l44 = 4370,85.0,43 = 1879,466 (Nm); = 4370,85.0,43 = 1879,466 (Nm); - Góc xoắn của thanh xoắn khi đầy tải:
- Góc xoắn của thanh xoắn khi đầy tải:
φ
φxttxtt = = = = 0,541 0,541 (rad) (rad) = = 313100;;
- Độ võng của hệ thống treo sau khi không tải: - Độ võng của hệ thống treo sau khi không tải:
f
f toto = l = l44.φ.φxtoxto = 0,43.0,408 = 0,17544 (m) = 175,44 (mm); = 0,43.0,408 = 0,17544 (m) = 175,44 (mm); - Độ võng tĩnh của hệ thống sau trước khi đầy tải:
- Độ võng tĩnh của hệ thống sau trước khi đầy tải: f
- Góc xoắn của thanh xoắn từ trạng thái tĩnh, khơng tải cho đến khi làm - Góc xoắn của thanh xoắn từ trạng thái tĩnh, không tải cho đến khi làm biến dạng 2/3 ụ cao su:
biến dạng 2/3 ụ cao su:
;;
- Độ võng của hệ thống treo từ trạng thái tĩnh, không tải cho đến khi làm - Độ võng của hệ thống treo từ trạng thái tĩnh, không tải cho đến khi làm biến dạng 2/3 ụ cao su:
biến dạng 2/3 ụ cao su: f
f t2/3t2/3 = l = l44.φ.φx2/3x2/3 = 0,43.0,561 = 0,24123(m) = 241,23 (mm); = 0,43.0,561 = 0,24123(m) = 241,23 (mm); - Độ võng động của hệ thống treo sau:
- Độ võng động của hệ thống treo sau: f
f đtđt = = f f t2/3t2/3 - - (f (f tttt - - f f toto) = 0,24123 - (0,233 – 0,17544) = 0,18367 (m) =) = 0,24123 - (0,233 – 0,17544) = 0,18367 (m) = 183,67 (mm);
183,67 (mm);
- Độ biến dạng 2/3 của ụ cao su: - Độ biến dạng 2/3 của ụ cao su:
;; - Góc xoắn lớn nhất của thanh xoắn:
- Góc xoắn lớn nhất của thanh xoắn: φ
φxmaxxmax = φ = φx2/3x2/3 + φ + φxtoxto = 0,561 + 0,408 = 0,969 (rad) = 55,55 = 0,561 + 0,408 = 0,969 (rad) = 55,5500;; - Mô men lớn nhất tác dụng lên thanh xoắn:
- Mô men lớn nhất tác dụng lên thanh xoắn: M
Mmaxmax = φ = φxmaxxmax . C . Cxx = 0,969 . 3473,05 = 3365,39(Nm); = 0,969 . 3473,05 = 3365,39(Nm);
- Tải trọng động lớn nhất tác dụng lên bánh xe, gây ra biến dạng thêm f - Tải trọng động lớn nhất tác dụng lên bánh xe, gây ra biến dạng thêm f đtđt::
Z
Ztmaxtmax = M = Mmaxmax / l / l44 = 3365,39 / 0,43 = 7826,49(Nm); = 3365,39 / 0,43 = 7826,49(Nm); - Hệ động lực học: - Hệ động lực học: Ta có: Ta có: Z Zmaxmax = k = k đđZZtttt Suy ra: k
Suy ra: k đđ = = ZZmaxmax/Z/Ztttt = 7826,49/4370,85 = 1,79; nằm trong giới hạn cho phép k = 7826,49/4370,85 = 1,79; nằm trong giới hạn cho phép k đđ
= 1,75 – 2,5 do đó thỏa mãn. = 1,75 – 2,5 do đó thỏa mãn.
3.2.6.3. Tính tốn kiểm nghiệm bền giảm chấn 3.2.6.3. Tính tốn kiểm nghiệm bền giảm chấn
Giảm chấn là một phần tử của hệ
Giảm chấn là một phần tử của hệ thống treo dùng để dập tắt dao thống treo dùng để dập tắt dao động củađộng của thân xe khi xe chạy qua những đoạn đường gồ ghề. Quá trình dập tắt được thực thân xe khi xe chạy qua những đoạn đường gồ ghề. Quá trình dập tắt được thực hiện theo nguyên tắc tiêu hao động năng của thân xe bằng việc chuyển thành hiện theo nguyên tắc tiêu hao động năng của thân xe bằng việc chuyển thành nhiệt năng do ma sát bên trong giảm chấn và truyền ra môi trường xung quanh. nhiệt năng do ma sát bên trong giảm chấn và truyền ra môi trường xung quanh.
Giảm chấn của hệ thống treo trên xe Hyundai Elantra 2015 là loại giảm Giảm chấn của hệ thống treo trên xe Hyundai Elantra 2015 là loại giảm chấn ống có tác dụng 2 chiều, 2 lớp vỏ.
chấn ống có tác dụng 2 chiều, 2 lớp vỏ.
