MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................................................................ii
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN...................................................................................................................................iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU..........................................................................................................................................v
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO........................................................................................................1
1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu...........................................................................................................................1
1.2. Các bộ phận chính của hệ thống treo xe...........................................................................................................1
1.3. Phân loại hệ thống treo.......................................................................................................................................3
1.3.2. Hệ thống treo độc lập.......................................................................................................................................6
1.4. Bộ phận giảm chấn............................................................................................................................................12
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ................................................................................................17
2.1 Phân tích bộ phận đàn hồi..................................................................................................................................17
2.2. Phân tích bộ phận hướng..................................................................................................................................18
2.3. Phân tích bộ phận giảm chấn một lớp vỏ..........................................................................................................18
2.4. Hệ thống treo khí nén.........................................................................................................................................19
2.5. Lựa chọn phương án thiết kế.............................................................................................................................21
2.6. Thông số kĩ thuật xe tham khảo.........................................................................................................................21
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC HAI ĐÒN NGANG HÌNH THANG ...................22
3.1 Chọn đặc tính đàn hồi cho treo trước..................................................................................................................22
3.2 Tính toán các thông số dao động của bánh xe với thân xe.................................................................................23
3.2.1 Tính toán độ võng tĩnh......................................................................................................................................23
3.2.2. Xác định hành trình động của bánh xe............................................................................................................24
3.2.3. Xác định hành trình động của bánh xe............................................................................................................25
3.2.4. Kiểm tra hành trình động của bánh xe.............................................................................................................25
3.2.5. Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn.................................................................................................26
3.2.6. Phương án thiết kế cho hệ thống treo cho cầu trước......................................................................................26
3.3. Động học hệ thống treo hai đòn ngang...............................................................................................................27
3.3.1.Các chế độ tải trọng tính toán...........................................................................................................................29
3.3.2. Xác định các lực và phản lực tác dụng lên cơ cấu..........................................................................................30
3.4. Kiểm bền một số chi tiết......................................................................................................................................34
3.4.1.Kiểm bền đòn ngang..........................................................................................................................................34
3.4.2.Tính bền Rô-tuyn...............................................................................................................................................39
3.5.Tính toán lò xo......................................................................................................................................................40
3.5.1.Tính toán lò xo treo sau.....................................................................................................................................40
3.5.2.Trình tự thiết kế lò xo.........................................................................................................................................40
3.6.Tính toán giảm chấn.............................................................................................................................................43
3.6.1.Chọn giảm chấn.................................................................................................................................................43
3.6.2.Tính toán thiết kế giảm chấn..............................................................................................................................43
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO SAU KHÍ NÉN..................................................................46
4.1 Tính toán lò xo khí nén..........................................................................................................................................46
4.1.1 Cơ sở lí thuyết hệ thống treo khí nén.................................................................................................................46
4.1.2 Quy trình thiết kế lò xo khí..................................................................................................................................46
4.1.3 Trình tự thiết kế lò xo..........................................................................................................................................48
4.2 Tính toán giảm chấn..............................................................................................................................................48
4.2.1 Đặc tính của giảm chấn......................................................................................................................................48
4.2.2.Xác định kích thước ngoài của giảm chấn.........................................................................................................48
4.2.2 Xác định kích thước các van..............................................................................................................................49
