1 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU : ..............................................................................................................2 CHƯƠNG I : Tổng quan về đề tài và lựa chọn phương án thiết kế. ...................... .3 1.1 Những vấn đề chung về hệ thống treo ......................................................... 3 1.1.1 Công dụng của hệ thống treo .................................................................3 1.1.2 Những bộ phận cơ bản của hệ thống treo ..............................................3 1.1.3 Phân loại hệ thống treo ..........................................................................3 1.1.4 Những yêu cầu khi thiết kế hệ thống treo ..............................................4 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài ..................................................................7 1.3 Thông số kỹ thuật của ô tô tham khảo thiết kế ............................................7 1.4 Lựa chọn kết cấu hệ thống treo ...................................................................8 1.4.1 Lựa chọn kết cấu hệ thống treo ............................................................. 8 1.4.2 Lựa chọn kết cấu giảm chấn ..................................................................9 CHƯƠNG II : Thiết kế hệ thống treo độc lập Mc.Pherson.… ............................... 12 2.1 Các thông số cơ bản của hệ thống treo thiết kế .........................................12 2.1.1 Các thông số kỹ thuật của xe ............................................................... 12 2.1.2 Xác định các thông số cơ bản của hệ treo ...........................................12 2.2 Thiết kế hệ thống treo ................................................................................15 2.2.1 Xác định sơ bộ kích thước và vị trí đòn ..............................................15 2.2.2 Xây dựng họa đồ kiểm tra động học hệ thống treo mc.pherson ..........20 2.2.3 Bố trí hệ treo đảm bảo góc nghiêng dọc ε ...........................................23 2.2.4 Tính toán động lực học hệ thống treo mc.pherson .............................. 23 2.2.5 Kiểm tra bền đòn ngang dưới .............................................................. 33 2.2.6 Kiểm tra bền rôtuyn .............................................................................35 2.2.7 Kiểm tra bền lò xo trụ ..........................................................................36 2.2.8 Chọn giảm chấn và kiểm tra bền thanh đẩy.........................................39 CHƯƠNG III : Bảo dưỡng kỹ thuật và chẩn đoán hệ thống treo ......................... 44 3.1. Đặc điểm hư hỏng của hệ thống treo. ........................................................ 44 3.2. Những hư hỏng thông thường, nguyên nhân và biện pháp khắc phục những hư hỏng của hệ thống treo...................................................................................... 44 3.3 .Các dấu hiệu hư hỏng báo hiệu cho người sử dụng...................................45 KẾT LUẬN .................................................................................................................. 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 51 Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 2 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, ô tô được sử dụng rộng rãi như một phương tiện đi lại thông dụng. Các trang thiết bị, bộ phận trên ô tô ngày càng hoàn thiện và hiện đại, đóng một vai trò quan trọng đối với việc bảo đảm độ tin cậy và an toàn cho người vận hành và chuyển động của ô tô. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nền công nghiệp ô tô trên thế giới phát triển ngày càng cao, đã cho ra đời nhiều loại xe ô tô hiện đại phục vụ cho nhu cầu và mục đích sử dụng của con người. Trong đó, độ êm dịu và an toàn chuyển động của ô tô được đặt lên hàng đầu. Do vậy, hệ thống treo có vai trò hết sức quan trọng. Có rất nhiều hệ thống treo với cấu tạo, chức năng và công dụng khác nhau, mỗi loại lại có các ưu, nhược điểm riêng. Vì vậy việc thiết kế một hệ thống treo phù hợp với các thông số kết cấu của xe sẽ nâng cao tính tiện nghi và độ êm dịu cho xe. Để nắm bắt những vấn đề về công nghệ cũng như đi vào những ứng dụng đầu tiên trong công việc thiết kế cũng như khai thác hệ thống treo để từ đó khai thác và vận hành ô tô có hiệu quả, với vai trò là một kỹ sư tương lai Em được nhận đề tài : “ Thiết kế hệ thống treo độc lập Mc.Pherson cho cầu trước của ô tô con ”. Do thời gian làm đồ án có hạn cùng với kiến thức thực tế còn hạn chế, nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo và các bạn. Đồ án được hoàn thành đúng tiến độ nhờ có sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của Thầy giáo ThS. Nguyễn Hùng Mạnh và PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai cùng các thầy giáo trong Bộ môn Cơ khí ô tô. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thầy giáo và các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này ! Hà Nội , ngày 30 tháng 04 năm 2011. Sinh viên Bùi Bảo Ngọc Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 3 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. 1.1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THỐNG TREO. 1.1.1. CÔNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG TREO. - Liên kết mềm giữa bánh xe và thân xe, làm giảm tải trọng động thẳng đứng tác dụng lên thân xe và đảm bảo bánh xe lăn êm trên nền đường. - Truyền lực từ bánh xe lên thân xe và ngược lại, để xe có thể chuyển động, đồng thời đảm bảo sự chuyển dịch hợp lý vị trí của của bánh xe so với thùng xe. - Dập tắt nhanh các dao động của mặt đường tác động lên thân xe. 1.1.2. NHỮNG BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TREO. Hệ thống treo gồm 3 bộ phận chính : đàn hồi, dẫn hướng và giảm chấn. - Bộ phận đàn hồi : + Có nhiệm vụ đưa vùng tần số dao động của xe phù hợp vùng tần số thích hợp với người sử dụng. + Nối mềm giữa bánh xe và thùng xe giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu khi chuyển động. + Có đường đặc tính đàn hồi phù hợp với các chế độ hoạt động của xe. - Bộ phận dẫn hướng : + Xác định tính chất chuyển động (động học) của bánh xe với khung, vỏ xe. + Tiếp nhận và truyền lực, mômen giữa bánh xe với khung vỏ xe. - Bộ phận giảm chấn : + Dập tắt dao động từ mặt đường lên khung xe phát sinh trong quá trình xe chuyển động trong các địa hình khác nhau một cách nhanh chóng. + Đảm bảo dao động của phần không treo nhỏ nhất, sự tiếp xúc của bánh xe trên nền đường, nâng cao khả năng bám đường và an toàn trong chuyển động. Ngoài ra trong hệ thống treo còn có các kết cấu khác như: thanh ổn định ngang, vấu giảm va đập và hạn chế hành trình. 1.1.3. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TREO. Việc phân loại hệ thống treo dựa theo các căn cứ sau : Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 p 4 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai - Theo bộ phận đàn hồi chia ra: + Loại bằng kim loại (nhíp lá, lò xo, thanh xoắn ). + Loại khí ( loại bọc bằng cao su-sợi, màng, loại ống). + Loại thuỷ lực ( loại ống ). + Loại cao su. - Theo bộ phận dẫn hướng chia ra: + Loại phụ thuộc với cầu liền ( loại riêng, loại thăng bằng). + Loại độc lập ( một đòn, hai đòn ). a) b) Hình 1.1: Sơ đồ tổng thể hệ thống treo phụ thuộc (a) và hệ treo độc lập (b) 1: Thân xe; 2: Bộ phận đàn hồi; 3: Bộ phận giảm chấn; 4: Dầm cầu; 5: Đòn ngang dưới, trên. - Theo phương pháp dập tắt dao động chia ra: + Loại giảm chấn thuỷ lực ( tác dụng 1 chiều, 2 chiều). + Loại ma sát cơ ( trong bộ phận đàn hồi, dẫn hướng ). - Theo phương pháp điều khiển chia ra: + Hệ thống treo bị động (không được điều khiển ). + Hệ thống treo chủ động ( có điều khiển ). 1.1.4. NHỮNG YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO. Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải mềm nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực. Quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầu chính sau đây: Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 5 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai + Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe như chạy trên đường tốt hoặc xe có khả năng chạy trên nhiều loại địa hình khác nhau. + Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn không gian hạn chế. + Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe. + Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ. + Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường. Đối với ô tô con còn được chú ý đến các yêu cầu sau: + Giá thành thấp và mức độ phức tạp của kết cấu không quá lớn. + Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ xe tốt. + Đảm bảo tính điều khiển và ổn định chuyển động của ô tô ở tốc độ cao. Ngoài các yêu cầu chung của các kết cấu cơ khí đặt trên xe ôtô phải đặc biệt quan tâm tới các yêu cầu riêng sau: 1. Đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi ôtô hoạt động. Thông số này được đánh giá thông qua tần số riêng của hệ thống treo. Đối với ôtô con, tần số dao động riêng n = 60 90 (v/ph) tương ứng với tần số góc = 6,2 9,4 (rad/s). 2. Khi bánh xe chuyển vị thẳng đứng (chuyển vị cần thiết) ở mức độ nào đó, chẳng hạn với mức độ lớn nhất Zmax = ft + fđ thì sinh ra các chuyển vị liên quan (chuyển vị không mong muốn) của bánh xe như : Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 6 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai z B V s Hình 1.2: Các chuyển vị của bánh xe đối với thân xe. + Thay đổi khoảng cách giữa hai vết lốp bánh xe B (mm) + Thay đổi độ chụm trước bánh xe V (mm) + Thay đổi góc nghiêng ngang bánh xe γ (độ) + Thay đổi góc nghiêng dọc trục đứng (độ) + Thay đổi góc nghiêng ngang trụ đứng (độ) + Thay đổi vị trí cầu sau (đánh giá bằng góc xoay cầu xe) S (độ) Các chuyển vị này phải nằm trong giới hạn cho phép. Các thông số này chọn phù hợp với bố trí chung, hệ thống truyền lực của xe, thông qua việc tham khảo các xe tương tự hoặc tính toán nhờ các bài toán ổn định động của ôtô. 3. Đảm bảo khả năng truyền lực và mômen giữa bánh xe và khung (thân) xe. 4. Đảm bảo khoảng sáng gầm xe tối thiểu khi xe đầy tải. 5. Đảm bảo góc lắc thùng xe phải nhỏ và phù hợp giữa treo trước và sau, thông số này phụ thuộc vào các đòn dẫn hướng của hệ treo và sơ đồ bố trí chung. 6. Tiết kiệm không gian để có thể bố trí cơ cấu phanh, hệ thống lái, khoang động cơ và đảm bảo khả năng cơ động của xe. 7. Trọng lượng của phần không được treo nhỏ. 8. Có tuổi bền và độ tin cậy cao. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 7 EBOOKBKMT.COM 1.2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI. Yêu cầu : Thiết kế hệ thống treo độc lập Mc.Pherson cho cầu trước của ô tô con. Nội dung cơ bản : - Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo độc lập. + Xác định hành trình tĩnh của bánh xe (hay độ võng tĩnh của hệ treo). + Xác định hành trình động của bánh xe. + Xác định các thông số cơ bản của phần tử đàn hồi, của giảm chấn. + Xác định kết cấu cơ bản (vị trí các khớp nối và chiều dài các thanh đòn). - Xác định các quan hệ động học của HTT Mc.pherson. + Xác định sơ bộ kích thước và vị trí. + Xây dựng lại mối quan hệ động học. + Bố trí hệ treo đảm bảo góc nghiêng dọc . - Tính toán thiết kế bền của đòn ngang dưới. - Thiết kế phần tử đàn hồi và chọn giảm chấn. 1.3. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA Ô TÔ THAM KHẢO THIẾT KẾ. Hãng sản xuất TOYOTA Kiểu động cơ 2ZR-FE Loại động cơ 4 xi lanh thẳng hàng, 16 van DOHC, VVT-i kép Dung tích công tác 1798 cc Dung tích bình nhiên liệu 55 lít Dài x rộng x cao (mm) 4540 x 1760 x 1465 Chiều dài cơ sở (mm) 2600 Chiều rộng cơ sở (Trước/sau - mm) 1530/1535 Trọng lượng (kg) Không tải : 1260 kg Toàn tải : Hệ thống treo 1634 kg Trước : Kiểu Mac.Pherson Sau : Thanh xoắn Lốp xe Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc 195/65R15 Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 8 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 1.4. LỰA CHỌN KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO. 1.4.1. LỰA CHỌN KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO. Trên cơ sở xe thiết kế là loại xe con có 5 chỗ ngồi, hệ thống treo thường được sử dụng là hệ thống treo độc lập, trong đó có hệ thống treo 2 đòn ngang, hệ thống treo 1 đòn ngang (Mc.Pherson), hệ thống treo đòn dọc, hệ thống treo đòn chéo. Đối với cầu trước có thể sử dụng hệ thống treo 2 đòn ngang hoặc hệ thống treo 1 đòn ngang (Mc.Pherson). Ở đây chọn kết cấu hệ thống treo kiểu Mc.Pherson bởi hệ treo này có các đặc điểm sau đây : so với cấu tạo hệ treo 2 đòn ngang thì cấu trúc này ít chi tiết, có thể giảm nhẹ khối lượng phần không được treo, không gian chiếm chỗ nhỏ, có khả năng giải phóng được nhiều khoảng không phía trong dành cho khoang truyền lực hoặc khoang hành lý. A Hình 1.3 : Sơ đồ cấu tạo hệ treo Mc.Pherson 1: Giảm chấn; 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 gồm : một đòn ngang, lò xo trụ, giảm chấn. Đòn ngang có đầu trong liên kết với thân xe bởi khớp trụ, đầu ngoài nối với đầu dưới của giảm chấn bởi khớp cầu. Đòn ngang có dạng hình chữ A để đảm bảo khả năng tiếp nhận lực ngang và dọc tác động lên hệ thống treo khi xe chuyển động. Trục của bánh xe được nối cứng với vỏ của giảm chấn. Đầu trên của giảm chấn liên kết với thân xe bằng khớp tự lựa, đòn dưới liên kết với đòn ngang bằng khớp cầu, như vậy giảm chấn đóng vai trò vừa là trụ xoay của bánh Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 9 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai xe (dẫn hướng) và giảm chấn. Lò xo có thể được lồng ra ngoài giảm chấn nhằm thu gọn kích thước của hệ thống treo. 1.4.2. LỰA CHỌN KẾT CẤU GIẢM CHẤN. Giảm chấn dùng cho xe con có nhiều loại, đến nay chỉ sản xuất giảm chấn ống thủy lực có tác dụng hai chiều. Các dạng giảm chấn ống bao gồm : + Giảm chấn ống có hai lớp vỏ. + Giảm chấn ống có một lớp vỏ. a) Giảm chấn hai lớp vỏ : Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo như sau : 3 2 Hình 1.4. Giảm chấn 2 lớp vỏ 1. Xilanh giảm chấn; 2. Phớt làm kín; 3. Bạc dẫn hướng;4.Vỏ chắn bụi; 5. Cần đẩy; 6. Píttông; 7. Cụm van đế; 8. Vỏ ngoài; A. Khoang trên; B. Khoang dưới; C. Khoang bù I ,IV . Van nén mạnh và van nén nhẹ II,III . Van trả mạnh và van trả nhẹ 4 5 1 6 7 A B III I II 8 IV C * Nguyên lý làm việc: + Hành trình nén : Khi bánh xe đến gần khung xe cần píttông mang theo van dịch chuyển xuống phía dưới đi sâu vào lòng xi lanh, thể tích khoang B giảm, dầu bị nén với áp suất tăng đẩy van II mở cho phép dầu thông khoang từ khoang B sang khoang A. Do thể tích cần píttông choán một thể tích chất lỏng nhất định nên một lượng thể tích tương đương sẽ được chuyển vào buồng bù C thông qua van IV. Lực cản giảm chấn sinh ra khi dòng chất lỏng tiết lưu qua các van. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 10 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai + Hành trình trả: Ngược lại ở hành trình nén, khi bánh xe xa khung xe cần píttông mang theo van chuyển động lên trên đi ra khỏi xy lanh, thể tích khoang A giảm, áp suất tăng ép dầu thông qua van I chảy sang khoang B. Đồng thời do cần píttông dịch chuyển ra khỏi xy lanh nên một phần thể tích thiếu hụt sẽ được bù lại nhờ thể tích dầu từ buồng bù C chảy vào khoang B thông qua van III. Sức cản sinh ra do dòng chất lỏng tiết lưu qua van sẽ đẩy xy lanh giảm chấn đi lên đồng thời qua đó trả thân xe lai vị trí ban đầu. b) Giảm chấn một lớp vỏ: Giảm chấn một lớp vỏ có cấu tạo như sau : 3 Hình 1.5. Giảm chấn 1 lớp vỏ 1.Van trả; 2.Vỏ giảm chấn; 3.Buồng chứa khí; 4.Pít tông tự do; 5.Buồng chất lỏng; 6.Píttông; 7.Van nén; 8.Cụm bao kín; 9.Trục giảm chấn; 2 1 4 5 6 7 8 9 * Nguyên lý làm việc: + Trong giảm chấn một lớp vỏ không còn bù dầu nữa mà thay thế chức năng của nó là buồng 3 chứa khí nén có áp suất P = 23 kG/cm2 đây là sự khác nhau giữa giảm chấn một lớp vỏ và hai lớp vỏ. + Khi píttông dịch chuyển xuống dưới tạo nên sự chênh áp, dẫn đến mở van 1, chất lỏng chảy lên phía trên của píttông. Khi píttông đi lên làm mở van 7, chất lỏng chảy xuống dưới píttông. Áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi không lớn và dao động xung quanh vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu, nhờ vậy mà tránh được hiện tượng tạo bọt khí, là một trạng thái không an toàn cho sự làm việc của giảm chấn. Trong quá trình làm việc píttông ngăn cách 4 di Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 11 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai chuyển để tạo nên sự cân bằng giữa chất lỏng và chất khí do đó áp suất không bị hạ xuống dưới giá trị nguy hiểm. + Giảm chấn này có độ nhạy cao kể cả khi píttông dịch chuyển rất nhỏ, tránh được hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho áp suất thay đổi. c) So sánh giữa hai loại giảm chấn : * So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ, giảm chấn một lớp vỏ có các ưu điểm sau: - Khi có cùng đường kính ngoài, đường kính của cần píttông có thể làm lớn hơn mà sự biến động tương đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn. - Điều kiện toả nhiệt tốt hơn. - Giảm chấn có píttông ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố trí nào. * Nhược điểm của loại giảm chấn một lớp vỏ là: - Làm việc kém tin cậy, có thể bị bó kẹt trong các hành trình nén hoặc trả mạnh. - Có tính công nghệ thấp, bao kín không tốt. - Tuổi thọ của phớt và độ mòn của píttông với ống dẫn hướng cao. d) Kết luận. Trong đề tài này lựa chọn loại giảm chấn ống có hai lớp vỏ. Loại này có các ưu, nhược điểm sau : + Ưu điểm : Tuổi thọ cao hơn so với loại 1 lớp vỏ, giá thành hạ, trọng lượng nhẹ. + Nhược điểm : Bao kín không tốt, khi làm việc ở tần số cao, biên độ lớn có thể xảy ra hiện tượng trộn hòa không khí với dầu và tạo nên bọt khí trong chất lỏng, nhất là khi giảm chấn có buồng bù lớn gây nên giảm hiệu quả làm việc của giảm chấn. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 12 EBOOKBKMT.COM CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO ĐỘC LẬP MC.PHERSON 2.1. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TREO THIẾT KẾ. 2.1.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE. + Khối lượng của toàn xe khi không tải M0: M0 = 1260 (kg). + Khối lượng của toàn xe khi đầy tải MT: MT = 1634 (kg). + Khối lượng đặt lên cầu trước khi không tải M01: M01 = 756 (kg). + Khối lượng đặt lên cầu sau khi không tải M02: M02 = 504 (kg). + Khối lượng đặt lên cầu trước khi đầy tải MT1: MT1 = 817(kg). + Khối lượng đặt lên cầu sau khi đầy tải MT2: MT2 = 817 (kg). + Chiều dài cơ sở của xe L : L = 2600 (mm). + Kích thước bao dài x rộng x cao: 4540 x 1760 x 1465 (mm). + Kí hiệu lốp: 195/65R15 + Khoảng sáng gầm xe khi đầy tải Hmin : Hmin = 140 (mm). + Khối lượng không được treo của cầu trước Mkt: Mkt = 64 (kg). + Chiều rộng cơ sở của cầu trước BT: BT = 1530 (mm). + Chiều rộng cơ sở của cầu sau BS: BS = 1535 (mm). + Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải hg : hg = 395 (mm). 2.1.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ TREO. Có rất nhiều chỉ tiêu để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô như tần số dao động riêng, gia tốc dao động, vận tốc dao động, trong đồ án này đánh giá độ êm dịu của ôtô thông qua tần số dao động riêng n của hệ thống treo. Đối với xe con thì tần số dao động riêng nằm trong khoảng n = 60 90 (dđ/ph) tương ứng với tần số góc = 6,2 9,4 (rad/s) nhằm đảm bảo không gây mệt mỏi cho người lái cũng như hành khách trên xe. Do đó chọn n = 75 (dđ/ph). a) Xác định độ cứng của hệ treo thông qua tần số dao động riêng của cơ hệ : Độ cứng của hệ thống treo được xác định theo công thức: Ct M dt 2 . 2 Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc (N/m) (2.1) Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 13 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai Trong đó: Ct : Độ cứng của hệ thống treo đối với một bánh xe (N/m). : Tần số dao động riêng của hệ treo (rad/s). 2n. 2.75. = = 7,85 (rad/s) 60 60 (2.2) Mdt : Khối lượng phần được treo của ô tô đặt lên cầu trước. ( kg ) Khi xe ở trạng thái không tải thì khối lượng của phần được treo là: Mdt0 = M01 - Mkt (2.3) Mkt : Khối lượng phần không được treo của cầu trước. Mkt = 64 (kg) Vậy : Mdt0 = 756 - 64 = 692 (kg). Khi xe ở trạng thái đầy tải thì khối lượng của phần được treo là: Mdt1 = MT1 - Mkt = 817- 64 = 753 (kg). Thay số vào công thức 2.1 được độ cứng của 1 bên hệ treo trước khi không tải và khi đầy tải là: Ct0 M dt 0 2 692 . .7,85 2 = 21321 (N/m). 2 2 Ct1 M dt1 2 753 .7,85 2 = 23201 (N/m). 2 2 Như vậy độ cứng của 1 bên hệ treo được lấy từ giá trị trung bình: Ct Ct0 Ct1 21321 23201 = 22261 (N/m) 2 2 (2.4) b) Xác định hành trình tĩnh của bánh xe (hay độ võng tĩnh của hệ treo). Độ võng tĩnh của hệ thống treo ở chế độ đầy tải: ft G g 2 Ct ft : Hành trình tĩnh của bánh xe. (mm) (2.5) (mm) g : Gia tốc trọng trường ( g = 9,81 m/s2). : Tần số góc. ft (rad/s). g 2 Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc 9,81 0,160 m = 160 (mm). 7,85 2 Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 14 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai c) Xác định hành trình động của bánh xe. Hành trình động của bánh xe được tính theo công thức: fđ = (0,7 1,0)ft (mm) (2.6) Khi phanh thì cầu trước bị chúi xuống, để không xảy ra va đập cứng vào ụ tỳ trước thì độ võng động cần đảm bảo sao cho : fđ f t . max hg b (mm) (2.7) Trong đó: max: Hệ số bám lớn nhất. max= 0,75 0,8 b : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau. Tính được b = 1300 (mm). hg : Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải : hg = 395 (mm) Chọn max = 0,80 thay vào công thức 2.7 được: fđ 160.0,8. 395 = 38,89 (mm). 1300 Theo công thức 2.6 thì lấy : fđ = 0,8.ft = 0,8 . 160 = 128 (mm). + Xác định khoảng sáng gầm xe H0 : Để đảm bảo cho xe khi dao động đầu xe không bị đập vào nền đường thì độ võng động của xe phải thỏa mãn : fđ H0 - Hmin (2.8) H0 ≥ fđ + Hmin = 128 + 140 = 268 (mm) Chọn : H0 = 280 (mm) + Độ võng tĩnh của hệ thống treo ở trạng thái không tải : f ot M o' ft M 't (mm) (2.9) Trong đó: M o' , M t' : Khối lượng đặt lên một bánh xe khi không tải, khi đầy tải tĩnh. ( Khi tính với một người là 55 kg và 20 kg hành lý). M o' M dt 0 M ; M t' dt1 ; 2 2 Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc (kg) Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 15 EBOOKBKMT.COM Suy ra : f0t = GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 692.160 M dt 0 . f t = = 147 (mm) 753 M dt1 d) Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn Ktb : Hệ số dập tắt dao động của hệ thống treo được tính theo công thức: D = 2. . (rad/s) (2.10) Trong đó: : Hệ số cản tương đối. = 0,15 ÷ 0,3. Chọn = 0,25. Thay vào 2.10 : D = 2 . 0,25 . 7,85 = 3,93 (rad/s). Hệ số cản trung bình của giảm chấn quy dẫn về bánh xe : K tb G .D g (Ns/m) (2.11) G’: Trọng lượng phần được treo đặt lên một bánh xe (N). G’ = M dt1 .g 2 (N) (2.12) g : Gia tốc trọng trường ( g = 9,81 m/s2 ) Thay vào 2.11 : Ktb = M dt1 753 .D .3,93 = 1479,6 (Ns/m) 2 2 Các số liệu tính toán này sẽ sử dụng cho các tính toán cụ thể cho hệ treo Mc.Pherson ở các phần sau. 2.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO 2.2.1. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC VÀ VỊ TRÍ ĐÒN. a) Các thông số đã tính toán và tham khảo. - Chiều rộng cơ sở của xe B = 1530 mm. - Bán kính bánh xe : ký hiệu lốp 195/65R15: rbx = 317 mm. - Góc nghiêng bánh xe o = 0o - Góc nghiêng ngang trụ đứng o = 12o - Góc nghiêng dọc trụ đứng εo = 70 - Bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng ro = - 22 mm. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 16 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai - Khoảng sáng gầm xe Hmin = 140 mm. - Độ võng khi không tải f0t = 147 mm. - Độ võng tĩnh ft = 160 mm. - Độ võng động fđ = 128 mm. - Chiều dài của trụ xoay đứng Kt = 160 mm. - Chiều cao tai xe lớn nhất Htmaz = 810 mm. b) Cơ sở để xác định kích thước và vị trí các đòn ngang. - Xác định các kích thước và vị trí lắp ráp đòn ngang nhằm thỏa mãn các công dụng của hệ thống treo. - Đảm bảo nối mềm thân xe với bánh xe . - Loại bỏ hoặc làm giảm những chuyển vị không mong muốn . - Tính bền cho các thanh đòn nối giữa thân xe và bánh xe. - Đảm bảo tâm nghiêng ngang tức thời của cầu xe từ đó biết được chuyển vị sắp tới của bánh xe . - Đảm bảo dập tắt dao động thì tìm hệ số cản trung bình của giảm chấn kết hợp với dao động tìm được ta chọn được giảm chấn lắp trên xe. c) Chọn tỷ lệ xích và giả thiết của phương pháp vẽ. - Sử dụng phương pháp đồ thị phẳng. - Trên khổ giấy Ao lấy tỉ lệ 1: 2 . - Cách xác định độ dài các đòn ngang và vị trí các khớp được tiến hành theo giả thiết là coi khung xe đứng yên, bánh xe dao động tương đối so với khung xe. d) Trình tự xác định. Các bước cụ thể như sau : - Kẻ đường nằm ngang biểu diễn mặt phẳng đường : dd - Vẽ đường trục đối xứng ngang Aom: Aom vuông góc dd - Trên A0m đặt: A0A1 = Hmin = 140 mm. A1A2 = fđ = 128 mm. A2A3 = ft = 160 mm. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 17 EBOOKBKMT.COM A3A4 = fot GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai = 147mm. - Trên A0d (mặt phẳng đường ) đặt AoBo = B/2 = 765mm. (Bo là điểm tiếp xúc của bánh xe và mặt đường ở trạng thái không tải). - Tại Bo dựng B0z dd (vì o = 0 nên đây là mặt phẳng bánh xe). - Trên đường B0d lấy ra phía ngoài của bánh xe một đoạn B0C0 . B0C0 =r0= 22 mm. - Tại C0 dựng C0n : đường nghiêng ngang của đường tâm trụ quay đứng giả tưởng với o = 120 so với phương thẳng đứng. - Trên C0n tìm điểm O2 là điểm liên kết của giảm chấn với tai xe. O2 cách mặt đường một đoạn Htmaz = 810 mm theo phương trụ đứng. - Trên B0z đặt B0B = rbx = 317 mm. - Tại B dựng đường vuông góc với B0z đường này cắt C0n tại C2. C2 là điểm nối cứng của trục bánh xe với vỏ giảm chấn. - Trên C0n, từ C2 đặt xuống phía dưới một đoạn C2C1 = Kt/2 = 80mm. C2C1 là khoảng cách từ tâm trục bánh xe tới khớp quay ngoài của đòn ngang. C 1 là vị trí khớp quay ngoài của đòn ngang ở vị trí không tải. Bằng cách dựng tương tự ta sẽ xác định được vị trí khớp quay ngoài của đòn ngang ở trạng thái đầy tải như sau : Khi hệ treo biến dạng lớn nhất, nếu coi thùng xe là đứng yên thì bánh xe dịch chuyển tịnh tiến lên phía trên tới điểm B1 (nếu coi khoảng cách giữa hai vết lốp bánh xe ở trạng thái này là thay đổi không đáng kể so với trạng thái xe không tải). Khi đó: B0B1 = A1A4 = fđ + ft - f0t = 128 +160 – 147 = 141 mm. - Từ B1 kẻ B1q // dd - Trên B1q đặt B1D1 = B0C0 = r0 = 22 mm. - Nối D1O2 thì D1O2 là đường tâm trụ xoay đứng ở vị trí hệ treo biến dạng lớn nhất. Trong quá trình chuyển dịch bánh xe, khoảng cách C0C1 không thay đổi. Do đó trên D1O2 ta đặt D1D2 = CoC1 . D2 là vị trí khớp cầu ngoài của đòn ngang ứng với trạng thái hệ treo biến dạng lớn nhất. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 18 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai Như vậy C1 và D2 sẽ cùng nằm trên một cung tròn có tâm là khớp trong O1 của đòn ngang, bán kính là chiều dài đòn ngang lđ (chưa biết). Tâm khớp trong O1 phải nằm trên đường trung trực của C1D2. Tiến hành xác định vị trí của O1 bằng cách tìm điểm gặp nhau giữa đường trung trực của C1D2 và đường song song với mặt đường kẻ từ A4, ứng với vị trí hệ treo biến dạng lớn nhất. O1 chính là khớp quay trong của đòn ngang. - Nếu kéo dài C1O1 và kẻ đường vuông góc với O2Co thì chúng gặp nhau tại P. P là tâm quay tức thời của bánh xe trong mặt phẳng ngang. - Nối P với B0, PB0 cắt đường đối xứng của xe tại S. S là tâm quay tức thời của cầu xe và cũng là tâm quay tức thời của thùng xe trong mặt phẳng ngang cầu xe. Đến đây tìm được độ dài của đòn ngang và vị trí các khớp quay của hệ treo (O1,O2,C1). Độ dài đòn ngang thực tế ld sẽ bằng độ dài C1O1 nhân với tỉ lệ xích. Từ cách vẽ như trên ta tìm được lđ = 369 mm. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc d C1 C2 B1 Co Bo D1 q B n A1 A2 Ao S A4 Hình 2.1 : Xây dựng quan hệ động học hệ thống treo Mc.Pherson O1 A3 d P EBOOKBKMT.COM D2 O2 δo = 120 z A0A1 = Hmin = 140 mm ; A1A2 = fđ = 128 mm ; A2A3 = ft = 160 mm ; A3A4 = f0t = 147 mm ; Chiều rộng cơ sở : B = 1530 mm ; Bán kính bánh xe : rbx = 317 mm ; Góc nghiêng ngang bánh xe : γo = 0º ; m Góc nghiêng ngang trụ đứng : δo = 12º ; Bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng : r0 = 22 mm. 19 GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 20 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 2.2.2. XÂY DỰNG HỌA ĐỒ KIỂM TRA ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG TREO MC.PHERSON. Khi đã xác định được độ dài đòn ngang lđ ta đi xây dựng được hoạ đồ biểu thị sự thay đổi góc nghiêng của giảm chấn và đòn ngang khi độ võng của thân xe (hay độ đi lên của bánh xe) thay đổi: z 3 O2 4 Δδ (độ) 2 0 1 4 4 3 3 2 2 0 1 0 4 O1 1 3 S(mm) 2 0 1 ΔB (mm) Hình 2.2 : Xác định các quan hệ sau thiết kế động học hệ thống treo Mc.Pherson Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 21 EBOOKBKMT.COM * Cách xây dựng họa đồ kiểm tra động học. + Việc thiết lập mối quan hệ động học của hệ treo thông qua các vị trí của chúng khi không tải (ký hiệu 0). + Dựng lại chính xác vị trí khi hệ treo chịu tải trọng lớn nhất (ký hiệu là 4). + Tìm ra vị trí của hệ treo khi bánh xe ở vị trí lớn nhất (lấy khoảng 40 60 mm so với vị trí không tải ) (ký hiệu là 1). + Sau đó tìm các vị trí trung gian (từ 34 vị trí). + Giá trị z thay đổi theo hành trình của bánh xe từ : vị trí thấp nhất 0 f0 ft fđ. + Vẽ đồ thị : các chuyển vị của B ; theo dịch chuyển bánh xe (phương B = f(S), = f(S). thẳng đứng) : ΔB (mm) Δδ (độ) 200 200 S(mm) S(mm) 150 150 -30 ΔB (mm) -20 100 100 50 50 Δδ (độ) 0 0 -10 0 10 -3 -2 -1 0 -50 -50 -100 -100 1 2 3 4 Hình 2.3 : Các chuyển vị của hệ thống treo Mc.Pherson thiết kế So sánh chuyển vị của hệ thống treo thiết kế với các xe hiện đại (hình 2.4) có quan hệ động học tốt thì hệ treo thiết kế đã thỏa mãn các quan hệ động học. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 22 EBOOKBKMT.COM B (mm) (độ) S(mm) S(mm) 40 40 0 20 00 20 B(mm) -2 0 2 (độ) PORSCHE 924; B = 1420mm B (mm) (độ) S(mm) 40 S(mm) 40 40 20 00 40 20 B(mm) -2 0 0 2 (độ) BMW 320 ; B = 1380mm 20 B (mm) 40S(mm) 40 (độ) 40 40 00 20 B(mm) S(mm) -2 00 (độ) 2 FIAT 127 ; B = 1445mm Hình 2.4. Các chuyển vị của hệ treo Mc. Phersol đo trên xe khi tháo lò xo 40 Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc 40 Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 23 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 2.2.3. BỐ TRÍ HỆ TREO ĐẢM BẢO GÓC NGHIÊNG DỌC ε. Trên hệ treo này O2 cố định vì vậy góc thay đổi rất nhỏ. Phương án bố trí trình bày trên hình 2.5 : O2 Hình 2.5. Phương án bố trí góc nghiêng dọc Với : 0; nk 0 (thay đổi); O1 O1 nk Với mục đích nâng cao sự ổn định chuyển động ở vận tốc cao, các góc này được bố trí theo cách phối hợp các hệ treo độc lập trước và sau trên một xe. 2.2.4. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG TREO MC.PHERSON. a) Các giả thiết. + Chế độ tải trọng tác dụng lên các thanh đòn của hệ thống treo. * Các lực tác dụng : - Tải trọng thẳng đứng (pháp tuyến) : Z - Tải trọng theo phương dọc : X - Tải trọng theo phương ngang : Y * Chế độ tải trọng. - Hệ thống treo chịu tải trọng động thẳng đứng lớn nhất : Zmax= Kđ.Ztĩnh. ; X = Y = 0. - Hệ thống treo chịu tải trọng dọc lớn nhất (khi phanh) : Z = Ztĩnh ; X = Xmax ; Y = 0. - Hệ thống treo chịu tải trọng ngang lớn nhất ( khi quay vòng ) : Z = Ztĩnh ; X = 0 ; Y = Ymax . + Bỏ qua các góc bố trí bánh xe. + Tính toán ở chế độ tải trọng lớn nhất. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 24 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai + Lựa chọn kết cấu đòn ngang dạng chữ A có kết cấu và kích thước như sau : + Sơ đồ hệ thống treo và các kích thước cho như sau : m = 486 mm; n = 80 mm; s = 396 mm; t = 170 mm; ls = 100 mm; r = 317 mm; r0 = -22 mm; δo = 12o ; lđ = 369 mm; d1 = 130 mm; d2 = 130 mm. A D m S O d1 d2 s E n r B t C ld ls ro Hình 2.6 : Sơ đồ hệ thống treo và kết cấu đòn ngang b) Xác định các lực và phản lực tác dụng lên đòn ngang. *. Trường hợp chỉ có lực Z : Trong trường hợp này chỉ có lực Z, còn các lực X = 0 và Y = 0. Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên tâm bánh xe là: Z1t = M T1 817 .g .9,81 4007,4 (N) 2 2 (2.13) Nhưng do xe chịu tải theo chế độ tải trọng động cho nên: Z = Kđ .Z1t (2.14) Với Kđ : Hệ số tải trọng động, Kđ = 1,7 2,0. Chọn Kđ = 1,8. Thay vào 2.14 : Z = 1,8 . 4007,4 = 7213 (N). Do đặc điểm kết cấu hệ thống treo Mc.Pherson nên trụ xoay đứng của bánh xe cũng đồng thời là thân của giảm chấn, đầu trên A của nó ăn khớp gối Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 25 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai tựa với thân (khung vỏ) xe còn đầu dưới B thì bắt khớp cầu với đầu ngoài C của đòn ngang, đầu trong D của đòn ngang được liên kết bản lề với thân xe. Chính vì vậy nên các phản lực tác dụng lên giảm chấn và đòn ngang được xác định tại những chỗ khớp nối đó. ZA A MZ AZY A Zlx Dy m C O r Z ro B n BMZ BZY Zy ZAB d1 D d2 E Cy Ey Hình 2.7: Phân tích lực khi có mặt lực Z - Phản lực Z đặt tại bánh xe gây nên đối với trục đứng AB (hình 2.7) Z Z AB Z Y và mômen Mz(yoz) - ZAB cân bằng với Zlx : Zlx = Z cos Tại đầu A, lực dọc tác dụng : ZA = ZAB = Zlx = Z 7213 7374 (N) cos cos 12 0 (2.15) Lực Z gây ra lực ngang ZY và mômen MZ là: ZY = Z . tg = 7213 . tg12 = 1533 (N) (2.16) MZ = Z .r0 . cos. (Nm) (2.17) r0 : Bán kính quay bánh xe xung quanh trụ đứng. r0 = 0,022 m. Thay vào 2.17 : MZ = 7213 . 0,022 . cos12 = 155 (Nm) Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 26 EBOOKBKMT.COM - MZ tạo nên hai phản lực tại A và B là AMZ và BMZ Z .r0 . cos 7213.22. cos12 0 MZ AMZ = BMZ = = 274 (N) (2.18) mn mn 566 Với : m + n = 566 mm. - ZY gây ra hai phản lực AZY và BZY : AZY = Z Y .(r n) 1533.317 80 642(N) mn 566 (2.19) BZY = Z Y .(m r ) 1533.486 317 2175 (N) mn 566 (2.20) Với : n = 80 mm; m = 486 mm. Như vậy tổng lực tác dụng lên đầu A và B là: Đầu A : Z A , A MZ + A ZY Với : Z A = 7374 N ; Đầu B : Với : A MZ + A ZY = 274 + 642 = 916 (N) B MZ + B ZY B MZ + B ZY = 274 + 2175 = 2449 (N) Trục dẫn hướng (là vỏ giảm chấn chịu nén). - Trên đòn ngang tại C có lực liên kết : C Y = B MZ + B ZY Với : C Y = B MZ + B ZY = 2449 (N) - Các phản lực tại gối tựa D, E sẽ là: Dy CY .d 2 2449.130 1225 (N) d1 d 2 260 Ey CY .d1 2449.130 1225 d1 d 2 260 (N) Với d1 = d2 = 130 mm. *. Trường hợp chịu lực phanh cực đại chỉ có thành phần Z và X. +) Phân tích tác dụng của lực Z và các phản lực được xác định như phần a. Đối với cầu trước, tính trong trường hợp chỉ chịu lực phanh cực đại. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 27 EBOOKBKMT.COM Z Z tt m p1 .G1 GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai (N) 2 (2.21) Ztt : Tải trọng thẳng đứng tính toán cho một bên bánh xe. (N) mp1 : Hệ số phân bố tải trọng khi phanh gấp. mp1 = 1,3 1,38. Chọn mp1 = 1,3. G1 : Trọng lượng tĩnh đặt lên cầu trước. G1 = MT1 . g Thay vào 2.21 : Z Z tt (N) 1,3.817.9,81 5209 (N) 2 Tính các phản lực do tác dụng của lực Z. Tại đầu A, lực dọc tác dụng : ZA = ZAB = Zlx = Z 5209 = 5325 (N) cos cos12 0 - Lực Z gây ra lực ngang ZY và mômen MZ là: ZY = Z . tg = 5209 . tg12 = 1107 (N) MZ = Z .r0 . cos. (Nm) r0 : Bán kính quay bánh xe xung quanh trụ đứng. r0 = 0,022 m Thay số : MZ = 5209 . 0,022 . cos12 = 112 (Nm) - MZ tạo nên hai phản lực tại A và B là AMZ và BMZ : AMZ = BMZ = Z .r0 . cos 5209.22. cos12 0 MZ = 198 (N) mn 566 mn Với m + n = 566 mm. - ZY gây ra hai phản lực AZY và BZY : AZY = Z Y .(r n) 1107.317 80 463 (N) mn 566 BZY = Z Y .(m r ) 1107.486 317 1570 (N) mn 566 Với n = 80 mm ; m = 486 mm - Như vậy tổng lực tác dụng lên đầu A và B là: + Đầu A : Với Z A , A MZ + A ZY Z A = 5325 (N) ; Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc A MZ + A ZY = 198 + 463 = 661 (N) Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 28 EBOOKBKMT.COM + Đầu B : GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai B MZ + B ZY Với B MZ + B ZY = 198 + 1570 = 1768 (N) - Trên đòn ngang tại C có lực liên kết : + Đầu C : Với C Y = B MZ + B ZY C Y = B MZ + B ZY = 1768 (N) - Các phản lực tại gối tựa D, E sẽ là: Dy CY .d 2 1768.130 884 (N) d1 d 2 260 Ey CY .d1 1768.130 884 (N) d1 d 2 260 Với d1 = d2 = 130 mm. +) Phản lực X đặt tại bánh xe gây nên đối với trục đứng AB (hình 2.8) X X max Z tt . max (N) (2.22) Xmax : Lực dọc lớn nhất tác dụng tại điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. (N) max : Hệ số bám dọc cực đại. max = 0,7 0,8. Chọn max = 0,8. Thay vào 2.22 : X X max 5209.0,8 4167 (N) - Lực dọc X chuyển về tâm trục bánh xe được hai thành phần X0 và MX . X0 = X = 4167 (N) MX = X.r = 4167 . 0,317 = 1321 (Nm) AMX AS A AX m S Sy s O r X ro B n Bs t BMx ls Bx Cx Dc C x (2.23) D xD d1 d2 Ecx E Ex Hình 2.8 Phân tích lực khi có mặt lực X Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 29 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai - Lực X0 gây nên các phản lực tại A và B là AX và BX : BX = X .m 4167.486 = 3578 (N) mn 566 (2.24) AX = X .n 4167.80 = 589 (N) mn 566 (2.25) - Mômen MX gây nên 2 phản lực tại A và B là AMX và BMX: AMX = BMX = MX 1321 = 2334 (N) m n 0,566 (2.26) - Lực X gây nên trên đòn ngang lái đặt tại điểm S là SY và tạo nên các phản lực AS và BS : r lS SY = X . 0 . cos 4167. 22 cos12 = 897 (N) 100 (2.27) lS : Chiều dài đòn ngang lái. lS = 100 (mm) AS = SY r t t 22 170 = X . 0 . cos . = 269 (N) 4167. . cos12 . st lS st 100 566 (2.28) BS = SY r s s 22 396 = X . 0 . cos . = 627 (N) 4167. . cos12 . st lS st 100 566 (2.29) s, t : Kích thước để xác định vị trí lắp đòn ngang lái. t = 170 mm ; s = 396 mm. - Các lực tác dụng trên trụ đứng : + Đầu A : Theo phương x : A MX + A X Với : | A MX + A X | = (AMX - AX ) = 2334 – 589 = 1745 (N) Theo phương AB: ZA = 5325 (N) Theo phương y: A MZ + A ZY + A S Với | A MZ + A ZY + A S | = (AMZ + AZY - AS) = 198 + 463 – 269 = 392 (N) + Đầu B: Theo phương x: B MX + B X Với | B MX + B X | = (BMX + BX) = 2334 + 3578 = 5912 (N) Theo phương y: B MZ + B ZY + B S ( B S = BY ) Với | B MZ + B ZY + B S | = (BMZ + BZY - BS) = 198 + 1570 – 627 = 1141 (N) Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 30 EBOOKBKMT.COM - Các lực liên kết: CX = GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai B MX + B X Với CX = | B MX + B X | = 5912 (N) CY = B MZ + B ZY + B S Với CY = | B MZ + B ZY + B S | = 1141 (N) - Với CX : các thành phần lực gây nên tại gối D và E là : + thành phần lực theo phương x: DX =EX = C X 5912 = 2956 (N) 2 2 + thành phần lực theo phương y: DCX = ECX = CX ld 369 = 8390 (N) 5912. d1 d 2 260 ld : Chiều dài đòn ngang dưới. ld = 369 mm. - Với CY có các phản lực tại gối D và E : Như vậy : DY = CY. d2 130 = 570,5 (N) 1141. d1 d 2 260 EY = CY. d1 130 = 570,5 (N) 1141. d1 d 2 260 Tại C có : CX , CY Tại khớp D có : DX , DY , DCX Tại khớp E có : EX , EY , ECX *. Trường hợp chịu lực bên cực đại: có hai thành phần Z và Y. +) Tác dụng của thành phần lực Z và các phản lực tương tự ở phần a. Giá trị Z được tính như sau : Z Z tt1 G1 2.hg. y 1 Gbx 2 B1 (N) (2.30) B1 : Chiều rộng vết bánh xe của cầu trước. B1 = BT = 1530 (mm). hg : Chiều cao trọng tâm ôtô. hg = 395 (mm). Gbx : Trọng lượng cụm bánh xe, thông thường gồm trọng lượng bánh xe, vành và cụm cơ cấu phanh. Chọn Gbx = 300N. Y : Hệ số bám ngang lấy bằng 1. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 31 EBOOKBKMT.COM Thay vào 2.30 : Z Z tt1 GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 817.9,81 2.395.1 1 300 = 5776 (N) 2 1530 - Tính các phản lực do tác dụng của lực Z. Tại đầu A, lực dọc tác dụng : ZA = ZAB = Zlx = Z 5776 = 5905 (N) cos cos12 0 - Lực Z gây ra lực ngang ZY và mômen MZ là: ZY = Z . tg = 5776 . tg12 = 1228 (N) MZ = Z .r0 . cos = 5776 . 0,022 . cos12 = 124 (Nm) - MZ tạo nên hai phản lực tại A và B là AMZ và BMZ : AMZ = BMZ = MZ Z .r0 . cos 5776.22. cos12 0 = 220 (N) mn 566 mn Với m+n = 566 mm. - ZY gây ra hai phản lực AZY và BZY : AZY = Z Y .(r n) 1228.317 80 514 (N) mn 566 BZY = Z Y .