Đồ án kết cấu tính toán ôtô

Hệ thống treo trên xe là một bộ phận quan trọng, nó ảnh hởng trực tiếp đến khả năng điều kiện của ngời lái tính ổn định của xe, đảm bảo độ êm dịuchuyển động và an toàn cho các thiết bị t

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật công nghệchế tạo ôtô trên thế giới không ngừng đợc hoàn thiện, cải tiến và nâng cao.Việc chuyên chở bằng ô tô có khả năng đáp ứng tốt về nhiều mặt so với cácphơng tiện vận chuyển khác do nó đơn giản an toàn tính cơ động cao, có thể

đến đợc nhiều vùng nhiều nơi mà giá thành vận chuyển thấp

Để đáp ứng những mục tiêu chủ yếu nh: tính năng thông qua của xe,

độ êm diu chuyển động và an toàn chuyển động, tiện nghi trên xe, tốc độ xe,

đảm bảo sử dụng thuận tiện, nhẹ nhàng và tính kinh tế cao nhất, các công ty,tập đoàn chế tạo ô tô liên tục cho ra đời các loại xe hiện đại với chất lợngngày càng đợc cải thiện Nhờ có sự phát triển của công nghệ vật liệu, kỹthuật điên tử và kỹ thuật số các cụm các hệ thống… trên ô tô đ trên ô tô đợc hoàn thiệnngay một cao hơn

Hệ thống treo trên xe là một bộ phận quan trọng, nó ảnh hởng trực tiếp

đến khả năng điều kiện của ngời lái tính ổn định của xe, đảm bảo độ êm dịuchuyển động và an toàn cho các thiết bị trên xe và hành khách Vì vậy hệthống treo ngày càng không ngừng đợc hoàn thiện và cải tiến

Để có thể ngày càng tiếp cận với ôtô hiện đại, phát huy tốt tính năng

kỹ thuật của xe nắm chắc các kết cấu hệ thống để có thể điều chỉnh, sửachữa trong quá trình sử dụng và nâng cao tính hiệu quả Cần đi vào nghiêncứu sâu các hệ thống trong đó có hệ thống treo

Sau khi đợc học môn học "Kết cấu tính toán ô tô quân sự", tôi đợcgiao nhiệm vụ thực hiện đồ án “Tính toán thiết kế hệ thông treo sau cho xevận tải hạng nặng” Trong phạm vi đồ án chỉ tập chung chủ yếu vào thiết kế

bộ phận nhíp và thanh dẫn hớng của hệ thống treo, đánh giá chỉ tiêu chất ợng của hệ thống treo và phân tích đặc điểm kết cấu của hệ thống treo, tínhtoán dao động, tính toán nghiệm bền cho một số chi tiết, bộ phận của hệthống treo với các số liệu đã có

l-Đồ án đợc sự hớng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Văn Trà và các thầy giáo trong bộ môn Mặc dù đã rất cố gắng nhng chắc chắn đồ án vẫnmắc một số sai sót do hạn chế về mặt kiến thức cũng nh thời gian thực hiện Kính mong các thầy giáo giúp đỡ, chỉ bảo để đồ án đợc hoàn thiện hơn Xin chân thành cảm ơn

Chơng I Phân tích đặc điểm kết cấu 1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống treo.

1.1.1 Sự cần thiết cần có hệ thống treo

Khi ôtô chuyển động trên đờng không bằng phẳng thờng phát sinh nhữngdao động dới tác động kích thích của độ mấp mô biên dạng đờng Dao độngcủa ôtô ảnh hởng tới con ngời, hàng hoá chuyên chở trên xe, độ bền và tuổithọ của các kết cấu ôtô

Ngoài ra nếu con ngời phải chịu đựng lâu trong tình trạng xe bị rung xócnhiều sẽ sinh ra mệt mỏi, giảm hiệu suất công việc, có nguy cơ mắc các bệnhthần kinh và não Do vậy việc hạn chế và dập tắt nhanh các dao động của ôtô

là bài toán cần thiết khi thiết kế, hệ thống treo có thể đảm bảo điều đó

Hệ thống treo là một tổ hợp các cơ cấu thực hiện liên kết các bánh xe (cầuxe) với khung xe (vỏ xe) để đảm bảo độ êm dịu và an toàn chuyển động trêncơ sở tạo ra các dao động của thân xe và bánh xe theo ý muốn, giảm các tảitrọng va đập cho xe khi chuyển động trên địa hình không bằng phẳng Ngoài

ra hệ thống treo còn dùng để truyền các lực và mô men tác động giữa bánh

xe và khung xe (vỏ xe)

1.1.2 các yêu cầu đối với hệ thống treo.

+ Đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi xe chuyển động

+ Sự thay đổi quĩ đạo lăn của các bánh xe không đáng kể để đảm bảo

độ êm dịu chuyển động thẳng và tính năng thông qua của ôtô

+ Trọng lợng phần không treo phải nhỏ

Trọng lợng phần không treo bao gồm trọng lợng bánh xe, các chi tiếtcủa bộ phận dẫn hớng, cầu xe và một phần trọng lợng của bộ phận đàn hồi vàgiảm chấn Giảm trọng lợng phần không treo sẽ làm giảm rất nhiều tải trọng

động tác dụng lên bộ phận đàn hồi và thân xe Yêu cầu này đợc thực hiện rấttốt đối với hệ thống treo độc lập

+ Hệ thống treo phải đảm bảo có sức sống cao, độ tin cậy lớn trong sửdụng Sức sống của hệ thống treo của ôtô chủ yếu phụ thuộc vào loại sơ dồ treo

+ Đảm bảo đơn giản, thuận tiện trong quá trình bảo dỡng, sửa chữa.Yêu cầu này chủ yếu phụ thuộc vào số lợng các điểm phải bảo dỡng và vị trícác điểm đó trên xe

1.1.3 Phân tích kết cấu một số hệ thống treo.

- Hệ thống treo phụ thuộc: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và

bên phải của một cầu đợc liên kết cứng với nhau bằng dầm cầu liền hoặc vỏcầu cứng Khi đó dao động hoặc chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc

mặt phẳng thẳng đứng) của bánh xe bên này làm ảnh hởng, tác động đếnbánh xe bên kia và ngợc lại.

Phần lớn ô tô sử dụng trong quân đội ta loại 1 cầu và 2 cầu chủ động đều

có hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi nhíp lá (UAZ-469; GAZ-66;ZIL-131; URAL-375; KRAZ-255; BRDM-2;… trên ô tô đ) Trên hình (1.1) thể hiệncấu tạo của hệ thống treo trớc loại nhíp nửa e líp của xe GAZ-66

Hình 1.1: Hệ thống treo trớc ô tô GAZ-66.

Hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi nhíp lá có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền vì các lá nhíp vừa làm nhiệm vụ của phần tử đàn hồi vừa làm nhiệm vụ của phần tử hớng, đơn giản trong bảo dỡng kỹ thuật, lốp xe sẽ ít bị mòn khi quay vòng vì chỉ có khung xe nghiêng còn cầu xe không bị nghiêng Nhợc

điểm của hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp là: có khối lợng phần không treo lớn, do vậy giảm độ êm dịu chuyển động; khó có đợc hệ treo mềm vì để có

hệ treo mềm cần phải nâng cao khung (vỏ) so với cầu xe; xác suất xuất hiện dao động của bánh xe dẫn hớng lớn, do vậy ảnh hởng xấu tới ổn định chuyển

động thẳng; tuổi thọ của các lá nhíp nhỏ Để tăng tuổi thọ lá nhíp ngời ta áp dụng phơng pháp gia công phun hạt vào mặt trên các lá nhíp, sử dụng nhíp

có tiết diện ngang hợp lý, cố định các đầu nhíp bằng các phần tử cao su, bôi

mỡ chì giữa các lá nhíp hoặc các tấm đệm giữa các lá nhíp (đệm bằng chất dẻo, bằng đồng hoặc hợp kim chống mòn), đánh bóng bề mặt các lá nhíp

- Hệ thống treo độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh

xe bên phải không có liên kết cứng với nhau, chúng chỉ đợc nối gián tiếp vớinhau thông qua khung xe hoặc vỏ xe Chính vì vậy mà dao động hay chuyểndịch của các bánh xe là độc lập nhau

ở hệ thống treo độc lập thờng sử dụng lò xo trụ hoặc thanh xoắn là phần tử

đàn hồi Trong quá trình sử dụng không cần phải bôi trơn, không bị bụi bẩn

và có độ bền cao, có khối lợng phần không treo nhỏ, bảo đảm hành trình làmviệc của xe lớn do vậy bảo đảm tạo ra đợc treo mềm hơn Nhợc điểm chínhcủa hệ thống treo độc lập là kết cấu dẫn động đến các bánh xe phức tạp, tăng

số lợng khớp nối đồng thời tăng khối lợng công việc chăm sóc bảo dỡng kỹthuật, trọng tâm xe thay đổi khi thân xe dao động

