Thiết kế hệ thống treo khí nén cho xe buýt 2 tầng

Đề tài tốt nghiệp của em được hình thành như một nhu cầu cần thiết nhằm cung cấp cho độc giả những kiến thức chung về đặc tính làm việc, quy trình tính toán thiết kế hệ thống treo khí nén cho xe buýt hai tầng nói riêng và trên ô tô nói chung. Đề tài đã hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Võ Văn Hường và nhân viên công ty ô tô 15. Tuy nhiên , do thời gian ngắn, kiến thức của người viết còn hạn chế và nguồn tài liệu còn thiếu thốn lên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thầy duyệt cùng các thầy trong hội đồng bảo vệ tốt nghiệp cùng độc giả đóng góp những ý kiến để em có được cái nhìn chính xác hơn, toàn diện hơn về đề tài thiết kế của mình. Cuối cùng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành sự giúp đỡ nhiệt tình, những hướng dẫn quý báu của thầy Võ Văn Hường, đồng thời em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy trong bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng trang bị cho em những kiến thức trong quá trình học tập giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.

LỜI NÓI ĐẦU

Vào đầu những năm 1930, hệ thống treo khí nén đã ra đời và được nghiên

cứu thử nghiệm nghiên cứu bởi hãng Firestone Tire and Rubber Cho đến

những năm cuối của thập kỷ 30 những chiếc xe có sử dụng hệ thống treo khínén bắt đầu được sản xuất và chạy thử tuy nhiên nó vẫn chưa được ứng dụngrộng dãi như hệ thống treo sử dụng bộ phận đàn hồi bằng kim loại bởi giáthành của chúng còn khá cao Cho đến năm 1944, những chiếc xe buýt đầutiên sử dụng hệ thống treo khí nén đã được sản xuất và đưa vào sử dụng saunhững nghiên cứu hoàn thiện Tuy nhiên, phải đến những năm đầu của thập kỉ

50, sau khoảng thời gian dài được nghiên cứu và hoàn thiện mạnh mẽ, xe buýt

sử dụng hệ thống treo khí nén mới chính thức trở thành dòng xe thương mại

và được đưa ra trên thị trường

Sau những thành công của hệ thống treo khí nén sử dụng cho xe buýt, hệthống treo khí nén cũng được nghiên cứu để ứng dụng cho xe tải và thu đượcnhững thành tựu đáng kể.Tiếp theo sau đó hệ thống điều khiển áp suất khí néncung cấp cho hệ thống treo cũng được nghiên cứu phát triển và hoàn thiện.Ngày nay, với những ưu điểm vượt trội của mình , hệ thống treo khí nénđược ứng dụng rộng dãi trên tất cả các loại xe, cùng với đó là hệ thống điềukhiển điện tử cho loại hệ thóng treo này đã trở lên phổ biến trên toàn thế giới Tại Việt Nam, trong vài năm trở lại đây, nền kinh tế phát triển mạnh mẽkéo theo nhu cầu về vận chuyển và giao thông cũng có những yêu cầu pháttriển mới Các nhà sản xuất xe buýt tại Việt Nam cũng đưa ra các sản phẩm

xe buýt hai tầng sử dụng hệ thống treo khí nén nhằm tăng năng suất vậnchuyển đồng thời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tính tiện nghi củaphương tiện giao thông vận tải Tuy nhiên, các nhà sản xuất xe buýt tại ViệtNam hầu hết chỉ nhập xe cơ sở mà chưa có một nghiên cứu nào về đặc tính

làm việc, quy trình tính toán ,thiết kế cho hệ thống treo khí nén được đưa ratại Việt Nam.

Đề tài tốt nghiệp của em được hình thành như một nhu cầu cần thiết nhằmcung cấp cho độc giả những kiến thức chung về đặc tính làm việc, quy trìnhtính toán thiết kế hệ thống treo khí nén cho xe buýt hai tầng nói riêng và trên

ô tô nói chung

Đề tài đã hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Võ Văn Hường vànhân viên công ty ô tô 1-5 Tuy nhiên , do thời gian ngắn, kiến thức của ngườiviết còn hạn chế và nguồn tài liệu còn thiếu thốn lên đề tài không tránh khỏinhững thiếu sót Kính mong thầy duyệt cùng các thầy trong hội đồng bảo vệtốt nghiệp cùng độc giả đóng góp những ý kiến để em có được cái nhìn chínhxác hơn, toàn diện hơn về đề tài thiết kế của mình

Cuối cùng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành sự giúp đỡ nhiệt tình,những hướng dẫn quý báu của thầy Võ Văn Hường, đồng thời em cũng xinđược gửi lời cảm ơn tới các thầy trong bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng trang

bị cho em những kiến thức trong quá trình học tập giúp em hoàn thành đồ ántốt nghiệp của mình

Hà Nội ngày 5 tháng 6 năm 2010

Sinh viên

Chu Văn Huỳnh

CHƯƠNG I

HỆ THỐNG TREO VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

CHO XE BUÝT HAI TẦNG

Khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng thường chịu nhữngtải trọng dao động do bề mặt đường mấp mô sinh ra Những dao động này ảnhhưởng xấu đến người ngồi trên xe và độ bền của các chi tiết, các cụm và hệthống trên xe Do đó cần phải hạn chế các dao động không mong muốn trên

và đem lại cảm giác êm dịu khi xe chuyển động Tính êm dịu trong chuyểnđộng phụ thuộc trước hết vào hệ thống treo của xe và các kết cấu của xe sau

đó là cường độ kích động và kỹ thuật lái xe

“Hệ thống treo “là hệ thống liên kết giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ

xe Mối liên kết đó là mối liên kết đàn hồi, nhờ có các phần tử đàn hồi, nó cócác chức năng chính sau :

* Cho phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứngđối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, hạn chế đếnmức cho phép những chuyển động không muốn có khác của bánh xe (như lắcngang, lắc dọc )

* Truyền lực và mômen giữa bánh xe và khung xe : Gồm có lực thẳngđứng ( tải trọng, phản lực ), lực dọc ( lực kéo, lực phanh, lực đẩy), lực bên(lực ly tâm, lực gió bên, phản lực bên ) mômen chủ động, mômen phanh

Mối liên kết giữa bánh xe với khung, vỏ xe phải là mối liên kết mềmnhưng cũng phải đảm bảo khả năng truyền lực Quan hệ này cần có nhữngyêu cầu sau :

- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹthuật của xe như chạy trên đường tốt hoặc đường gồ ghề.