(m r ) 1228.486 317 1742 (N) mn 566 Với n = 80 mm ; m = 486 mm. Như vậy tổng lực tác dụng lên đầu A và B là: + Đầu A : Với Z A , A MZ + A ZY Z A = 5905 (N) ; + Đầu B : A MZ + A ZY = 220 + 514 = 734 (N) B MZ + B ZY Với B MZ + B ZY = 220 + 1742 = 1962 (N) - Trên đòn ngang tại C có lực liên kết : + Đầu C : C Y = B MZ + B ZY Với C Y = B MZ + B ZY = 1962 (N) - Các phản lực tại gối tựa D, E là: Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 32 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai Dy CY .d 2 1962.130 981 (N) d1 d 2 260 Ey CY .d1 1962.130 981 (N) d1 d 2 260 Với d1 = d2 = 130 mm. +) Tác dụng của thành phần lực ngang Y (hình 2.9): Giá trị Y được tính như sau: Y Ytti 2hg . y Gi 1 y 2 Bi Y Ytt1 817.9,81 2.395.1 1 .1 6076 (N) 2 1530 (N) (2.31) Thay vào 2.31 : AY A m O r C Cyy n B Dy Dy d1 E By Y d2 Ey y Hình 2.9 Phân tích lực khi có mặt lực Y ro - Lực ngang Y gây nên đối với trụ đứng AB các phản lực AY và BY : AY = Y .(r n) 6076.(317 80) = 2544 (N) mn 566 BY = AY + Y = 2544 + 6076 = 8620 (N) - Các lực tác dụng lên trụ đứng : + Đầu A : ZA = 5905 (N) Theo phương y : A MZ + A ZY + A Y Với | A MZ + A ZY + A Y | = (AY - AMZ - AZY) = 2544 - 220 - 514 = 1810 (N) + Đầu B : B MZ + B ZY + B Y Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 33 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai Với | B MZ + B ZY + B Y | = (BY - BMZ - BZY) = 8620 – 220 – 1742 = 6658 (N) - Các lực tác dụng lên đòn ngang : + Đầu C : CYY = | B MZ + B ZY + B Y | = 6658 (N) + Đầu E : EYY = CYY. + Đầu D : DYY = CYY . d1 130 6658. = 3329 (N) d1 d 2 260 d2 130 6658. = 3329 (N) d1 d 2 260 2.2.5. KIỂM TRA BỀN ĐÒN NGANG DƯỚI. Để đơn giản trong tính toán ta coi đòn ngang CDE như 1 thanh thẳng CD có tiết diện tròn, đầu ngoài C được liên kết cầu với đầu dưới của trụ xoay đứng, còn đầu trong D được liên kết bản lề với thân xe. Đòn ngang có chiều dài lđ = 369 mm được xác định từ họa đồ động học. Đòn ngang được chế tạo từ thép lá, hàn St 37-2 có giới hạn bền σb 512 MPa, nó có sức bền kéo như sức bền nén và có ứng suất cho phép: b 512 = 426,7 (MPa) = 426,7 (N/mm2) n (2.32) 1,2 Với n là hệ số an toàn, chọn n = 1,2. Từ kết quả tính toán động lực học nhận thấy đòn ngang chịu lực lớn nhất trong 2 trường hợp: có lực Z và Y và trường hợp có lực Z và X a) Trường hợp có lực Z và lực Y : C CYY DYY D Ld Hình 2.10 : Lực tác dụng lên đòn ngang. Từ kết quả tính toán : CYY = 6658 (N). 40 Ứng suất kéo trong đòn ngang là: σk = CYY Fd (N/mm2) (2.33) Hình 2.11 : Tiết diện đòn ngang. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 34 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai Với : Fd là diện tích tiết diện của đòn ngang. Từ hình 2.11 suy ra : d2 40 2 = 1256 (mm2). Fd . . 4 4 (2.34) Với d : Là đường kính của mặt cắt tiết diện đòn ngang, d = 40 mm. Thay vào 2.33 : k 6658 = 5,3 (N/mm2). 1256 Vậy σk < [σ] = 426,7 N/mm2 Đòn ngang thỏa mãn sức bền kéo. b) Trường hợp có lực Z và lực X. CX CY D C Ld Hình 2.12 : Lực tác dụng lên đòn ngang. Từ kết quả tính toán : CX = 5912 (N) ; CY = 1141 (N) Đòn ngang vừa chịu kéo do lực kéo CY lại vừa chịu uốn do lực dọc CX. * Mômen uốn lớn nhất tại mặt cắt nguy hiểm là: Mumax = CX . Ld = 5912 . 369 = 2181528 (Nmm) (2.35) Ứng suất uốn lớn nhất trên đòn ngang: σumax = M u max Wx (N/mm2) (2.36) Trong đó : Wx : Mômen chống uốn của tiết diện tròn. Wx = 0,1.d3 = 0,1 . 403 = 6400 (mm3) Thay vào 2.36 : u max 2181528 = 340,8 6400 (2.37) (N/mm2). Thay CY = 1141 (N) vào 2.33 : Ứng suất kéo trong đòn ngang : σk = CY 1141 = 0,9 (N/mm2). Fd 1256 Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 35 EBOOKBKMT.COM Ứng suất tổng hợp trong đòn ngang là: th u2max k2 340,82 0,9 2 = 340,8 (N/mm2). (2.38) Vậy σth < [σ] = 426,7 N/mm2 Đòn ngang đủ bền. 2.2.6. KIỂM TRA BỀN RÔTUYN. Rôtuyn là khớp cầu để nối đòn ngang và trụ đứng, nó làm việc chủ yếu chịu lực cắt, uốn và chèn dập. Trong phần này chỉ kiểm bền rôtuyn theo cắt và theo chèn dập. Vật liệu chế tạo rôtuyn là thép 42CrMo4V có giới hạn bền σb = 1000 Mpa. Suy ra ứng suất tiếp cho phép: b [ ] = 2.n 1000 = 416,7 MPa = 416,7 (N/mm2). 2.1,2 (2.39) * Kiểm tra bền cắt : Ứng suất cắt của rôtuyn được tính theo công thức: c = Qc [ ] S (N/mm2) (2.40) Với QC : Là lực cắt lớn nhất ở đầu ngoài đòn ngang. Dựa vào kết quả tính toán động lực học thì lực cắt lớn nhất trong trường hợp xe chịu lực ngang, khi đó: B A QC = CYY = 6658 (N). 12 Mặt cắt A_A là mặt cắt nguy hiểm nhất : R12 S : Diện tích tiết diện A-A. A S= d 4 2 = .12 4 2 B 2 = 113 (mm ). Hình 2.13 : Cấu tạo rôtuyn Thay vào 2.40 suy ra ứng suất cắt : c = Qc = S 6658 = 58,92 (N/mm2). 113 Vậy c < [ ] = 416,7 N/mm2 Rôtuyn đảm bảo bền cắt. * Kiểm tra bền theo chèn dập: Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 36 EBOOKBKMT.COM Với vật liệu chế tạo rôtuyn là thép 42CrMo4V thì ứng suất chèn dập cho phép [σcd] = 25 ÷ 35 MPa = 25 ÷ 35 (N/mm2). Ứng suất chèn dập tại mặt cắt nguy hiểm B_B được tính theo công thức: cd Fcd S (N/mm2) (2.41) Lực chèn dập Fcd là lực tác dụng thẳng góc lên rôtuyn, từ kết quả tính toán thì lực này lớn nhất khi xe chịu lực ngang, khi đó Fcd = CYY = 6658 (N). Mặt cắt B_B là mặt cắt nguy hiểm nhất: S = SB : Diện tích tiết diện mặt cắt B-B : SB = Thay vào 2.41 : σcd = d 2 4 = .24 2 4 = 452,4 (mm2) 6658 = 14,7 452,4 (N/mm2 ) Vậy σcd < [σcd] = 25 ÷ 35 (N/mm2 ) Rôtuyn đảm bảo bền theo chèn dập. 2.2.7. KIỂM TRA BỀN LÒ XO TRỤ. Trong hệ thống treo, lò xo trụ là phần tử đàn hồi có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động. Trong quá trình làm việc lò xo chỉ chịu tải trọng thẳng đứng mà không truyền lực dọc hay lực ngang. Với hệ thống treo Macpherson thì lò xo trụ Clx được đặt lồng bên ngoài giảm chấn, đầu trên tỳ lên khung xe còn đầu dưới được bắt cố định vào vỏ của giảm chấn. Do đó lực dọc tác dụng lên giảm chấn cũng chính là lực tác dụng lên lò xo. Từ kết quả tính toán động lực học suy ra lực lớn nhất và nhỏ nhất tác lx llx lbx Hình 2.14 : Sơ đồ bố trí lò xo dụng lên lò xo: Flxmax = 7374 (N) và Flxmin = 5325 (N). Trên hình 2.14 : Clx : Độ cứng của lò xo. δlx : Góc nghiêng ngang của lò xo. δlx = 6o Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 37 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai lbx : Khoảng cách từ điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường đến khớp trong của đòn ngang. lbx = 395,6 (mm) llx : Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm lò xo với phương của đòn ngang đến khớp trong của đòn ngang. llx = 366,8 (mm) Từ hành trình làm việc của hệ thống treo : f = fđ + ft = 0,128 + 0,160 = 0,288 (m). + Hành trình làm việc của lò xo: f lx f 0,288 = 0,29 (m) cos lx cos 6 (2.42) + Độ cứng của lò xo được xác định theo công thức: l Ct Clx ( bx ) 2 . 2 llx cos lx cos 2 lx Clx ( (N/m) (2.43) 395,6 2 22261 = 26575 (N/m) ) . 2 366,8 cos 7 cos 2 6 Với Ct : Độ cứng của 1 bên hệ treo ở trạng thái đầy tải, Ct = 22261 (N/m). εlx : Góc nghiêng dọc của lò xo. εlx = 70 . Chọn vật liệu làm lò xo là thép 50Cr4V4 có ứng suất tiếp cho phép : = 1200MPa = 1200 N/mm2. + Đường kính dây lò xo xác định theo công thức: d k .Flx max .c 0,4. (mm) (2.44) Trong đó: c = D/d : Là hệ số tỷ lệ đường kính, chọn c = 8. Hình 2.15 : Cấu tạo lò xo k : Hệ số xét đến độ cong của dây lò xo, k Thay vào 2.44 : d c 0,25 8 0,25 = 1,1 c 1 8 1 k .Flx max .c = 0,4. (2.45) 1,1.7374.8 = 11,6 (mm) 0,4.1200 Chọn d = 12 (mm). Suy ra: D = c.d = 8. 12 = 96 (mm). Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 38 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai + Số vòng làm việc của lò xo được tính theo công thức: n0 f lx .G.d 8.Flx max Flx min .c 3 (vòng) (2.46) Với G : Là môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo lò xo, G = 8.10 9 (N/m2). Thay vào 2.46 : n0 0,29.8.10 9.0,012 = 3,3 (vòng). 8.(7374 5325).83 Vậy số vòng làm việc của lò xo là : no = 3 vòng. Tổng số vòng của lò xo : n = 3 + 2 = 5 vòng. (vì lò xo có 2 vòng đầu và cuối). + Chiều cao của lò xo khi chịu nén : HS = (n - 0,5).d = (5 - 0,5).12 = 54 (mm). (2.47) + Bước của vòng lò xo khi chịu tải lớn nhất được tính theo công thức : T=d+ max (m) n0 (2.48) Với max : Là chuyển vị ứng với Flxmax của lò xo: max = Flx max = 7374 = 0,27 (m). C lx 26575 (2.49) Thay vào 2.48 : T = 0,012 + 0,27 = 0,102 (m) = 102 (mm). 3 + Chiều cao của lò xo khi chưa chịu tải: H0 = HS + n.(T - d) = 54 + 5.