Thiết kế môn học :Bảo Dưỡng Chẩn Đoán ÔTÔ

phần mở đầu:giới thiệu về hệ thống treo Ngày nay công nghiệp ôtô phát triển đã tạo ra ôtô có tính tiên nghi cao.Tính êm dịu trong chuyển động là một chỉ tiêu quan trọng của tính tiện ngh

Mục lục

Phần mở đầu:Giới thiệu hệ thống treo 3

Phần 2:Tính toán động học

Phần 3:Tính toán động lực học

Phần 4:Tính toán thiết bị đo ghi

Tài liệu tham khảo

[1]-Bảo dỡng kỹ thuật và chẩn đoán ô tô-Cao Trọng

Hiền-ĐHGTVT-HN1992

[2]-Kết cấu tính toán ô tô-Nguyễn Văn Bang-ĐHGTVT

[3]-Hớng dẫn thiết kế chi tiết máy-Nguyễn Trọng Hiệp-Nhà xuất bản giáodục-1998.

[4]-Chi tiết máy-Nguyễn Trọng Hiệp-Nhà xuất bản đại học và giáo dục họcchuyên nghiệp-1992

[5]-Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo-Nguyễn Hữu Cẩn-Nhà xuất bản đại học và giáo trung học chuyên nghiệp-HN-1971

phần mở đầu:giới thiệu về hệ thống treo

Ngày nay công nghiệp ôtô phát triển đã tạo ra ôtô có tính tiên nghi cao.Tính

êm dịu trong chuyển động là một chỉ tiêu quan trọng của tính tiện nghi.Hệ thống treo của ôtô là một hệ thống dùng để nối đàn hồi giữa khung xe với các cầu của

ôtô.Hệ thống treo có nhiệm vụ làm giảm các tải trọng động và dập tắt các dao động của các bộ phận đợc treo

Phần 1:lựa chọn phơng án thiết kế

Để chẩn đoán tình trạng kĩ thuật của hệ thống treo ngời ta đã đề xuất ra rấtnhiều phơng pháp chẩn đoán Các bệ thử chẩn đoán hệ thống treo bao gồm các bệtao dao động cỡng bức và các bệ tạo dao động tự do

Các bệ thử theo dao động cỡng bức bao gồm :

-Loại bệ thử tạo dao động bằng cam lệch tâm-Loại bệ thử tạo dao động bằng băng thử-Loại bệ thử tạo dao động bằng tang trốngCác bệ thử chẩn đoán theo dao động tự do bao gồm

-Loại bệ thử tạo dao động tự do kiểu vít thả

-Loại bệ thử tạo dao động tự do kiểu nâng thả

Sau đây ta sẽ tìm hiểu các loại bệ th này

I.1 Chẩn đoán theo dao động c ỡng bức:

Nhiệm vụ cơ bản của chẩn đoán hệ thống treo theo dao động cỡng bức là xác

định thực nghiệm đặc tình biên độ tần số (đặc tính biên tần).Bởi vì đặc tính biên tần

có thể xác định đợc gần đúng những đăc trng cơ bản của hệ thống treo mô tả bởinhững phơng trình vi phân.Việc xác định thực nghiệm đặc tính biên tần đợc dựatrên cơ sở có thể thấy các tác động đầu vào ngẫu nhiên là phần tác động điều hoàcủa chuỗi Furiê

Nh vậy nếu cung cấp một tác động liên tục ở đầu vào dới quy luật điều hòa:

Thì ở đầu ra sẽ có tín hiệu cùng dạng nhng với biên độ và pha khác x(t)=XAsin(

2 ϕ

ω +t )

Trong đó :

HA, XA: Là biên độ cực đại của đầu vào và đầu ra

ϕ1, ϕ2 : Là pha ban đầu của dao động đầu vào , đầu ra

-Độ lớn của tỷ số này phụ thuộc vào tín hiệu cung cấp hiệu số pha

Bằng cách nh thế khi thay đổi tần số tín hiệu hình sin ở đầu vào từ ω1đến ω2

chúng ta sẽ nhận đợc đặc tính biên tần,pha tần trong khoảng tần số đó đã định,phản