- Bánh xe có khả năng chuyển dịch trong một giới hạn không gian hạnchế

- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chínhcủa hệ thống treo đó là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phảiphá hỏng các quan hệ động lực học và động học của chuyển động bánh xe.Đặc biệt là với bánh xe dẫn hướng

- Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ

- Có độ bền cao đối với các chế độ tải trọng

- Có độ tin cậy lớn, trong điều kiện sử dụng phải phù hợp với tính năng

kỹ thuật không gặp những hư hỏng bất thường

1.1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU

- Bộ phận dẫn hướng để truyền lực dọc, ngang và mômen từ đườnglên các bánh xe Động học của bộ phận dẫn hướng xác định tính chất dịchchuyển tương đối của bánh xe đối với khung

- Bộ phận giảm chấn để dập tắt các dao động của phần được treo vàkhông được treo của ôtô

1.1.2 Phân loại

Việc phân loại hệ thống treo dựa theo các căn cứ sau :

- Theo loại bộ phận đàn hồi chia ra :

+ Loại bằng kim loại ( gồm có nhíp lá, lò xo, thanh xoắn )+ Loại khí ( loại bọc bằng cao su - sợi, màng, loại ống )

+ Loại thuỷ lực (loại ống )

+ Loại cao su

- Theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng chia ra :

+ Loại phụ thuộc với cầu liền

+ Loại độc lập

-Theo phương pháp dập tắt dao động chia ra :

+Loại giảm chấn thuỷ lực ( loại tác dụng một chiều, loại tác dụng

- Động học của bánh xe dẫn hướng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫnhướng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng

- Đảm bảo hệ số bám trung bình của bánh xe với nền đường

- Dập tắt nhanh các dao động của vỏ xe và các bánh xe khi xe chuyểnđộng trên các địa hình khác nhau.

- Giảm tải trọng động khi ô tô chuyển động trên nền đường xấu

- Độ nghiêng ngang thùng xe của ôtô nhỏ: Với ôtô buýt chạy trongđường góc nghiêng ngang cho phép 40 60

1.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Một số yêu cầu đặt ra khi thiết kế hệ thống treo cho xe buýt đó là :

- Xe buýt được sử dụng để vận chuyển hành khách đi lại với cáckhoảng cách khác nhau do vậy người ngồi, đứng và nằm trên xe có thể phân

bố không đều dẫn đến việc phân tải cho các cầu của xe cũng khác nhau

- Trong quá trình hoạt động của xe, hành khách lên xuống tại các điểm

đỗ với các độ cao khác nhau do vậy phải có sự điều chỉnh của sàn xe để thuậnlợi cho việc lên xuống

- Nâng cao tính tiện nghi của xe đó là khả năng thay đổi chiều caotrọng tâm xe trong một dải rộng

- Hệ treo có độ tin cậy cao

- Xe buýt hai tầng được dùng trong vẩn chuyển khách đường dài nênđòi hỏi độ êm dịu cao,tránh gây mệt mỏi cho hành khách đi đường đồng thờitần số dao động riêng được quản lí chặt chẽ để không gây cảm giác khó chịucho khách đi trên xe

Để đáp ứng được những yêu cầu đó, trên các xe buýt hiện nay người ta đã

sử dụng rất nhiều chủng loại hệ treo như:

1.2.1 Hệ treo cơ khí

Hệ treo cơ khí với phần tử đàn hồi là kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn

a Ưu điểm

- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ bố trí

- Cho phép chịu được tải trọng lớn

b Nhược điểm

- Sự thay đổi chiều cao lớn, trong quá trình làm việc sẽ ảnh hưởng đến tần sốdao động của xe có thể gây khó chịu cho hành khách đi trên xe Hệ treo cơ khíkhông tự động thay đổi được độ cao thân xe nên không đem lại cảm giácthoải mái và tiện nghi cho hành khách

1.2.2 Hệ treo khí nén

Với phần tử đàn hồi là buồng

khí nén có tác dụng nhiều trong các

ôtô có trọng lượng phần được treo

lớn và thay đổi nhiều như các loại

xe : xe buýt, xe tải, đoàn xe

a) Ưu điểm

Hình 1.1: Hệ treo cơ khí

Hình 1.2: Hệ treo khí nén

+ Có khả năng tự động thay đổi độ cứng của hệ thông treo (bằng cáchthay đổi áp suất khí nén bên trong phần tử đàn hồi hoặc diện tích làm việchữu ích) để cho ứng với các chế độ tải trọng khác nhau, độ võng tĩnh và tần sốdao động riêng của phần được treo là không đổi

+ Giảm được độ cứng của hệ thông treo sẽ làm độ êm dịu chuyển độngtốt hơn Một là giảm được biên độ dịch chuyển của buồng lái trong vùng cótần số thấp, hai là đẩy được sự cộng hưởng xuống vùng có tần số thấp hơn,giảm gia tốc thẳng đứng của buồng lái và giảm sự dịch chuyển của vỏ vàbánh xe

