thiết kế hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp cho cầu sau

7 CHƯƠNG II: Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp cho cầu sau I.. Hệ thống treo của ôto bao gồm: - Bộ phận dẫn hớng: Xác định động học chuyển động của bánh xe, và truyền cáclực ké

MỤC lục

Trang

lờI NóI ĐầU 2

CHƯƠNG I: TổNG QUAN Về THIếT Kế Hệ THốNG TREO

I Công dụng, phân loại, yêu cầu hệ thống treo 3 1 Công dụng: 3 2 Phân loại: 4 3 Yêu cầu : 4 II Phơng án thiết kế: 5 III Một số kết cấu hệ thống treo: 5 1 Hệ thống treo phụ thuộc 5

2 Hệ thống treo độc lập 7

CHƯƠNG II: Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp cho cầu sau I Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo 11

1 Xác định độ cứng của hệ thống treo 11

2 Xác định độ võng của nhíp sau ô tô 11

II Tính toán thiết kê và kiểm tra nhíp 12

1 Tinh toán thiết kế nhíp 12

2 Kiểm tra nhíp theo phơng pháp đờng cong chung 19

3 Tính các phần tử của nhíp 20

Lời nói đầu

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, các ngành kinh

tế làm cho mức sống của nhân loại đợc nâng lên, nhu cầu đi lại, vận chuyển lại càng đợc quan tâm hoàn thiện không ngừng Trong các loại phơng tiện giao thông hiện đang đợc sử dụng trên thế giới cũng nh ở Việt Nam thì phơng tiện giao thông

đờng bộ mà đặc biệt ôtô là loại phơng tiện đợc sử dụng phổ biến nhất, do nó có nhiều u điểm hơn so với các loại khác: cơ động, giá thành rẻ, nhanh gọn, (ở cự ly

gần và trung bình) Để đáp ứng nhu cầu sử dụng của con ngời thì mỗi loại xe đợcthiết kế phù hợp với từng ngành nghề du lịch, xây dựng, quân sự, môi trờng Vàhiện nay Việt Nam là một nớc đang phát triển, đất nớc với địa hình trải dài từ bắcvào nam cơ sở hạ tầng, mạng lới giao thông đờng bộ còn nhiều yếu kém do đónhu cầu vận chuyển hàng hoá trong thành phố cũng nh xuyên các tỉnh lỵ là mộtvấn đề khá bức xúc ảnh hởng nhiều đến nền kinh tế của nớc ta Vì vậy việc thiết

kế ra một phơng tiện giao thông đờng bộ giải quyết đợc vấn đề bức xúc đó là hếtsức quan trọng Xã hội ngày càng phát triển, cuộc sông ngày càng hiện đại, yêucầu của con ngời ngày càng cao hơn Xe ôtô cũng càng phảI cảI tiến hiện đại hơn

để tiện nghi cho ngời sử dụng Trong xu thế chung đó , hệ thống treo cũng cónhững thay đổi, bổ sung để đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di chuyển

Đề tài này đợc thiết kế và hoàn thành với sự giúp đỡ của các thầy cô bộ môncơ khí Ôtô - Khoa Cơ khí đặc biệt là thầy giáo hớng dẫn NGUYễN HồNG QUÂN

Trong quá trình làm đồ án chắc sẽ không tránh khỏi thiếu sót, vì vậy rất mong có

đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn Tôi xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG I:

TổNG QUAN Về THIếT Kế Hệ THốNG TREO

I Công dụng, phân loại, yêu cầu hệ thống treo.

1 Công dụng.

- Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi giữa khung hoặc vỏ xe với các cầu( các bánh xe) của ôtô Nhiệm vụ của hệ thống treo là giảm tải trọng động và dập tắt các dao động của bộ phận đợc treo

- Đỡ thân xe lên trên cầu,cho phép bánh xe chuyển động tơng đối theo phơngthẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe( đảm bảo quan hệ hình học của bánh xe

và thân xe), hạn chế đến mức cho phép những chuyển không muốn có khác củabánh xe( nh lắc ngang, lắc dọc…)

- Hệ thống treo thực hiện hấp thụ và dập tắt các rung động, sự dao động, sự xócnảy và các va đập từ mặt đờng truyền lên bánh xe để bảo vệ ngời và hàng hoátrên xe

- Truyền lực và mô men giữa bánh xe và khung xe: Gồm có lực thẳng đứng( tảitrọng, phản lực), lực dọc( lực kéo, lực phanh, lực đẩy), lực bên( lực li tâm, lựcgió bên, phản lực bên…) mô men chủ động, mô men phanh

Hệ thống treo của ôto bao gồm:

- Bộ phận dẫn hớng: Xác định động học chuyển động của bánh xe, và truyền cáclực kéo, lực phanh, lực bên và các mô men phản lực của chúng lên khung và vỏ xe

- Các phần tử đàn hồi: nhận và truyền lên khung( vỏ) các lực thẳng đứng của ờng Làm giảm tải trọng động khi xe chạy trên đờng không bằng phẳng đảm bảotính năng êm dịu của ôtô

- Bộ phận giảm chấn: dùng để dập tắt các dao động thẳng đứng của khung vỏsinh ra do mặt đờng không bằng phẳng; làm giảm biên độ của phần khối lợng đ-

ợc treo khi xảy ra hiện tợng cộng hởng; đẩy vùng cộng hởng ra khỏi tốc độ khaithác

- Bộ phận ổn định ngang: Bình ổn vị trí của khối lợng đợc treo trong khônggian làm giảm góc nghiêng của xe khi đi vòng

- Các phần tử phụ khác: vấu cao su, thanh chịu lực phụ… có tác dụng tăngcứng hạn chế hành trìnhvà chịu thêm tải trọng

2 Phân loại

a) Theo sơ đồ bố trí bộ phận dẫn hớng.

- Loại treo phụ thuộc với cầu liền( loại đơn giản, loại thăng bằng)

- Loại treo độc lập với cầu cắt( loại bánh xe dịch chuyển trong mặt phẳng dọc,mặt phẳng ngang, trong hai mặt phẳng và loại nến)

b) Theo phần tử đàn hồi.

- Bằng kim loại (lá nhíp, lò so xoắn, thanh xoắn)

- Loại khí( bầu cao su sợi, bầu màng, loại ống)

- Loại thuỷ lực, thuỷ khí

- Loại cao su (nén, xoắn)

c) Theo phơng pháp dập tắt dao động.

- Loại giảm chấn thuỷ lực( tác dụng một chiều và hai chiều)

- Loại giảm chấn ma sát( ma sát trong bộ phận đàn hồi và trong bộ phận dẫn ớng)

- Dập tắt nhanh các dao động của thùng và vỏ xe

- Giảm độ nghiêng bên của thùng xe khi xe quay vòng

II Lựa chọn phơng án thiết kế

- Loại hệ thống treo: Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp

- Loại ôtô: ôtô con

- Tải trọng phân lên cầu trớc Ga1=470(KG)

- Tải trọng phân lên cầu sau Ga2= 690(KG)

- Chiều dài cơ sở L=2160(mm)

- Lốp xe 6,15-13

III Một số kết cấu hệ thống treo

1 Hệ thống treo phụ thuộc.

Trong hệ thống treo phụ thuộc hai bánh xe trái và phải trên cùng một cầu

đ-ợc nối với nhau bằng một dầm cầu cứng nên khi dịch chuyển một bánh xe trongmặt phẳng ngang thì bánh xe còn lại cũng dịch chuyển Hệ thống treo phụ thuộckhông đảm bảo hoàn toàn động học của bánh xe dẫn hớng.Với dầm cầu chủ độngthì toàn bộ cụm truyền lực cầu xe nằm trong dầm cầu ở cầu dẫn hớng thì dầm cầulàm bằng thép định hình liên kết dịch chuyển của hai bánh xe dẫn hớng

- Nhợc điểm của hệ thống treo phụ thuộc:

+ Khối lợng phần không đợc treo lớn Tải trọng động xuất hiện sẽ gây nên

va đập mạnh giữa phần không đợc treo và phần đợc treo làm giảm độ êm dịu khi

xe chuyển động Ngoài ra các bánh xe mất đi khả năng bám hay làm giảm sự tiếpxúc giữa bánh xe và mặt đờng

+ Khoảng không gian dới gầm thấp nên có thể gây va đập

+ Dầm cầu cứng nối liền hai bánh xe, trong quá trình chuyển động nếu phảnlực tác dụng từ mặt đờng lên hai bánh xe khác nhau thì sẽ gây nên các chuyển vịphụ làm ảnh hởng đến tuổi thọ của cầu xe và động học chuyển động của xe

- Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc:

+ Dầm cầu cứng liên kết các bánh xe nên trong quá trình chuyển động vếtbánh xe đợc cố định vì vậy mà giảm đợc độ mòn của của lốp do trợt ngang củabánh xe so với hệ thống treo khác

+ Dới tác dụng của các thành phần lực bên nh: lực li tâm, lực gió bên, thànhphần lực sinh ra khi đi trên đờng nghiêng, các bánh xe đợc liên kết cứng với dầmcầu nên hạn chế rất lớn khả năng trợt ngang của bánh xe

+ Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp, giá thành rẻ

Với nhũng u điểm nh vậy hệ thống treo phụ thuộc đợc sử dụng rộng rãi trên xetải,xe con, xe buýt, xe khách Tùy loại xe và bố trí chung mà hệ thống treo phụthuộc đợc bố trí trên cầu dẫn hớng hoặc cầu chủ động

a) Loại nhíp lá.

Trên xe Fiat Panda đặt loại

này cho cầu bị động Dầm cầu là

thép ống liên kết cứng với nhíp

nhờ các bộ quang treo Hai đâù

dầm cầu bố trí cơ cấu phanh và

moay ơ bánh xe Nhíp lá bao

gồm các nhíp lá ghép lại, lá nhíp chính đợc cuốn tròn ở hai đầu tạo nên các khớptrụ Hình 1 Treo sau xe Fiat Panda

Đầu sau của nhíp lá cố định trên khung xe và có thể quay tơng đối nhờ các

ổ cao su Đầu trớc là khớp trụ di động theo kết cấu quang treo Quang treo bố trítrên khung xe, tạo điều kiện cho nhíp lá biến dạng tự do đồng thời có thể truyềnlực dọc từ bánh xe lên khung và ngợc lại Các lực bên có thể truyền từ khung xequa khớp trụ, nhíp lá, quang nhíp, dầm cầu tới bánh xe Giảm chấn bắt giữa dầmcầu và khung xe đợc đặt nghiêng về phía trớc

b) Loại lò xo xoắn ốc

Hệ thống treo phụ thuộc sử

dụng lò xo xoắn ốc có u điểm cơ

nhờ các thanh đòn liên kết

Hình 2 Hệ thống treo phụ thuộc lò

xo

Cầu sau bị động xe Renault 18 có dầm cầu cứng Trên dầm cầu này đặt lò

xo trụ và giảm chấn gần sát bánh xe Lò xo trụ bao ngoài giảm chấn bởi vậy chiếmrất ít không gian sau xe Dẫn hớng cho cầu thông qua hai đòn dọcdới và một đòndọc trên Các gối đỡ đều dùng ổ xoay bằng cao su dày Liên kết của thanh đòn dọcnày đảm bảo sự song phẳng của tâm trục cầu xe Trên hai đòn dọc dới có đònngang nhỏ liên kết bu lông tạo nên thanh ổn định Thanh ổn định làm việc chỉ khihai đòn dọc dới có vị trí khác nhau và đòn dọc đóng vai trò là một phần của thanh

ổn định chữ U Bộ phận đàn hồi là lò xo trụ không đảm nhận các chức năng kháccủa hệ treo, ma sát trong rất nhỏ do vậy hiện nay còn gặp kết cấu này ở xe con

c) Sử dụng buồng đàn hồi.

Đặc điểm: Buồng đàn hồi không có khả ngăng dẫn hớng nên đợc bố trí với bộ

phận dẫn hớng đảm bảo truyền lực và mô men

2 Hệ thống treo độc lập.

Hệ thống treo độc lập hai bánh xe trái phải không có quan hệ trực tiếp vớinhau Vì vậy trong khi dịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng ngang thì bánh

xe kia vẫn đứng nguyên Do đó động học của bánh xe dẫn hớng giữ đúng hơn Hệthống treo độc lập có thể là đòn ngang, đòn dọc, đòn chéo…

Với cầu trớc thờng sử dụng hệ treo: hai đòn ngang, Macpherson

Với cầu sau thờng sử dụng cả hệ treo trên và loại đòn dọc, đòn chéo

- Ưu điểm của hệ thống treo độc lập:

+ Khối lợng không đợc treo nhỏ, đặc tính bám đờng của từng bánh xe tốt

động cơ Điều này làm hạ thấp trọng tâm của xe tăng ổn định trong chuyển

động,tăng diện tích khoang chở khách và hàng hóa

+ Khi bố trí thanh ổn định ngang sẽ phát huy tác dụng nhiều hơn để giảm sựlắc ngang của xe khi quay vòng,cải thiện tính ổn định chuyển động

- Nhợc điểm hệ thống treo độc lập:

+ Kết cấu phức tạp hơn

+ Khoảng cách các bánh xe và các góc đặt bánh xe bị thay đổi cùng với sựdịch chuyển của bánh xe nên gây mòn lốp nhiều hơn

a) Hệ treo trên hai đòn ngang.

