Thiết kế môn học thiết kế hệ thống treo

Trong quá trình bảo dởng sửa chữa và chẩn đoán ngời ta phải xác định đặc tính đàn hồi của hệ thống treo trên các bệ thử thí nghiệm bằng các thiết bị đo ghi có nhiệm vụ ghi lại biên độ da

Phần mở đầu

Khi ôtô chuyển động trên đờng không bằng phẳng thờng phải chịu những tải trọng dao động do bề mặt đờng nhấp nhô gây ra Những dao động này làm ảnh hờng sấu đến tuổi thọ của xe, tới chất lợng hàng hoá, đặc biệt là đối với vận tải hành khách Thống kê nếu ô tô chạy trên đờng sấu không bằng phẳng sẽ làm tiêu hao nhiên liệu tăng từ (50 ữ 70)%, tuổi thọ của xe giảm đi (35 ữ 40)%, năng suất vận chuyển giảm đi (35 ữ 40)% Ngoài ra, nếu con ngời phải chịu đựng lâu trong tình trạng rung, sóc sẽ sinh ra mệt mỏi, buồn lôn chóng mặt Vì vậy, tính êm dịu là một trong những chỉ tiêu quan trọng của ôtô, nhất là ôtô đời mới hiện nay

Ngày nay nền công nghiệp ôtô phát triển đã tạo ra những ôtô có tính tiện 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 hoặc vỏ xe với các cầu của ôtô Hệ thống treo có nhiệm vụ làm giảm các tải trọng

động và dập tắt các dao dộng của các bộ phận đợc treo Hệ thống treo bao gồm3 bộ phận :

- Bộ phận dẫn hớng: Để truyền các lực dọc, lực ngang và mô men các lực này

lên khung, đồng thời nó xác định động học các bánh xe dẫn hớng

- Bộ phận đàn hồii: nhận và truyền lên khung, vỏ các lực thẳng đứng của đờng

Làm giảm tải trọng động theo phơng thẳng đứng khi xe chạy trên đờng không bằng phẳng, đảm bảo tính năng êm dịu của ô tô

- Bộ phận giảm chấn: Dùng để dập tắt các dao động thẳng đứng của khung và

vỏ sinh ra một cách nhanh chóng do ảnh hởng của mặt đờng không bằng phẳng

ở một số ôtô còn có thêm bộ phận ổn định ( phần tử đàn hồi phụ) nhằm giảm dao động bên khi xe quay vòng

GV HD : Nguyễn Đức Tuấn SV TH: Nguyễn Quang Cờng

1

Trong quá trình bảo dởng sửa chữa và chẩn đoán ngời ta phải xác định đặc tính đàn hồi của hệ thống treo trên các bệ thử thí nghiệm bằng các thiết bị đo ghi

có nhiệm vụ ghi lại biên độ dao động của hệ thống treo trên ôtô Các kết quả ghi lại

đợc khi chẩn đoán hệ thống treo của ôtô sẽ đợc đem so sánh với giá trị tiêu chuẩn qua đó ngời ta sẽ có các biện pháp bảo dỡng sửa chữa thích hợp nhằm đảm bảo khả năng làm việc tốt của hệ thống treo

Phần I Lựa chọn phơng án

thiết kế Để chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của hệ thống treo, các nhà khoa học trên thế giới đã dề xuất ra rất nhiều phơng pháp chẩn đoán: có thể chuẩn đoán trên đờng hoặc chuẩn đoán trên bệ thử

A- Chuẩn đoán trên đ ờng

Khi chuẩn đoán hệ thống treo trên đờng ngời ta xác định đợc các gia tốc nằm ngang và thẳng đứng, gia tốc rung động và di chuyển Ôtô trớc khi chuẩn đoán phải

có quãng đờng chạy không nhỏ hơn 10000 km và độ mòn của lốp không quá 20% với tải trọng định mức và không tải

Ưu nhợc điểm của phơng pháp này:

Chẩn đoán trên đờng là điều kiện thí nghiệm gần với điều kiện thực tế của

ôtô Do đó, nó cho kết quả chính xác cao Song cần phải có những đoạn đờnghoặc bãi thử riêng để tiến hành chuẩn đoán Ngoài ra, chi phí lớn và khó khăn trong vấn