+ Đường đặc tính của hệ thống treo khí nén là phi tuyến và tăng trong

cả hành trình nén và trả, nên dù cho khối lượng phần được treo và phần khôngđược treo bị giới hạn do các dịch chuyển tương đối đi nữa thì độ êm dịu của

hệ thống treo vẫn tốt

+ Hệ thống treo khí nén còn có một ưu điểm nữa đó là không có ma sáttrong các phần tử đàn hồi, trọng lượng của phần tử đàn hồi bé và giảm đượcchấn động cũng như giảm tiếng ồn từ bánh xe lên buồng lái

+ Khi sử dụng hệ thống treo khí nén có thể thay đổi được vị trí của vỏ

xe đối với mặt đường nghĩa là thay đổi chiều cao chất tải

+ Trọng lượng của hệ thống treo này chủ yếu là ở trọng lượng bộ phậndẫn hướng và trang bị để cung cấp khí còn chính trọng lượng của bản thân bộphận đàn hồi lại rất bé

b) Nhược điểm

Nhược điểm lớn nhất đối với hệ treo khí nén đó là khả năng dẫnhướng Phần tử đàn hồi là buồng khí nén không đóng vai trò vừa là đàn hồivừa là bộ phận dẫn hướng như ở hệ treo cơ khí đối với nhíp lá Khả năngtruyền lực dọc và ngang của hệ treo khí nén là rất kém Do vậy mà phải thiết

kế cơ cấu dẫn hướng phù hợp và đảm bảo khả năng truyền lực tốt nhất

Việc điều khiển hệ thống treo khí nén có 2 loại cơ bản đó là :

- Điều khiển cơ khí : Tín hiệu điều khiển lấy từ 3 cảm biến xác định chiềucao thân xe Chiều cao thân xe thay đổi sẽ điều khiển cho van điều chỉnh hoạtđộng Ở loại này việc điều khiển thông qua van cơ khí nên có kết cấu kháphức tạp

- Điều khiển điện từ: Ở loại điều khiển điện từ này sẽ có 3 cảm biến đặt ởcầu trước và cầu sau dạng điện trở đo khoảng cách giữa cầu xe và thân xe.Các cảm biến này gửi thông tin tới bộ điều khiển trung tâm dưới dạng xungtín hiệu, các tín hiệu được xử lí và điều khiển cho van điện từ cấp và xả khínén Chiều cao thân xe luôn giữ ở một vị trí ban đầu tương ứng với tải trọngtĩnh Đồng thời van còn có khả năng điều khiển chiều cao thân xe tự động đểhành khách được lên xuống thuận lợi

1.2.3 Hệ treo thuỷ khí

Hệ treo thuỷ khí có bộ phận đàn hồi khí làm theo loại ống Telêscốp Ápsuất của khí nén truyền qua chất lỏng sẽ làm

dập tắt dao động Bộ phận đàn hồi thuỷ khí

đồng thời làm luôn cả nhiệm vụ giảm chấn

Việc làm kín chất lỏng dễ hơn làm kín đối với

khí nén cho nên bộ phận đàn hồi thuỷ khí

dùng áp suất khá cao (đến 20MN/m2) Việc

truyền lực từ bánh xe lên bộ phận khí thông

qua bộ phận thuỷ lực

Xe buýt hai tầng đã được sử dụng rộng

rãi ở các nước phát triển do những ưu điểm

riêng trong vận tải và rất thuận tiện cho việc

đi lại đồng thời có tính tiện nghi cao Một hệ

thống đóng vai trò rất quan trọng đem lại tính Hình 1.3: Hệ treo thủy khí

tiện nghi đó chính là hệ thống treo của xe

Hệ treo cơ khí có những ưu điểm riêng tuy nhiên nhược điểm đó là khó

có thể thay đổi được chiều cao trọng tâm của xe, không đem lại cảm giácthoải mái và tiện nghi cho hành khách đi trên xe

Hệ treo thuỷ khí đáp ứng được mọi yêu cầu của hệ treo cho xe buýt tuynhiên kết cấu phức tạp Trong quá trình làm việc cũng đảm bảo được khảnăng điều chỉnh độ cao của xe nhưng khi điều khiển lưu lượng dòng chất lỏng

có tác dụng chậm

Hệ treo khí nén có kết cấu buồng đàn hồi khá đơn giản và được sảnxuất hàng loạt theo tiêu chuẩn Với những ưu điểm trên nó có thể đáp ứngmọi yêu cầu trong vận chuyển hành khách đối với xe buýt

Trong đồ án này em lựa chọn hệ treo khí nén để bố trí cho xe buýt haitầng Hệ treo khí nén thiết kế cho cả cầu trước và cầu sau của xe với hệ thốngđiều khiển điện từ

1.2.4 Lựa chọn sơ đồ treo

a Hệ treo độc lập

Hệ thống treo độc lập hai bánh xe trái và phải không có quan hệ trực tiếpvới nhau Vì vậy trong khi dịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng ngang,bánh xe kia vẫn đứng nguyên Do đó động học của bánh xe dẫn hướng giữđúng hơn Hệ thống treo độc lập có thể là treo đòn ngang, đòn dọc

Hệ treo độc lập với những ưu điểm riêng phù hợp cho cầu dẫn hướng ở

xe con và xe du lịch Đặc biệt có thể bố trí ở các cầu

b Hệ thống treo phụ thuộc

Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc đó là dầm cầu cứng liên kết giữahai bánh xe Với cầu chủ động thì toàn bộ cụm truyền lực cầu xe nằm trongdầm cầu Ở cầu dẫn hướng thì dầm cầu làm bằng thép định hình liên kết dịchchuyển của hai bánh xe dẫn hướng

*) Nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc:

- Khối lượng phần không được treo lớn Tải trọng động xuất hiện sẽ gâynên va đập mạnh giữa phần không được treo và phần được treo làm giảm độ

êm dịu khi chuyển động của xe Ngoài ra các bánh xe sẽ mất đi khả năng bámhay làm giảm sự tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường

- Khoảng không gian dưới gầm xe thấp nên có thể gây va đập

- Dầm cầu cứng nối liền hai bánh xe, trong quá trình chuyển động nếuphản lực tác dụng từ mặt đường lên hai bánh xe là khác nhau sẽ gây nên cácchuyển vị phụ làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của cầu xe và động học chuyểnđộng của xe

*) Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc :

- Dầm cầu cứng liên kết các bánh xe nên trong quá trình chuyển độngvết bánh xe được cố định do vậy mà giảm được độ mòn của lốp do trượtngang của bánh xe so với hệ treo khác

- Dưới tác dụng của các thành phần lực bên như : lực ly tâm , lực gióbên, thành phần lực sinh ra khi xe chuyển động trên đường nghiêng, các bánh

xe được liên kết cứng với dầm cầu nên hạn chế rất lớn khả năng trượt ngangcủa bánh xe

- Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành thấp.Với những ưu điểm như vậy hệ treo phụ thuộc được sử dụng rộng rãitrên xe tải, xe con, xe khách, xe buýt Xe buýt chạy trên đường tốt thành phố,vận tốc chuyển động của ôtô không lớn nên bố trí hệ thống treo phụ thuộc làphù hợp

*) Kết cấu treo trước phụ thuộc

- Sử dụng đòn Panhada : Đòn Panhada được sử dụng cho phép dịchchuyển cầu xe theo các phương dọc và ngang là nhỏ nhất

- Hệ treo hỗn hợp kim loại và khí nén : Khi đó nhíp lá sẽ đảm nhận nhiệm vụ

dẫn hướng Vấn đề điều chỉnh độ cao tĩnh phù hợp với mọi điều kiện hoạtđộng của ôtô do phần tử đàn hồi khí nén đảm nhận

- Sử dụng cơ cấu dẫn hướng hình bình hành có đòn trên dạng chữ V để

có khả năng chịu lực ngang và lực dọc Ta sẽ lựa chọn phương án bố trí nàycho hệ treo phía trước của xe

*) Kết cấu treo sau phụ thuộc

Dùng 2, 4 buồng đàn hồi dạng gấp và hai đòn dẫn hướng hình bình hànhvới các đòn ngang bố trí tam giác, đảm bảo khả năng truyền tốt lực bên Đối

Hình 1.5 Treo trước Panhada

Hình 1.4 Treo trớc hỗn hợp

với hệ treo sau là hệ treo cầu kép phụ thuộc ta cũng có thể bố trí theo kiểu sau:

Hình 1.8 Treo sau sáu buồng

Hình 1.9 Treo sau tám buồng

Hình1.6 Treo sau bốn buồng

Số buồng phân bố cho mỗi cầu phụ thuộc vào tải trọng tính toán ứngvới tải trọng định mức cho phép của buồng đàn hồi và cách bố trí không giangầm xe.

1.3 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA XE

- Chiều dài tổng thể của xe : 14,4 (m)

- Chiều rộng tổng thể của xe: 2,5 (m)

- Chiều cao tổng thể của xe : 4,2 (m)

- Chiều dài cơ sở của xe : 7,5 (m)

- Trọng lượng của xe khi đầy tải : G =25513 (Kg)

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN CHO

XE BUÝT HAI TẦNG 2.1 CƠ SỞ LÍ THUYẾT HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN

Hệ thống treo khí nén thực chất là hệ thống treo cơ bản với phần tử đànhồi là buồng đàn hồi khí nén, trong đó có môi chất là khí nén Hệ thống treokhí nén làm việc đảm bảo mọi yêu cầu như đối với các hệ thống treo khác tuynhiên với việc bố trí hệ thống treo khí nén trên xe buýt ngoài những ưu điểmriêng nó còn có khả năng nâng cao tính tiện nghi cho xe Mặt khác do đặc thùcủa loại treo khí nén là buồng đàn hồi không đảm nhận thêm vai trò dẫnhướng như đối với hệ treo cơ khí nên không thể truyền được lực ngang, lựcdọc của xe Do vậy đối với hệ treo này phải có hệ thống các đòn dẫn hướngriêng biệt

2.1.1 Cơ sở lý thuyết của bộ phận đàn hồi

Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo khí nén có dạng buồng, bên trong cómôi chất là khí nén, áp lực khí nén được tạo ra phụ thuộc vào tải trọng bênngoài

Với :

- Fp : Tải trọng đặt lên buồng đàn hồi

- pa : Áp suất khí quyển

- p : Áp suất khí nén trong buồng đàn hồi

- S : Diện tích làm việc buồng đàn hồi

Hình vẽ 2.1:

Fp = (p -pa)S (2.1)Hay là : Fp = pzS

Trong đó : ps là áp suất khí nén ở trạng thái tĩnh

Mối quan hệ của Fp và z được thể hiện qua đồ thị sau :

Hình2.1 Sơ đồ tính toán

Với loại buồng gấp, trong khoảng làm việc nhất định, buồng đàn hồi khi bịnén lại có thể làm giảm diện tích làm việc, do đó cần thiết phải tạo dángpittong một cách thích hợp