Hệ treo hai đòn ngang đợc dung nhiều trong các giai đoạn trớc đây, ngàynay hệ treo này đang có xu hớng ít dần Lí do chủ yếu là: kết cấu phức tạp, chiếmkhoảng không gian quá lớn

Cấu tạo của hệ treo hai đòn ngang bao gồm một đòn ngang trên, một đòn ngang

d-ới Các đầu trong liên kết bằng một khớp trụ với vỏ khung Các đầu ngoài liên kếtbằng một khớp cầu với đòn đứng Đòn đứng nối cứng với trục bánh xe ở đây đòn

đứng có chức năng nh trụ đứng của hệ treo phụ thuộc, bánh xe có thể quay quanh

đờng nối tâm của hai khớp cầu ngoài và tạo nên góc chuyển hớng của bánh xe ôtô

Bộ phận đàn hồi có thể nối giữ khung với đòn trên hoặc đòn dới Giảm chấn cũng

đặt giữa khung và đòn trên (hoặc đòn dới) Hai bên bánh xe đều dùng hệ thốngtreo này và đợc đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc giữa xe

Hình 3 Hệ treo hai đòn ngang.

b) Hệ thống treo Mc.Pherson

Hệ treo này còn có tên là hệ

treo trên lò xo dẫn hớng và trục

giảm chấn Hệ treo Mc.Pherson

là biến dạng của hệ treo hai đòn

ngang Nếu coi đòn ngang trên

có chiều dài bằng không và thay

thế vào đó là đòn có khả năng thay thế chiều dài

Ngày nay, chúng ta gặp loại này ở hầu hết các xe 4-5 chỗ ngồi cả cầu tr ớc và cầusau

Hệ thống treo Mc.Pherson bao gồm: một đòn ngang dới, giảm chấn đặt theophơng đứng, một đầu giảm chấn đặt trên khớp cầu ngoài của đòn ngang, một đầubắt với khung xe( thờng là tai xe) Bánh nối cứng với vỏ giảm chấn Lò xo có thể

đặt bao ngoài giảm chấn và trục giảm chấn

So với cấu tạo của hệ treo hai đòn ngang: cấu trúc này ít chi tiết, có thểgiảm nhẹ phần không đợc treo, không gian chiếm chỗ nhỏ, có khả năng giải phóng

đợc nhiều khoảng không phía trong dành cho khoang truyền lực và khoang hànhlí

Hình 4 Hệ thống treo Mc.Person

CHƯƠNG II Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp cho cầu sau I- Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo

- Độ võng tĩnh của hệ thống treo ft là độ võng ứng với tải trọng tĩnh zt

Độ võng tĩnh ft đợc tính theo tần số dao động riêng n của hệ thống treo

Với ôtô con ta có thể tính nh sau:

Zt=G2/2=690/2=345(KG).( Gỉa sử khối lợng đợc treo gần bằng G2)

2 Xác định độ võng của nhíp sau ô tô.

- Độ võng động fđ: là dịch chuyển của bánh xe từ vị trí tĩnh đến vị trí giới hạntrên khi ụ hạn chế hành trình biến dạng hết Hai hệ thống treo có độ cứng bằngnhau, hệ thống nào có độ võng động lớn hơn sẽ có thể động lớn hơn Thể động của

hệ thống treo càng lớn thì xác suất va đập vào bộ phận hạn chế khi ôtô chuyển

động trên đờng không bằng phẳng càng nhỏ, trị số fđ phụ thuộc đặc tính của hệthống treo và độ võng tĩnh

II Tính toán thiết kê và kiểm tra nhíp

1 Tinh toán thiết kế nhíp.

Chọn loại nhíp nửa elip đối xứng

a) Chiều dài của bộ nhíp Ln.