4.2.3 Xác định kích thước van trả...............................................................................................................................49
4.2.4 Xác định kích thước van nén..............................................................................................................................49
4.2.5 Kiểm tra điều kiện bền........................................................................................................................................50
4.3 Sơ đồ treo sau.......................................................................................................................................................50
4.4 Tính toán thiết kế bộ phận dẫn hướng...................................................................................................................50
4.5 Thiết kế tính toán thanh ổn định ngang..................................................................................................................50
4.5.1.Công dụng của thanh ổn định ngang..................................................................................................................50
4.5.2 Cơ sở tính toán thiết kế thanh ổn định ngang.....................................................................................................51
CHƯƠNG 5. PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG........................................................................................51
5.1. Cơ sở lý thuyết hệ động lực học nhiều vật...........................................................................................................51
5.1.1. Giới thiệu về hệ động lực học nhiều vật............................................................................................................51
5.1.2. Những thành phần trong hệ động học nhiều vật...............................................................................................51
5.1.3. Chuyển động.....................................................................................................................................................52
5.1.4. Phân tích động học...........................................................................................................................................53
5.1.5. Phân tích động lực học.....................................................................................................................................53
5.1.6. Phương trình chuyển động...............................................................................................................................54
5.1.7.Phân tích vật đàn hồi sử dụng MotionView........................................................................................................54
5.2. Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn và kết hợp........................................................................................58
5.2.1.Phương pháp phần tử hữu hạn.........................................................................................................................58
5.2.2. Phương pháp mô phỏng kết hợp (Co-simulation)............................................................................................59
5.3. Xây dựng mô hình mô phỏng..............................................................................................................................59
5.3.1. Xây dựng mô hình hệ động học nhiều vật cho xe bán tải................................................................................59
5.3.2. Xây dựng mô hình 3D tay đòn dưới của hệ thống treo trước..........................................................................65
5.3.3. Xây dựng mô hình phần từ hữu hạn cho tay đòn dưới treo trước...................................................................66
5.3.4. Tạo mô hình flexible body.................................................................................................................................67
5.4. Đánh giá khả năng động học của treo khí nén và kiểm bền tay đòn dưới treo sau............................................69
5.4.2. Khảo sát xe đi trên mặt đường mấp mô ngẫu nhiên........................................................................................77
CHƯƠNG 6 : KĨ THUẬT KIỂM TRA BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG TREO TRÊN XE BÁN TẢI..............83
6.1 Quy trình tháo lắp hệ thống treo...........................................................................................................................83
6.2 Chẩn đoán hư hỏng hệ thống treo........................................................................................................................84
6.2.1.Hư hỏng ở bộ phận giảm chấn..........................................................................................................................84
6.2.2.Hư hỏng ở bộ phận dẫn hướng.........................................................................................................................85
6.2.3.Hư hỏng của bộ phận đàn hồi...........................................................................................................................86
6.2.4.Một số hư hỏng khác.........................................................................................................................................86
6.3.Kiểm tra hệ thống treo..........................................................................................................................................87
6.3.1.Hệ thống treo hai đòn ngang.............................................................................................................................87
6.3.2.Kiểm tra một số bộ phận cơ bản của hệ thống treo..........................................................................................88
6.4.Nội dung sửa chữa một số bộ phận của hệ thống treo........................................................................................88
6.4.1. Giảm chấn........................................................................................................................................................88
6.4.2. Đòn dưới và cam quay.....................................................................................................................................92
6.4.3.Thanh giằng và thanh ổn định...........................................................................................................................94
6.4.4 Các sự cố thường gặp và phương pháp xử lý treo khí nén.............................................................................94
6.6 Những hư hỏng và cách khắc phục hư hỏng trên ballon khí...............................................................................97
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................................................................99
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Với nhiệm vụ được giao của thầy hướng dẫn đồ án: “Tính toán thiết kế hệ thống treo ô tô bán tải ”. Đồ án của em được chia thành các nội dung cơ bản bao gồm:
Phần 1: Tính toán thiết kế hệ thống treo cho xe, thực hiên các nghiên cứu tổng quan về đề tài: Nguyên lý, công dụng, kết cấu của hệ thống, bảo dưỡng và sửa chữa,…
Phần 2: Mô phỏng hệ thống treo trên phần mềm Motionview kết hợp với HyperMesh. Thực hiện mô phỏng sự dao động của thân xe và kiếm bền hai đòn ngang với hệ thống treo đã thiết kế , .