Theo thử nghiệm một số loại xe (Hình1-2 &Hình1-3) ngời ta nhận thấy đặctính biên tần có 2 vùng cộng hởng ở tần số thấp (5ữ15s-1) và ở tần số cao (40ữ60)s-

1 Sự thay đổi trạng thái kĩ thuật của hệ thống treo đợc đặc trng ở vùng cộng hởngtần số thấp (5ữ15) s-1 trên biên tần

Hình 1-2:

Hình 1-3:

*Giá trị tần số cộng hởng khi thử nghiệm cho biết tần số dao động riêng của

hệ thống treo vì Khi đó:ωcb=ω riêng

Đối với xe con, xe du lịch tần số dao động kĩ thuật (1ữ2,5) (dao động/s)

Đối với xe tải tần số dao động kỹ thuật cao hơn khoảng (1ữ 4) (dao động/s).Vì vậy khoảng cần dao động cỡng bức ở tần số thấp là (1ữ 4) (dao động/s)

*Giá trị biên độ:Giá trị cộng hởng này đánh giá đợc độ cứng của hệ thống treo tức là đánh giá đợc tình trạng kĩ thuật của nhíp

*Giá trị của biên độ cộng hởng khi thí nghiệm cho biết khả năng dập tắt dao

động của hệ thống treo tức là cho phép đánh giá tình trậng kĩ thuật của giảm chấn

Dao động thẳng đứng của thùng xe GAT21 ghi đợc của bút ghi bằng thựcnghiệm trình bày trên hình 1-4 và sau khi xử lý đợc trình bày trên hình 1-5

Hình 1-4:Dao động thẳng đứng của thùng xe GAT 21 ghi đợc của bút ghi

bằng thực nghiệm

Hình 1-5:Dao động thẳng đứng của thùng xe GAT 21 sau khi xử lý

+Ưu đIểm:Loại bệ thử này có kết cấu gọn nhẹ,đơn giản và dễ chế tạo,cách bốtrí thiết bị đo ghi tơng đối dễ dàng và có thể đo đợc ở nhiều vị trí khác nhau.Do kếtcấu đơn giản gọn nhẹ nên bệ thử loại này tiết kiệm đợc diện tích nhà xởng,có tuổibền cao và dễ lắp đặt

+Nhợc điểm:Do lệch tâm nên trục chính của cam làm việc luôn có tải trọng

động khó chế tạo bệ để đáp ứng với chu kì dao động thấp nên cũng có ảnh hởng đếnkết quả của việc chẩn đoán

1.1.2.Loại bệ thử tạo dao động bằng băng tải

Loại bệ thử này đợc trình bày trên hình 1-7

Hình 1-7:Sơ đồ các bệ thử tạo dao động cỡng bức bằng băng tải

Bệ thử có khung (1), trên đó có lắp các tang trống đỡ(7),(9) và tang trốngcăng đai (3).Kết cấu căng đai (2) cho phép điều chỉnh việc căng băng tải (4) mộtcách vô cấp.Giữa các tang trống có các tấm đỡ cho xe đi qua vừa để đỡ cho băng

đai khỏi bị trùng.Thiết bị ghi (6) bố trí suốt chiều dài bệ thử để ghi lại dao động của

ôtô ở điểm bất kỳ trên ôtô theo ý muốn

Độ nhấp nhô của điều kiện giả định mặt đờng đợc thực hiện bởi các vấu nhấpnhô chuyên dùng (5).

