Thiết kế trục khóa số phần 3

Tài liệu tham khảo Thiết kế trục khóa số

Phần 3 Tính toán kiểm nghiệm hệ thống treo

3.1 Tính toán dao động

Bảng 3.1.các thông số đầu vào

1 - Khối lợng phần treo của xe khi đầy tải (NS2/m) 2070 M

3.11 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo

a Xác định hệ số phân bố khối lợng phần treo.

b a M

J y y

⋅

⋅

=

ε

Trong đó:

εy : Hệ số phân bố khối lợng phần treo của ô tô

M: Khối lợng phần treo của ô tô (NS2/m)

a, b: khoảng cách từ trọng tâm phần treo đến tâm bánh xe cầu trớc và tâm bánh xe cầu sau (m)

Jy : Mô men quán tính khối lợng phần treo đối với trục đi qua trọng tâm phần treo và vuông góc với mặt phẳng thẳng đứng dọc xe

Jy = A M L2 (N m S2)

Trong đó:

A: Hệ số kinh nghiệm

A = 0,13 ữ 0,22

Ta chọn: A = 0,20

M: Khối lợng phần treo của ô tô (NS2 /m)

L : Chiềudài cơ sở của ô tô (m)

L= 2,4 (m)

Ta có: Jy = A L2 M

= 0,2 2070 (2,4)2

= 2384,64 (N m s2)

* Khối lợng phần treo phân bố lên các cầu

L

a M

M1 = ⋅

L

b M

M2 = ⋅ Trong đó:

M1, M2 khối lợng phần treo phân bố lên cầu trớc và cầu sau

Khối lợng phần treo phân bố lên cầu trớc

920

1 = ⋅M =

L

a

2070

4 , 2

=

Khối lợng phần treo phân bố lên cầu sau

1150

2 = ⋅M =

L

b

2070

4 , 2

=

Vậy ta có:

806 , 0 3 , 1 1 , 1 2070

64 ,

⋅

=

⋅

⋅

=

b a M

J y

y

ε

Do: 0,8 < εy < 1,2 nên có thể coi phần trớc và phần sau xe dao động

độc lập với nhau

b Xác định độ cứng của treo.

Đối với treo trớc Ct1 = 45000 (N/m)

Đối với treo sau Ct2 = 55000 (N/m)

c Xác định hành trình tĩnh của bánh xe.

2

ω

g

f t =

Trong đó:

ft : hành trình tĩnh của bánh xe (m)

g: Gia tốc trong trờng (m/s2)

w: Tần số dao động riêng của khối lợng phần treo (rad/s)

89 , 9 920

45000 2

2

Ư

1

1 1

=

=

=

M

Ct

ω

78 , 9 1150

55000 2

2

Ư

2

2

M

Ct

Thay các giá trị vào công thức trên ta đợc

1 , 0 89 , 9

81 , 9

2 2

1

ω

U

g

1 , 0 87 , 9

81 , 9

2 2

2

ω

U

g

d Xác định hành trình động của bánh xe

fđ = ft (1,0 ữ 1,5) (m)

Ta chọn

fđ = ft 1,2

fđ1 = ft1 1,2 = 0,1 1,2 = 0,12 (m)

fđ2 = ft2 1,2 = 0,1 1,2 = 0,12 (m)

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

đập giữa phần treo trớc và phần không treo trớc khi phanh cấp tốc

fđ ≥ ft ϕmax hg b Trong đó:

ϕmax : Hệ số bám lớn nhất của bánh xe với mặt đờng

ϕmax = 0,8

hg: chiều cao trọng tâm của ô tô (m)

hg = 0,76 (m)

b khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm bánh xe cầu sau (m)

b= 1,3 (m)

Treo trớc:

fđ1 = 0,12 ≥ ft1

b

h g

max ϕ

⋅

fđ1 = 1,2 ≥ 0,1 0,8 01,,763

= 0,12 > 0,046 0,12 > 0,046 => Thỏa mãn

Treo sau:

fđ2 = 0,12 ≥ ft2

a

h g

max ϕ

⋅ = 0,12 ≥ 0,1 0,8 01,,761 = 0,12 > 0,055 =>Thỏa mãn

3.1.2.Tính toán dao động của xe UAZ - 3160.