Trong quá trình làm đồ án, bản thân đã hiểu quy trình tính toán thiết kế, mô phỏng một hệ thống treo trên xe đảm bảo làm tính an toàn và hiệu quả. Kết quả nhận được mang tính gắn liền với thực tiễn sản xuất trong thực tế của ngành ô tô hiện nay. Thời gian này em cũng đã tìm hiểu thực tế để giải quyết các vấn đề kĩ thật hợp lí, đây cũng là những bước đi đầu tiên của em trong việc tiếp cận với thực tế ngành ô tô. Ngoài ra bản thân còn được củng cố thêm khả năng sử dụng các phần mềm hỗ trợ trong quá trình thiết kế như Autocad, HyperMesh, Motionview,HyperView,HyperGraph.
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là xe bán tải (tham khảo kết cấu của xe Nissan Navara)
Nội dung và bố cục:
Nội dung nghiên cứu của đồ án bao gồm:
- Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo
- Chương 2: Lựa chọn phương an thiết kế
- Chương 3: Thiết kế hệ thống treo trước hai đòn ngang hình thang
- Chương 4: Thiết kế hệ thống treo sau khí nén cho xe bán tải
- Chương 5: Phương pháp và kết quả mô phỏng
- Chương 6: Kỹ thuật kiểm tra bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống treo xe bán tải
Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên)
1./ …………………
2./ …………………
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO
1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
* Khái niệm hệ thống treo ở đây được 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 chức năng chính sau đây:
- Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu” hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn có khác của bánh xe (như lắc ngang, lắc dọc).
- Truyền lực và mô men giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng, 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, mô men phanh.
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 :
+ Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe (xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau).
+ Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định.
* Đối với xe con chúng ta cần phải quan tâm đến các yêu cầu sau:
- Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn.
- Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên thùng, vỏ tốt.
- Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc độ cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng.
1.2. Các bộ phận chính của hệ thống treo xe
Hệ thống treo xe gồm các bộ phận chính sau đây :
* Bộ phận đàn hồi : là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con người (60-90 lần/ph). Bộ phận đàn hồi có thể bố trí khác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương thẳng đứng.
Trên xe con bộ phận đàn hồi thường gặp là loại :
- Nhíp lá.
- Lò xo trụ.
- Lò xo côn hoặc lò xo xếp.
- Thanh xoắn.
* Bộ phận dẫn hướng : Cho phép các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng ở mỗi vị trí của nó so với khung vỏ, bánh xe phải đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ. Bộ phận dẫn hướng phải thực hiện tốt chức năng này. Trên mỗi hệ thống treo thì bộ phận dẫn hướng có cấu tạo khác nhau. Quan hệ của bánh xe với khung xe khi thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng được gọi là quan hệ động học. Khả năng truyền lực ở mỗi vị trí được gọi là quan hệ động lực học của hệ treo. Trong mối quan hệ động học các thông số chính được xem xét là : sự dịch chuyển (chuyển vị) của các bánh xe trong không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thay đổi theo phương thẳng đứng (Oz). Mối quan hệ động lực học được biểu thị qua khả năng truyền các lực và các mô men khi bánh xe ở các vị trí khác nhau.
* Thanh ổn định: Trên xe con thanh ổn định hầu như đều có. Trong trường hợp xe chạy trên nền đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới tác dụng của lực li tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với mặt đường. Thanh ổn định có tác dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu chịu tải ít hơn. Cấu tạo chung của nó có dạng chữ U.
1.3. Phân loại hệ thống treo
Hiện nay ở trên xe con hệ thống treo bao gồm 2 nhóm chính :
Hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập:
- Trong hệ thống treo phụ thuộc (hình 1.1.a) các bánh xe được đặt trên dầm cầu liền, bộ phận giảm chấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền. Qua cấu tạo hệ thống treo phụ thuộc, sự dịch chuyển của một bánh xe theo phương thẳng đứng sẽ gây nên chuyển vị nào đó của bánh xe bên kia.
- Trong hệ thống treo độc lập (hình 1.1b) các bánh xe trên một dầm cầu dao động độc lập với nhau. Các bánh xe “độc lập” dịch chuyển tương đối với khung vỏ. Trong thực tế chuyển động của xe điều này chỉ đúng khi chúng ta coi thùng hoặc vỏ xe đứng yên.
