BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên: Nguyễn Việt Hùng………………………………………………… Lớp: Ô tô A…………………………… Khóa: 52………………………… . Ngành: Cơ khí ô tô… 1. Đề tài thiết kế: Kiểm nghiệm và xây dựng bệ thử 1/4 hệ thống treo trước Mc.Pherson trên xe du lịch. 2. Các số liệu ban đầu: Xe du lịch 4 chỗ ngồi 3. Nội dung các phần thiết kế và tính toán: - Đặc điểm hệ thống treo MC.Pherson. - Kiểm nghiệm hệ thống treo trước Mc.Pherson trên xe du lịch. - Xây dựng bệ thử hệ thống treo 1/4 ô tô. - Thiết kế mạch đo gia tốc của khối lượng được treo và không được treo. - Một số kết quả đạt được và nhận xét. 4. Các bản vẽ và đồ thị: - Bản vẽ kết cấu hệ thống treo trước Mc.Pherson xe du lịch 4 chỗ 1A0. - Bản vẽ kết cấu giảm chấn 1A0. - Bản vẽ 6 chi tiết điển hình 1A0. - Bản vẽ động học hệ thống treo Mc.Pherson 1A0. - Bản vẽ kết cấu bệ thử 1A0. - Bản vẽ sơ đồ mạch đo gia tốc 1A0. Cán bộ hướng dẫn Phạm Hữu Nam 1 6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày …… tháng … năm 2012 Chủ nhiệm bộ môn (Kí và ghi rõ họ tên) Cán bộ hướng dẫn thiết kế (Kí và ghi rõ họ tên) Sinh viên đã hoàn thành và nộp toàn bộ thiết kế cho bộ môn. Ngày … tháng … năm 2012 (Kí và ghi rõ họ tên) 2 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .4 CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG TREO TRƯỚC MC.PHERSON TRÊN XE DU LỊCH .8 1. Nhiệm vụ của hệ thống treo: 8 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động: 8 2.1. Cấu tạo hệ thống treo Mc.Pherson: 8 2.2. Động học hệ thống treo Mc.Pherson: .9 3. Các bộ phận chính hệ thống treo Mc.Pherson: 10 3.1. Giảm chấn hệ thống treo Mc.Pherson: .10 3.2 Bộ phận dẫn hướng hệ thống treo Mc.Pherson: .11 3.3 Bộ phận đàn hồi: 12 CHƯƠNG II 13 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG TREO TRƯỚC MC.PHERSON .13 1. Đặc điểm hệ thống treo trước: 13 2. Bố trí và kết cấu hệ thống treo trước của xe: .13 3. Các thông số kết cấu của hệ thống treo trước: 14 4. Tính toán kiểm nghiệm hệ thống treo Mc.Pherson: 15 4.1 Kiểm tra sơ đồ động học: .15 4.2 Các chế độ tải trọng: .21 4.2.1 Trường hợp chỉ chịu tải trọng động (chỉ có lực Z, không có lực X và Y) .21 4.2.2 Trường hợp chỉ chịu lực phanh cực đại (chỉ có lực X và Z, không có lực Y) .22 4.2.3 Trường hợp chỉ chịu lực bên cực đại (chỉ có lực Y và Z, không có lực X). .25 4.3 Kiểm tra bền các cụm chi tiết: 26 4.3.1 Kiểm bền đòn ngang: 26 4.3.2 Kiểm nghiệm độ võng tĩnh, độ võng động và đặc tính đàn hồi: 32 4.3.3 Kiểm tra bền lò xo: 33 4.3.4 Kiểm bền Rô tuyn: 35 4.3.5 Kiểm bền giảm chấn: .37 4.3.5.1 Hệ số cản giảm chấn, hệ số tắt chấn: .37 4.3.5.2 Kích thước cơ bản của giảm chấn: .39 4.3.5.3 Kiểm bền thanh đẩy giảm chấn: .41 4.3.6 Thanh ổn định: .42 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG BỆ THỬ 44 1. Mục đích và yêu cầu kiểm nghiệm trên băng thử: .44 2. Sơ đồ, nguyên lý hoạt động trên