đề tổ chức kiểm tra, theo dõi và quản lý

B Chuẩn đoán trên bệ thử–

Khi chẩn đoán hệ thống treo trên bệ thử ngời ta xem xét đợc quá trình dao

động của thùng xe và các cầu của nó, từ đó đợc chu kỳ tần số dao động, mức độ dập tắt dao động Để tạo ra dao động cho xe ngời ta có 2 phơnh pháp : tạo dao động

tự do và tạo dao động cỡng bức

* Các bệ thử chẩn đoán theo dao động tự do bao gồm :

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

- Loại bệ thử tạo doa động tự do theo kiểu nâng thả

*Các bệ thử chẩn đoán theo dao động cỡng bức bao gồm:

- Loại bệ thử tạo dao động bằng bánh lệch tâm

- Loại bệ thử tạo dao động bằng băng thử

GV HD : Nguyễn Đức Tuấn SV TH: Nguyễn Quang Cờng

3

- Loại bệ thử tạo dao động bằng tang trống.

- Loại bệ thử toạ dao động bằng trục cam

Xác định thực nghiệm đặc tính biên độ tần số ( đặc tính biên tần) là nhiệm vụ cơ bản của chẩn đoán hệ thống treo theo dao động cỡng bức Bởi vì từ đặc tính biên tần có thể xác định đợc gần đúng những đặc trng cơ bản của hệ thống treo mô tả bởi những phơng trình vi phân

Việc xác định đặc tính biên tần dựa trên cơ sở có thể thấy các tác động đầu vào ngâu nhiên là phần tác động điều hoà của chuỗi phuriê

Chẩn đoán theo dao động cỡng bức độ chính xác cao hơn dao động tự do, song thiết bị phức tạp hơn Xuất phát từ yêu cầu nhiệm vụ thiết bị dùng trong học tập nên cần chính xác Vì vậy, em chọn phơng án chuẩn đoán theo dao đọng cỡng bức

Dới đây ta xét một số kiểu bệ thử dùng phơng pháp tạo dao động cỡng bức:

1) Loại bệ thử tạo dao động bằng băng tải

1: Khung bệ 5: Vấu tạo dao động cỡng bức

2: Vít vô tận 6: Thiết bị đo ghi

3,7,9: Các tang trống 8: Bàn đỡ băng tải

4: Băng tải

* Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bệ:

Khung 1 dùng làm giá đỡ để định vị xe, trên đó có lắp các tang trống đỡ 7,9

và tang trống căng 3, đồng thời làm giá đỡ đẻ cố định các thiết bị đo ghi Vít vô tận

2 dùng để điều chỉnh độ căng của băng thử 4 một cách vô cấp, giữa các tang trống

có tấm đỡ 8 vừa để cho xe đi qua, vừa để đỡ các băng tải khỏi bị trùng Thiết bị ghi

6 để ghi lại dao động của ôtô ở điểm bất kỳ trên ôtô heo ý muốn Độ nhấp nhô của mặt đờng giả định đợc thực hiện bởi các vấu nhấp nhô chuyên dùng 5 Khi ôtô

đứng trên bệ thử các bánh xe cầu trớc và cầu sau đứng ở vị trí tang trống 7và 9 Khoảng cách từ tang trống 9 đến tang trống 7 có thể điều chỉnh đợc cho phù hợp với chiều dài cơ sở của mỗi loại xe nhờ thay đổi vị trí của tang trống 7 Khi băng tải chuyển động vấu 5 cũng chuyển động theo Nó lần lợt đập vào các bánh xe cầu trớc rồi các bánh xe cầu sau Nó kích thích hệ thống treo dao động cùng các bộ phận trên nó Trạng thái kỹ thuật của hệ thống treo đợc xác định theo đặc tính biên tần dao động thẳng đứng của những điểm gắn thớc ghi:

A(ω) = X(ω)/H(ω)

Trong đó:

H: Độ nhấp nhô

X: Biên độ ghi đợc

u điểm : Thiết bị đo ghi đơn giản, mô phỏng đợc điều kiện làm việc thực tế làm việc

của ôtô trên đờng , Kết quả chẩn đoán tơng đối chính xác, có thể di chuyển đợc

* Nh ợc điểm : Bệ thử có kết cấu khá phức tạp, tuổi bền của bệ phụ thuộc vào băng

(cảm biến) sẽ nhận đợc các dao động và ngăn ngừa khả năng ôtô vợt ra khỏi bệ thử Thiết bị 3 để giữ xe ở vị trí đứng yên.