Ô tô đặt trên băng tải,khi băng tải chuyển động các vấu nhấp nhô tác độnglên các bánh xe làm cho ôtô dao động.Trạng thái kĩ thuật của hệ thống treo đợc xác

định theo đặc tính biên tần dao động thẳng đứng của những đIểm gắn thớc ghi

( )ω

A =

) (

) (

ω

ω

H X

Trong đó:H:Là độ nhấp nhô

X:Biên độ ghi đợc

+Ưu điểm :Thiết bị đo ghi đơn giản,chu kì dao động dễ điều khiển

+Nhợc điểm :Bệ thử có kết cấu phức tạp ,tuổi bền của bệ thử phụ thuộc vàobăng tải,bệ chiếm nhà xởng lớn

1.1.3.Loại bệ thử tạo dao động c ỡng bức bằng tang trống

Loại bệ này đợc trình bày trên hình 1-8

Hình 1-8:Sơ đồ bệ thử tạo dao động cỡng bức bằng tang trốngCấu tạo của bệ gồm:Giá cố định,thiết bị giữ bánh xe ,thiết bị đo ghi,tangtrống,hộp giảm tốc,động cơ đIện ,con lăn tăng sự ổn định

Nguyên lí làm việc:Dao động cỡng bức đợc tạo ra do tang trống quay quadẫn động hộp số từ động cơ điện

+Ưu điểm :Kết cấu đơn giản ,dễ gá đặt các thiết bị tuổi bền tơng đối cao.Nhợc điểm:Có kích thớc lớn,yêu cầu mặt đờng vào ra rộng,cần có hầm sâuhoặc cầu dẫn động cao

1.2 Chẩn đoán theo dao động tự do:

Nguyên tắc chẩn đoán: nâng hoặc vít phần đợc treo xuống sau đó giải phóngliên kết để phần đợc nâng hoặc vít tự dao động.Ghi nhận dao động tự do trên (Hình1-9) sẽ đánh giá mức tắt dao động của giảm chấn thông qua tỉ số:

Trong đó:z0: là biên độ dao động đầu tiên

z1: là biên độ dao động tiếp theo

Hình 1-9:ảnh hởng của sự làm đầy dầu đến chất lợng của giảm chấn:a)Dầu của

giảm chấn dợc làm đầy ứng với 100%;b)90%;c)85%;d)75%;e)75%

Độ cứng của hệ thống treo (chủ yếu đánh giá tình trạng kĩ thuật của nhíp)

đ-ợc đánh giá thông qua việc xác định chu kì dao động trung bình của biên độ dao

động ghi đợc bằng thực nghiệm Khoảng nâng lên hoặc vít xuống tuỳ thuộc từngloại nhng với độ chính xác cho phép có thể chọn (60ữ65) mm

1.2.1.Loại bệ thử theo ph ơng pháp nâng thả.

Các bánh xe trớc hoặc sau của ôtô đợc đặt lên một mặt tựa và đợc nâng lên

đến một chiều cao (50-60)mm.Sau đó thả đột ngột gây nên sự rơi của bánh xe vàthùng xe.Dao động của các điểm thuộc thùng xe phía trên cầu xe và của tâm bánh

xe đợc ghi lại đồng thời

Sơ đồ của loại bệ thử theo phơng pháp nâng thả đợc thể hiện trên hình 1-10

Ưu điểm:+Kết cấu đơn giản phù hợp với nhiều loại xe.

+Thiết bị đơn giản rẻ tiền

+Mặt bằng thí nghiệm không cần lớn lắm

+Dễ bảo dỡng sửa chữa

Nhợc điểm:Không phản ánh đợc điều kiện làm việc thực tế của xe bởi vì cáchthử này gây nên dao động ở một cặp bánh xe và phần thùng xe ở phía trên cặp bánhxe.Trong khi đó ôtô chuyển động trên đờng không bằng phẳng dao động của ôtô

đầu tiên là ở các bánh xe trớc sau đó ở các bánh xe sau và tơng ứng là thùng xe phíatrên cầu trớc và cầu sau

1.2.2.Loại bệ thử theo ph ơng pháp vít thả

Loại bệ này thì phần trớc hoặc sau của thùng xe hay phần khối lợng dợc treo

đợc vít xuống so với cầu xe một đoạn (60-65)mm.Khi thả nhanh ôtô sẽ dao động tự

do tắt dần

Hình 1-12:Thiết bị gây tải và thả nhanh kiểu cơ khí.