băng thử: .45 2.1 Các bộ phận bệ thử 46 3 2.2 Nguyên lý làm việc của bệ thử: 46 3. Thiết kế mạch đo: .47 3.1 Mục đích: 47 3.2 Sơ đồ khối nguyên lý làm việc mạch đo: 47 1.Mục đích thí nghiệm: .54 2. Các chế độ thí nghiệm: .54 3. Tiến hành thí nghiệm: .54 55 Hình 4.3: Hình Bệ thử với tải trọng 156kg 55 4. Kết quả thí nghiệm: 56 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .60 PHỤ LỤC 61 A. Tổng quan về vi điều khiển AVR: 61 B. Phần lập trình cho Vi Điều Khiển sử dụng chương trình AVR Studio: .66 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống treo Mc.Pherson - 6 - Hình 1.2a: Chuyển vị hệ thống treo khi bánh xe dịch chuyển z .- 7 - Hình 1.2b: Chuyển vị hệ thống treo khi thùng xe nghiêng - 7 - Hình 1.3a: Giảm chấn lắp trực tiếp - 8 - Hình 1.3b: Giảm chấn lắp gián tiếp - 8 - Hình 1.4a: Kết cấu đòn ngang - 9 - Hình 1.4b: Kết cấu Rô tuyn - 9 - Hình 1.4c: Khớp trụ - 9 - Hình 2.1: Sơ đồ chung hệ thống treo - 11 - Hình 2.2: Họa đồ động học hệ thống treo - 15 - Hình 2.3: Họa đồ kiểm tra động học hệ thống treo - 17 - Hình 2.4: Sự chuyển vị của bánh xe .- 17 - Hình 2.5: Sơ đồ lực trong trường hợp chịu tải trọng - 18 - 4 Hình 2.6: Sơ đồ lực trong trường hợp chịu lực phanh cực đại .- 20 - Hình 2.7: Sơ đồ lực trong trường hợp chịu lực bên cực đại .- 22 - Hình 2.8: Sơ đồ lực tác dụng lên đòn ngang khi chịu tải trọng - 23 - Hình 2.9: Sơ đồ lực tác dụng lên đòn ngang khi chịu lực kéo, phanh cực đại - 25 - Hình 2.10: Sơ đồ chịu lực đòn ngang khi chịu lực bên cực đại .- 27 - Hình 2.11: Kích thước lò xo - 29 - Hình 2.12: Rô tuyn hệ thống - 35 - Hình 2.13: Đồ thị đặc tính của giảm chấn………………………………………- 39 - Hình 2.14: Kích thước của giảm chấn - 40 - Hình 2.15: Thanh ổn định .- 43 - Hình 3.1a: Kết cấu băng thử .- 46 - Hình 3.1b: Kết cấu bẳng thử thực tế .- 46 - Hình 3.2: Khối cảm biến - 49 - Hình 3.3: Sơ đồ khối cảm biến - 50 - Hình 3.4: Cấu tạo và nguyên lý làm việc - 50 - Hình 3.5: Khối vi xử lý trung tâm sử dụng VĐK Atmega 16 .- 51 - Hình 3.6: Bộ hiển thị Led 7 thanh - 52 - Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động của Led 7 thanh Anot chung - 53 - Hình 3.8: Khối nguồn cấp cho VĐK Atmega 16 .- 53 - Hình 3.9: Khối nguồn cấp cho cảm biến MMA7260Q - 53 - Hình 3.10: Sơ đồ mạch giao tiếp với máy tính - 54 - Hình 4.1: Mạch đo gia tốc………………………………………… .… .……- 55 - Hình 4.2a: Vị trí gắn cảm biến của khối lương được treo……………… .…….- 56 - Hình 4.2b: Vị trí gắn cảm biến của khối lượng không được treo .- 56 - Hình 4.3: Hình Bệ thử với tải trọng 156kg .- 56 - Hình 4.4: Đồ thị ứng với tải trọng 120kg .- 58 - Hình 4.5: Đồ thị ứng với tải trọng 150kg .- 59- 5 LỜI NÓI ĐẦU Nước ta đang trong thời kỳ hội nhập kinh tế quốc tế. Nền kinh tế không ngừng phát triển mạnh mẽ. Kèm theo sự phát triển về kinh tế là nhu cầu về đời sống nói chung, phương tiện đi lại, vận chuyển nói riêng cũng thay đổi không ngừng. Để đáp ứng nhu cầu của con người, trong ngành công nghiệp ô tô cần có những bước đột phá mạnh mẽ trong việc phát triển những loại xe vừa tiện nghi vửa giảm tối đa tiêu hao nhiên liệu cũng nhằm đảm bảo được an toàn cho con người cũng như xe, chống ô nhiễm môi trường. Để thực hiện điều này, hiện nay ngành công nghiệp ô tô rất chú trọng đến việc xây dựng các hệ thống điều khiển chủ động hoặc bán chủ động ở các cụm các hệ thống trên xe ô tô với đặc điểm là có thể tự động hoặc do con người tác động vào làm thay đổi các đặc tính làm việc làm cho hệ thống làm việc tốt và hiệu quả hơn. Ở nước ta trong những năm gần đây ngành công nghiệp ô tô bắt đầu chú trọng phát triển theo xu hướng này. Và một trong những hệ thống được chú ý nhất là hệ thống treo, vì hệ thống treo là hệ thống làm nhiệm vụ dập tắt dao động đảm bảo sức khỏe cho con người cũng như các hệ thống khác trên xe. Để đánh giá một hệ thống treo làm việc hiệu quả hay không chúng ta cần có hệ thống đo lường một số thông số như tần số dao động, gia tốc, chuyển vị phần khối lượng được treo cũng như phần khối lượng không được treo trên xe ô tô. Qua những thông số này mà người ta có thể chế tạo, điều chỉnh sao cho có được đặc tính tốt nhất cho từng xe với từng loại đường cụ thể khác nhau. Qua đó đảm bảo sức khỏe người trên xe. Với sự quan tâm của nhà trường cũng như viện cơ khí động lực cùng các thầy cô giáo trong khoa và thầy giáo hướng dẫn. Với đề tài: “Kiểm nghiệm và xây dựng bệ thử dao động 1/4 hệ thống treo Mc.Pherson trên xe du lịch”. Nhằm xây dựng hệ thống đo xác định chất lượng của hệ thống treo đang sử dụng, qua đó có thể phát triển nên ứng dụng vào hệ thống treo chủ động hoặc hệ thống treo bán chủ động để điều chỉnh các thông số của hệ thống treo làm sao có một hệ thống treo tốt đảm bảo an toàn và chất lượng phù hợp với điều kiện trong nước. 6 Trong quá trình làm đồ án này. Qua quá trình cố gắng tìm hiểu của bản thân với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn: PGS.TS Phạm Hữu Nam và sự giúp đỡ của các thầy trong khoa em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao. Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế, thời gian tìm hiểu có hạn nên trong đồ án của em còn rất nhiều điều bấ cập. Em mong sự chỉ bảo đóng góp của các thầy cô giúp cho đồ án của em thêm hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và đóng góp của các thầy! 7 CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG TREO TRƯỚC MC.PHERSON TRÊN XE DU LỊCH 1. Nhiệm vụ của hệ thống treo: Hệ thống treo có nhiệm vụ là 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. Truyền lực từ bánh xe lên khung xe và ngược lại, để xe có thể chuyển động, đồng thời đảm bảo sự chuyển dịch hợp lý vị trí của bánh xe so với thùng xe. 