*

u điểm : Loại bệ thử này có kết cấu gọn nhẹ, đơn giản và dễ chế tạo, cách bố trí

thiết bị đo ghi tơng đối dễ dàng và có thể đo đợc ở nhiều vị trí khác nhau Do kết cấu đơn giản gọn nhẹ nên bệ thử loại này tiết kiệm đợc diện tích nhà xởng, có tuổi bền cao và dễ lắp ráp

* Nh ợc điểm : Chu kỳ dao động của bánh lệch lớn, không mô phỏng chính xác điều

kiện làm việc thực tế của ôtô làm ảnh hởng đến kết quả chẩn đoán, cần các thiết bị

đo ghi tơng đối phức tạp

3) Loại bệ thử tạo dao động bằng tang trống

* Cấu tạo và nguyên lý làm việc :

1: Giá cố định 2:Thiết bị giữ bánh xe

3: Thiết bị đo ghi 4: Tang trống tạo dao động

5: Hộp giảm tốc 6: Động cơ điện

7: Con lăn tăng sự ổn định của xe

Ôtô đợc đỡ trên bệ thử xây dựng bằng gạch, có lan can hạn chế hành trình dọc và ngang của xe Dao động cỡng bức đợc tạo ra nhờ tang trống 4 đợc dẫn động

hộp số từ động cơ điện 6 qua hộp giảm tốc 5 Khi bánh xe quay trên tang trống với tốc độ phù hợp thì hệ thống treo dao động cỡng bức ,các bộ phận khác cũng dao

động theo Biên độ dao động đợc ghi lại nhờ thiết bị đo ghi lắp trên sàn bệ thử

* u điểm : Kết cấu đơn giản, dễ gá đặt các thiết bị, tuổi bền tơng đối cao.

* Nh ợc điểm : Có kích thớc lớn, yêu cầu mặt đờng ra vào rộng, cần có hầm sâu

hoặc cầu dẫn cao

4 Kiểu tạo dao động c– ỡng bức loại tay quay thanh truyền

* Cấu tạo và nguyên lý làm việc

* Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, dẻ tiền thiết bị dễ kiểm tra thay thế.

* Nh ợc điểm : Thiết bị đo ghi bố trí phức tạp cồng kềnh, thiết bị đo ghi khó

ở Việt Nam cần có những trạm bảo dỡng sửa chữa nhỏ có chức năng đa dạng, đáp ứng kiểm tra cho nhiều loại xe do đó ta chọn loại bệ thử tạo dao động cỡng bức tay quay thanh truyền làm phơng án thiết kế vì loại bệ thử này vừa tiết kiệm đựơc diện tích nhà xởng và vừa dễ chế tạo, lắp đặt nên phù hợp hơn các loại bệ thử khác

Đồng thời nó phù hợp với bệ thử có tải trọng lớn đáp ứng đợc yêu cầu thử với loại

xe ôtô khách 40 chỗ ngồi

* Sơ đồ khối của bệ thử

1: Tay quay 2: Thanh truyền

3: Tấm nâng 4 : Các con lăn

5: Bánh xe

Nguyên lý làm việc Tay quay 1 nhận truyền động từ động cơ điện qua thanh truyền 2 và tấm nâng 3 làm cho xe dao động lên xuống Hai con lăn 4 có tác dụng ngăn ngừa khả năng ôtô vợt ra khỏi bệ thử và tạo điều kiện cho ôtô dao động cơng bức ổn định Để đo đợc dao động của ôtô ta có thiết bị đo ghi gắn vào vỏ xe * Sơ đồ và nguyên lý làm việc của bệ 8

4

6

7

4

5

3 2 1

1: Động cơ điện 2: Khớp nối

3: Hộp giảm tốc 4: Tấm nâng

5: Các con lăn 6 : Thanh truyền

7: Tay quay 8: Bánhxe

Với loại bệ thử này các hệ thống dẫn động đều đợc bố trí dới hầm còn bộ phận đo ghi đợc thiết kế trên nền

* Nguyên lý hoạt động:

Động cơ điện 1 quay làm trục sơ cấp của hộp số quay, thông qua khớp nối Hộp số 3 có tác dụng làm giảm tốc độ của động cơ để phù hợp với tốc độ của yêu cầu chẩn đoán Tay quay 7 quay sẽ làm cho thanh truyền 6 quay làm cho tấm nâng

4 chuyển đọng lên xuống làm cho xe dao động lên xuống Thiết bị đo ghi sẽ đợc gắn vào các vị trí cần đo ghi, dao động của hệ thống treo của ôtô sẽ đợc truyền lên

đầu của bút ghi để ghi lại các giá trị cần ghi

* Yêu cầu của bệ thử:

GV HD : Nguyễn Đức Tuấn SV TH: Nguyễn Quang Cờng

9

- Độ bền của các chi tiết phải đảm bảo, chịu đợc tải trọng động khi chuẩn đoán.

- Đảm bảo cho ôtô chuyển động dễ dàng và an toàn khi ra vào

- Phải thuận tiện cho công tác kiểm tra, điều chỉnh và bảo dỡng sửa chữa

Phần IITính toán động học và

động lực học

Bệ thử thiết kế ra phải đảm bảophải đảm bảo kiểm tra cho tất cả các loại xe khách có số chỗ ngồi bé hơn, bằng hoặc lớn hơn 40 chỗ ngồi một chút, tức là kích thớc nhỏ ( kích thớc trong) của bệ thử phải phù hợp với kích thớc của xe bé nhất, kích thớc lớn ( kích thớc ngoài) của bệ thử phải phù hợp với kích thớc của xe lớn nhất Vi vậy, ta cần phải có các thông số kỹ thuật của một số xe tham khảo ở bảng dới:

Bảng thông số kỹ thuật

Loại xe

T.Số kỹ thuật

180

IKARUS- 706RTO

íc, sau (B) mm

1740 1800

2125 1865

1855 1815

1700 1740

1700 1780 ChiÒu dµi c¬ së

B max

a a

Bn

b H/2 b

2

t n tn

B B

(víi xe scoto)

=> Bt = 1700 - 280 – 2*200 = 1020mm = 1.02mVËy:

Ltn =

2

1020

2805− =890.5mmLÊy Ltn = 900mm = 0.9 (m)

là: f = 1 ữ 4 (Hz)

⇒ωtq = 2*3.14 *(0.5 ữ 4) = 6.28 ữ 25.12 (rad/s)

Số vòng quay của tay quay là:

)/(24060

14.3

)12.2528.6(

*30

*30

ph vg

πϖ

II Tính toán động lực học của bệ

1) Sơ đồ tải trọng tác dụng lên tấm đẩy

GV HD : Nguyễn Đức Tuấn SV TH: Nguyễn Quang Cờng

13

Z1

Z2

η: Hiệu suất của bộ truyền

η = ηhs.ηK.η5

ổ = η2

br.ηK.η5

ổ

ηbr : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ, ηbr = 0.97

ηK : Hiệu suất của khớp nối, ηK = 1

ηổ : Hiệu suất của cặp ổ lăn, ηổ = 0.995

η = 0.972 * 1 * 0.9955 = 0.92Công suất của trục cam là:

1000

81.9

*1

*

Vậy công suất cần thiết của động cơ điện là:

Nđc = NTC/ η = 27/0.92 = 29.35 (KW)

Từ kết quả tính đợc ta tra bảng thông số động cơ ta chọn đợc loại động cơ thích hợp là :

*14.3

1

*30

iK : tỉ số truyền của khớp nối, iK = 1

ibn : tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng cấp nhanh

ibt : tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm

Để tạo điều kiện bôi trơn bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc bằng

ph-ơng pháp ngâm dầu Ta chọn ibt =1.25 ibt

Suy ra: ibt = 2.5 ⇒ ibn = 3

phần III Thiết Kế thiết bị đo ghi

GV HD : Nguyễn Đức Tuấn SV TH: Nguyễn Quang Cờng

15

Với bất kỳ một bệ thử nào để nhận đợc kết quả của quá trình thí nghiệm thì chúng ta phải tiến hành ghi lại các kết quả đo đó Thiết bị đo ghi của các bệ sẽ

đảm nhận công việc này Độ chính xác của kết quả đo phụ thuộc nhiều vào độ chính xác của thiết bị đo