Trên đường đặc tính trên xác định tại z = 0, tương ứng với chiều cao tĩnhcủa của buồng đàn hồi, quan hệ của áp suất pz là không thay đổi Trong thực

tế các đường cong này còn xác định sao cho: áp suất pz được giữ cho khôngthay đổi (khoảng 0,5 Mpa) Như vậy quan hệ giữa F và z ở trạng thái tĩnh chovới áp suất không đổi

Sự biến đổi của S theo khoảng nhỏ dz gọi là hệ số biến đổi diện tích làmviệc U:

U=dS dz (2.3) Khi z = 0, áp suất khí nén khoảng 0,5 Mpa Giá trị của U như sau:

U > 0 – diện tích làm việc tăng lên,

U = 0 – diện tích làm việc không thay đổi,

U < 0 – diện tích làm việc giảm đi

Hình 2.2 Quan hệ của F v z à z a) Bu ồng xếp b) Bu ồng gấp

Giá trị U có thể biểu thị nhờ thể tích không gian bên trong Nếu như thểtích làm việc giảm xuống, có quan hệ về sự biến đổi thể tích nhỏ của buồngkhí nén:

V d

U   ( gọi là hệ số biến đổi diện tích khi thay đổi chiều cao)

a Đặc tính tải của buồng đàn hồi

Quan hệ S = f(z), S = f(pP) hay V= f(z) được gọi là đặc tính hình học củabuồng đàn hồi

Ở trạng thái tĩnh buồng đàn hồi được đặc trưng bởi các thông số :

 Chiều cao tĩnh của buồng đàn hồi Hs (chiều cao cần đạt của buồngđàn hồi)

 Tải trọng tĩnh của buồng đàn hồi Fs

 Áp lực khí nén trong buồng đàn hồi pp

 Diện tích làm việc Ss hay là hệ số biến đổi diện tích làm việc Us Dưới tác dụng của tải trọng đặt lên buồng đàn hồi chiều cao buồng đànhồi biến đổi thường xuyên, dẫn tới thay đổi giá trị diện tích làm việc và thểtích của buồng đàn hồi Cả hai giá trị này chịu ảnh hưởng của kết cấu buồngđàn hồi (dạng của pittông) Khi thay đổi thể tích dẫn tới thay đổi áp suất trongbuồng đàn hồi Coi khí nén trong buồng đàn hồi là khí lí tưởng và biến đổituân theo quá trình đa biến Ta có phương trình trạng thái biểu thị quan hệ của

áp suất và thể tích

p.Vn = const (2.4)Quan hệ của các trạng thái:

ps.Vsn = p.Vn (2.5)Trong đó :

- ps = pPs+ pa : Áp suất tuyệt đối của khí nén ứng với chiều caotĩnh buồng đàn hồi

- p = pP + pa : Áp suất tuyệt đối của khí nén ứng với chiều caothay đổi của buồng đàn hồi

Thay vào công thức (2.5) và biến đổi :

p P = ps a a

n

s ( p p ) p V

- pps : Áp suất buồng đàn hồi ở chiều cao tĩnh Hs

- pp : Áp suất buồng đàn hồi ở chiều cao tức thời

- V : Thể tích buồng đàn hồi ở chiều cao tức thời

- Vs : Thể tích buồng đàn hồi ở chiều cao tĩnh

- n : Trị số mũ đa biến của phương trình trạng thái khí lí tưởng

Để giả thiết trên là đúng thì khí nén trong buồng đàn hồi phải thỏa mãn giảthiết sau : Khi biến dạng, lưu lượng của buồng đàn hồi không thay đổi, tức làkhi làm việc buồng đàn hồi không nạp và xả khí nén bằng van điều chỉnh Khi bị nén, piston di chuyển một đoạn z Thể tích buồng khí nén ở trạngthái tức thời : V= Vs – S.z

Ta có: p P =

n

s

s s s

n s

z S V

V p p V

s p p V

V

S (2.7)

Trong công thức (2.7) V= f(z) (bỏ qua sự thay đổi nhỏ của S bởi sự thayđổi của áp suất) Quan hệ này có thể biểu biễn bằng đồ thị đối với áp suất haylực tác dụng (pp = f(z))

Quan hệ F= f(z) gọi là đặc tính tải của buồng đàn hồi

Hệ số mũ đa biến n phụ thuộc vào tốc độ thay đổi thể tích của buồng đànhồi, nhiệt độ môi trường, tốc độ dòng khí của môi trường

Ta có thể giả thiết như sau :

- Khi xe chạy trên đường không bằng phẳng, sự thay đổi thể tích nhanh

n = 1,38 (hay 1,40) Ứng với trạng thái pVn = const

- Khi chạy vào đường vòng hoặc quay vòng (có sự nghiêng ngangthân xe) sự thay đổi thể tích chậm n = 1 Ứng với trạng thái pV = const

- Quan hệ F= f(z) khi n = 0 Ứng với trạng thái pp = const

Ta có đường đặc tính tham khảo :

Hình 2.3.

Đặc tính tải của phần tử đ n h à z ồi khí nén

Đường cong khi n = 1,0 gọi là đặc tính tải tĩnh của buồng đàn hồi.