Trong đó:1-Tay quay;2-Trục vít;3-Cơ cấu thả nhanh;4-Cáp ;5-Công son.Nhợc điểm của loại này là kết cấu cơ khí,dao động nặng nhọc

Khắc phục nhợc diểm đó ngời ta dùng loại khí nén với khớp hạn chế hànhtrình (Hình 1-11).Khí nén đợc đa vào đờng ống với áp lực 6-8kG/cm2 tác dụng lên

bề mặt pítong làm chúng dịch chuyển trong xi lanh.Khi đạt tới hành trình giới hạnvan khí nén trong xi lanh mở làm áp lực giảm xuống đột ngột và ôtô thực hiện dao

động tự do tắt dần.Loại này có thể nâng hoặc kích ôtô tới hành trình cần thiết 65)mm

Hình 1-13:Thiết bị gây tải và thả nhanh kiểu khí nén

Ưu điểm:Loại bệ thử này có kết cấu tơng đối đơn giản,xe ít bị mất ổn định khi thí nghiệm.Dễ bảo dỡng sửa chữa,yêu cầu mặt bằng để thí nghiệm không lớn lắm

Nhợc điểm:Thông số đo đựơc cha phản ánh đầy đủ tình trạng kĩ thuật của hệ thống treo.Hành trình vít xuống bị hạn chế,tuổi thọ của cáp hoặc xích thấp,thao tác của vít khó khăn vì phải vít ở dới gầm xe

1.3.Lựa chọn ph ơng án.

Trên cơ sở đã phân tích các u nhợc điểm của các loại bệ thử nói trên.Trên tìnhhình hiện nay của Việt Nam cần có trạm bảo dỡng sửa chữa thờng xuyên có chức năng đa dạng,đáp ứng kiểm tra cho nhiều loại xe do đó ta chọn loại bệ thử tạo dao

kết cấu đơn giản,xe ít bị ổn định khi thí nghiệm,dễ bảo dỡng và sửa chữa,yêu cầu mặt bằng không lớn lắm.

Sơ đồ của bệ thử vít thả nhanh đã đợc chỉ rõ trên hình 1-11(Phần 1.2.2).Nguyên lý làm việc :Phần trớc hoặc sau của thùng xe hay phần khối lợng đợctreo đợc vít xuống so với cầu xe một đoạn (60-65)(mm).Khi thả nhanh ô tô sẽ dao

Nexia GTX G 350

Turbo Diezel

2.1.Sơ đồ động học toàn bệ

Chiều dài lớn nhất Lo=4351(mm)

Chiều cao lớn nhất Ho=1361(mm)

Chiều rộng lớn nhất Bo=1694(mm)

Khoảng cách tâm hai vệt bánh trớc B1=1435(mm)

Khoảng cách tâm hai vệt bánh sau B2=1435(mm)

ở phần trên chúng ta đã phân tích kỹ hai loại thiết bị gây tải và thả nhanh kiểu cơ khí và khí nén.Còn ở phần này chúng ta chỉ nghiên cứu loại thiết bị gây tải

và thả nhanh kiểu cơ khí

Sơ đồ kết cấu của thiết bị vít thả nhanh đã đợc chỉ rõ trên hình 1-12.(Phần 1.2.2)

Nguyên lí làm việc của thiết bị vít thả nhanh này:Dùng xích buộc chặt vào vỏ

xe sau đó quay tay quay (1) để làm trục vít (2) vừa quay theo vừa chuyển động tịnh tiến xuống phía dới để vít thùng xe xuống một độ thấp nhất định theo yêu cầu,sau

đó nhờ cơ cấu thả nhanh thả cho thùng xe dao động t do

Hành trình vít đợc điều chỉnh nhờ đai ốc (8) và thớc gạt (10)

+Chiều dài phần có ren của trục vít đợc xác định nh sau:

Nếu gọi L là chiều dài phần có ren của trục vít

S là hành trình cần vít xuống

H là chiều cao của êcu số (6)

K là chiều dầy tấm đệm (7)

M là chiều dầy dầm công son (5)

N là chiều cao của ốc điều chỉnh hành trình cần vít (8)

Ta có chiều dài trục vít : L=S + H + K + M

Chọn sơ bộ : S = 60 mm

H = 50 mm

K = 10 mm

M = 30 mm

Thay các số liệu vào công thức trên ta có L = 180 mm

Vậy chiều dài phần có ren của trục vít phải thoả mãn ≥ 180mm

Ta chọn L = 200 mm

PHầN 3:tíNH TOáN ĐộNG LựC HọC

ở đây ta chọn xe Mockơvich 412 để thử nghiệm

Ta có một số thông số của xe:Ga1=665(kg);Ga2=780(kg);Số chỗ ngồi :4-5; vmax=140 km/h;Loại lốp 165-330;Loại động cơ :Xăng;L=2400(mm)

3.1.Tính lực dọc trục tác dụng vào trục vít:PN

Sơ đồ kết cấu của thiết bị vít thả nhanh đã đợc chỉ rõ trên hình 1-12(Phần 1.2.2)Giả sử ta thử nghiệm cầu sau của xe,với nhíp đối xứng thì ta có:

l

G

h a

48

2

3 2

(3-2-TL-[5])

Trong đó:Ct-Độ cứng tĩnh của hệ thống treo cầu sau

ft-Độ võng tĩnh của nhíp(m)

δ -Hệ số biến dạng của lá nhíp

Lh-Chiều dài hiệu dụng của nhíp(m):Lh=0,35.L

L-Chiều dài cơ sở của ô tô(m)

Jo-Mô men quán tính của nhíp ở tiết diện trung bình nằm sát bên tiết diện bắt quang nhíp:Jo= 3

.

b ∑ (3-3-TL-[5])m-số lá nhíp

Thay số liệu vào công thức 3-3 ta đợc:Jo=0,111993(cm4)

Thay số liệu vào công thức 3-2 ta đợc:ft=0,3(m)

Thay số liệu vào công thức 3-1 ta đợc:Ct=26000(N/m2)

Do khi thử nghiệm ta vít xe xuống 60(mm) nên ta có lực dọc trục tác dụng vào trục vít là:PN=0,06.Ct=1560(N)=156(KG)

3.2 Xác định hiệu suất của bộ truyền trục vít:

Ta có: (λ ρ)

λ η

+

=

tg

tg (3-4-TL-[4]) Trong đó:f-Hệ số ma sát Ta chọn điều kiện bôi trơn cho vít bằng dầu => f = 0,1

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45

Theo điều kiện bền mòn ta có công thức sau

Thay số liệu vào công thức 3-5 ta đợc:λ =2o25’.

Thay số liệu vào công thức 3-4 ta đợc:η=0,3

3.3.Xác định lực cần thiết để quay tay quay trục vít:

Trong đó:η:Hiệu suất truyền động

R:Chiều dài tay quay chọn R=75mm

S:Bớc ren S=2(mm)

Z:Số mối ren chọn Z=1

i:Tỉ số truyền i =

Z S

=

Phần 4:Thiết kế thiết bị đo ghi

4.0.Sơ đồ bố trí thiết bị đo ghi:

Hình 4-0:Sơ đồ bố trí thiết bị đo ghi

4.1.Sơ đồ kết cấu của thiết bị đo ghi:

Trên hình 4-1 cho chúng ta rõ về sơ đồ kết cấu của loại thiết bị đo ghi dùng cho loại thiết bị chẩn đoán kiểu vít thả nhanh:

Hình 4-1:Sơ đồ kết cấu của thiết bị đo ghiTrong đó: 1-Bút ghi;2-Thanh dẫn động cho bút ghi;3-Hệ thống kẹp vào vỏ xe(khối lợng đợc treo);4-khớp;5-Trục:6-Tang quấn băng ghi;7-Động cơ điện một chiều;8-Hệ thống khớp cầu