1817

163

2

1

54

67

8

910

1112

13

14

15

5: Mặt bích 6: Tang trống

7: ống trợt 8: Trục di động 9:Khớp cầu 10: ống dẫn hớng

11: Khớp bản lề 12:Trục chủ động

13: Cặp 14: Thanh dẫn động bút 15: Cơ cấu kẹp bút và bút 16:Đế bắt động cơ

17: Trục cố định 18: Đế

19: Thanh giữ ống trợt 7

II Nguyên lý làm việc

Động cơ 1 quay làm quay trục sơ cấp của hộp số 3 thông qua khớp nối 2 Trục thứ cấp của hộp số 3 làm quay tang trống 6 cũng nhờ mặt bích 5 Tang trống

đợc đỡ trên hai ổ bi, cặp 13 đợc bắt chặt vào ôtô, khi ôtô dao động lên xuống qua các thanh dẫn động 12và 13 làm cho trục di động 9 trợt lên xuống trong ống trợt 7 (trục 11 có thể trợt ra vào trong thanh ống dẫn hớng 10 nhờ sống trợt) Khi trục 8 trợt lên xuống qua các thanh dẫn động bút 14 và cơ cấu kẹp bút làm cho bút chuyển

động lên xuống để ghi lại dao động lên trên giấy gián trên tang trống 6 Khớp cầu 9

có tác dụng đảm bảo sự lắc trong mặt phẳng dọc trục của ôtô không ảnh hởng đến

độ chính xác của kết quả ghi đợc Thanh trợt 11 và 12 có làm sống trợt trong nhau

có tác dụng thò ra thụt vào nhằm thay đổi phù hợp với chiều rộng của từng xe,

đồng thời nó đảm bảo cho dao động ngang của xe không ảnh hởng đến độ chính xác của kết quả đo Cũng nhờ khớp cầu 9 và các thanh 10,12 có thể thay đổi đợc chiều dài làm cho khi xe vừa lắc dọc vừa lắc ngang cũng không ảnh hởng đến kết quả đo Khớp bản lề 11 và các bu lông để lắp khớp cầu10

III.Thiết kế một số bộ phận chính

1) Xác định tốc độ quay của tang quay

Ta đã biết xe ôtô chạy trên đờng thì dao động của ôtô sẽ có hai vùng cộng hởng Vùng cộng hởng ở tần số cao đó là vùng cộng hởng do lốp sinh ra còn vùng cộng hởng ở tần số thấp là do hệ thống treo sinh ra, Vùng cộng hởng tần số cao thì

có biên độ dao động nhỏ nên không nguy hiểm, còn vùng cộng hởng ở tần số thấp

có biên độ dao động lớn nên nguy hiểm

GV HD : Nguyễn Đức Tuấn SV TH: Nguyễn Quang Cờng

17

Hai vùng cộng hởng đợc biểu thị trên đồ thị đặc tính biên tần sau:

Vùng cộng hởng trong khoảng ω1 đến ω2 có tần số ftb = 0,5 ữ4 (dđ/giây) Để nhất quán với phần tính toán về động học của bệ ta đi tính tần số dao

động:

2/

*14.3

*2

1

=

=

Vậy chu kỳ doa động T = 1/f = 1/3.2 (s)

Để đầu bút 16 vẽ đợc một chu kỳ dao động của xe nên giấy thì băng giấy phải dịch chuyển một đoạn với thời gian bằng T Với mục đích để cho thuận tiện cho việc quan sát ta chọn khoảng dịch chuyển của giấy là:

L = 100 (mm) = 0,1 (m)Vậy vận tốc dịch chuyển của băng giấy là:

A

ω1 ω2 ω

V = L/T = 0,32 (m/s) Tốc độ quay của tang quay là :

*60

=

Trong đó:

D là đờng kính của tang quay Chọn D = 250 (mm)

Tốc độ quay của tang quay là:

23250

*14.3

32.0

*1000

- Đờng kính của tang trống: D = 250 mm

- Chiều cao tang trống : H = 500 mm

3) Tính toán lò xo bút

Chọn vật liệu chế tạo lò xo là thép cacbon có [τ] = 500 N/mm2

- Đờng kính của dây lò xo

*

* 6 1

τ

C P k

d ≥ lx

D

d