Tính toán thiết kế hệ thống treo khí nén xe khách

+ Bộ phận đàn hồi có tác dụng êm dịu sự chuyển động của thân xe khi đi trên đường bằng cách biến đổi tần số dao động giữa hai phần tử của hệthống treo thành tần số dao động thích hợp , p

MỤC L

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO 1

1.1.Khái niệm 1

1.1.1.Độ êm dịu chuyển động của ô tô 1

1.1.2 Các thông số tương đương 1

1.2.Công dụng, phân loại 2

1.3 Phân tích một số kết cấu hệ thống treo 3

1.3.1 Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng lá nhíp 3

1.3.2 Hệ thống treo bộ phận sử dụng lò xo 4

1.3.3 Hệ thống treo đàn hồi sử dụng khí nén 5

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế 7

1.4.1 Lựa chọn giảm chấn 8

1.4.2 Giảm chấn một lớp vỏ 8

1.4.3 Giảm chấn 2 lớp vỏ 10

1.5 Thông số kỹ thuật cơ bản của xe HYUNDAI AERO SPACE 12

CHƯƠNG 2.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO 13

2.1 Hệ thống treo khí nén 13

2.1.1 Cơ sở lý thuyết của bộ phận đãn hồi 13

2.1.2 Một số buồng khí nén theo tiêu chuẩn 22

2.2 Tính toán thiết kế bộ phận đàn đồi 24

2.2.1.Chọn buồng khí nén 24

2.2.2 Xác định một số thông số dao động 24

2.3Tính toán giảm chấn 25

2.3.1 Tính toán hệ số cản và lực cản 25

2.3.2 Xác định kích thước cơ bản của giảm chấn 27

2.3.3 Kiểm nghiệm nhiệt độ 28

2.3.4 Tính toán van tiết lưu 29

2.3.5 Xây dựng đặc tính của giảm chấn 31

2.4 Tính toán bộ phận dẫn hướng 32

2.4.1 Chế độ tải trọng 32

2.4.2 Tính toán bộ phận dẫn hương 35

CHƯƠNG 3 CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỢNG VÀ 40

SỬA CHỮA HỆ THÔNG TREO 40

3.1 Nhưng yêu cầu của hệ thống treo cơ cấu điều khiển khí nén 40

3.2 Các trạng thái tải trọng đặt lên hệ thống treo khí nén 40

3.2.1 Khi giảm tải trọng 40

3.2.2 Tải trọng tự nhiên 41

3.2.3 Khi tăng tải 41

3.3 Hệ thống cung cấp khí nén 42

3.4.Hệ thống đàn hồi khí nén điều khiển điện tử 43

3.4.1 Cảm biến vị trí: 44

3.4.2 Bộ chuyển đổi tín hiệu và các dạng tín hiệu điều khiển 44

3.4.3 MICROCOMPUTER: 45

3.4.4.Các bộ nhơ ( MEMORY): 46

3.4.5 Bộ xử lý 46

3.4.6.Tín hiệu điều khiển 46

3.5 Một số tiêu chuẩn trong kiểm tra hệ thống treo 47

3.5.1 Tiêu chuẩn về độ ồn 47

3.5.2 Tiêu chuẩn về độ bám đường của ECE 48

3.6 Đánh giá chất lượng hệ thống treo 49

3.6.1 Chất lượng của hệ thống treo 49

3.6.2 Độ bám dính bánh xe trên nền đường 50

3.7 Phương pháp và thiết bị chẩn đoán 52

3.7.1 Bằng quan sát 52

3.7.2 Chẩn đoán trên đường 52

3.7.3 Đo trên bệ chẩn đoán chuyên dụng 54

3.8 Bảo dưỡng sữa chữa và biện pháp khắc phục hư hỏng của của hệ thống treo khí nén 57

3.9 Chẩn đoán hệ thống treo khí 73

3.10 Các hư hỏng phần tử đàn hồi khí nén 76

KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH MỤC HÌNH ẢNHY

Hình 1.1 hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá 5

Hình 1.2 hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo 6

Hình 1.3 hệ thống treo trước phụ thuộc sử dụng balon khí nén 6

Hình 1.5 sơ đồ bố trí hệ thống treo 8

Hình 1.6:sơ đồ cấu tạo của giảm chấn 1 lớp vỏ 9

Hình 1.7- giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ 11