Đối với ôtô con: Ln=(0,4ữ0,55).L

.

Trong đó: + α: Hệ số biến dạng của lá nhíp

Với ôtô con, α=1,35ữ1,48

Chọn α=1,4 + C: Độ cứng của nhíp.(N/m).

+ Ln: Chiều dài của nhíp(m)

+ E: Mô đun đàn hồi Lấy E=2,15ì105( MN/m2)=2,15ì1011( N/m2)

.



= 48 2 , 15 10 11

08 , 1 23000 4

, 1

c) Tiết diện của lá nhíp.( giả sử các lá nhíp có tiết diện bằng nhau).

Các giả thiết để thiết kế tiết diện lá nhíp:

- Tổng đại số mô men quán tính của lá nhíp bằng mô men quán tính tổng cộng

Đối với ôtô con : n=1ữ3 Chọn n=3

- Tỉ lệ bề rộng b và chiều cao h chọn trong giới hạn

=5,89ì10-3(m)Chọn h=7ì10-3  b=56ì 10-3(m);

Hình 6 sơ đồ phân bố ứng suất

σ1.W1=P1.L1-P2.L2

P2=

2

1 1 1

L

W L

Pi= Pi+1 i=

- Xét lá thứ hai:

+ Ưng suất tại tiết diện x:

2

3 2 2 2

) (

W

L L P

σ2.W2=P2.L2-P3.L3

P3=

3

2 2 2

L

W L

k. 1. 1. ci

Trong đó :

hci- Khoảng cách từ đờng trung hoà của tiết diện ngàm mỗi lá nhíp

đến tiết diện là hình chữ nhật : hci = 7ì10-3ữ2 = 3,5ì10-3(m)

k: Là hệ số ảnh hởng của lá nhíp thứ hai đến sự phân chia không đều củaứng suất của lá 1 công thức kinh nghiệm k nh sau:

Jn: Mô men quán tính lá cuối cùng(thứ 3)

: Hệ số xét đến sự gia tăng ứng suất lá cuối cùng,  = (1,2 – 1,3 )

k. 1. 1. ci

10 8 , 4

10 5 , 3 490 , 0 1725 875

, 0

L2=

1

1 1 1 1

.

400(mm).

P2 =

2

1 1 1

L

W L

P  

=

4 , 0

10 457 4 , 539287109 490

, 0

σ2=



J

h L P

k. 2. 2. c2

3

10 8 , 4

10 5 , 3 4 , 0 99 , 1496 875

, 0

.

 300(mm)

P3 =

3

2 2 2

L

W L

P  

=

300 , 0

10 457 9 382044322, 4

, 0 99 ,

σ3=



J

h L P

k. 3. 3. c3

3

10 8 , 4

10 5 , 3 300 , 0 1414 875

, 0

e) Xác định bán kính cong ở trạng thái tự do của các lá nhíp

Để tăng độ đàn hồi khi làm việc các lá nhíp đợc thiết kế bao giờ cũng bị uốncong với các bán kính cong khác nhau Đối với các lá nhíp có bề dày nh nhau để

đảm bảo cho tất cả các lá nhíp đợc đa vào làm việc cùng một lúc ngay cả khi có tảitrọng bé nhât có nghĩa là ở trong mọi trờng hợp đầu các lá nhíp đợc tỳ vào các láphía trên sự cần thiết phải uốn sơ bộ các lá nhíp với bán kính cong khác nhau là rấtcần thiết khi thiết kế

Bán kính cong của các lá nhíp đợc xác định theo công thức sau:

i i i

h E.

2

- i: B¸n kÝnh cong tù do cña l¸ nhÝp thø i

- hi: BÒ dµy cña l¸ nhÝp thø i( mm) hi=7( mm)

08 ,

1 2

- i: øng suÊt xiÕt chÆt xuÊt hiÖn khi xiÕt nhÝp b»ng c¸c bu l«ng trung t©m cña l¸ nhÝp thø i Do c¸c l¸ nhÝp cã bÒ dµy nh nhau nªn øng suÊt sÏ lÊy trong kho¶ng( 200500KG/cm2 ) 2050( MN/m2 )

Trong qóa tr×nh tÝnh to¸n b¸n kÝnh cong i ta ph¶i lùa chän øng suÊt xiÕt c¸cl¸ nhÝp ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn:

0