( 102 - 12) = 504 (mm). (2.50) * Tính bền lò xo khi ứng suất cắt lớn nhất: max = 8.Flx max .D.k 8.7374.96.1,1 = = 1147,5 (N/mm2). .d 3 .12 3 min = 8.Flx min .D.k 8.5325.96.1,1 = = 828,7 (N/mm2). d 3 .12 3 (2.51) Vậy max < [ ] = 1200 N/mm2 Lò xo đủ bền theo ứng suất cắt. * Kiểm nghiệm lò xo theo hệ số an toàn : Công thức xác định hệ số an toàn của lò xo : Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 39 GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 2 (2.52) EBOOKBKMT.COM S 0 a . m Trong đó : 0 : Giới hạn mỏi xoắn của dây lò xo, với vật liệu là thép 50Cr4V4 có 0 = 600 (N/mm2) . a : Biên độ ứng suất : a = max min 2 = 1147,5 828,7 = 159,4 (N/mm2). 2 = 1147,5 828,7 = 988 (N/mm2). 2 m : Ứng suất trung bình : m = max min 2 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của tiết diện dây lò xo. = 2. : Hệ số kể đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình. = 0,1. Thay vào 2.52 : S = 600 = 3,36 > 2 Lò xo đảm bảo an toàn. 159,4 0,1.988 2 Vậy qua các tính toán kiểm nghiệm ở trên Lò xo trụ đủ bền. 2.2.8. CHỌN GIẢM CHẤN VÀ KIỂM TRA BỀN THANH ĐẨY. Giảm chấn là một phần tử của hệ thống treo dùng để dập tắt dao động của thân xe khi xe chạy qua những đoạn đường gồ ghề. Quá trình dập tắt được thực hiện theo nguyên tắc tiêu hao động năng của thân xe bằng việc chuyển thành nhiệt năng do ma sát bên trong giảm chấn. Trong đồ án này lựa chọn loại giảm chấn tác dụng 2 chiều có cấu trúc 2 lớp vỏ do loại này có đặc tính làm việc lý tưởng, dễ bố trí các van, bao kín tốt và giá thành thấp. a) Xác định các thông số cơ bản của giảm chấn. Trên hình 2.16 : Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 40 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai δgc : Góc nghiêng ngang của giảm chấn. δgc = 6o lbx : Khoảng cách từ điểm tiếp xúc của gc ogclx lgc lbx bánh xe với mặt đường đến khớp trong của đòn ngang. lbx = 395,6 (mm) lgc : Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm giảm chấn với phương của đòn ngang đến Hình 2.16 : Sơ đồ bố trí giảm chấn khớp trong của đòn ngang. lgc = 366,8 (mm) + Hành trình làm việc của giảm chấn : fgc= flx = 0,29 (m) + Hệ số cản theo tâm trục của giảm chấn : l l gc Kgc = ( bx ) 2 . K tb cos gc . cos 2 gc 2 (Ns/m) (2.53) Với εgc : Góc nghiêng dọc của giảm chấn. εgc = 7o . Thay vào 2.53 : Kgc = ( Mặt khác: Kgc = 395,6 2 1479,6 = 1766 (Ns/m) ) . 2 366,8 cos 7 . cos 2 6 K n K tr 2 (Ns/m) (2.54) Trong đó: Kn : Hệ số cản trong hành trình nén của giảm chấn. Ktr : Hệ số cản trong hành trình trả của giảm chấn. Trong các hành trình làm việc của giảm chấn, lực cản ở hành trình trả thường lớn hơn ở hành trình nén với mục đích khi bánh xe đi qua chỗ gồ ghề thì giảm chấn bị nén nhanh cho nên không truyền lên khung xe những xung lực lớn ảnh hưởng đến độ bền khung xe và sức khoẻ người trong xe. Do đó năng lượng được hấp thụ vào chủ yếu là ở hành trình trả. Trong thực nghiệm thường thấy ở các giảm chấn hiện nay có quan hệ sau: Ktr = 2,5 3 Kn. Chọn Ktr = 3.Kn thay vào công thức 2.54 : Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 41 EBOOKBKMT.COM K gc GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai K n 3K n 2 Kn = Kgc/2 = 1766/2 = 883 (Ns/m). Suy ra : Ktr = 3Kn = 3. 883 = 2649 (Ns/m). + Lực sinh ra trong quá trình làm việc của giảm chấn: P = K.vPm (N) (2.55) Trong đó: vP : Vận tốc dịch chuyển của piston giảm chấn, vPmax = 0,524 (m/s). Khi ta không xét đến đặc tính làm việc của lò xo thì đường đặc tính của giảm chấn coi như là tuyến tính, do đó hệ số m = 1. Như vậy lực cản lớn nhất sinh ra trong quá trình nén và trả : Pnmax = Kn.vPmax = 883 . 0,524 = 462,7 (N). Ptrmax = Ktr.vPmax = 2649 . 0,524 = 1388 (N). Pn (N) 462,7 Vp (m/s) 0,524 0 Vp (m/s) 0,524 1388 Ptr (N) Hình 2.17 : Đồ thị đặc tính của giảm chấn. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 42 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai b) Chọn giảm chấn và kiểm tra bền thanh đẩy. *. Chọn giảm chấn . Từ kết quả tính toán ở trên chọn được giảm chấn có các thông số sau: Kí Đường Đường Đường Đường Chiều Hành Lực lớn nhất ở vận hiệu kính cần kính pit kính vỏ kính vỏ dài trình tốc 0,542 m/s đẩy tông ngoài bảo vệ thanh làm (KN) (mm) (mm) (mm) (mm) đẩy việc Hành Hành (mm) (mm) trình trình nén trả T27 11 27 38,3 47 360 300 3,0 0,7/2,02 *. Kiểm tra bền thanh đẩy. Khi giảm chấn làm việc, thanh đẩy của giảm chấn sẽ chịu nén ở hành trình nén và chịu kéo ở hành trình trả. Do đó ta sẽ kiểm tra bền thanh đẩy theo kéo nén và theo ổn định. + Kiểm tra bền khi kéo : Chọn vật liệu làm thanh đẩy là thép hợp kim 42CrMoS4 có ứng suất kéo cho phép k = 800 (N/mm2). Do lực kéo trong hành trình trả là lớn nhất nên kiểm bền cho thanh đẩy trong trường hợp này: k 4P Ptr max tr max dT2 FT (N/mm2) (2.56) dT : Đường kính của thanh đẩy. dT = 11 (mm). Ptrmax = 1388 N. Thay vào 2.56 : Vậy k = 4.1388 = 14,6 .112 (N/mm2) k < k = 800 (N/mm2) Thanh đẩy đủ bền khi chịu kéo. + Kiểm tra bền khi nén: Khi thanh đẩy chịu nén ở hành trình nén thì thanh có thể bị mất ổn định dọc do đó cần đảm bảo hệ số an toàn : Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 43 EBOOKBKMT.COM no = Pgh Pn max GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai nođ (2.57) Trong đó: Pnmax = 462,7 (N). Pgh : Lực giới hạn khi uốn dọc. Pgh = . E.J min .L T 2 (N) (2.58) E : Môđun đàn hồi của vật liệu, E = 8.103 (N/mm2). Jmin : Mômen quán tính nhỏ nhất trong thanh đẩy. (mm4) dT4 .114 Do thanh đẩy có tiết diện tròn nên : Jmin = Jo = = = 1437,4 (mm4). 32 32 nođ : Hệ số an toàn ổn định. Chọn nođ = 2. μ : Hệ số phụ thuộc liên kết của thanh. Do thanh liên kết gối tựa với thân xe nên μ = 0,5. LT : Chiều dài thanh đẩy. LT = 360 (mm). Thay vào 2.58 : Pgh = .8.10 3.1437,4 0,5.3602 = 1115 (N). Thay vào 2.57 : no = 1115 = 2,4 462,7 Vậy no > nođ = 2 Thanh đẩy không mất ổn định khi nén. Sau khi đi thiết kế tính toán và kiểm bền cho một số chi tiết của hệ thống treo Mc.Pherson trên xe con 5 chỗ ngồi cho ta đặc tính động lực học của hệ thống treo nói chung và các bộ phận, chi tiết trong hệ thống treo nói riêng, chúng đều đảm bảo động học cũng như đảm bảo đủ bền. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 44 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai CHƯƠNG 3 : BẢO DƯỠNG KỸ THUẬT VÀ CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG TREO. 3.1. ĐẶC ĐIỂM HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG TREO. + Tính chất tải trọng trên hệ thống treo : Do sự thay đổi tải trọng của xe lúc không tải cho đến khi đầy tải cộng với các mấp mô của mặt đường làm cho các bánh xe dao động có gia tốc. Sự dao động này đã tạo nên tải trọng động tác dụng lên toàn bộ hệ thống treo. + Ảnh hưởng của tải trọng động đến hệ thống treo làm các chi tiết của khâu khớp bị mòn. Do vậy việc bôi trơn cho các khớp là rất cần thiết. Ngoài ra để giảm tải trọng động ta sử dụng các khớp cao su và gối truyền lực. + Trong quá trình làm việc hệ thống treo thường hay gặp những hư hỏng sau: - Lò xo bị nứt, gãy, độ cứng của lò xo ở hai bên không bằng nhau, lò xo bị vượt quá giới hạn bền mỏi. - Giảm chấn thường có các hư hỏng như chảy dầu, kẹt piston trong ống xilanh hoặc mòn piston trong ống xilanh. - Khớp cầu rotuyn bị mòn, chốt bản lề nối giữa đòn ngang và thân xe bị mòn, các gối cao su bị nát. - Các ổ bi của bánh xe bị rơ. - Các góc nghiêng của bánh xe bị thay đổi. 3.2. NHỮNG HƯ HỎNG THÔNG THƯỜNG, NGUYÊN NHÂN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC NHỮNG HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG TREO. + Các hư hỏng và biện pháp khắc phục : - Lốp tự hao mòn : do áp suất lốp không đúng; quả rôtuyn bị mòn hoặc bị lỏng; các góc đặt bánh xe sai. Để khắc phục cần điều chỉnh áp suất lốp đúng tiêu chuẩn; rôtuyn mòn cần được thay thế; điều chỉnh lại các góc đặt bánh xe. - Phát hiện tiếng kêu trên hệ thống treo : do bị bám bẩn hoặc giảm chấn có vấn đề. Để khắc phục cần rửa xe sạch bụi bẩn, với giảm chấn phát hiện hỏng cần thay thế. Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 45 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai - Sự giảm xóc kém : do áp suất bánh xe quá lớn; bộ giảm chấn bị hỏng. Để khắc phục cần điều chỉnh lại áp suất lốp cho đúng; thay thế giảm chấn nếu hỏng. - Giảm chấn bị dò rỉ dầu : phớt làm kín bị mòn, khi đó cần thay mới. Kiểm tra độ bám đường của bánh xe để xác định khả năng làm việc của giảm chấn. - Tiếng rít của bánh xe khi quay vòng : do tốc độ xe quá cao khi quay vòng; áp suất lốp xe thấp hoặc không đều; các bánh xe không thẳng hàng; các lốp xe quá mòn. Để khắc phục cần giảm tốc độ khi xe quay vòng; bơm đúng đều áp suất các lốp; điều chỉnh các bánh xe thẳng hàng; thay thế các lốp xe đã quá mòn. + Đề xuất phương án bảo dưỡng, chăm sóc : - Bôi trơn các khớp : sử dụng phương pháp bôi trơn vĩnh cửu bằng các loại mỡ lâu phá hủy và giảm ma sát. - Đảm bảo bao kín tốt nhằm hạn chế ảnh hưởng của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm đến tính chất của mỡ bôi trơn. - Thường xuyên kiểm tra vỏ bọc các chỗ bao kín, nếu phát hiện nứt vỡ phải khắc phục ngay. - Kiểm tra sự hao mòn của các khớp. Nếu khớp mòn phải tiến hành thay cả cụm chi tiết. - Để đảm bảo kích thước hình học : cần thường xuyên kiểm tra, xiết chặt các mối ghép; kiểm tra kích thước các thanh đòn xem có hợp lý không. (kích thước các thanh đòn trên cùng 1 cầu phải bằng nhau và có tính đối xứng.) 3.3. CÁC DẤU HIỆU HƯ HỎNG BÁO HIỆU CHO NGƯỜI SỬ DỤNG. 3.3.1. BÁNH XE BỊ CHAO ĐẢO (CHẠY KHÔNG THEO HƯỚNG LÁI). - Xác định hư hỏng : Khi chuyển động trên đường xe không chạy theo hướng đánh lái vô lăng. Lúc này người lái phải liên tục điều chỉnh tay lái để giữ xe chuyển động theo hướng mong muốn. Khi đó cần kiểm tra và bơm bổ sung lốp xe cho đều và đủ áp xuất theo quy định của nhà sản xuất. Nếu tình trạng trên không được cải thiện hãy đưa xe đến xưởng sửa chữa gần nhất để kiểm tra sửa chữa. - Có thể tham khảo quy trình chẩn đoán hư hỏng như sơ đồ dưới đây : Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 46 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai Thấp Kiểm tra áp xuất bánh xe Không đều Bơm bổ sung cho đủ, đều OK Kiểm tra hệ thống lái Điều chỉnh sửa chữa OK Lỏng,ma sát Kiểm tra vòng bi bánh xe quá lớn Điều chỉnh, bôi trơn hoặc thay thế OK Kiểm tra khớp cầu và trục xoay Lỏng,ma sát Bôi trơn hoặc thay thế quá lớn OK Kiểm tra các đòn treo Cong, hỏng Sửa chữa hoặc thay thế OK Kiểm tra giảm chấn Hỏng Thay thế OK Kiểm tra lò xo Yếu Thay thế OK Kiểm tra chiều rộng và chiều dài cơ sở Sai Điều chỉnh sửa chữa OK Kiểm tra góc đặt bánh trước Sai Điều chỉnh 3.3.2. XE CÓ XU HƯỚNG BỊ KÉO LỆCH VỀ MỘT PHÍA. - Xác định hư hỏng: Khi xe chuyển động trên đường, xe có xu hướng chạy sang một bên trong khi lái xe đang cố gắng chạy theo đường thẳng. Khi đó cần kiểm tra cỡ lốp sử dụng ở tất cả các bánh xe xem có đúng không. Nếu không đúng, Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 47 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai hãy đưa xe đến xưởng sửa chữa gần nhất để thay lốp đúng chủng loại. Kiểm tra và bơm bổ sung áp suất khí cho lốp xe theo quy định của nhà sản xuất. Nếu tình trạng không được cải thiện hãy đưa xe đến xưởng sửa chữa gần nhất để được kiểm tra sửa chữa. - Có thể tham khảo quy trình chẩn đoán hư hỏng như sơ đồ dưới đây : Kiểm tra áp xuất bánh xe Thấp Không đều Bơm bổ xung cho đủ đều OK Kiểm tra phanh Bó phanh Sửa chữa hệ thống phanh OK Lỏng Kiểm tra vòng bi bánh xe ma sát lớn Điều chỉnh, bôi trơn hoặc thay thế OK Kiểm tra bạc chốt hệ thống treo Mòn, yếu Thay thế OK Kiểm tra giảm chấn OK Hỏng Thay thế Yếu Kiểm tra lò xo Thay thế OK Kiểm tra chiều rộng và chiều dài cơ sở Sai Điều chỉnh sửa chữa OK Sai Kiểm tra góc đặt bánh trước Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Điều chỉnh Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 48 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai 3.3.3. HỆ THỐNG TREO DAO ĐỘNG QUÁ GIỚI HẠN HÀNH TRÌNH CỦA NÓ. - Xác định hư hỏng: Trong quá trình chuyển động, thấy xe dao động lên xuống với biên độ quá lớn gây cảm giác khó chịu và có thể mất an toàn. Nếu gặp sự cố trên, hãy đưa xe đến xưởng sửa chữa gần nhất để được kiểm tra sửa chữa. - Có thể tham khảo quy trình chẩn đoán hư hỏng như sơ đồ dưới đây : Kiểm tra nhíp Rão,yếu Thay thế OK Kiểm tra giảm chấn Hỏng Xiết chặt hoặc thay thế Lỏng OK Kiểm tra cao su hạn chế hành trình Nát,hỏng Thay thế OK Kiểm tra tải trọng Quá lớn Yêu cầu giảm tải 3.3.4 LỐP XE MÒN KHÔNG ĐỀU. - Xác định hư hỏng : Quan sát các bánh xe thấy độ mòn ở các vị trí khác nhau của lốp không đều. Khi đó cần kiểm tra và bơm bổ sung áp suất khí cho lốp theo đúng quy định của nhà sản xuất. - Có thể tham khảo quy trình chẩn đoán hư hỏng như sơ đồ dưới đây : Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 49 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai Kiểm tra mòn lốp - Nếu mòn cả mặt hoa lốp, hãy kiểm tra áp suất lốp - Nếu chỉ mòn ở giữa mặt hoa lốp, hãy kiểm tra áp suất lốp Điều chỉnh, sửa chữa Áp suất thấp Áp suất cao - Bơm bổ sung cho đúng áp suất quy định. - Điều chỉnh giảm áp suất lốp đúng quy định. - Nếu chỉ mòn một bên mặt hoa lốp, Góc nghiêng - Điều chỉnh giảm góc nghiêng hãy kiểm tra độ nghiêng của bánh ngang lớn ngang bánh xe dẫn hướng. xe. - Nếu chỉ mòn vát góc lốp, hãy kiểm Độ chụm - Điều chỉnh giảm độ chụm bánh xe quá lớn tra độ chụm bánh xe dẫn hướng. - Kiểm tra thông tin về tốc độ mòn lốp. Quá nhanh - Thay lốp mới, chạy ở tốc độ thấp hơn. 3.3.5 XE BỊ LẮC KHI QUAY VÒNG. - Xác định hư hỏng: Sự lắc ngang thái quá khi xe quay vòng, thậm chí khi dao động trên đường thẳng. Nếu gặp sự cố trên, hãy đưa xe đến xưởng sửa chữa gần nhất để được kiểm tra sửa chữa. - Có thể tham khảo quy trình chẩn đoán hư hỏng như sơ đồ dưới đây : Kiểm tra thanh cân bằng Lỏng Xiết chặt OK Kiểm tra lò xo Yếu, gãy Thay thế OK Kiểm tra góc nghiêng trục quay bánh xe dẫn hướng OK Kiểm tra bộ giảm chấn Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Sai Điều chỉnh lại cho đúng Lỏng, hỏng Xiết chặt, thay thế Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 50 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai KẾT LUẬN Hiện nay ôtô con đang được sử dụng ở nước ta với số lượng và chủng loại ngày càng tăng. Kết cấu hệ thống treo độc lập cũng rất đa dạng và ngày càng được hoàn thiện theo hướng tự động điều chỉnh. Đồ án “Thiết kế hệ thống treo độc lập Mc.Pherson cho cầu trước của ô tô con” đã đi vào những tính toán cơ bản nhất trong thiết kế hệ thống treo trên ô tô, cụ thể là hệ treo độc lập Mc.Pherson. Đồ án đã trình bày một cách logic và khoa học từ đặc điểm cấu tạo, công dụng của hệ thống treo được bố trí trên ô tô cũng như phân loại và đưa ra những yêu cầu khi thiết kế hệ thống treo. Từ phương pháp họa đồ đã xác định được chiều dài của đòn ngang là lđ = 369 mm và vị trí các khâu khớp trong hệ thống treo thiết kế. Bên cạnh đó việc tính toán kiểm tra bền đòn ngang, rôtuyn, phần tử đàn hồi và thanh đẩy của giảm chấn cũng thỏa mãn đảm bảo điều kiện làm việc. Trong quá trình làm thuyết minh em cũng đã hình thành được 05 bản vẽ, trong đó có 01 bản vẽ kết cấu cụm tổng thành, 01 bản vẽ chi tiết giảm chấn đã chọn và các bản vẽ lựa chọn phương án với họa đồ động học và chuyển vị của hệ thống treo. Ở chương cuối cùng, đồ án trình bày các dạng hư hỏng của hệ thống treo, nêu nguyên nhân hư hỏng và biện pháp bảo dưỡng sửa chữa. Bên cạnh những việc đã làm được thì đồ án này còn có hạn chế đó là chưa tính toán thiết kế thanh ổn định ngang. Mặc dù rất cố gắng nhưng đồ án không thể tránh được những thiếu sót. Kính mong các Thầy giáo và các bạn góp ý để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47 51 EBOOKBKMT.COM GVHD: ThS. Nguyễn Hùng Mạnh PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Cấu tạo gầm xe con. PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai. Nhà xuất bản GTVT 2002. 2. Cấu tạo hệ thống truyền lực xe con. PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai. Nhà xuất bản GTVT 2002. 3. Giáo trình hướng dẫn thiết kế hệ thống treo độc lập. PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai & Nguyễn Văn Chưởng. 4. Bài giảng Cấu tạo ô tô. THS. Nguyễn Hùng Mạnh. 2009 Sinh viên : Bùi Bảo Ngọc Lớp : Cơ Khí Ô Tô B.K47