Hình 2.1 sơ đồ tính toán 13

Hình 2.2: quan hệ của f và z 14

Hình 2.3: đặc tính tải của phần tử đàn hồi khí nén 17

Hình 2.4: buồng thể tích phụ 18

Hình 2.5: ảnh hưởng của buồng thế tích phụ tới đặc tính tải 18

Hình 2.6: xác định độ cứng của buồng đàn hồi 19

Hình 2.7: các dạng buồng đàn hồi 22

Hình 2.8 các kích thước cơ bản của giảm chấn 27

Hình 2.9: mặt cắt của piston giảm chấn 29

Hình 2.10:sơ đồ phân tích lực khi xe chịu lực ngang cực đại 34

Hình 2.11: sơ đồ phân tích lực hệ treo trước 36

Hình 2.12: sơ đồ phân tích lực của đòn trên 38

Hình 3.1 trạng thái giảm tải của hệ treo 40

Hình 3.2 trạng thái tự nhiên của hệ treo 41

Hình 3.3 trạng thái đầy tải của hệ treo 42

Hình 3.4 nguyên lý làm việc điều khiển van điện từ 43

Hình 3.5 sơ đồ mạch điện của bộ cảm biến vị trí 44

Hình 3.6 các dạng tín hiệu điều chỉnh 45

Hình 3.7 sơ đồ khối microcomputer 45

Hình 3.8 tín hiệu điều khiển và mạch điều khiển 46

hnh 3.9 tiêu chuẩn về độ bám đường 49

hnh 3.10 qúa trình biến đổi zđ theo t, và mật độ sác xuất 50

Hình 3.11 sơ đồ đo độ ồn ngoài 53

hnh 3.12 sơ đồ nguyên lý bộ gây rung thuỷ lực 55

Hình 3.13 bị lủng do bị vật nhọn đâm vào 76

Hình 3.14 bị bung ra khỏi vành do làm việc quá tải 77

Hình 3.15 bị bung ra ngoài 77

Hình 3.16 bị đứt ở đế 78

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kinh tế quốc dân đòi hỏi cần chuyên chở khối lượng lớn hàng hóa và hành khách Tính cơ động cao, tính việt dã và khả năng hoạt động trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ôtô trở thành một trong những phương tiện chủ yếu để chuyên chở hàng hóa

và hành khách Ôtô và mặt đường là hai đối tượng có quan hệ mật thiết với nhau Nằm giữa mối quan hệ tương tác này là hệ thống treo Khi ôtô là đối tượng quan sát, mặt đường là tác nhân thì hệ thống treo có tác dụng giảm va đập lên thân xe từ kích thích từ mấp mô biên dạng mặt đường, nâng cao độ

êm dịu của ôtô, độ bám mặt đường của bánh xe, độ an toàn chuyển động của ôtô Khi đường là đối tượng quan sát, mấp mô mặt đường kích thích ôtô dao động gây ra tải trọng động tác động lại xuống mặt đường Việt Nam là một nước đang phát triển, đang trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nên việc xây dựng các khu công nghiệp, các nhà máy và các công trình xây dựng diễn ra khắp nơi và hầu hết các nguyên vật liệu, hàng hóa phục

vụ cho sự phát triển đó đều được vận chuyển trên các xe tải là chủ yếu Nước

ta với địa Hình trải dài từ Bắc vào Nam cơ sở hạ tầng, mạng lưới giao thông đường bộ còn nhiều yếu kém, đường xá với biên độ mấp mô bề mặt lớn do đó ảnh hưởng lớn đến kết cấu Vì vậy việc thiết kế hệ thống treo trên xe ôtô là một công việc hết sức cần thiết hiện nay.

Sau một thời gian làm đồ án tốt nghiệp, với cố gắng của bản thân và sự

hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo PGS TS Lê Văn Quỳnh, cũng như sự giúp đỡ của các bạn, em đã hoàn thành đồ ‘tính toán thiết kế hệ thống treo khí nén xe khách’ Trong quá trình làm đồ án, do trình độ và kiến thức còn

hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn.