Đường cong khi n = 1,4 gọi là đặc tính tải động của buồng đàn hồi

Vd này vào thì thể tích tại trạng thái

tĩnh là: Vs+Vd, khi chiụ tải thay đổi

là V+Vd Nhu vậy:

F= p p S

V V

V V

a s n

d

d s

Phương trình này gọi là đặc tính tải của buồng

đàn hồi có bình khí phụ Cùng với sự tăng cuả

Vd tỷ lệ

d

d s

V V

V V

V V

V V





1

 , hay là F= f(z) có quy luật giống quy luật khi n = 0

Đường cong này biểu diễn trên hình 2.5

ph ụ

b Độ cứng của phần tử đàn hồi khí nén

Độ cứng của buồng đàn hồi có thể xác định từ đường đặc tính tải trọngthực nghiệm bằng cách xây dựng đường tiếp tuyến của đường cong F= f(z) tạiđiểm khảo sát Công thức của nó được tính toán tại lân cận điểm z = 0 như

trên hình vẽ , với : C = F ( z10 10 ) F ( z0 )

(2.9)

Mặt khác độ cứng của buồng đàn hồi còn được xác định theo lí thuyết

Định nghĩa độ cứng như sau: C=dF dz 

) z S V (

S V p n dz

dF





 (2.10)

Từ (2.10) ta thấy độ cứng của phần tử đàn hồi C bao gồm hai thành phần:

Độ cứng do thay đổi thể tích V, độ cứng do thay đổi diện tích S

Độ cứng thể tích tạo nên bởi sự thay đổi thể tích và phụ thuộc vào áp suấttuyệt đối ps và áp suất khí nén pps

Hình 2.6 Xác định độ cứng của buồng đ n h à z ồi

Độ cứng diện tích được tạo nên bởi sự thay đổi diện tích làm viêc hữu ích.

Sự giảm thấp độ cứng C trong thực tế được tiến hành bằng sự thay đổi diệntích làm việc của pittông

Ở trạng thái tĩnh (z = 0) độ cứng của buồng đàn hồi được xác định:

Cs =

s

2 s

V

S p n

V

S ) S p F (

a

S p F

S p F





Độ cứng của phần tử đàn hồi khi đó :

Cz =

V

S ) S p F (

Tần số dao động riêng của phần khối lượng được treo có thể xác định khi

đã biết độ cứng của phần tử đàn hồi :

Ở trạng thái tĩnh tần số dao động riêng được đĩnh nghĩa :

o =

m

C s = ( p C . p g ) S

a s

s

 (2.14) Thay độ cứng tĩnh của phần tử đàn hối:

os =

s a

s p ) V p

(

S g p n

 (2.15) Như vậy muốn có tần số thấp thì cần có thể tích buồng đàn hồi lớn Tần sốdao động riêng ở tại một vị trí nhất định không phụ thuộc vào tải trọng đặt lênbuồng đàn hồi

Tần số dao động riêng ở trạng thái làm việc:

z s

F C

F C

m

(2.17)

Nếu bỏ qua ảnh hưởng của áp suất khí quyển, thỉ tần số dao động riêngcủa hệ thống khi tăng tải trọng sẽ tăng theo căn bậc hai của sự tăng khốilượng dao động, xe có tải sẽ có đặc tính xấu hơn khi không tải xét về tính tiệnnghi êm dịu

Chúng ta giả thiết rằng: khi thay đổi tải trọng thể tích buồng đàn hồikhông biến đổi (nhưng khối lượng khí nén gia tăng), thì độ cứng của phần tử

z s

F C

F C

d So sánh buồng khí nén và nhíp lá

Bộ đàn hồi khí nén thường dùng trên xe buýt (có chiều cao ổn định thuậnlợi cho việc lên xuống ôtô và nâng cao tiện nghi cho hành khách) Sau này hệthống này còn dùng cho cả xe tải, đoàn xe Trên xe con không dùng phươngpháp này vì không có nguồn khí nén, ngoại trừ truờng hợp của xe RenaultVesta 2 So sánh chung thông qua đồ thị:

2.1.2 Một số dạng buồng khí nén tiêu chuẩn

Ngày nay tồn tại hai loại buồng đàn hồi (hình vẽ ):

- Buồng xếp ( hình a )

Hình 3.8 So sánh độ cứng v t à z ần số Hình3.9 So sánh sự đ n h à z ồi

- Buồng gấp ( hình b )

Buồng đàn hồi dạng xếp có từ 2

đến 4 lớp sóng, không có pittong

thực Các lớp sóng được định dạng

nhờ các vòng kim loại và có khả năng

chống biến dang va đập cao Tuổi thọ

hiện nay chừng 500.000km

Độ cứng theo chu vi của lớp cao su khá lớn Buồng đàn hồi dạng này chỉ

có khả năng biến dạng theo chiều cao

Buồng chứa khí dạng trụ gấp là dạng có pittông, còn được gọi là buồngdạng màng Pittông được dịch chuyển trong khi đàn hồi Đồng thời cũng tạonên khả năng biến dạng hướng kính lớn Bởi vậy tuổi thọ của vật liệu đòi hỏicao

Hình dáng của pittông cũng phải phù hợp với hình dáng của buồng chứakhí dạng trụ, hay côn Bên trong có thể có lò xo phụ Ngoài việc sử dụng cho

hệ thống treo buồng đàn hồi dạng nay còn thấy trong bộ treo buồng lái trênôtô tải hay trên đệm đỡ gối đỡ mâm xoay xe bán moóc Loại buồng này ngàynay được dùng rộng rãi vì khả năng thay đổi diện tích làm việc lớn

+ Buồng xếp

Hình 2.11 Các loại buồng xếp tiêu chuẩn

Hình 2.10 Các dạng buồng đ n à z

Kiểu F max

(kN)

F kN p=0,5Mpa

Trả (Mm)

V (dm 3 )

D max Mm

f s mm

Nén mm

Trả mm

V

dm 3

p max/min Mpa

B152 28,5 20 300 345 200 125 11,0 0,7/0,03 4,0

2.2 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ TREO TRƯỚC

2.2.1 Tính toán các thông số sơ đồ hệ treo trước

a Chọn buồng khí nén cho hệ treo trước

Buồng khí nén (balông) được sản xuất hàng loạt theo tiêu chuẩn Vớiphạm vi của đồ án tốt nghiệp ta không thiết kế tính toán buồng khí nén mới

mà ta chọn loại buồng khí nén phù hợp đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của hệthống treo

