Tính toán thiết kế hệ thống treo ô tô 1 tấn 2

Lực tác dụng lên nhíp là phản lực của đất Z tác dụng lên nhíp tại điểm tiếp xúc của nhíp với dầm cầu. Quang nhíp thường được đặt dưới một góc α, vì vậy trên nhíp sẽ có lực dọc X tác dụng. Muốn giảm lực X góc α phải làm càng nhỏ nếu có thể. Nhưng góc α phải có trị số giới hạn nhất định để đảm bảo cho quang nhíp không vượt quá trị giá trị trung gian (vị trí thẳng đứng). Khi ôtô chuyển động không tải thì góc α thường chọn không bé hơn 5o. Khi tải trọng đầy góc α có thể đạt trị số 4050o. Để đơn giản tính toán chúng ta sẽ không tính đến ảnh hưởng của lực X. Hệ thống treo là đối xứng hai bên, vì vậy khi tính toán hệ thống treo ta chỉ cần tính toán cho một bên. Tải trọng tác dụng lên một bên của hệ thống treo trước:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo

và lựa chọn phương án thiết kế 1.1 Công dụng, nhiệm vụ của hệ thống treo

1.1.1 Công dụng

Hệ thống treo có nhiệm vụ nối đàn hồi khung vỏ ô tô với hệ thống

chuyển động nhằm giảm va đập truyền từ mặt đường lên khung vỏ, tạo độ

êm dịu chuyển động

1.1.2 Yêu cầu của hệ thống treo

 Yêu cầu của hệ thống treo

- Nối mềm giữa phần được treo và phần không được treo

- Tạo điều kiện cho bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứngđối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động êm dịu, hạn chế tới mức cóthể chấp nhận được những chuyển động không mong muốn có khác của bánh

xe (Lắc ngang, lắc dọc)

- Truyền lực và mômen giữa bánh xe và khung xe: bao gồm lực thẳng đứng (tảitrọng, phản lực), lực dọc (lực kéo, lực phanh, lực đẩy), lực bên (lực ly tâm, lựcgió), mômen chủ động, mômen phanh

 Để thực hiện được điều này hệ thống treo được thiết kế cần phải đảmbảo:

- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của

xe đó là xe có thể chạy trên địa hình phức tạp

- Bánh xe có khả năng dịch chuyển trong một giới hạn không gian hạn chế

- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý, thoả mãn mục đích chính của hệthống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng cácquan hệ động lực học và động học bánh xe

- Không gây lên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ xe.

- Độ võng tĩnh phải nằm trong giới hạn đủ đảm bảo các tần số dao động riêngcủa vỏ xe và độ võng động phải đảm bảo vận tốc của xe khi chuyển động trênđường xấu phải nằm trong giới hạn cho phép, ở giới hạn này không có sự vađập lên các bộ phận hạn chế

- Độ võng của bánh xe dẫn hướng vẫn gữ đúng khi bánh xe dẫn hướng dịchchuyển trong mặt phẳng thẳng đứng (nghĩa là khoảng cách giữa hai bánh xetrước và các góc đặt trụ đứng và bánh dẫn hướng không bị thay đổi)

- Dập tắt nhanh các dao động khi ôtô đi qua đường ghồ ghề

- Hệ thống treo còn phải đủ cứng vững và độ bền để làm việc an toàn

1.2 Lựa chọn phương án thiết kế

Suốt phát từ điều kiện sử dụng và yêu cầu vận hành: xe volvo FM400 là loại xe có tính năng cơ động cao và tính năng việt giã cao, có thể di chuyển trênnhững địa hình phức tạp điều kiện đường xá xấu, xe được dùng trong vận

chuyển hàng hóa, bưu kiện với khối lượng lớn và dùng trong khai thác lâm nghiệp, khai thác mỏ, khoáng sản Đây là loại xe có tải trọng động thay đổi rất lớn Vì vậy khi thiết kế hệ thống treo cho loại xe này phải đảm bảo đủ độ cứng vững và có khả năng chịu được va đập

Để đảm bảo hệ thống treo đủ độ cứng vững với tải trọng lớn của xe thi hệ thống treo của xe phải sử dụng hệ thống treo phụ thuộc

Hệ treo này có ưu điểm là các bánh xe được nối với nhau bằng một dầm cầucứng nên trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy khôngxảy ra mòn lốp nhanh, do trượt ngang như ở các hệ treo khác Khi chịu lực bên(gió, lực ly tâm, đường nghiêng) hai bên bánh xe được liên kết cứng, bởi vậyhạn chế được hiện tượng trượt bên bánh xe