Trân thành cảm ơn

Thái Nguyên ngày ….tháng 01 năm 2022

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO

1.1.Khái niệm

1.1.1.Độ êm dịu chuyển động của ô tô

Hệ thống treo là một bộ phận trên ô tô, liên kết giữa phần được treo vàkhông được treo ,khi chuyển động trên đương không bằng phẳng ô tô sẽ bịmặt đường tác động rung lắc và đa phần những rung lắc đó mang lại cảm giáckhó chịu cho người sử dụng ,để đánh giá độ dao động rung lắc đó người tadùng khái niệm độ êm dịu chuyển động

Độ êm dịu chuyển động của ô tô được hiểu là khả năng xe chuyển độngtrên đường ở những tốc độ khác nhau,cung đường khác nhau mà không xảy ra

va đập,rung động có thể ảnh hưởng tới sức khỏe của người lái xe,hànhkhách,hàng hóa trên xe và độ chính xác của các kết cấu trên ô tô

1.1.2 Các thông số tương đương

Kết cấu hệ dao động ô tô gồm :

- Khối lượng phần được treo là toàn bộ khối lượng thân xe đươc đỡ bởi

hệ thống treo,nó bao gồm khung vỏ,động cơ,hệ thống truyền lực

+ Sự lắc dọc(pitching _sự xóc nảy theo phương thẳng đứng) là sự daođộng lên xuống của phần trước và phần sau của xe quanh trọng tâm của xe.

1.2.Công dụng, phân loại

a) Công dụng

HTT thực hiện các nhiệm vụ trung sau:

+ Liên kết mềm giữa bánh xe và thân xe, làm giảm tải trọng động thẳngđứng tác dụng lên thân xe và đảm bảo bánh xe lăn êm dịu trên mặt đường.+ Truyền lực từ bánh xe lên thân xe và ngược lại, đẻ xe có thể chuyểnđộng đồng thời đảm bảo sự chuyển dịch hợp lý vị trí của bánh xe so với thùngxe

+ Dập tắt nhanh các dao động của mặt đường tác động lên thân xe

là độc lập đối với thùng xe (khi một bánh xe chuyển vị không sảy ra chuyển

vị liên kết của bánh xe còn lại)

Các bộ phận chính của HTT

HTT bao gồm ba bộ phận chính: đàn hồi, dẫn hưỡng, giảm chấn

+ Bộ phận đàn hồi có tác dụng êm dịu sự chuyển động của thân xe khi

đi trên đường bằng cách biến đổi tần số dao động giữa hai phần tử của hệthống treo thành tần số dao động thích hợp , phù hợp với trạng thái sinh lý củacon người

+ Bộ phận dẫn hưỡng có nhiện vụ:

Xác định quan hệ dịch chuyển tương đối của bánh xe so với thùng xe,cho phép dịch chuyển theo phương thẳng đứng và hạn chế các chuyển dịchkhác không mong muốn của bánh xe.

Truyền lực và mô men từ bánh xe lên thùng xe hoặc khung xe

Bộ phận giảm chấn dùng để dập tắt nhanh dao động của thân xe vàbánh xe bằng cách chuyển dạo động từ cơ năng thành nhiệt năng và tỏa ramôi trường không khí Khả năng dập tắt dao động HTT được đảm nhiệmchính bởi giảm chấn Ngoài ra trong hệ thống treo còn có các kết cấu khácnhư: thanh ổn định ngang, vấu giảm va đạp và hạn chế hành cHình

1.3 Phân tích một số kết cấu hệ thống treo

Trên các loại ô tô khách hiện nay thường được bố trí hệ thống treo phụthuộc với dầm cầu liền Đề tài lựa chọn sơ đồ hệ thống treo là hệ thống treophụ thuộc Hệ thống treo phụ thuộc có thể ứng dụng ở các dạng sau:

1.3.1 Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng lá nhíp

Nhíp lá được xếp thành bộ (10) được kẹp chặt (11) chống xô ngang nhíp.Trong quá trình làm việc, bộ nhíp biến dạng, bánh xe dịch chuyển lên phíatrên bị hạn chế bởi ụ cao su (3) Ụ cao su (5) có tác dụng tăng cứng bởi nó cókhả năng thay đổi chiều dài làm việc của bộ nhíp khi bộ nhíp biến dạng chạmvào ụ (5) Bộ nhíp, hai đầu liên kết với khung qua tai (1) và (6) có kết cấu đặcbiệt dạng miếng vát (7) nhíp lá nhíp tì và trượt theo bán kính cong của miếngvát, do vậy nó có khả năng thay đổi chiều dài làm việc của lá nhíp tức là thayđổi độ cứng của hệ thống treo Bộ nhíp được cố định với dầm cầu (8) thôngqua quang nhíp (9) Giảm chấn (4) liên kết một đầu với khung xe, một đầuvới tai giảm chấn đặt trên dầm cầu

- Ưu điểm: kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa Nhíp được dùngphổ biến nhất vì nhíp vừa là bộ phận đàn hồi, bộ phận dẫn hướng và một phầnlàm nhiệm vụ giảm chấn

- Nhược điểm: trọng lượng lớn, độ bền thấp

- Phạm vi sử dụng: Dùng trên xe tải, xe khách, xe bus và treo sau xe dulịch.