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động: 2.1. Cấu tạo hệ thống treo Mc.Pherson: Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống treo Mc.Pherson 1- Giảm chấn đồng thời là trụ đứng. 2- Đòn ngang dưới. 3- Bánh xe. 4- Lò xo. 5- Trục giảm chấn. P- Tâm quay bánh xe; S- Tâm nghiêng cầu xe. Cấu tạo hệ thống treo Mc. Pherson bao gồm có: một đòn ngang dưới, giảm chấn đặt theo phương thẳng đứng, một đầu gối lên khớp cầu B, một đầu bắt với khung xe (thường là tai xe). Bánh xe nối cứng với vỏ giảm chấn, lò xo có thể đặt lồng(như hình vẽ) giữa vỏ giảm chấn và trục giảm chấn. 8 2.2. Động học hệ thống treo Mc.Pherson: Quan hệ động học hệ thống treo Mc.Pherson được mô tả trên hình 1.2 a, b. Đối với một bánh xe khi dao động theo phương thẳng đứng, thường kèm theo sự thay đổi: - Góc nghiêng ngang γ và có thể ảnh hưởng tới khả năng lăn phẳng của bánh xe, và ảnh hưởng trực tiếp tới sự tiếp nhận lực thẳng đứng và lực bên. - Độ chụm β (góc điều khiển) ảnh hưởng tới sự quay bánh xe dẫn hướng khi quay vòng. - Khoảng cách giữa hai vết bánh xe ΔB ảnh hưởng tới sự tiếp nhận lực bên ổn định lật ngang và sự mòn bánh xe. - Góc nghiêng ngang trụ đứng Δδ. Hình 1.2a Chuyển vị hệ thống treo khi bánh xe dịch chuyển z Hình 1.2b Chuyển vị hệ thống treo khi thùng xe nghiêng Ψ Các chuyển vị này là không mong muốn, trong các kết cấu hiện nay, các giá trị chuyển vị trên thay đổi nhỏ và ít ảnh hưởng tới tính chất chuyển động của toàn xe. Trong thiết kế thông qua việc lựa chọn chiều dài và bố trí kết cấu các đòn ngang, có thể giảm nhỏ các chuyển vị không mong muốn kể trên. 9 3. Các bộ phận chính hệ thống treo Mc.Pherson: 3.1. Giảm chấn hệ thống treo Mc.Pherson: Có tác dụng dập tắt các dao động tương đối giữa khung vỏ và bánh xe sinh ra trong quá trình chuyển động bằng cách chuyển năng lượng dao động (cơ năng) thành dạng nhiệt năng (ma sát) và tỏa ra môi trường không khí. Trên hệ thống treo Mc.Pherson trụ dẫn hướng đồng thời là giảm chấn: Hình 1.3a Giảm chấn lắp trực tiếp Hình 1.3b Giảm chấn lắp gián tiếp Trên hệ thống treo Mc.Pherson có hai kiểu lắp giảm chấn là: lắp trực tiếp và lắp gián tiếp như hình vẽ 1.3a, b. Với kiểu lắp trực tiếp thì vỏ giảm chấn được hàn cứng với giá của bánh xe, ngoài ra còn hàn với giá đỡ lò xo, giá bắt đòn quay ngang của hệ thống lái. Như vậy toàn bộ lực tác dụng truyền qua thân giảm chấn, khi giảm chấn có sự cố cần thay thế phải phá bỏ mối hàn, tuy nhiên lượng chi tiết giảm đi nhiều. Để khắc phục nhược điểm phá bỏ mối hàn, trên một số giảm chấn, người ta chỉ hàn vào đuôi của nó một giá bắt với giá của bánh xe, trên giá có các lỗ bu lông đặt cách xa nhau khoảng 100 mm và gờ định vị để tăng độ cứng vững cho hệ thống. Do tuổi thọ giảm chấn ngắn hơn cụm trục bánh xe nên hiện nay thường dùng kiểu lắp gián tiếp. Cụm giá bánh xe được hàn với ống đựng giảm chấn. Ống này được gia công các tai và giá đỡ khác. Giảm chấn được đặt trong ống. 10