Đối với hệ treo độc lập, căn cứ vào đặc tính động học và đặc điểm kết cấu người ta thường chia làm các loại sau đây :
+ Treo hai đòn ngang.
+ Treo Mc.Pherson.
+ Treo đòn dọc.
+ Treo đòn dọc có thanh ngang liên kết.
1.3.1. Hệ thống treo phụ thuộc
a. Đặc điểm:
Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cầu cứng. Trong trường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép định hình, còn trường hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có một phần của hệ thống truyền lực.Đối với hệ treo này thì bộ phận đàn hồi có thể là nhíp lá hoặc lò xo xoắn ốc, bộ phận dập tắt dao động là giảm chấn. Nếu bộ phận đàn hồi là nhíp lá thì người ta sử dụng cả bộ nhíp gồm nhiều là nhíp ghép lại với nhau bằng những quang nhỏ và được bắt chặt với dầm cầu ở giữa nhíp. Hai đầu nhíp được uốn tròn lại để một đầu bắt với thùng hoặc khung xe bằng khớp trụ còn đầu kia bắt với thùng hoặc khung xe bằng quang treo để cho nhíp dễ dàng dao động và đảm bảo có khả năng truyền lực dọc và ngang.
b. Vấn đề sử dụng hệ thống treo phụ thuộc:
Do yêu cầu của thực tế và do trình độ phát triển của kỹ thuật thì tốc độ của ô tô ngày càng được nâng cao. Khi tốc độ ô tô ngày càng cao thì yêu cầu về kỹ thuật của ô tô ngày càng khắt khe, trọng tâm của ô tô cần phải được hạ thấp. Vấn đề ổn định lái phải tốt, trọng lượng phần không được treo nhỏ để tăng sự êm dịu khi chuyển động. Vì lí do như vậy mà hệ thống treo phụ thuộc không được sử dụng trên xe có vận tốc cao, có chăng chỉ được sử dụng ở những xe có tốc độ trung bình trở xuống và những xe có tính năng việt dã cao.
1.3.2. Hệ thống treo độc lập
- Hai bánh xe không lắp trên một dầm cứng mà là lắp trên loại cầu rời, sự chuyển dịch của 2 bánh xe không phụ thuộc vào nhau (nếu như coi thùng xe đứng yên).Mỗi bên bánh xe được liên kết bởi các đòn ngang như vậy sẽ làm cho khối lượng phần không được treo nhỏ như vậy mô men quán tính nhỏ do đó xe chuyển động êm dịu.
- Hệ treo này không cần dầm ngang nên khoảng không gian cho nó dịch chuyển chủ yếu là khoảng không gian 2 bên sườn xe như vậy sẽ hạ thấp được trọng tâm của xe và sẽ nâng cao được vận tốc của xe.
Trong hệ thống treo độc lập còn được phân ra các loại sau :
- Dạng treo 2 đòn ngang
- Dạng treo M.Pherson
- Dạng treo kiểu đòn dọc
+) Lò xo:
Lò xo xoắn ốc:
Ưu điểm :
- Có khối lượng nhỏ.
- Lắp ráp đơn giản., chiếm ít không gian của xe.
- Không chịu ảnh hưởng do ma sát nên không phải chăm sóc.
Nhược điểm :
- Lò xo xoắc ốc không có khả năng dẫn hướng.
- Ít có khả năng dập tắt dao động.
Lò xo trụ:
Ưu điểm :
- Dùng ở xe du lịch có hệ thống treo độc lập, lò xo trụ có nhiệm vụ là bộ phận đàn hồi. Lò xo trụ được chế tạo từ thép có tiết diện vuông hoặc tròn.
- Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lò xo trụ có khối lượng nhỏ hơn nhíp và tuổi thọ cao hơn nhíp.
- Khi làm việc ở giữa các vòng lò xo không có ma sát như nhíp.
- Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi được bố trí lồng vào giảm chấn.