1.3.2 Hệ thống treo bộ phận sử dụng lò xo

Bộ phận đàn hồi lò xo (1) được đặt trên dầm cầu phụ thuộc (7) và phíatrên được bắt với khung hoặc thân xe qua mặt bích Bộ phận đàn hồi lò xokhông có khả năng dẫn hướng, để đảm nhận khả năng dẫn hướng và truyềnlực, mômen đầy đủ, trên xe bố trí đòn liên kết riêng biệt là các đòn dọc trên(3), dọc dưới (5), đòn chịu lực ngang Panhada (2) Giảm chấn hai lớp vỏ đặt ởphía sau, một đầu liên kết với dầm cầu, đầu kia liên kết với khung, có nhiệm

vụ dập tắt dao động phát sinh khi xe chuyển động Kết cấu hệ thống treo trênHình còn có thanh ổn định ngang (6) là bộ phận đàn hồi phụ có tác dụngchống lật ngang cho xe khi có sự thay đổi tải trọng thẳng đứng tác dụng cácbánh xe trên cùng một cầu

- Ưu điểm: So với hệ thống treo loại nhíp thì lò xo có tuổi thọ cao hơn,trọng lượng nhỏ hơn Do lò xo có độ cứng nhỏ hơn nhíp nên tính êm dịuchuyển động tốt hơn

Hình 1.1 Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá

1- Tai nhíp 6- Tai nhíp

3- Ụ cao su hạn chế hành trình 8- Dầm cầu

5- Ụ cao su tăng độ cứng cho nhíp 10- Bộ nhíp

Hình 1.2 Hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo a) Kết cấu b,c: Sơ đồ bố trí các thanh dẫn hướng trên, dưới và đòn ngang

1- Bộ phận đàn hồi lò xo trụ 5- Đòn dẫn hướng dưới

2- Thanh truyền lực bên 6- Thanh ổn định ngang

4- Giảm chấn

Hình 1.3 Hệ thống treo trước phụ thuộc sử dụng Balon khí nén

4- Thanh ổn định ngang 8- Đòn dẫn động lái

Trên Hình 2.3 là hệ thống treo phụ thuộc sử dụng phần tử đàn hồi làbuồng khí nén (2) Buồng khí nén không có khả năng dẫn hướng nên hệ thốngtreo cần có phần tử dẫn hướng riêng biệt Bộ phận dân hướng bao gồm cácđòn dọc dưới (5), dọc trên (6), đòn ngang (7) và thanh ổn định ngang (4)

Ưu điểm: + Có khả năng tự thay đổi độ cứng của hệ thống treo + Không có ma sát giữa các phần tử đàn hồi

+ Trọng lượng của phần tử đàn hồi nhỏ

Nhược điểm: + Hệ thống điều khiển phức tạp

+ Khó khăn cho công tác bảo dưỡng

Phạm vi sử dụng: Hệ thống treo phụ thuộc loại khí nén thường dùng trêncác xe có tải trọng lớn, xe buýt chất lượng cao và một số loại xe con

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế

Qua phân tích các loại hệ thống treo phụ thuộc có thể bố trí trên xe kháchđồng thời tham khảo xe thực tế đề tài lựa chọn kết cấu hệ thống treo nhưsau:

- Hệ thống treo: Ta lựa chọn phương án thiết kế cho hệ thống treo là hệthống treo phụ thuộc phần tử đàn hồ i khí nén Kết cấu gồm có:

+ Bộ phận đàn hồi là các buồng khí nén dạng gấp Độ đàn hồi, độ caotĩnh của hệ thống treo có thể điều chỉnh được do phần tử đàn hồi khí nén đảmnhiệm