- Hệ thống treo cân bằng: Hai bánh xe cùng một phía của hai cầu xe liềnnhau có chung phần tử đàn hồi đợc bố trí xung quanh trục cân bằng

Hệ thống treo cân bằng thờng gặp ở những xe nhiều cầu có tính năngthông qua cao Những xe đó có ba hoặc bốn cầu trong đó bố trí hai cầu liềnnhau Hệ thống treo của những cầu này thờng là hệ thống treo cân bằng phụthuộc Ví dụ nh cầu giữa và cầu sau của ô tô ZIL-131; URAL-4320;KRAZ-255B;

Hình 1.2a: Hệ thống treo cân bằng với phần tử hớng

là các thanh giằ ng cầu.

Hình 1.2b: Hệ thống treo cân bằng sử dụng nhíp để truyền các lực dọc.

Khi sử dụng hệ thống treo cân bằng, trong trờng hợp ô tô chuyển độngtrên địa hình gồ ghề, các bánh xe có thể bảo đảm luôn tiếp xúc với bề mặt đ -ờng, do vậy mà nâng cao tính năng thông qua cho ô tô Ngoài ra, hệ thốngtreo cân bằng có u điểm là cho phép trục của cầu giữa và cầu sau lệch mộtgóc khá lớn (khoảng 240) để bảo đảm khả năng bám của các bánh xe với bềmặt đờng Hệ thống treo của cầu sau và cầu giữa của các ô tô ZIL-131, URAL-

375 và KRAZ-255B là hệ thống treo cân bằng trên hai bộ nhíp dọc nửa êlíp Hệtreo này bảo đảm sự bằng nhau của các tải trọng thẳng đứng trên cầu giữa vàcầu sau

Trên (hình 1.3) thể hiện kết cấu hệ thống treo sau cân bằng ở ô tôURAL-4320, URAL-375 Cấu tạo của chúng tơng tự nh ở ô tô ZIL-131

Điểm khác chủ yếu là các thanh giằng có các khớp tự điều chỉnh và bôi trơnbằng mỡ Các khớp này có bạc đệm dạng nêm, chốt dạng cầu cùng lò xo vànắp bịt kín ở xe URAL-375, hạn chế sự dịch chuyển xuống dới nhờ cáphành trình trả Ngoài u điểm về việc bảo đảm khả năng bám của các bánh

xe trên bề mặt đờng khi chuyển động trên địa hình, ở hệ thống treo cânbằng còn cho phép giảm đợc hành trình chuyển của khung (hoặc vỏ xe) đimột nửa khi bánh xe này dịch chuyển tơng đối với bánh xe kia (hình 1.3)

Hình 1.3: Hệ thống treo cầu giữa và cầu sau ô tô URAL-4320.

Để bảo đảm khả năng làm việc của treo cần định kỳ một lần trong năm vàothời điểm chuyển sang mùa đông, tiến hành bôi trơn tất cả các lá nhíp đểchống mòn Khi đó cần khử tất cả các mỡ cũ và bụi bẩn và cả các vết mòn,sau đó tiến hành bôi trơn bề mặt làm việc của nhíp bằng mỡ chì

ổ trục cân bằng cần đợc bôi trơn bằng dầu Khi tra dầu cần theo dõi mức dầu đến ngang miệng lỗ Ngoài việc bôi trơn các vị trí nh giới thiệu ở trên, trong quá trình sử dụng chú ý nếu lá nhíp gốc thứ nhất mòn quá 1/2 chiều dày thì cần đảo vị trí lá thứ nhất cho lá thứ hai Trong trờng hợp mẻ hoặc vỡ lá nhíp thứ nhất ở vị trí mòn thì việc thay đổi vị trí cho lá thứ 3 chỉ cho phép khi lá nhíp đó có đầu cuối vẫn nằm trong tai nhíp và bảo đảm làm việc bình thờng của ba lá khi cầu dịch chuyển xuống dới

1.2 Sự phát triển của các loại hệ thống treo

1.2.1 Khái niệm về treo thụ động

Hệ thống treo thụ động là một hệ thống mà các đặc tính của các thànhphần (nhíp và giảm chấn) là cố định Các đặc tính này đợc xác định bởi cácnhà thiết kế hệ thống treo, theo mục đích thiết kế và ứng dụng mong muốn.Thiết kế hệ thống treo thụ động là sự tối u hoá giữa độ ổn định và êm dịuchuyển động.