Tải trọng phân bố lên cầu trước : Gt = 53400(N)

Căn cứ vào bảng chọn buồng khí nén tiêu chuẩn đã trình bày ở phầntrên ta chọn buồng khí nén sau :

Kí hiệu: B70 ( loại buồng gấp) với các thông số :

Ta có thể xác định độ võng tĩnh theo tần số dao động riêng n của hệ thốngtreo Với tần số dao động hạn chế đối với xe buýt chạy trong thành phố là :n=6090 (lần /ph)

(với ôtô buýt) ts 0,8 1, 2

tt

f

f   Tải trọng tĩnh tác dụng lên đầu trục bánh xe Zt ở cầu trước:

Zt=2

c Tính chọn giảm chấn cho hệ treo trước

Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn tại bánh xe ở cầu trước k

k= C t.m

Trong đó:

-  : Hệ số dập tắt dao động Hệ số dập tắt dao động thể hiện mối tươngquan giữa hai đại lượng đặc trưng cho hệ thống treo là hệ số cản của giảmchấn và hệ số cứng của bộ phận đàn hồi Ta lấy  = 0,30

- m: Khối lượng phần treo trên một bánh xe:

m =Z t m bx.9,81(N)

- g = 9,81(m/s2) : Gia tốc trọng trường

- mbx: Khối lượng một bên của bánh xe (kg)

Ở cầu trước (cầu 1): m1=26700 170.9,81 25032,30( )  N

Hệ số cản trung bình của giảm chấn tại bánh xe là :

k= C t.m =0,30 108979,60.25032,30 15669,10  (Ns/m)

Ở cầu trước, giảm chấn được bố trí thẳng đứng trong cả 2 mặt phẳng nên

kg/c=k=15669,10(Ns/m)Hành trình của giảm chấn : fg/c= f = 0,3234(m)

Xác định hệ số cản khi trả và khi nén :

Ta có: kn + kt = 2kg/c

Trong đó:

- kt: Hệ số cản của giảm chấn trong hành trình nén

- kn: Hệ số cản của giảm chấn trong hành trình trả

Lấy kt=5kn

Vậy : kn=1

3 kg/c = 5223,03(Ns/m) ; kt= 26115,17 (Ns/m)Lực cản ở 0,524(m/s) với hành trình nén là:

giảm chấn ta chọn loại giảm hai lớp vỏ kiểu T50 của hãng BOGE với cácthông số như sau :

dtrục= 20(mm) = 0.02(m) ; dpiston= 50(mm) = 0.05(m) ;

dvỏ= 72(mm) = 0.072(m) ; H (hành trình làm việc max) = 300(mm) = 0.3(m)

Ta sẽ bố trí 4 giảm chấn cùng loại cho hệ treo trước

d Sơ đồ treo trước

Hệ treo cho cầu trước là hệ treo phụ thuộc với các đòn dẫn hướng bố trítheo dạng hình bình hành Đòn phía trên bố trí dạng chữ V để chịu tải trọngdọc và ngang Đòn phía dưới chịu tải trọng dọc

Sơ đồ như sau :

2.2.2 Chế độ tải trọng tính toán phần tử dẫn hướng

a Trường hợp lực phanh cực đại

Trên sơ đồ phân tích lực, tồn tại lực Z,X nhưng tính với giá trị cực đại(Vắng mặt Y) Trong đó :

- Z: Phản lực theo phương thẳng đứng tác dụng lên bánh xe

Hình 2.13: Sơ đồ treo trước

. 1

1G m Z

tt 



Ztt: Tải trọng thẳng đứng tính toán cho một bên bánh xe

G1: Trọng lượng tĩnh đặt lên cầu trước; G1=53400(N)

mp1:Hệ số phân bố tải trọng tính khi phanh gấp

b g

h J

.

1

1   Trong đó :

- J p g : Gia tốc phanh

- g = 9,81(m/s2): Gia tốc trọng trường

-  = 0,80 : Hệ số bám dọc( đường nhựa bê tông )

- hg: Chiều cao trọng tâm xe hg= 1,72(m)

- a : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước

Kết quả tính toán được a = 1,56(m)

1 1 . 1 0,8.1, 70 1,86

1,56

g p

h m

+ XPmax : Lực phanh lớn nhất tác dụng tại điểm tiếp xúc củabánh xe với mặt đường

b Trường hợp chịu lực ngang cực đại

Trong trường hợp này tồn tại hai thành phần lực :

- Z: Thành phần phản lực tác dụng từ mặt đường lên bánh xe

- Y: Thành phần lực ngang

Không xét đến sự ảnh hưởng của lực dọc X

Giá trị của Z và Y được xác định như sau:

1 1

1

2 1 2

g Y

h G

1

2 1 2

g Y

h G

Khi xe chịu tác dụng của lực ngang thì phản lực từ mặt đường lên bánh

xe ở bên trái và bên phải có giá trị khác nhau Khi tính toán ta lấy trườnghợp phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe là lớn nhất

1 1

1

2 1 2

g Y

h G

c Trường hợp chịu tác động của tải trọng động

Trong sơ đồ tính toán chỉ có lực Z, không xét đến sự ảnh hưởng của thànhphần lực X và Y

Khi tính toán ta sử dụng công thức: Z Z k t. d

Trong đó :

- Zt: Tải trọng tĩnh tác dụng lên bánh xe trên cầu trước :

Các thông số của thép :

b Tải trọng tác dụng lên các thanh dẫn hướng của hệ treo trước

Sơ đồ phân tích lực như hình vẽ :

- Phản lực thẳng đứng Z tác động lên bánh xe thông qua dầm cầu cứngtác dụng trực tiếp lên bộ phận đàn hồi Có thể coi bỏ qua tác động của tảitrọng thẳng đứng lên bộ phận giảm chấn Các đòn dẫn hướng phía trên và

Hình 2.14: Sơ đồ phân tích lực hệ treo trước

dưới bắt với dầm cầu cứng thông qua các khớp cầu, do vậy không chịu tácdụng của thành phần lực Z.