+ Thanh ổn định ngang làm tăng khả năng chống lật của xe

Hình 1.5 Sơ đồ bố trí hệ thống treo 1- Đòn dẫn hướng trên 6- Thanh ổn định ngang 2- Cầu xe 7- Van điều khiển khí nén 3- ần phụ

1.4.1 Lựa chọn giảm chấn

Chọn loại giảm chấn là loại thủy lực tác dụng hai chiều với kết cấu cóthể là loại một lớp vỏ hoặc hai lớp vỏ

1.4.2 Giảm chấn một lớp vỏ

Giảm chấn 1 lớp vỏ được thể hiện trên Hình với các đặc điểm sau:+ Vỏ giảm chấn tiếp xúc trực tiếp với không khí tạo điều kiện thoátnhiệt tốt

+ Do buồng khí nén được ngăn cách bởi piston tự do, tránh được hiệntượng xâm thực làm ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của giảm chấn

+ Giảm được tiếng ồn

Ưu điểm:

- Khi có cùng đường kính ngoài với giảm chấn hai lớp vỏ thì giảm chấnmột lớp vỏ có đường kính cần piston có thể làm lớn hơn mà sự biến độngtương đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn

- Điều kiện tỏa nhiệt tốt

- Giảm chấn có piston ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng

bố trí nào

Nhược điểm:

- Làm việc kém tin cậy, có thể bị bó kẹt trong

các hành trình nén hoặc trả mạnh

- Có tính công nghệ thấp, bao kín không tốt

- Tuổi thọ của phớt và độ mòn của piston với

ống dẫn hướng cao

Phạm vi sử dụng: giảm chấn một lớp vỏ

được sử dụng rộng rãi ở các hệ treo, đặc biệt là

hệ treo Mc.Pherson

Hình 1.6:Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn 1 lớp vỏ

1 – Van một chiều 5 – Buồng chứa dầu

3 – Cụm làm kín 7 – Van một chiều

1.4.3 Giảm chấn 2 lớp vỏ

Thể tích dầu ở buồng bù tiếp xúc trực tiếp với không khí hoặc khí nén

có thể gây ra hiện tượng xâm thực khi giảm chấn làm việc làm giảm hiệu quảcủa giảm chấn, khả năng thoát nhiệt kém.Loại giảm chấn này có kết cấu phứctạp

Hành trình nén:

Cần pit tông mang theo van dịch chuyển xuống phía dưới đi sâu vào lòng

xy lanh Thể tích của khoang B giảm, dầu bị nén với áp suất tăng đẩy van 2cho phép dầu thông từ khoang B lên khoang A

Do cần pit tông chiếm 1 phần thể tích trong xy lanh nên 1 lượng thể tíchdầu tương đương sẽ được chuyển vào buồng bù C thông qua van IV Lực cảngiảm chấn sinh ra khi dòng chất lỏng tiết lưu qua các van

- Hành trình trả:

Ngược với hành trình nén, cần pit tông mang theo các van đi lên trên rakhỏi xy lanh, thể tích khoang A giảm, áp suất tăng ép dầu chảy qua khoang Bthông qua van I Đồng thời do cần pit tông ra khỏi xy lanh nên thể tích nóchiếm chỗ sẽ bị thiếu hụt dầu, lượng dầu này sẽ được bù bằng dầu từ khoang

C sang khoang B thông qua van III Sức cản sinh ra khi các dòng chất lỏngtiết lưu qua các van

Hình 1.7- Giảm chấn thủy lực hai lớp vỏ

1.5 Thông số kỹ thuật cơ bản của xe HYUNDAI AERO SPACE

CHƯƠNG 2.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO

2.1 Hệ thống treo khí nén

Hệ thống treo khí nén thực chất là hệ thống treo cơ bản có phần tử đànhồi là các buồng khí nén Môi chất là khí nén Hệ thống treo khí nén đảm bảomọi yêu cầu của một hệ thống treo bình thường, ngoài ra việc bố trí hệ thốngtreo khí nén còn có khả năng tăng tính tiện nghi, có thể thay đội độ êm dịucủa xe tùy thuộc vào tải trọng Mặt khác, do đặc diểm của hệ thống treo khínén, buồng khí nén không đảm nhiệm thêm vai trò dẫn hướng như đối với hệthống treo cơ khí nên không thể truyền được lực ngang, lực dọc của xe Dovậy đối với hệ thống treo này phải có hệ thống các đòn dẫn hướng riêng biệt