Nhược điểm :
Do lò xo chỉ làm nhiệm vụ đàn hồi còn bộ phận dẫn hướng và giảm chấn do các bộ phận khác đảm nhận nên hệ thống treo với lò xo trụ có kết cấu phức tạp hơn vì còn phải làm thêm hệ thống đòn dẫn hướng để dẫn hướng cho bánh xe và truyền lực đẩy.
+) Thanh xoắn:
Trên một số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục cầu chủ động người ta dùng thanh xoắn thường được gây tải trước (ứng suất dư) do đó nó chỉ thích hợp cho một chiều làm việc. Trên các thanh xoắn ở 2 phía đều phải đáng dấu để tránh nhầm lẫn khi lắp ráp.
Sử dụng thanh xoắn có ưu điểm :
- Trọng lượng nhỏ.
- Chiếm ít không gian, ít phải chăm sóc.
b. Dạng treo Mc.Pherson:
* Đặc điểm :
Hệ treo này chính là biến dạng của hệ treo 2 đòn ngang nếu như ta coi đòn ngang trên có chiều dài bằng 0 và đòn ngang dưới có chiều dài khác 0. Chính nhờ cấu trúc này mà ta có thể có được khoảng không gian phía trong để bố trí hệ thống truyền lực hoặc khoang hành lý. Sơ đồ cấu tạo của hệ treo (Hình1.6) bao gồm : một đòn ngang dưới,
* Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson:
Trong hệ thống treo nói chung, và hệ treo của cầu dẫn hướng nói riêng các góc đặt bánh xe có một ý nghĩa vô cùng quan trọng.Chúng phải đảm bảo cho việc điều khiển nhẹ nhành, chính xác, không gây lực cản lớn cũng như làm mòn lốp quá nhanh.
Trong quá trình chuyển động bánh xe luôn luôn dao động theo phương thẳng đứng, sự dao động này kéo theo sự thay đổi góc nghiêng ngang, độ chum trước của bánh xe và khoảng cách giữa hai vết bánh xe, đồng thời chúng cũng làm thay đổi góc nghiêng dọc và nghiêng ngang của trụ xoay dẫn hướng.
c. Hệ treo đòn dọc:
* Đặc điểm
Hệ treo hai đòn dọc (Hình 1.8) là hệ treo độc lập mà mỗi bên có một đòn dọc. Mỗi đầu của đòn dọc được gắn cứng với trục quay của bánh xe, một đầu liên kết với khung vỏ bởi khớp trụ.
Khớp quay của đòn dọc thường là khớp trụ, với hai ổ trượt đặt xa nhau để có khả năng chịu lực theo các phương cho hệ treo. Đồng thời đòn dọc đòi hỏi cần phải có độ cứng vững lớn, nhằm mục đích chịu được các lực dọc, lực bên và chịu mômen phanh lớn. Do có kết cấu như vậy, nên hệ treo này chiếm ít không gian và đơn giản về kết cấu, giá thành hạ. Hệ treo này thường được bố trí cho cầu sau bị động, khi máy đặt ở phía trước, cầu trước là cầu chủ động.
d. Hệ treo đòn chéo
Hệ thống treo trên đòn chéo là cấu trúc mang tính trung gian giữa hệ treo đòn ngang và hệ treo đòn dọc. Bởi vậy sử dụng hệ treo này cho ta tận dụng được ưu điển của hai hệ treo trên và khắc phục được một số nhược điểm của chúng. Đặc điểm của hệ treo này là đòn đỡ bánh xe quay trên đường trục chéo và tạo nên đòn chéo trên bánh xe. Trong hệ treo đòn chéo (hình 1.12) chi tiết đàn hồi phần lớn là lò xo xoắn ốc.
1.5. Bộ phận giảm chấn
Trên xe ô tô giảm chấn được sử dụng với mục đích sau:
- Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho người sử dụng.
- Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.
- Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, khả năng an toàn khi chuyển động.
* Giảm chấn hai lớp vỏ:
Giảm chấn hai lớp vỏ ra đời vào năm 1938, đây là một loại giảm chấn quen thuộc và được dùng phổ biến cho ôtô từ trước đến nay.