- Thành phần lực dọc tác dụng lên bánh xe là lực phanh sinh ra tại cácbánh xe Thành phần lực này sẽ tác động lên đòn dẫn hướng phía trên vàdưới

Ta xác định các thành phần lực dọc tác dụng lên thanh ( thanh chỉ chịukéo hoặc nén)

Lực phanh XP gây nên tải trọng lên khớp trên và dưới : Xxt và Xxd

' 113660( )cos30

-Thành phần lực ngang xuất hiện khi xe đi trên đường ngang hoặc khi

xe quay vòng Đòn dẫn hướng được bố trí dạng chữ V để chịu lực ngang

Sơ đồ phân tích lực

Ta có : '

cos

Y Y

2.3 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ TREO SAU

2.3.1 Tính toán các thông số của sơ đồ hệ treo sau

a Chọn buồng khí nén cho hệ treo sau

Tải trọng đặt lên cầu sau khi đầy tải : Gs = 201730(N)

Hình 2.15: Sơ đồ phân tích lực cho đòn phía trên

Căn cứ vào bảng chọn buồng khí nén tiêu chuẩn đã trình bày ở phầntrên ta chọn buồng khí nén sau :

Kí hiệu: B115 ( loại buồng gấp) với các thông số :

là p = 0,5(Mpa) Nếu ta chọn giá trị đó sẽ ảnh hưởng đến vùng dao động vớitần số thấp của xe sẽ gây cảm giác khó chịu cho khách đi trên xe Do vậy taphải điều chỉnh độ võng tĩnh của buồng khí nén đạt giá trị cho phép là ft =0,25(m) ứng với tần số dao động cho phép là 60(lần/ph) bằng cách điều chỉnhgiảm áp suất ban đầu cấp vào buồng khí nén Sự điều khiển này thông qua cácvan điện tử điều chỉnh áp suất khí nén cấp vào buồng

Tải trọng tĩnh tác dụng lên một đầu trục bánh xe Zs:

f = ft+fđ = 0,325(m)

c Tính chọn giảm chấn cho hệ treo sau

Hệ số cản trung bình của giảm chấn tại bánh xe ở cầu sau được xác địnhtương tự như đối với cầu trước:

k =  C t.m Trong đó:

-  : Ta lấy  = 0,30 như đối với hệ treo trước

- m: Khối lượng phần treo trên một bánh xe:

Xác định hệ số cản khi trả và khi nén : kt = 5kn

Vậy : kn=1

3 kg/c =9916,50(Ns/m) ; kt=49582,40 (Ns/m)Lực cản ở hành trình nén là: Fn= kn.v = 18930(N)

Lực cản ở hành trình trả: Ft = kt.v = 25980(N)

Căn cứ vào việc xác định được lực cản trung bình của giảm chấn ởhành trình nén, trả và hành trình làm việc của giảm chấn Căn cứ vào bảngchọn giảm chấn theo tiêu chuẩn ta chọn kiểu:

Kiểu T70 của hãng T&F với các thông số như sau :

dtrục =0,022(m) ; dpiston= 0,070(m) ; dvỏ= 0,090(m)

H (hành trình làm việc max) = 0,3 (m)

d Sơ đồ treo sau

Hệ treo ở cầu sau là hệ treo cầu kộp phụ thuộc với cỏc đũn dẫn hướng

bố trớ theo dạng hỡnh bỡnh hành Đũn phớa trờn bố trớ dạng chữ V để chịu tảitrọng ngang, đũn phớa dưới chịu tải trọng dọc

1: Buồng đàn hồi khí nén 3: Đòn dẫn h ớng 2: Giảm chấn 4: Cầu chủ động

4

3

2.3.2 Chế độ tải trọng tớnh toỏn phần tử dẫn hướng

Ở cầu sau cú 2 cầu đều là cầu chủ động bố trớ dạng cầu kộp với cỏc kếtcấu dẫn hướng như nhau chỉ thay đổi phương cỏc kết cấu, khụng mất tớnhtổng quỏt khi tớnh toàn ta sẽ tớnh toỏn cho cầu 3

a Trường hợp lực kộo cực đại

Hỡnh 2.16:Sơ đồ hệ treo sau cầu kộp phụ thuộc

Vậy 1, 6.100865

80690( )2

tt

-X: Thành phần lực kéo cực đại:

X = Xmax = Ztt  = 80690.0,7 = 56480(N)

b Trường hợp chịu lực ngang cực đại

Các thành phần lực : Z, Y, không xét đến sự ảnh hưởng của lực dọc X Giá trị của Z và Y được xác định như sau:

2.3.3 Tính toán thiết kế bộ phận dẫn hướng

a Chọn vật liệu

Để thuận lợi trong công nghệ chế tạo chi tiết và tăng tính kinh tế ta sẽthống nhất dùng một loại vật liệu chế tạo thanh dẫn hướng cho cả hệ thốngtreo trước và sau

Vật liệu là thép C35V

b Tải trọng tác dụng lên các thanh dẫn hướng của hệ treo sau

- Thành phần lực dọc lớn nhất lúc này là lực kéo Xk, gây nên tải trọngtại các khớp trên và dưới : Xkt và Xkd (hình vẽ)