Trong phần "tính toán sơ đồ treo" mới chỉ xác định tần số dao động riêng của phần treo, hệ số dập tắt dao động của phần treo, hành trình tĩnh,

hành trình động Những thông số trên cha đủ để đánh giá độ êm dịu, chuyển

động của ô tô Trong phần trên chỉ xét đến dao động của khối lợng phần treo

mà cha kể đến sự ảnh hởng của phần không treo đến dao động đó Để có thể

đánh giá đầy đủ độ êm dịu chuyển động của ô tô phải xét một hệ trong đó có cả dao động của khối lợng phần treo và phần không treo Khi tiến hành xét hệ

số giao động tại khối lợng cần xác định các thông số của nó nh: Tần số dao

động riêng cao tần và thấp tần, hệ số dập tắt dao động ứng với tần số cao và tần số thấp Từ những thông số nhận đợc xây dựng đờng đặc tính biên độ dao

động của xe Qua đờng đặc tính này có thể xác định đợc biên độ dao động của khối lợng phần treo (thân xe), khối lợng phần không treo (cầu và bánh xe), xác định đợc gia tốc dao động của khối lợng phần treo

Đồng thời qua đờng đặc tính còn cho phép đánh giá:

- ứng với vận tốc chuyển động nào của ô tô trong vùng vận tốc sử dụng

và ứng với sóng mặt đờng có chiều dài bớc sóng là bao nhiêu sẽ xảy ra hiện t-ợng cộng hởng

- Hệ số dập tắt dao động đã phù hợp cha

* Các giả thiết ban đầu:

Quá trình tính toán dao động xe đợc tiến hành và các giả thiết sau:

- Dao dộng của khối lợng treo trớc và treo sau là độc lập với nhau

- Dao động của ô tô chỉ xảy ra trong mặt phẳng dọc xe

- Nguồn kích thích dao động là sóng mặt đờng có dạng:

q = q0 (1 - cosNt)

q0: Biên độ sóng mặt đờng (độ mấp mô)

N : Tần số các lực kích thích (sóng mặt đờng)

s

V

6 3

2π

- Dao động của ô tô là dao động ổn định

3.1.2.1 Xác định tần số dao động riêng và hệ số dập tắt dao động của hệ.

Sơ đồ khảo sát dao động đợc mô tả trên hình 3 - 2

Hình 3 -2: Sơ đồ khảo sát dao động của ô tô

* Các ký hiệu sử dụng trong quá trình tính toán

Ct : độ cứng của treo ô tô

Cl : độ cứng của lốp ô tô

M : khối lợng phần treo

m: khối lợng phần không treo

k : Hệ số cản quy dẫn của giảm chấn

M

C t

2

=

ω Tần số dao động riêng của khối lợng phần treo khi cố

định phần không treo

m

C

C t l

ω Tần số dao động của khối lợng phần không treo khi

cố định phần treo

ξ q

2 k

2 ct

m 2cl

C t

2

=

ω Tần số dao động riêng của khối lợng phần không treo khi

cố định phần treo trớc và khi C1= 0

m

C l

=

ω Tần số dao động của khối lợng phần không treo khi cố

định phần treo khi Ct= 0

M

K

h0 = Hệ số dập tắt dao động của khối lợng treo khi cố định

phần không treo

m

k

h0 = Hệ số dập tắt dao động của khối lợng phần không treo khi

cố định phần treo

Ω: Tần số dao động thấp tần của hệ

Ω: Tần số dao động cao tần của hệ

h: Hệ số dập tắt dao động của hệ ứng với tần số thấp

hk : Hệ số dập tắt dao động của hệ ứng với tần số cao

* Tính toán các số liệu cụ thể

Do treo trớc và treo sau tính toán tơng tự nhau nên ta chỉ tính cho treo trớc, treo sau cho kết qủa theo bảng 3.2

Ct1 = 450000 (N/m)

Cl1 = 350.000 (N/m)