3

4 5

6

1 2

7 8

Hệ thống kẹp(3) kẹp chặt vào vỏ xe, khi vỏ xe dao động ,thông qua các thanhtruyền động (2),làm cho bút ghi (1) có chuyển dịch lên xuống theo phơng thẳng

đứng.Tang quấn băng ghi (6) đợc dẫn động từ động cơ (7) qua bộ truyền bánh răng.Bút ghi vẽ cho chúng ta đặc tính biên tần của đối tợng cần chẩn đoán (hệ thốngtreo)

Hệ thống khớp cầu (8) làm nhiệm vụ loại bỏ ảnh hởng của dao động ngang

đến chất lợng làm việc của thiết bi

4.3.1.Tính tốc độ quay của tang quấn băng ghi :

Chọn bán kính của tang quấn băng ghi : R=75(mm)

Để dễ quan sát đặc tính biên tần ta chọn tốc độ quay của tang quấn băng ghi :

Hình 4-3:Sơ đồ của cơ cấu tạo lực ép lên tang quấn băng ghi+Xác định lực ép của bút ghi lên tang quấn băng ghi Pe

Ta nhận thấy lực ép của bút ghi lên tang quấn băng ghi Pe chính bằng lực đànhồi của lò xo lá

ở đây:Lò xo la chịu lực nh một dầm công son chịu uốn Và ta có sơ đồ tính

nh sau:

E (N) (4-1-TL-[5])Trong đó:E-Mô dul đàn hồi của lò xo lá(N/cm2)

Jo-Mô men quán tính của lò xo lá ở tiết diện ngang(cm4)

Jo=

12

.h3

b (N) (4-2-TL-[5]) b-Chiều rộng lò xo lá(cm)

h-Chiều dày lò xo lá(cm)

f-Khoảng biến dạng của lò xo lá(cm)

l-Chiều dày lò xo lá(cm)

l=15(cm)

f=1,8(cm)

Thay các số liệu vào công thức 4-2 ta đợc:Jo=0,0125(cm4)

Thay các số liệu vào công thức 4-1 ta đợc:Pe=10(N)

Từ các công thức 4-1;4-3;4-4 và 4-5 ta có:

σ u= 2 2

3

l

f h E

(4-6-TL-[5]) Trong đó :Mu-Mômen uốn

Wu-Mômen chống uốn

Thay số liệu vào công thức 4-6 ta đợc:σ u=3000(N/cm2)

Đảm bảo :σ u<[σ u]=3550(N/cm2)

+Chọn động cơ điện:

Do bút ghi tác dụng một lực Pe vào tang quấn băng ghi nên lực Pe sẽ sinh ra một lực ma sát Fms tác dụng vào tang quấn băng ghi

Nếu chọn hệ số ma sát giữa đầu bút ghi và tang quấn băng ghi là :à =0,3.Thì lực ma sát đợc xác định nh sau:Fms=Pe.à =10.0,3=3(N).

Công suất cần thiết để quay tang quấn băng ghi:

Nt=Fms.v (4-7-TL-[4]) Trong đó :v-Vận tốc quay của tang quấn băng ghi,(m/s)

ở đây:v=0,24(m/s)(Đã chọn ở phần 4.3.1)

Thay số liệu vào công thức 4-7 ta đợc:Nt=0,72(W)

Tang quấn băng ghi đợc dẫn động từ động cơ điện một chiều qua bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng.Sơ đồ động học của bộ truyền này đợc chi rõ trên hình 4-5

A

Theo tài liệu [3](xem phụ lục) ta có hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ là

η 1=0,95;hiệu suất của một cặp ổ lăn η 2=0,99

Công suất cần thiết của động cơ:Nct=

Do đó ta chọn động cơ điện một chiều có ký hiệu AO2 11-6,công suất định mức Nđm=1(W),tốc độ quay định mức nđm=150(v/phút)

Tỷ số truyền của bộ truyền của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng là: