Thiết kế hệ thống treo cho xe

Các đòn liên kết của hệ treo a, Hệ thống treo phụ thuộc : Là hệ thống treo mà các bánh xe đặt trên dầm liền, bộ phận giảm trấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền.. b, Hệ thống

NhËn xÐt cña gi¸o viªn híng dÉn

Hng Yªn, ngµy 17 th¸ng 04 n¨m 2012 Gi¸o viªn híng dÉn NhËn xÐt cña gi¸o viªn ph¶n biÖn

Hng Yên, ngày 17 tháng 04 năm 2012 Giáo viên phản biện Mục lục Tran g Mục lục 03 Lời nói đầu 04 Chơng 1 Tổng quan về hệ thống treo 1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại……… 05

1.1.1 Nhiệm vụ……… 05

1.1.2 Yêu cầu……… 05

1.1.3 Phân loại hệ thống treo……… 05

1.2 Kết cấu các chi tiết 06

1.2.1 Nhíp lá 06

1.2.2 Bộ giảm chấn……… ……… 07

1.2.3 Bộ phận giảm chấn

1.2.4 Lò xo xoắn ốc……… ………

07 11 Chơng 2 Tính toán thiết kế hệ thống treo trên xe tải A Lựa chọn phơng án thiết kế 12 2.1 Các thông số cho trớc……… … ………… 12

2.2 Chọn phơng án thiết kế……… 12

2.2.1Chọn loại hệ thống treo……… 12

2.2.2 Chọn bộ phận đàn hồi……… 12

2.2.3 Chọn bộ phận giảm chấn……… 12

B Tính toán thiết kế hệ thống treo. 2.1 Tính toán sơ đồ treo……… 12

2.1.1 Xác định hệ số phân bố khối lợng phần treo………… 12

2.1.2 Xác định độ cứng của hệ thống treo 14

2.1.3 Xác định hành trình tĩnh của bánh xe 14

2.1.4 Xác định hành trình động của bánh xe 15 2.1.5 Kiểm tra lại hành trình động của bánh xe theo điều kiện 15

đảm bảo khoảng sáng gầm xe là nhỏ nhất

2.2 Tính toán thiết kế các bộ phận của hệ thống treo 15

2.2.1 Xác định các lích thớc cơ bản của bộ nhíp 15

2.2.2 Tính bền các lá nhíp 17

2.3 Tính tai nhíp 18

2.4 Kiểm nghiệm chốt nhíp 19

2.5 Tính toán bộ phận giảm chấn………

2.5.1 Xác định kích thớc cơ bảnn của giảm chấn

2.5.2 Xác định hệ số giảm chấn

2.5.3 Xác định các lỗ và van giảm chấn

2.5.4 Tính toán nhiệt cho giảm chấn

2.5.5 Xây dựng đờng đặc tính của giảm chấn

20 20 22 22 23 25 Kết luận 26 Lời nói đầu Trong đời sống kinh tế xã hội hiện nay, nhu cầu về chuyên chở hàng hoá và hành khách là rất lớn Có rất nhiều phơng tiện giao thông cùng tham gia giải quyết vấn đề này, một trong những phơng tiện không thể thiếu đợc đó là ôtô ở Việt Nam những năm gần đây số lợng ôtô lu thông càng lớn, chủng loại càng phong phú và đa dạng : xe tải, xe khách, xe con

Trên ôtô, hệ thống treo có vai trò hết sức quan trọng, nó quyết định đến ổn định chuyển động của bánh xe trên đờng Đối với xe tải thì vấn đề này cũng rất quan trọng, vì trong quá trình vận chuyển xe tải thờng phải chuyên trở vật liệu với tải trọng lớn đồng thời xe tải cũng có kết cấu cồng kềnh vì thế việc giúp cho xe chạy ổn định, ít bị dao động là hết sức cần thiết Đề tài thiết kế mà em đợc giao là: “ Thiết kế hệ thống treo cho xe tải ” Đây là một đề tài rất thiết thực cho ngành công nghệ ôtô hiện nay, vì lợng xe tải trong hệ thống giao thông Việt Nam ngày càng phong phú và đa dạng với những kết cấu và chủng loại phức tạp Trên cơ sở phân tích những u nhợc điểm của từng loại hệ thống treo và yêu cầu bố trí cụ thể trên xe em chọn thiết kế hệ thống treo phụ thuộc Vì đây là hệ thống treo có nhiều u điểm và đợc sử dụng nhiều trên các dòng xe tải hiện nay Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án mặc dù đã cố gắng hết sức nhng do trình độ và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi đợc những sai sót em rất mong đ-ơc sự đóng góp ý kiến của thầy cô, bạn bè để đồ án của em đợc hoàn thiện hơn Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đồ án em rất cám ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy Đồng Minh Tuấn đã giúp đỡ em rất nhiều để em có thể hoàn thành đồ án đợc giao Em xin trân thành cảm ơn! Hng Yên, Tháng 12 năm 2010

Sinh Viên thực hiện:

Chơng I: Tổng quan về hệ thống treo 1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại.

1.1.1 Nhiệm vụ.

Hệ thống treo ở đây đợc hiểu là hệ thống liên kết giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ

xe Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi Nó có các chức năng sau đây: Tạo điều kiện cho bánh thực hiện chuyển động tơng đối theo phơng thẳng đứng

đối với khung xe hoặc vỏ xe thoe yêu cầu dao động êm dịu, hạn chế tới mức có thểchấp nhận đợc những chuyển động không muốn có khác của bánh xe nh lắc ngang lắcdọc

Truyền lực, mô men giữa bánh xe và khung xe: bao gồm lực thẳng đứng ( tảitrọng, phản lực), lực dọc ( lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực kéo với khung, vỏ)lực bên ( lực li tâm, lực gió bên, phản lực bên ) mô men chủ động và mô men phanh

1.1.2 Yêu cầu.

Sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải "mềm", nhng cũng phải đủ khả

năng truyền lực Quan hệ này thể hiện ở các yêu cầu chính sau đây:

Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kĩ thuật của xe cóthể chạy trên mọi địa hình khác nhau

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

Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lí, thoả mãn mục đích là mềm thoe ph ơngthẳng đứng nhng không phá hỏng quan hệ động lực học và động học của chuyển độngbánh xe

Không gây nên tải trọng lớn tại mối liên kết với khung hoặc vỏ

a Hệ thống treo phụ thuộc b Hệ thống treo độc lập

1.Thùng xe 2 Bộ phận đàn hồi 3 Bộ phận giảm chấn 4 Dầm cầu

5 Các đòn liên kết của hệ treo

a, Hệ thống treo phụ thuộc : Là hệ thống treo mà các bánh xe đặt trên dầm liền, bộ

phận giảm trấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền Qua cấu tạo của hệ thốngtreo phụ thuộc, sự dịch chuyển của một bên bánh xe theo phơng thẳng đứng sẽ gây

chuyển vị nào đó của bánh xe kia, chúng ta có ý nghĩa chúng "phụ thuộc" lẫn nhau.

b, Hệ thống treo độc lập : là hệ thống treo mà các bánh xe gắn "độc lập" với khung

vỏ thông qua đòn, bộ phận giảm chấn đàn hồi Các bánh xe "độc lập" dịc chuyển tơng

đối với khung vỏ Trong thực tế chuyển động của xe , điều này chỉ đúng khi chúng tacoi thùng xe hoặc vỏ xe đứng yên

Ngoài ra ngời ta còn phân chia hệ thống treo theo nhiều cách khác nh:

+ Dựa và tính chất động học, hệ thống treo độc lập còn đợc chia ra các loại: Treotrên hai đòn ngang, treo trên một đòn ngang và giảm chấn, treo đòn dọc, treo đòn chéo

+ Hệ thống treo còn đợc phân loại theo kết cấu của bộ phận đàn hồi nh: Treo nhíp lá,treo lò xo, treo than xoắn, treo khí nén treo thuỷ khí.

+ Phân loại theo kết cấu giảm chấn: Giảm chấn ống, giảm chấn đòn, giảm chấn có ápsuất trong bằng áp suất khi quyển, giảm chấn có áp suất trong cao

1.2 Kết cấu các chi tiết.

- Sửa chữa và bảo dỡng dễ dàng

- Đóng vai trò cả giảm xóc và giảm chấn

b Nhợc điểm:

- Rập tắt dao động không đợc nhanh và êm dịu

- Chiếm diện tích không gian lớn, do đó khoảng không gian phải lớn làm tăng chiềucao của xe dẫn đến tính ổn định không cao

1.2.2 Bộ giảm chấn.

Giảm chấn đợc sử dụng trên xe với mục đích:

Giảm chấn dập tắt các va đập truyền lên khung khi xe bắt đầu lăn trên đ ờng khôngbằng phẳng, nhờ vậy mà bảo vệ đợc bộ phận đàn hồi tăng tính tiện nghi cho sử dụng Đảm bảo giao động của phần đợc treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt tiếp xúccủa bánh xe trên nền đờng, nâng cao tính chất chuyển động của xe nh khả năng tăngtốc, khả năng an toàn chuyển động

Bản chất của quá trình giảm chấn là quá trình tiêu hao cơ năng ( biến cơ năng thànhnhiệt năng) Thực ra quá trình này sảy ra với cả ma sát của nhíp lá, khớp trợt, khớpquay của các ổ kim loại, ổ cao su Song quá trình dao động cơ học của xe đòi hỏi phảitiêu hao cơ năng nhanh và khống chế đợc quá trình vật lí đó, cho nên giảm chấn đặttrên các bánh xe thực hiện chức năng này chủ yếu

Giảm chán dùng cho xe có nhiều loại, đến nay chỉ sản xuất giảm chấn ống thủy lực

có tác dụng hai chiều ( nén và giãn)

Bộ giảm chấn đợc phân loại nh sau:

- Phân loại theo vận hành: Kiểu tác dụng đơn, kiểu đa tác dụng

- Phân loại theo cấu tạo: Kiểu ống đơn, kiểu ống kép

- Phân loại theo môi chất làm việc: Kiểu thủy lực, kiểu nạp khí

- Giảm chấn ống có một lớp vỏ và giảm chấn ống có hai lớp vỏ

1.2.3 Bộ phận giảm chấn.

Trên xe ôtô giảm chấn đợc sử dụng với mục đích sau:

Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đờng khôngbằng phẳng nhằm bảo vệ đợc bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho ngời sử dụng Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt sự tiếpxúc của bánh xe với mặt đờng.

Nâng cao các tính chất chuyển động của xe nh khả năng tăng tốc, khả năng an toànkhi chuyển động

Hiện nay để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động ngời ta dùng giảm chấnthủy lực Giảm chấn thuỷ lực sẽ biến cơ năng các dao động thành nhiệt năng và sự làmviệc của nó là nhờ ma sát giữa các chất lỏng và lỗ tiết lu là ma sát chủ yếu để dập tắtcác dao động Giảm chấn phải đảm bảo dập tắt nhanh các dao động nếu tần số dao

động lớn nhằm mục đích tránh cho thùng xe lắc khi đờng mấp mô và phải dập tắt chậmcác dao động nếu ôtô chạy trên đờng ít mấp mô để cho ôtô chuyển động êm dịu

Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều ởcấu trúc hai lớp

Giảm chấn hai lớp vỏ:

Giảm chấn hai lớp vỏ ra đời vào năm 1938, đây là một loại giảm chấn quen thuộc

và đợc dùng phổ biến cho ôtô từ trớc đến nay

Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ có tác dụng hai chiều

Hình 3: Giảm chấn vỏ hai lớp.