- Các kích thước cơ bản của giảm chấn: - Các kích thước cơ bản của giảm chấn: + Đường kính xy lanh d
+ Đường kính xy lanh dxx, d, dxx = 50(mm); = 50(mm);
+ Chiều dài từ ụ hạn chế tới đầu trên của ty đẩy L
+ Chiều dài từ ụ hạn chế tới đầu trên của ty đẩy LUU, L, LUU = 55 (mm); = 55 (mm); + Chiều dài nắp giảm chấn L
+ Chiều dài nắp giảm chấn LYY, L, LYY = (0,4 = (0,40,6)d0,6)dxx L
LYY = 0,5d= 0,5dxx = 0,5.50 = 25 (mm); = 0,5.50 = 25 (mm); + Chiều dày của pít tơng L
+ Chiều dày của pít tơng LPP, L, LPP = (0,75 = (0,751,1)d1,1)dxx;; L
LPP = 0,8d= 0,8dxx = 0,8.50 = 40 (mm); = 0,8.50 = 40 (mm);
Mơ phỏng q trình làm việc của giảm chấn. Mơ phỏng q trình làm việc của giảm chấn.
Hình 3.4. Cấu tạo và góc
Hình 3.4. Cấu tạo và góc đặt giảm chấnđặt giảm chấn..
+ Hành trình làm việc của pít tơng giảm chấn H
+ Hành trình làm việc của pít tơng giảm chấn HPP, H, HPP = = f f gcgc với với f f gcgc là biến là biến dạng của hệ thống treo. Do cấu tạo của giảm chấn có nhiệm vụ là trụ xoay đứng, dạng của hệ thống treo. Do cấu tạo của giảm chấn có nhiệm vụ là trụ xoay đứng, mặt khác đường tâm trục của giảm chấn không trùng với đường tâm lý thuyết mặt khác đường tâm trục của giảm chấn không trùng với đường tâm lý thuyết của trụ xoay đứng và có góc nghiêng của giảm chấn
của trụ xoay đứng và có góc nghiêng của giảm chấn 00 = 3 = 3oo30’ do đó:30’ do đó:
f f gcgc = = 00 cos cos d d t t f f f f = = 114400 111199 ccooss 33 330 '0 ' oo = 260 (mm); = 260 (mm);
+ Chiều dài của ty đẩy là: + Chiều dài của ty đẩy là:
L L u u Ly Ly H H p p Lp Lp L L k k L L p p L L b b 00
L
LTT = L= LUU + L + LYY + H + HPP = 55 +25 + 260 = 340 (mm); = 55 +25 + 260 = 340 (mm);
+ Khoảng cách từ đáy của pít tơng tới mặt trên của vỏ ngồi khi pít tơng + Khoảng cách từ đáy của pít tơng tới mặt trên của vỏ ngồi khi pít tơng nằm ở điểm chết dưới L
nằm ở điểm chết dưới Lk k , L, Lk k = (0,4÷0,9)d = (0,4÷0,9)dxx; chọn L; chọn Lk k = 0,6.d= 0,6.dxx= 0,6.50 =30 (mm);= 0,6.50 =30 (mm); + Khoảng cách từ đáy của vỏ trong tới đáy của vỏ ngoài L
+ Khoảng cách từ đáy của vỏ trong tới đáy của vỏ ngồi L b b
L
L b b =(0,1÷1,5)d =(0,1÷1,5)dxx; chọn L; chọn L b b = d= dxx = 50 (mm); = 50 (mm); Như vậy chiều dài của xy lanh gi
Như vậy chiều dài của xy lanh giảm chấn là:ảm chấn là: L
Lxx = L = LYY + H + HPP + 2L + 2LPP + L + Lk k + L + L b b= 25 + 260 + 2.40 + 30 + 50 = 445 (mm);= 25 + 260 + 2.40 + 30 + 50 = 445 (mm); Suy ra chiều dài của toàn giảm chấn là:
Suy ra chiều dài của toàn giảm chấn là: L
LGG = L = LXX + L + LUU = 445 + 55 = 500 (mm);= 445 + 55 = 500 (mm);
- Tính hệ số cản của giảm chấn - Tính hệ số cản của giảm chấn
Tỷ số truyền của giảm chấn được tính như sau: Tỷ số truyền của giảm chấn được tính như sau:
i = i = coscos 00 gc gc bx bx l l l l = = bxbx G G l l L L = = 600600 500 500 = = 00,,8833; ; ((33..1188)) Với l
Với l bx bx là khoảng cách từ bánh xe tới khớp trụ của đòn ngang: là khoảng cách từ bánh xe tới khớp trụ của đòn ngang: ll bx bx = 600(mm); = 600(mm);
Suy ra hệ số cản thực tế của giảm chấn: Suy ra hệ số cản thực tế của giảm chấn:
K K gcgc = K = K tbtbi = 1472.0,83 = 1221 (Ns/m);i = 1472.0,83 = 1221 (Ns/m); Mặt khác: Mặt khác: K K gcgc = = 22 tr tr nn K K K K ; ; ((33..1199)) Trong đó: Trong đó:
K K nn _ Hệ số cản trong hành trình nén nhẹ của giảm chấn. _ Hệ số cản trong hành trình nén nhẹ của giảm chấn. K
K tr tr _ Hệ số cản trong hành trình trả nhẹ của giảm chấn. _ Hệ số cản trong hành trình trả nhẹ của giảm chấn.
Trong các hành trình làm việc của giảm chấn, lực cản ở hành trình trả Trong các hành trình làm việc của giảm chấn, lực cản ở hành trình trả thường lớn hơn ở hành trình nén với
thường lớn hơn ở hành trình nén với mục đích khi bánh xe đi mục đích khi bánh xe đi qua chỗ gồ ghề thìqua chỗ gồ ghề thì giảm chấn bị nén nhanh cho nên không truyền lên khung xe những xung lực lớn 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 ảnh hưởng đến độ bền khung xe và sức khoẻ người trong xe. Do đó năng lượng