2.1.1 Cơ sở lý thuyết của bộ phận đãn hồi

Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo khí nén là các buồng khí có môi chất

là khí nén, áp lực khí nén được tạo ra phụ thuộc vào tải trọng bên ngoài

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

Fs=(ps-pa).S [N] (2.2)

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:

Hình 2.2: Quan hệ của F và z

Với loại buồng gấp, trong khoảng làm việc nhất định, buồng đàn hồi khi

bị nén lại có thể làm giảm diện tích làm việc, do đó cần thiết phải tạo dángpittông một cách thích hợp

Trên đường đặc tính trên xác định tại z = 0, tương ứng với chiều cao tĩnhcủa buồng đàn hồi, quan hệ của áp suất pz là không thay đổi Trong thực tếcác đường cong này còn được xác định sao cho: áp suất pz được giữ khôngcho thay đổi (khoảng 0,5 Mpa) Như vậy, quan hệ giữa F và z ở trạng thái tĩnhcho với áp suất không đổi

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

U=

dS

dz (2.3) Khi z=0, áp suất khí nén khoảng 0,5 Mpa Giá trị này của U như sau: U>0 – diện tích làm việc tăng lên

U=0 – diện tích làm việc không đổi

U<0 – diện tích làm việc giảm đi

Giá trị U có thể biểu thị nhờ thể tích bên trong không gian làm việc bêntrong.Nếu như thể tích làm việc giảm xuống, ta có quan hệ về sự biến đổi thểtích của buồng khí nén.

d V

dz 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 buồng đànhồi)

- Tải trọng tĩnh của buồng đàn hồi F

- Diện tích làm việc Ss hay hệ số biến đổi diện tích làm việc Us

Dưới tác dụng của tải trọng đặt lên buồng đàn hồi, chiều cao buồng đànhồi thường xuyên biến đổi, dẫn tới thay đổi giá trị làm việc và thể tích củabuồng đàn hồi Cả 2 giá trị này chịu ảnh hưởng kết cấu của buồng đàn hồi(dạng của pittông) Khi thay đổi thể tích dẫn đến sự thay đổi áp suất bên trongbuồng đàn hồi Coi khí nén trong buồn đàn hồi là lý tưởng và biến đổi tuântheo quá trình đa biến Ta có phương trình trạng thái biểu thị quan hệ của ápsuất và thể tích:

p.Vn = const [Mpa.m3] (2.4)Quan hệ của các trạng thái:

ps.Vn

s = p.Vn [Mpa.m3] (2.5)

  2.(pps+pa)-pa [Mpa] (2.6) Trong đó:

- pa: Áp suất khí quyển

- pps: Áp suất 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

Để giả thiết trên là đúng thì khí nén trong buồng đàn hồi phải thỏa mãngiả thiết sau: Khi biến dạng, lưu lượng của buồng đàn hồi không thay đổi, tức

là khi làm việc buồng đàn hồi không nạp và xả khí nén bằng van điều chỉnh Khi bị nén, pittông dịch chuyển một đoạn z Thể tích buồng khí nén ởtrạng thái tức thời:

V= Vs - S.z [m3] (2.7)

Ta có:

pp =

Vs V

F = S.pp [N] (2.9)

F = [

Vs V

  n.ps - pa].S =  

n s

s a n

Trong công thức (3.10), V = f(z) (bỏ qua sự thay đổi nhỏ của S bởi sựthay đổi áp suất) Quan hệ này có thể biểu bằng đồ thị với áp suất không đổi.hay lực 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 tối độ thay đổi thể tích của buồngđàn hồi, 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 n=1,40) Ứng với trạng thái pVn = const

- Khi xe chạy vào đường vòng hoặc quay vòng (có sự nghiêng ngang thân 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 đàn hồi 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

* Buồng đàn hồi có thể tích phụ:

Hình 2.4: Buồng thể tích phụ

Thể tích phụ có ảnh hưởng lớn đến đường đặc tính tải của phần tử đànhồi Các thể tích phụ có thể là buồng dự trữ hay là hộp dự trữ như ở Hình 3.4Nếu tính cả buồng thể tích phụ Vd này thì thể tích tại trạng thái tĩnh là: Vs+Vd,khi chịu tải thay đổi V+Vd Như vậy:

của buồng đàn hồi có bình khí phụ Cùng với sự

biểu hiện trên Hình …

Trên Hình trên ta nhận thấy rằng: thể tích

phụ Vd làm giảm thấp độ cứng của buồng đàn hồi

Hình 2.5: Ảnh hưởng của buồng thế tích phụ tới đặc tính tải

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) tại

điểm khảo sát Công thức của nó được tính tại lân cận điểm z=0 như trênHình vẽ, với:

Hình 2.6: Xác định độ cứng của buồng đàn hồi

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

lý thuyết Định nghĩa độ cứng như sau:

C=

dF dz

  (N/m)Nếu coi F=S.pp, với sự thay đổi thể tích của buồng đàn hồi dẫn tới thayđổi áp suất khí nén và diện tích truyền tải trọng thì:

C=

dF dz

2 1

.

n

s s n s

n p V S

 [N/m] (2.13)

Từ (3.13) thấy độ cứng của phần tử đàn hồi C bao gồm hai thành phần:

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

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

Độ cứng diện tích được tạo nên bởi sự thay đổi diện tích làm việc hữuích Sự giảm thấp độ cứng C trong thực tế được tiến hành bằng sự thay đổidiện tích làm việc của pittông

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

Cs=

2 s

s

n p S

V [N/m] (2.14) Trong đó:

- ps là áp suất tuyệt đối tương ứng với chiều cao tĩnh của buồng đàn hồi(Hs)

Với tải trọng đặt lên buồng đàn hồi: F = Fs = pps.S = (ps-pa).S

Khi tải trọng thay đổi thì áp lực của khí nén được xác định:

p V

.

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

số dao động riêng ở tại một vị trí nhất định không phụ thuộc vào tải trọng đặtlên buồng đàn hồi

Tần số dao động riêng ở trạng thái làm việc:

ωoz=

z z

C

.

z z

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 tửđàn hồi khi đó sẽ là:

.

2.1.2 Một số buồng khí nén theo tiêu chuẩn

Ngày nay có 2 loại buồng khí nén tiêu chuẩn: Buồng xếp và buồng gấp.Buồng đàn hồi dạng xếp (Hình a) có từ 2 đến 4 lớp sóng, không cópittông thực Các lớp sóng được định dạng nhờ các vòng kim loại và có khảnăng chống biến dạng và va đập cao Tuổi thọ chừng 500.000 km Độ cứngtheo chu vi của lớp cao su khá lớn Buồng đàn hồi dạng này chỉ có khả năngbiến dạng theo chiều cao

a) b)

Hình 2.7: Các dạng buồng đàn hồi

Buồng đàn hồi dạng trụ gấp (Hình b) là dạng có piston, còn được gọi làdạng buồng màng Piston được dịch chuyển 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 piston cũng phải phù hợp với Hình dáng của buồng khídạng trụ hay dạng côn Bên trong có thể có lò xo phụ Ngoài việc sử dụng cho

hệ thống treo dạng buồng đàn hồi dạng này còn thấy trong bộ treo buồng láitrên ô tô tải hay trên đệm đỡ mâm xoay trên xe bán moóc Loại buông khí nàyngày nay được sử dụng rộng rãi vì khả năng thay đổi diện tích làm việc lớn

Trả(mm)

V(dm3)

+) Buồng gấp:

Kiểu Fmax

KN

F kNP=0,5Mpa

Trảmm

2.2 Tính toán thiết kế bộ phận đàn đồi

Căn cứ vào bảng thông số buồng khí tiêu chuẩn và hệ thống treo trước

có hai buồng khí nén, chọn buồng khí nén kí hiệu B70 (loại buồng gấp) vớinhững thông số sau:

300

t f

n



= 11÷25 [cm] (2.22)Nói chung ft không bé hơn 100-200 [mm] đối với ô tô khách, lấy ft=245[mm]

Để đảm bảo tính êm dịu khi chuyển động thì tỉ số độ võng tĩnh fts của

hệ thống treo sau và độ võng tĩnh ftt của hệ thống treo trước phải nằm tronggiới hạn

ft   [N/m] (2.24)

b) Xác định hành trình động của bánh xe:

Độ võng động được xác định fđ = k.ft (2.25) Trong đó: - k: Hệ số tải trọng động, k = 0,32

ψ = 2 .