Cấu tạo giảm chấn vỏ hai lớp

Trong giảm chấn , piston di chuyển trong xy lanh,chia không gian trong thànhbuồng A và B ở đuôi của xy lanh thuỷ lực có một cụm van bù.Bao ngoài vỏ trong làmột lớp vỏ ngoài , không gian giữa hai lớp vỏ là buồng bù thể tích chất lỏng và liên hệvới B qua các cụm van một chiều (III,IV)

Buồng C đợc gọi là buồng bù chất lỏng, trong C chỉ điền đầy một nửa, không giancòn lại chứa không khí có áp suất khí quyển

Nguyên lý làm việc:

ở hành trình nén (bánh xe tiến lại gần khung xe), lúc đó ta có thể tích buồng B

giảm nên áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A và sang khoang C

ép không khí ở buồng bù lại Vỏ ngoài của giảm chấn có tác dụng chứa dầu và thoátnhiệt ra môi trờng không khí xung quanh Trên nắp của giảm chấn có phớt che bụi,phớt chắn dầu và các lỗ ngang để bôi trơn cho trục giảm chấn trong quá trình làm việc

ở hành trình trả (bánh xe đi xa khung xe) Thể tích buồng B tăng do đó áp suất giảm ,chất lỏng qua van (II,III) vào B, không khí ở buồng bù giãn ra, đẩy chất lỏng nhanhchóng điền đầy vào khoang B

Trong quá trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng bao giờ cũng có các lỗ van l uthông thờng xuyên Cấu trúc của nó tuỳ thuộc vào kết cấu cụ thể Van trả, van nén củahai cụm van nằm ở piston và xylanh trong cụm van bù có kết cấu mở theo hai chế độ,

hoặc các lỗ van riêng biệt để tạo nên lực cản giảm chấn tơng ứng khi nén mạnh, nén

nhẹ, trả mạnh , trả nhẹ

Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết diện rất nhỏ tạo nên lực ma sát làm cho nónggiảm chấn lên Nhiệt sinh ra truyền qua vỏ ngoài (8) và truyền vào không khí để cânbằng năng lợng

Nguyên lý làm việc :

Trong một giảm chấn một lớp vỏ không còn bù dầu nữa mà thay thế chức năng của

nó là buồng II chứa khí nén có P = 2,5.106 N/mm2 đây là sự khác nhau giữa giảm chấnmột lớp vỏ và hai lớp vỏ

Khi piston dịch chuyển xuống dới tạo nên sự chênh áp dẫn đến mở van (1) chất lỏngchảy nên phía trên của piston Khi piston đi lên làm mở van (7) chất lỏng chảy xuốngdới piston áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi không lớn và dao động xung quanh vịtrí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu, nhờ vậy mà tránh đợc hiện tợng tạo bọtkhí, một trạng thái không an toàn cho sự làm việc của giảm chấn Trong quá trình làmviệc piston ngăn cách (4) di chuyển tạo nên sự cân bằng giữa chất lỏng và chất khí do

đó áp suất không bị hạ xuống dới giá trị nguy hiểm Giảm chấn có độ nhạy cao kể cảpiston dịch chuyển rất nhỏ, tránh đợc hiện tợng cỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay

đổi sẽ làm cho áp suất thay đổi

So sánh giữa hai loại giảm chấn :

So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ, giảm chấn một lớp vỏ có u điểm sau :

- Khi có cùng đờng kính ngoài, đờng kính của cần piston có thể làm lớn hơn

mà sự biến động tơng đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn

- Điều kiện toả nhiệt tốt hơn.