M1 = 920 (NS2/m)

m1 = 210 (NS2/m) K: Hệ số cản quy dẫn của giảm chấn về tâm bánh xe

2

2

i

Ka Cos

K = α ⋅

Trong đó:

α: Góc nghiêng của giảm chấn so với phơng thẳng đứng

1 , 5 2

8 , 7 4 , 2

a

K K

Ka = 5100 (NS/m) i: Tû sè truyÒn cña gi¶m chÊn víi gi¶m chÊn lo¹i èng treo phô thuéc

i = 1

Víi gi¶m chÊn tríc ta cã:

2

0 2 2

2 1

1

5100 10

cos ⋅

=

⋅

=

i

ka Cos

ω1 = 9,89 (rad/s)

210

350000 45000

2 2

¦

1

1 1

m

C

C t l

k

7 , 20 210

45000 2

2

¦

1

1

m

C t

7 , 57 210

350000 2

2

¦

1

1

m

C l

k

37 , 5 920

216 , 4946

1

1

M

K h

55 , 23 210

216 , 4946

1

1

m

K h

B¶ng 3.2 TrÞ sè c¸c th«ng sè

1

1

Để xác định tần số dao động riêng và hệ số dập tắt dao động của hệ ta phải tiến hành giải phơng trình bậc bốn Phơng trình này đợc giải bằng phơng pháp gần đúng nh sau :

Ký hiệu : U2 = Ω2 + h2

V2 = 2 2

k

k +h

Ω

* Tính cho treotrớc

- Gần đúng lần thứ nhất

( )2

2 1

2

1 = Ư k = 61 , 3

(9 , 89) 86 , 668 350000

45000

350000

1 1

1 2

+

=

⋅ +

l t

l

C C

C U

2 1

2 1

2 1 01

2 1

2 1 01 1 1

1 1

Ư

Ư

Ư

Ư

U

h h

C C

C h

k

k l

t

l

−

⋅

−

−

⋅ +

=

ω

ω ω

ω

(61 , 3) 86 , 338

89 , 9 55 , 23 89

, 9 3 , 61 37 , 5 350000 45000

350000

2

2 2

2

−

⋅

−

−

⋅

- Tính gần đúng lần thứ hai

1 1

2 1

2 1

2 1

2

V = ω + ω − − ⋅ ⋅

= (9,89)2 + (61,3)2 - 86,668 - 4.4,187 24,732

= 3354,622

( ) ( ) 97,07

622 , 3354

7 , 57 89 , 9

2 2

2 1

2 1 2

V

2 2

2 2

2 2 01 2 2

2 1 01 2

Ư

U V

U h U h

h

k

−

⋅

−







07 , 97 622 , 3354

07 , 97 55 , 23 07 , 97 7

, 57 37 ,

−

⋅

−

−

= 4,626

2 2 2 2

2 2 01

2 1 2 2 01 2

Ư

U V

V h V

h

−

⋅ +







07 , 97 622 , 3354

622 , 3354 55 , 23 7

, 57 622 , 3354 37 ,

−

⋅ +

−

- Tính gần đúng lần thứ ba

2 2

2 2

2 1

2 1

2

V = ω + ω − − ⋅ ⋅

= (9 , 89)2 +(61 , 3)2 − 97 , 07 − 4 ⋅ 4 , 626 ⋅ 24 , 293

= 3308,91

( ) ( )

99 , 3308

3 , 61 89 ,

2 3

2 1

2 1 2

3

⋅

=

⋅

=

V

U ϖ ωk

=111,078

2 3

2 3

2 3 01

2 3

2 1 01

3

U V

U h U h

−

⋅

−

−

078 , 111 91 , 3308

078 , 111 55 , 23 078 , 111 3

, 61 37 ,

−

⋅

−

2 3

2 3

2 3 01

2 1

2 3 01 3

U V

V h V

h

−

⋅ +

−

078 , 111 91 , 3308

91 , 338 55 , 23 3

, 61 91 , 3308 37 ,

−

⋅ +

−

= 23,75

Cuối cùng ta xác định tần số dao động thấp tần và cao tần của treo tr ớc là

3

2 3

1 = U −h

Ω

= 111 , 078 − ( ) 5 , 3 2 =9,1 (rad/s)