K

Ct M (2.27) Trong đó:

- ψ = 0,15÷0.3 Chọn ψ = 0,2

- K: Hệ số cản của hệ thống treo do giảm chấn gây nên

- M là khối lượng phần được treo trên một bánh xe

M = Zt – mbx.g [N]

g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m/s2]

mbx: Khối lượng 1 bánh xe mbx=80 [kg]

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

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

2.3.2 Xác định kích thước cơ bản của giảm chấn

Kích thước ngoài của giảm chấn được xác định theo điều kiện sau:

- Hành trình làm việc của giảm chấn

của xilanh thứ nhất và thứ hai

- Ld, Lm, Lp, Lv, lần lượt là chiều dài phần đầu giảm chấn, chiều dài bộphận

làm kín, chiều dài pittông giảm chấn, chiều dài phần van đế giảm chấn

Theo tải trọng của xe, ta có thể chọn đường kính piston d=60(mm)

Hình 2.8 Các kích thước cơ bản của giảm chấn

Chọn:

Ta có, chiều dài của giảm chấn L: L= 2.Ld+Lp+Lv+Lm= 571 [mm]

2.3.3 Kiểm nghiệm nhiệt độ

Sau khi chọn sơ bộ kích thước ngoài của giảm chấn ta tiến hành kiểm tra chế

độ nhiệt của giảm chấn Diện tích tỏa nhiệt của giảm chấn phải đủ lớn để khilàm việc căng thẳng, nhiệt độ giảm chấn không vượt quá nhiệt độ cho phép.Chế độ làm việc căng thẳng của giảm chấn được xác định là V=0,3 [m/s]Công suất tiêu thụ bởi giảm chấn được xác định bởi công thức:

α: Hệ số truyền nhiệt Chọn α=0,15(J/m2.giờ.độ)

Tmax=120o : Nhiệt độ cho phép

Tm=20o : Nhiệt độ môi trường

Diện tích tỏa nhiệt của giảm chấn:

F=π.D.L =>F= π.0,06.0,546= 0,103 [m2]

=>Nt=427.0,15.0,103.(Tmax-20)= 7,4.(Tmax-20) [J/s]

=74 (Tmax-20) [ Nm/s]

Cân bằng 2 công suất trên ta được Tmax=53,3o < [Tmax]

Vậy chế độ nhiệt làm việc của giảm chấn thỏa mãn điều kiện nhiệt cho phép

2.3.4 Tính toán van tiết lưu

Fp= π.d2= 0,0113 [m2] : Diện tích pittông giảm chấn

F V F

2 P

F

tr tr g







[m2] (2.33)Trong đó:

n2 p

F V F

Chọn số van giảm tải hành trình nén n= 5 Đường kính van giảm tải hành

tr2 p

F V F

2 P

F

tr g







[m2]Trong đó: Vtr2=0,6 [m/s]

Vậy các kích thước đạt được khi tính toán giảm chấn:

+ Hành trình làm việc cực đại của pittông: Lg= 325 [mm]

+ Chiều dài của giảm chấn: L=571 [mm]

+ Đường kính của 5 lỗ van nén: d1= 7,1 [mm]

+ Đường kính 5 lỗ van trả: d2= 3,5 [mm]

+ Đường kính lỗ van giảm hành trình nén: d3= 6,8 [mm]

+Đường kính van giảm tải hành trình trả: d4= 2,7 [mm]

2.3.5 Xây dựng đặc tính của giảm chấn

Đường đặc tính của giảm chấn là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực cản của giảm chấn và vận tốc dịch chuyển của piston có phương trình:

Pg = K.zt

Trong đó:

- Pg: Lực cản của giảm chấn

- K: Hệ số cản của giảm chấn

- zt: Vận tốc tương đối của các dao động thùng xe với bánh xe

Hàm số Pg=f(zt) biểu diễn đường đặc tính của giảm chấn

a) Trường hợp lực kéo cực đại

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

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

Z=Ztt=

1 1

m G2

p

(2.35)Trong đó:

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

+ G1: Tải trọng tĩnh tác dụng lên cầu sau: G1= 13500 [N]

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

mp1= 1 +

J h p g

g b (2.36)Trong đó: Jp= g.φ [m/s2] gia tốc phanh

g= 9,81 [m/s2] gia tốc trọng trường

φ = 0,8 hệ số bám dọc (đường nhựa, bê tông)

hg : chiều cao trọng tâm xe hg=1.73 [m]

a: khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước a=1.57 [m]