Một hệ thống treo với cản lớn (gồm của cả phần tử giảm chấn, phần tử

đàn hồi và lốp xe, ) sẽ đem lại tính ổn định tốt nhng cũng truyền mạnh các

đầu vào từ đờng lên thân xe Khi xe chuyển động với tốc độ thấp trên đờngnhấp nhô hoặc với tốc độ cao trên đờng phẳng nó sẽ nhận đợc chuyển độngxấu Ngời lái và hành khách có thể cảm thấy khó chịu hoặc gây h hỏng hànghoá Một hệ thống treo với cản nhỏ sẽ mang lại độ êm dịu chuyển động tốthơn nhng lại làm giảm đáng kể sự ổn định khi quay vòng hoặc khi vợt dốc Một hệ thống treo thụ động đợc thiết kế tốt có thể mở rộng phần nào khảnăng chuyển động và ổn định, nhng không thể loại trừ đợc sự mâu thuẫn này.Vì những lý do đó mà ngày nay trên các ôtô hiện đại ngời ta thiết kế các hệthống treo khác nhau nh đợc trình bày trong các mục dới đây

mà không phụ thuộc vào dịch chuyển hoặc vận tốc của khối lợng treo vàkhông treo Nhờ vào bộ điều khiển chính xác, các kết quả tối u giữa độ êmdịu chuyển động và độ ổn định thân xe tốt hơn đối với hệ thống treo thụ

điều chỉnh hệ thống treo để chống lại các đầu vào nh ổ gà, khi quay vònghoặc các loại đầu vào đờng khác nói chung

1.2.4 Các hệ thống treo bán tích cực

Các hệ thống treo bán tích cực đợc đề cập lần đầu tiên vào đầu nhữngnăm 70 Trong loại hệ thống này, phần tử đàn hồi truyền thống đợc giữ lại,nhng phần tử giảm chấn đợc thay thế bằng giảm chấn điều khiển Trong khi

hệ thống treo tích cực yêu cầu một nguồn năng lợng ngoài nhằm cung cấpcác kích thích để điều khiển xe, thì hệ thống treo bán tích cực chỉ dùng nănglợng ngoài để điều chỉnh các mức độ cản, và làm cho bộ điều khiển ghi cùngcác cảm biến làm việc Bộ điều khiển xác định mức độ cản và tự động điềuchỉnh để thu đợc cản đó (cản thích hợp) Một trong những cách thức điềukhiển bán tích cực chung nhất là điều khiển kiểu móc treo Về mặt toán học,

điều khiển móc treo đợc biểu diễn nh sau:

Nếu X1X  1 X 2 0 thì C := cản cao; còn nếu: X1X  1 X 2< 0 thì C := cảnthấp

Trong các bất phơng trình trên, X1 là vận tốc của khối lợng treo còn

2

X là vận tốc của khối lợng không treo Loại điều khiển móc treo này gọi là

điều khiển on-off vì giảm chấn chuyển về một trong hai trạng thái cản mà nó

có thể có Khi khối lợng treo chuyển động đi lên và khối lợng treo với khôngtreo lại tiến đến gần nhau thì hệ số cản lý tởng phải bằng không Do các giớihạn vật lý của giảm chấn thực, hệ số cản bằng không là không thực hiện đợcnên ngời ta dùng hệ số cản rất thấp Khi khối lợng treo chuyển động xuốngdới còn hai khối lợng tiến lại gần nhau, cách hoạt động của điều khiển móctreo là cần phải sinh ra một hệ số cản lớn vô cùng Một hệ số cản lớn vô cùngthì không thể đạt tới đợc, do đó trong thực tế hệ số cản điều chỉnh đợc đặt ởmức cao nhất Tác dụng của sơ đồ điều khiển móc treo là để giảm đến mứcthấp nhất vận tốc tuyệt đối của khối lợng treo