3

2 3

k = V −h

Ω

= 3308 , 91 − ( 23 , 75 ) 2=52,39 (rad/s)

* Tính toán treo sau

- Tính gần đúng lần thứ nhất:

(63 , 6)2 4044 , 96

2 2

2

( )

350000 55000

78 , 9

2 2 2 2

2 2

1

+

⋅

=

⋅ +

l

C

U U

= 82,659

2 1

2 2

2 2 02

2 2

2 2 02 2 2

2 1

U

h h

C C

C h

k

k l

t

l

−

⋅

−

−

⋅ +

=

ω

ω ω

ω

(63 , 6) 82 , 659

78 , 9 125 , 19 78

, 9 6 , 63 326 , 3 350000 55000

350000

2

2 2

2

−

⋅

−

−

⋅ +

= 2,86

2 1

2 2

2 2 02

2 2 02 1

Ư

Ư

Ư

U

h h

h

k

k k

−

⋅ +

⋅

= ω

ω ω

(63 , 6) 82 , 659

1 , 59 125 , 19 4 , 23 326 , 3

2

2 2

−

⋅ +

⋅ = 17,32

- Tính gần đúng lần thứ hai

V22= ϖ 22+ Ư ωk22 −U12 − 4h1 ⋅h k1

= (9,78)2 + (63,6)2 - 82,659 - 4.2,86 17,32

= 3859,6

6 , 3859

16 , 59 78 , 9

2 2

2 2

2 2 2

V

U ω ωk

= 86,73

2 2 2 2

2 2 02 2 2

2 2 02 2

Ư

U V

U h U h

−

⋅

−







⋅

= (( ) )

73 , 86 6 , 3839

73 , 86 326 , 3 73 , 86 16

, 59 326 ,

−

⋅

−

− = 2,93

2 2 2 2

2 2 02

2 2 2 2 02 2

U V

V h V

h

−

⋅ +







73 , 86 6 , 3859

6 , 3859 125 , 19 16

, 59 6 , 3859 326

,

−

⋅ +

−

⋅

= 19,88

- Tính gần đúng lần thứ ba

2 2

2 2

2 2

2 2

2

V = ω + ω − − ⋅ = (9,78)2 + (63,6)2 - 86,73 - 4 2,93 19,88 = 3820,6

6 , 3820

16 , 59 78 ,

2 3

2 2

2 2 2

V

U ω ωk

= 87,6

2 3

2 3

2 3 02 2 3

2 2 02 3

U V

U h U h

−

⋅

−







⋅

6 , 87 6 , 3820

6 , 87 125 , 19 6 , 87 16

, 59 326 ,

−

⋅

−

−

=2,59

2 3

2 3

2 3 02

2 2

2 3 02 3

U V

V h V

h

−

⋅ +

−

6 , 87 6 , 3820

6 , 3120 125 , 19 6

, 63 6 , 3820 326 ,

−

⋅ +

−

= 19,37

Cuối cùng ta xác định đợc tần số dao động thấp tần và cao tần của treo sau là

2 3

2 3

2 = U −h

Ω

= 87 , 6 − ( 2 , 59 )2 = 9 (rad/s)

2 3

2 3

k = V −h

Ω = 3820 , 6 − ( 19 , 37 )2 = 58,69 (rad/s)

b.Xác định biên độ dao động của khối lợng phần treo và biên độ dao động của khối lợng phần không treo:

Biên độ dao động của khối lợng phần treo và phần không treo khi xảy

ra hiện tợng cộng hởng ở tần số thấp xác định theo công thức sau(Trờng hợp N=U)

2 2 0 4 2

4

U h U h U

V

U h w w

q Z

k k

u

⋅

⋅

⋅







⋅ +

⋅

=

( )

2 2 0

2 2 2 2

4

U h U h U V

U h U

w

u

⋅

⋅

⋅ +

−

⋅ +

−

ξ

Trong đó :

Zu:Biên độ dao động của khối lợng phần treo khi xảy ra cộng hởng ở tần số thấp

ξu : Biên độ dao động của khối lợng phần không treo khi xảy ra hiện t-ợng cộng hởng ở tần số thấp