- ở nhiệt độ thấp ( Vùng băng giá ) giảm chấn không bị bó kẹt ở những hành

trình đầu tiên

- Giảm chấn có piston ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố trí

nào Nhờ các u điểm này mà giảm chấn một lớp một lớp vỏ đợc sử dụngrộng rãi trên hệ treo Mc.pherson và hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết.Nhợc điểm của loại giảm chấn một lớp vỏ là vấn đề công nghệ và bao kín ( tuổi thọcủa phớt và độ mòn của piston với ống dẫn hớng )

- ở loại hai lớp vỏ: ống dẫn hớng cần piston hỏng trớc phớt bao kín

- ở loại giảm chấn một lớp vỏ : phớt bao kín hỏng trớc ống dẫn hớng của cần

piston

1.2.4 Lò xo xoắn ốc.

Hình 5 Các dạng lò xo xoắn ốc thông dụng.

Träng lîng phÇn treo khi kh«ng t¶i trªn cÇu tríc : M1 = 10450 (N)

Träng lîng phÇn treo khi kh«ng t¶i trªn cÇu sau : M2 = 19120 (N)

Träng lîng phÇn kh«ng treo cÇu tríc : ml1 = 1800 (N)

Träng lîng phÇn kh«ng treo cÇu sau : ml2 = 5200 (N)

ChiÒu dµi c¬ së : L = 4300 (mm)

2.2 Chọn phơng án thiết kế.

2.2.1 Chọn loại hệ thống treo.

Xe thiết kế là xe tải, thờng xuyên phải chịu tải trọng lớn và hoạt động trên địa hìnhphức tạp, đòi hỏi tính việt dã cao nhng độ êm dịu của xe dựa vào các thông số cho trớc

ta lựa chọn hệ thống treo phụ thuộc

Loại hệ thống treo này độ êm dịu của xe không cao nhng kết cấu đơn giản, khoảngsáng gầm xe lớn thích hợp với di chuyển trên địa hình phức tạp

2.2.2 Chọn bộ phận đàn hồi.

Đối với hệ thống treo phụ thuộc ta chọn bộ phận đàn hồi là nhíp đồng thời nó cũng là

bộ phận hớng Điều này làm cho hệ thống treo đơn giản và lắp ghép dễ dàng

2.2.3 Chọn bộ phận giảm chấn.

Ta chọn loại giảm chấn hai chiều không đối xứng Về mặt kết cấu ta chọn loại giảmchấn thuỷ lực loại ống lồng Giảm chấn ống lồng có áp suất chất lỏng nhỏ (2,5 5)MN/

m2 thoát nhiệt tốt phù hợp với xe tải

B Tính toán thiết kế hệ thống treo.

M: Khối lợng phần treo của ô tô

a : Khoảng cách từ trọng tâm phần treo đến bánh xe cầu sau

b : Khoảng cách từ trọng tâm phần treo đến bánh xe cầu trớc

JY: Mô men quán tính của khối lợng phần treo

Mặt khác mô men quán tính của khối lợng phần treo đợc xác định theo công thứcsau:

L : Chiều dài cơ sở của ô tô

Vậy mô men quán tính:

J Y=0,2 3372,1 4,32=12470 (Nm.s2)

Xác định chiều dài a,b:

Từ các công thức tính khối lợng phần treo phân bố lên các cầu:

M1=M b

L⇒b=

M1 L M

b= 1066,3.4,3 3372,1 =1,36 (m)

M: Khối lợng phần treo phân bố lên cầu N.s2/m

ω : Tần số dao động riêng của khối lợng phần treo

Để đảm bảo cho độ êm dịu của ô tô, khi tính toán độ cứng của hệ thống treo tần sốdao động riêng của khối lợng phần treo thờng đợc chọn ω=(10ữ 15)rad /s

Mµ χmin≥0,1÷0,15m vËy tho¶ m·n ®iÒu kiÖn

2.2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c bé phËn cña hÖ thèng treo.

l : ChiÒu dµi cña bé phËn nhÝp

L: ChiÒu dµi c¬ së cña « t«

Nh vËy:

l=0,325.4,3=1,40

( m ) VËy chiÒu dµi lµ 1,4 m, sè nhÝp chÝnh lµ 1 l¸

l '=1

2.l=

1,4

2 =0,7 m=70 cm