Cũng có thể điều khiển nhờ loại giảm chấn không chỉ chuyển giữa trạngthái cao và thấp mà còn có vô số điểm nằm giữa hai mức đó Loại hệ thốngnày đợc gọi là hệ thống bán tích cực thay đổi liên tục Trong trờng hợp giảmchấn điều khiển trong hệ thống treo bán tích cực bị hỏng thì nó sẽ trở về

giảm chấn thờng một cách dễ dàng Các hệ thống treo bán tích cực không chỉ

có ít dạng h hỏng nguy hiểm mà còn ít phức tạp, ít xẩy ra các h hỏng cơ khí

và yêu cầu năng lợng nhỏ hơn nhiều so với các hệ thống treo tích cực Vìvậy, loại hệ thống treo này sẽ là xu hớng phát triển tất yếu trong tơng lai

3) Chọn phơng án thiết kế.

Qua phân tích kết cấu của các hệ thống treo ở trên, từ nhiệm vụ đề tài

đợc giao là: “Thiết kế hệ thống treo sau cho ô tô vận tải hạng nặng” và có

tham khảo xe URAL-4320 tác giả chọn phơng án thiết kế nh sau:

+ Hệ thống treo của xe thiết kế là loại hệ thống treo cân bằng

+ Phần tử đàn hồi là nhíp lá, phần tử hớng là những thanh giằng

Chơng ii Tính toán thiết kế hệ thống treo

Kg

984037826058

Jy - Mômen quán tính khối lợng của phần treo đối với trục ngang

đi qua trọng tâm phần treo

Ta có công thức tính: Jy =A.M.L2

Với:

A - Hệ số kinh nghiệm, lấy A = 0,22

L - Chiều dài cơ sở ô tô, L=5,255 (m)

Thay vào công thức (1), ta có:

816 , 0 02 , 2 235 , 3

925 , 4 22 , 0

L A y

02 , 2

- M: khối lợng phần treo của ô tô (N.s2/m)

- : tần số dao động riêng của khối lợng phần treo (rad/s)

Để đảm bảo độ êm dịu của ô tô quân sự, khi tính toán độ cứng của phầntreo

tần số dao động riêng của khối lợng phần treo thờng chọn trong khoảng:

chọn :   10 15(rad s/ )

) / ( 5 , 738307 25

, 12 2

9840

2 .1.4 xác định hành trình động của bánh xe.

fđ = ft.(11,5) (theo [3])Chọn fđ=fđ1=fđ2 =1,2.ft = 0,093 (m)= 93(mm)

2.1.5 Kiểm tra hành trình động của bánh xe theo điều kiện bảo đảm khoảng sáng gầm xe nhỏ nhất

: khoảng sáng gầm xe ở trạng thái tĩnh của ô tô (m)

min: khoảng sáng gầm xe sau khi bánh xe dịch chuyển hết hành trình

động (m)

).

( 15 , 0 1 , 0

min   m

) ( 307 , 0 ) ( 307 93 400



Thỏa mãn điều kiện khoảng sáng gầm xe nhỏ nhất

2.1.6 Kiểm tra hành trình động của bánh xe theo điều kiện không xảy ra va

đập giữa phần treo tr ớc và phần không treo tr ớc khi phanh cấp tốc

fđ  ft max

b hg

Trong đó: - max: hệ số bám lớn nhất của bánh xe với mặt đờng; max = 0,8

- hg: chiều cao trọng tâm của ô tô hg = 1,35 (m)

fđ1 = 93 > 41,7 => Thỏa mãn điều kiện

2.1.7 xác định hệ số dập tắt dao động của khối l ợng phần treo.

0

h   Trong đó: + h0: hệ số dập tắt dao động của khối lợng phần treo (rad/s)

+ : hệ số cản tơng đối  = 0,2  0,3 (theo [3]), Chọn  = 0,25 + : tần số dao động riêng của khối lợng phần treo (rad/s)

2.2 Tính toán thiết kế các bộ phận của hệ thống treo

2.2.1 Tính toán thiết kế nhíp

Các kích thớc cơ bản của nhíp đợc xác định trên cơ sở bố trí chung của

ô tô, sự biến dạng của nhíp, tải tác dụng lên nhíp và ứng suất sinh ra trong bộnhíp

a) Xác định chiều dài của bộ nhíp

L

l  ( 0 , 30  0 , 35 ).

trong đó: l- chiều dài của bộ nhíp

L- chiều dài cơ sở của ô tô L=5,255(m)

l 0 , 30  0 , 35 4 , 925  1 , 5765  1 , 839

chọn l =1,6 m;