Biên độ dao động của khối lợng phần treo và phần không treo khi xảy ra hiện tợng cộng hởng ở tần số cao đợc xác định theo công thức sau(khi u=v)

( 2 2)2 2 2 2 2

2 2 0 4 2

4

Ư

Ư

V h V

h U

V

V h q

zv

k

k

⋅

⋅

⋅







⋅ +

2 2 0 2 2 2 2

4

Ư

V h V h U

V

V h V

q

k k

v

⋅







⋅ +

−

ξ

Trong đó :

Zv: Biên độ dao động của khối lợng phần treo khi xảy ra hiện tợng cộng hởng ở tần số cao

ξv : Biên độ dao động của khôi lợng phần không treo khi xảy ra hiện tợng cộng hởng ở tần số cao

q0: Biên độ sóng mặt đờng

c Xác định gia tốc dao động của khối lợng phần treo

Gia tốc dao động của khối lợng phần treo khi xảy ra hiện tợng cộng hởng ở tần số thấp đợc xác định theo công thức sau: (khi N= U)

2 2 0

4 2

2

4

Ư

U h U h U

V

U h U

q

Z

k k

u

⋅

⋅







⋅ +

⋅

=

Gia tốc dao động của khối lợng phần treo khi xảy ra hiện tợng cộng hởng ở tần số cao đợc xác định theo công thức sau: (khi N = V )

2 2 0

4 2

2

4 4

4

Ư

V h V h U

V

U h V

q

Z

k k

u

⋅

⋅







⋅ +

⋅

=

Trong đó :

Z"U; Z"V : Gia tốc dao động của khối lợng phần treo khi xảy ra hiện tợng cộng hởng ở tần số thấp và tần số cao

q0 : Biên độ sóng mặt đờng

d Xây dựng đờng đặc tính tần số - Biên độ dao động

Đặc tính tần số- biên độ dao động của ô tô là các đồ thị biểu diễn phụ thuộc giữa biên độ dao động của khối lợng phần treo (thân xe) của khối lợng phần không treo , gia tốc dao động của khỗi lợng phần treo với tần số lực kích thích(sóng mặt đờng)

Các đồ thị đó là:

ZN(N) ; ξN (N) và Z"N (N)

Đặc tính tần số biên độ dao động của ô tô đợc xây dựng trên cơ sở các biểu thức sau với sự biến thiên của tần số kích thích N



⋅ +

−

⋅ +

=

2 2 2 2 2 2 2 2 2

2 2 0 4 2

4

Ư

Ư

N h N

V N h U N

V h W q

Z

k k

N ω









− +

−

=

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

2 2 0

2 2 2 2

4

Ư

N N

V N h U

N

N h N

q

k k

ξ

Trong đó:

N:Tần số kích thích sóng mặt đờng(rad/s)

ZN : Chuyển dịch thẳng đứng của khối lợng treo(m)

ξN : Chuyển dịch thẳng đứng của khối lợng không treo(m)

Z"N: Gia tốc thẳng đứng của khối lợng treo(m/s)

q0 : Chiều cao mấp mô biên dạng đờng(m)

Để thể hiện sự phụ thuộc giữa độ dao động của khối lợng phần treo, khối lợng phần không treo, gia tốc dao động của khối lợng phần treo với biên dạng mặt đờng và vận tốc chuyển động của ô tô ứng với các giá trị khác nhau của tần số kích thích N Ta phải xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ của S, Va và N

N

V

S 2 π a

=

Trong đó :

S : - Bớc sóng mặt đờng(m)

Va : - Vận tốc của xe(m/s)

N: - Tần số kích thích (rad/s)

Diện tích gạch chéo trên đồ thị biểu hiện các phối hợp có thể có

đ-ợc giữa các giá trị của bớc sóng mặt đờng S và vận tốc chuyển động của ô tô V Vận tốc sử dụng của ô tô đợc giới hạn bởi vận tốc chuyển động

Vmax Giới hạn trên của bớc sóng mặt đờng, trên đồ thị đợc ký hiệu là Sgh