Nhưng nhược điểm của hệ thống treo này là khối lượng phần liên kết bánh

xe rất lớn, đặc biệt như trên cầu chủ động Khi xe đi trên đường không bằngphẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên va đập mạnh giữa phần không treo vàphần được treo làm giảm độ êm dịu chuyển động của xe.Mặt khác bánh xe vađập mạnh trên nền đường làm xấu sự tiếp xúc của bánh xe với đường

Khoảng không gian phía dưới gầm xe phải lớn, đủ đảm bảo cho dầm cầuthay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm xe khá lớn, làm giảm thể tích khoangchứa hàng của xe, khi xe vào cua không ổn định

Tuy có những nhược điểm trên nhưng hệ treo phụ thuộc lại có những ưuđiểm rất lớn về tính tải trọng, độ cứng vững cao, có khả năng chịu được tảitrọng của xe được thiết kế

1.2.1 Hệ thống treo trước

Do ở cầu trước có bố trí cabin, nên cần phải đảm bảo độ êm dịu cho người ngồi trong cabin Nên ở hệ thống treo trước có ba phần tử: phần tử đàn hồi, phần tử hướng và phần tử giảm chấn

Nhiệm vụ chính của phần tử đàn hồi là tiếp nhận và truyền các lực thẳng đứng từ đường lên khung xe, giảm tải trọng động và đảm bảo độ êm dịu cho

ô tô khi đi trên những loại đường khác nhau

Trên ô tô tải sử dụng các loại phần tử đàn hồi sau

- Chức năng dẫn hướng: truyền lực dọc, lực ngang, có thể có cả lực bên.

- Chức năng giảm chấn đảm nhận nhờ tồn tại nội ma sát giữa các lá nhíp.Mặt khác nhíp có kết cấu đơn giản, chắc chắn, rẻ tiền, việc chế tạo, sửa chữa và thay thế đơn giản với những lí do vậy em chọn bộ phận đàn hồi của

hệ thống treo là hệ thống treo nhíp lá

Hệ nhíp vừa làm nhiệm vụ đàn hồi vừa làm nhiệm vụ dẫn hướng Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo có nhiệm vụ xác định động học và tính chất dịch chuyển của các báh xne tương đối với khung hay vỏ ô tô và dùng

để truyền lực dọc(lực kéo tiếp tuyến hoặc lực phanh) lực ngang cũng như các mômen phản lực và mômen phanh Bộ phận dẫn hướng phải đảm bảo giữ được động học của bánh xe khi chuyển động, giữ được ổn định của các góc đặt bánh xe dẫn hướng Truyền được lực dọc, lực ngang và giữ được gócnghiêng của thùng xe trong một giới hạn nhất định Đảm bảo bố trí hệ thống truyền lực được dễ dàng, khi hệ thống treo làm việc không ảnh hưởng đến hệthống truyền lực

Bộ phận giảm chấn làm việc dựa trên nguyên lý biến năng lượng của dao động thành nhiệt năng bằng cách chuyển chất lỏng từ buồng chứa này đến buồng chứa khác qua những van tiết lưu rất bé Khi chất lỏng qua van tiết lưu sẽ sinh sức cản lớn cho sự chuyển động của chất lỏng tạo ra ma sát giữa chất lỏng và các lỗ van, chất lỏng và chất lỏng, chất lỏng và vỏ sinh ra nhiệt năng lam nóng giảm chấn, do đó dập tắt được dao động

Do vậy ta chọn hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi nhíp lá đặt dọc và có giảm chấn loại ống

1.2.2 Hệ thống treo sau

Đối với xe tải hệ thống treo sau được gắn với thùng xe chủ yếu được dùng để chở hàng hóa, nên ở cầu sau không cần đảm bảo êm dịu như ở cầu

trước Do cầu sau chịu tải trọng rất lớn nên người ta dùng phương án phân tải trọng ra hai cầu, cầu trung gian và cầu sau Ta có một số phương án bố trísau:

ph¦¬ng ¸n 1 ph¦¬ng ¸n 2

ph¦¬ng ¸n 6 ph¦¬ng ¸n 4 ph¦¬ng ¸n 5

Hệ treo này sử dụng 2 bộ nhíp nửa elíp đối xứng đặt dọc Nửa trước của nhíp tì lên cầu trung gian, nửa sau tì lên cầu sau Vị trí tương đối giữa nhíp

và các cầu được xác định bởi các thanh giằng, nhíp phải và nhíp trái được nối với nhau bằng trục cân bằng để tăng độ cứng vững của hệ thống treo

Với phương án hệ treo loại cân bằng đảm bảo tải trọng thẳng đứng bằng nhau ở bánh xe giữa bánh xe sau, bánh xe trái cũng như bên phải.

- Ưu điểm của hệ thống treo thăng bằng là tải trọng được phân đều ra hai cầu

và độ dịch chuyển của vỏ xe ít hơn hai lần độ dịch chuyển của bánh xe nghĩa

là hệ thống treo sẽ cứng hơn hai lần

- Nhược điểm của hệ thống treo loại này bánh xe dịch chuyển theo hai chiều khác nhau dễ dàng nên có khả năng đập vào bộ phận hạn chế hành trình nhiều

SỐ LIỆU BAN ĐẦU

4

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO TRƯỚC

Trên các ôtô hiện đại thường sử dụng nhíp bán elíp, thực hiện chức năngcủa bộ phận đàn hồi và bộ phận dẫn hướng Ngoài ra nhíp bán elíp còn thựchiện một chức năng hết sức quan trọng là khả năng phân bố tải trọng lên khung

xe hoặc thùng xe

Trong thực tế, khi xe có tải hệ thống treo sẽ phải chịu những tác động lớnhơn trường hợp xe chạy không tải và thời gian xe chạy có tải (có ích) chiếmphần lớn thời gian hoạt động của xe, vì vậy tất cả các tính toán thiết kế hệ thốngtreo đều được thực hiện đối với trường hợp xe chạy có tải

7 6

5 4 3 2

2.1.1 Tính toán và chọn thông số chính của lá nhíp.

Ta chọn nhíp là loại nửa elip đối xứng, khi đó cầu ôtô được gắn ở phần giữa còn các đầu nhíp được nối với khung.

Ta có sơ đồ tính toán nhíp được thể hiện trên hình vẽ.

Lực tácdụng lên nhíp

là phản lực củađất Z tác dụnglên nhíp tạiđiểm tiếp xúccủa nhíp vớidầm cầu Quang nhíp thường được đặt dưới một góc α, vì vậy trên nhíp sẽ cólực dọc X tác dụng Muốn giảm lực X góc α phải làm càng nhỏ nếu có thể.Nhưng góc α phải có trị số giới hạn nhất định để đảm bảo cho quang nhípkhông vượt quá trị giá trị trung gian (vị trí thẳng đứng) Khi ôtô chuyển độngkhông tải thì góc α thường chọn không bé hơn 5o Khi tải trọng đầy góc α có thểđạt trị số 4050o Để đơn giản tính toán chúng ta sẽ không tính đến ảnh hưởngcủa lực X

Hệ thống treo là đối xứng hai bên, vì vậy khi tính toán hệ thống treo ta chỉcần tính toán cho một bên Tải trọng tác dụng lên một bên của hệ thống treotrước:

Trọng lượng không được treo (Got):

Trọng lượng được treo (Gdt):

(8600 1200).10

37000( ) 2

dt

Hệ thống treo thiết kế ra phải đảm bảo cho xe đạt độ êm dịu theo các chỉtiêu đã đề ra Hện nay có rất nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động nhưtần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động

Trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp, em chỉ lựa chọn một chỉ tiêu, đó

là chỉ tiêu tần số dao động Chỉ tiêu này được lựa chọn như sau:

Tần số dao động của xe: n = 60120(lần/phút) Với số lần như vậy thìngười khoẻ mạnh có thể chịu được đồng thời hệ treo đủ cứng vững

- Vậy độ võng tĩnh (ft) :

0,12( ) 12( ) 85

- Phản lực từ mặt đường tác dụng lên một bánh xe phía trước:

Khoảng cách giữa bu lông ngàm nhíp bằng 13(cm)

- Mô men quán tính tổng cộng của nhíp:

Dựa trên công thức của sức bền vật liệu:

3

.

48 .

t t

L G f

: hệ số phụ thuộc vào kết cấu tai nhíp  =1,4

I: mô men quán tính của tiết diện tại chỗ bắt nhíp với dầm cầu

E: mô đuyn đàn hồi trượt của vật liệu E=2,1.107(N/cm2)

Vậy:

3 3

4 7

1, 4.37000.130

8,68( )

48 48.2,1.10 13

t t

- Số lượng lá nhíp trong khoảng 614 lá với xe tải có thể lên đến 20

lá nhíp chính và tai nhíp thì ta phải tăng chiều dầy lá nhíp chính và chiều dàicủa một số lá sát với lá nhíp chính Để có thể nhận được độ võng tĩnh cực đạicủa nhíp khi chiều dài của nhíp bé (do ứng suất biến dạng dư tăng khi càng cách

xa đường trung bình lá nhíp tức là khi bề dày lá nhíp càng tăng thì bán kínhcong giới hạn càng tăng) thì nhíp phải được kết cấu bởi các lá nhíp có chiều dàygiảm dần khi càng cách xa lá nhíp chính

2.1.2 Xác định chiều dài lá nhíp

- Chiều dài của nhíp được xác định theo hệ phương trình:

Chiều dài các lá nhíp được xác định từ điều kiện sao cho dạng của nhíp thực tếtrong mặt phẳng gần trùng với dầm hình thang và điều kiện cân bằng phản lực

Hệ phương trình dùng xác định để chiều dài nhíp có dạng:

3 3

Sử dụng phương pháp tính độ cứng theo thế năng biến dạng đàn hồi.

Xét một thanh như hình khi chịu lực P, thanh biến dạng một đoạn là f Gọi U

là thế năng biến dạng đàn hồi của thanh, ta có:

Sử dụng sơ đồ hình dưới để tính nhíp Các lá nhíp chồng khít lên nhau, một đầu được ngàm chặt, đầu còn lại chịu tác dụng của lực P.Sử dụng công thức trên ta

jk: tổng mô men quán tính của mặt cắt ngang từ lá nhíp thứ nhất đến lá nhípthứ k

Như vậy hệ thống treo thiết kế thoả mãn về độ êm dịu

2.1.4 Xác định phản lực tác dụng tại các đầu mút của lá nhíp

Nhíp được coi là bắt với dầm cầu nên khi tính toán người ta lấy tâm cầulàm ranh giới chia nhíp thành hai phần Mỗi phần được tính toán độc lập vớicác giả thiết sau:

- Nhíp bị ngàm chặt tại vị trí bắt với dầm cầu, đầu còn lại chịu lực từ khung xe;

- Bán kính cong của các lá nhíp bằng nhau;

- Các lá nhíp chỉ tiếp xúc với nhau ở các đầu mút và chỉ truyền qua các đầumút;

- Biến dạng ở vị trí tiếp xúc giữa hai lá nhíp cạnh nhau thì bằng nhau

Sơ đồ tính nhíp:

Tại điểm đầu của lá nhíp thứ hai thì biến dạng của lá nhíp thứ nhất và lánhíp thứ hai bằng nhau, tương tự tại đầu của lá nhíp thứ k thí biến dạng của láthứ k-1 và lá thứ k bằng nhau.Bằng cách lập biểu thức biến dạng tại các điểmtrên và cho chúng bằng nhau từng đôi một ta sẽ đi đến 1 hệ n-1 phương trìnhvới n-1 ẩn là các giá trị X1, Xn-1

k k 1 k

lk: là 1/2 chiều dài hiệu dụng của lá nhíp thứ k

P1: Lực tác dụng lên tai nhíp (lực từ khung xe) P1= 21898 (N)

Ta tính được lần lượt các phản lực là:

x1=18872(N); x2=18409(N); x3=18009(N); x4=17414(N); x5=17236(N)

x6=16918(N); x7=16310(N); x8=15017(N); x9=11732(N)

2.1.5 Xây dựng biểu đồ ứng suất

Sơ đồ tính toán được thể hiện trên hình vẽ

Sử dụng công thức trên thay số ta có kết quả như sau:

Biểu đồ ứng suất của các lá nhíp

Tai nhíp chịu tác dụng của lực kéo Pk hay lực phanh Pp Trị số của lực này đượcxác định theo công thức sau:

Pkmax=Ppmax=.Zbx

Trong đó:

: hệ số bám của bánh xe với đất Lấy =0,7

Zbx: phản lực của đất lên bánh xe Theo phần trên ta có Zbx=41000(N)



Ứng suất tổng hợp ở tai nhíp được tính theo công thức:

th

0 max 2

Giảm chấn trên ô tô được bố trí nối giữa bánh xe và thân xe Giảm chấn

có thể bố trí thẳng đứng hay nghiêng phụ thuộc vào không gian trên xe Trên ô

tô tải thường sử dụng giảm chấn ống có 2 lớp vỏ, và giảm chấn đặt thẳng đứng

M: khối lượng được treo tính trên một bánh xe

: hệ số dập tắt chấn động.(Ở các ôtô hiện nay =0,150,3)

Lấy =0,2

Gt: trọng lượng được treo tính trên một bánh xe ở trạng thái tĩnh.

độ bền khung xe và sức khoẻ người trong xe Do đó năng lượng được hấp thụvào chủ yếu là ở hành trình trả Trong thực nghiệm thường thấy ở các giảmchấn hiện nay có quan hệ sau: Ktr=2,53Kn

Chọn Ktr=3.Kn (2)

Vgmax- Tốc độ piston khi nén mạnh, Vgmax = 0,6 m/s.

Vgmax- Tốc độ piston khi trả mạnh, Vgmax = 0,6 m/s

K’

tr- Hệ số cản của giảm chấn khi trả mạnh, K’

tr= 0,6Ktr

Ptrmax = 3133,77 + 0,6.10445,9.(0,6-0,3) = 5014,032 N.

2.3.3 Xác định kích thước các lỗ van của giảm chấn

Để xác định được kích thước các lỗ van ta chọn trước một số thong số chogiảm chấn:

Chọn: Đường kính pittong là 40( mm)

Đường kính thanh đẩy là 20 (mm)

Chiều dài buồng chứa dầu là 400(mm)

Xác định kích thước lỗ van giảm chấn

- Tổng diện tích lưu thông của các lỗ van giảm chấn (số lỗ và kích thước

lỗ van) quyết định hệ số cản của giảm chấn Ta có công thức:



 g P F

vn

n

Q F

gP F







Thay số vào ta được:

4

2 3

3,6.10

13,33

2 2.10.1045,6

0,6 8600.1, 2.10

Vn

n p

Q

gP F

VT

tr p

Q F

gP F

3,6.10

10,53

2 2.10.1672,944

0,6 8600.1, 2.10

VT

t p

Q

gP F

P

n d

F   1,57Chọn số lỗ van n = 4  d = 1,04 mm

tm

n d

F    ,23Chọn số lỗ van n = 4  d = 0,64 mm

2.3.4 Kiểm tra điều kiện bền

 Kiểm tra điều kiện bền nhiệt của giảm chấn:

- Nhiệt lượng lớn nhất toả ra khi giảm chấn làm việc trong một giờ được xácđịnh theo công thức:

Qmax=.F.(Tmax-T0).t

: Hệ số truyền nhiệt.=68(kcal/m2.0C.h)

T0: nhiệt độ môi trường.T0=20(0C)

Tmax: giới hạn nhiệt độ của giảm chấn.Tmax=130(0C)

F: diện tích tiếp xúc của giảm chấn với môi trường xung quanh

.4270 466,56.4270

553,392( / ) 3600

Ntt<Nmax như vậy kích thước của giảm chấn thoả mãn điều kiện truyền nhiệt

2.3.5 Xác định kích thước lò xo các van giảm chấn

f v C

x: độ nén ban đầu của lò xo (m) Chọn x=5.10-3(m)

R: lực tác dụng của tia chất lỏng qua van lên tấm chắn Theo độnghọc chất lỏng R được xác định bằng định lý Ơle 1 (hay là phươngtrình động lượng) (N)

: trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3)

g: gia tốc trọng trường g=9,8(m/s2)

f: tổng diện tích lỗ van (m2) f =Ftm =4,3.10-6(m2)

v: vận tốc của dòng chất lỏng qua van (m/s) v=49,5(m/s)

Mặt khác theo sức bền vật liệu độ cứng của lò xo C được xác định theo biểuthức sau:

4 3

.

64 .

d G C

n R f v d

Khi giảm chấn làm việc ở vận tốc v>0,3(m/s) chất lỏng qua van sinh ra áplực thuỷ động R cân bằng với lực căng ban đầu của lò Flx làm cho van nén mạnh

f v C

x: độ nén ban đầu của lò xo (m) Chọn x=5.10-3(m)

: trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3)

g: gia tốc trọng trường g=9,8(m/s2)

R: lực tác dụng của tia chất lỏng qua van lên tấm chắn Theo độnghọc chất lỏng R được xác định bằng định lý Ơle 1 (hay là phươngtrình động lượng) (N)

f: tổng diện tích lỗ van (m2): 8,3.10-6(m2)

v: vận tốc của dòng chất lỏng qua van (m/s) v=24(m/s)

Mặt khác theo sức bền vật liệu độ cứng của lò xo C được xác định theo biểuthức sau:

4 3

.

64 .

d G C

n R