Cấu tạo: Cấu tạo giảm chấn hai lớp vỏ (Hình 1.14):
Trong giảm chấn, piston di chuyển trong xy lanh,chia không gian trong thành buồng A và B. Ở đuôi của xy lanh thuỷ lực có một cụm van bù. Bao ngoài vỏ trong là một lớp vỏ ngoài, không gian giữa hai lớp vỏ là buồng bù thể tích chất lỏng và liên hệ với B qua các cụm van một chiều (III,IV).
* Giảm chấn một lớp vỏ:
- Phần tử đàn hồi khí nén:
Lò xo không khí có đường đặc tính phi tuyến tính và có ưu điểm là có thể giảm không gian treo của xe và đặc biệt có thể thích nghi theo tải trọng qua sự thay đổi áp suất không khí. Ngoài ra, độ cao chất hàng hay bộ bước lên xe có thể điều chỉnh hoặc có thể giữ cố định thông qua hệ thống điều chỉnh chiều cao.
Ở ô tô con, thân xe có thể nâng hạ tùy thuộc vào tốc độ xe. Độ nghiêng của vỏ xe khi vào cua có thể giảm đáng kể nhờ sự can thiệp của điều chỉnh.
Lò xo khí có những đặc tính sau:
+ Những lò xo này rất mềm khi xe chưa có tải, nhưng hệ số lò xo có thể tăng lên khi tăng tải nhờ tăng áp suất trong xy lanh. Đặc tính này giúp cho xe chạy êm cả khi tải nhẹ cũng như khi đầy tải.
+ Chiều cao của xe có thể giữ không đổi ngay cả khi tải trọng thay đổi, bằng cách điều chỉnh áp suất không khí
- Bộ phận đàn hồi bằng cao su:
Cao su thiên nhiên và cao su nhân tạo có tính đàn hồi tốt và có tính tự giảm chấn lớn. Có nhiều loại lò xo cao su được sản xuất, nhưng không dùng để làm lò xo ô tô. Người ta lợi dụng độ tự giảm chấn cùng với tính đàn hồi lớn, các lò xo cao su hấp thụ chuyển động rung với tần số lớn thông qua nội ma sát phát sinh khi chúng bị một ngoại lực làm biến dạng và làm giảm tiếng ồn.Do lò xo cao su có những đặc tính sau:
+ Có thể chế tạo theo hình dáng bất kỳ.
+ Chúng không phát tiếng ồn khi làm việc.
+ Chúng không thích hợp để dùng cho tải trọng nặng
Các HTT của ôtô con hiện nay thường dùng loại có cấu tạo đơn giản, giảm số chi tiết, giảm trọng lượng HTT, giá thành hạ, dễ tháo lắp sửa chữa và bảo dưỡng,..
CHƯƠNG 2
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. Phân tích bộ phận đàn hồi
Phân tích các đặc điểm của các bộ phận đàn hồi.
Bộ phận đàn hồi kim loại:
a. Nhíp:
+ Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ lắp ráp, giá thành rẻ.
+ Đủ cứng vững nên không cần các liên kết khác. Có khả năng tự khống chế dao động nên có thể không cần giảm chấn.
+ Đủ sức bền chịu tải trọng nặng.
Khối lượng lớn, không êm dịu, chỉ dùng cho xe tải trọng lớn.
c. Thanh xoắn:
+ Hệ thống treo có thể nhẹ hơn.
+ Kết cấu của hệ thống treo đơn giản.
+ Thanh xoắn không tự khống chế dao động, nên phải sử dụng thêm bộ giảm chấn.
d. Bộ phận đàn hồi khí nén:
+ Đường đặc tính đàn hồi phi tuyến rất thích hợp khi sử dụng trên ôtô
+ Kết cấu phức tạp, giá thành cao, điều khiển phức tạp
+ Giảm không gian treo của xe
+ Chiều cao của xe có thể giữ không đổi ngay cả khi tải trọng thay đổi và vào cua.
2.2. Phân tích bộ phận hướng
a. Hệ thống treo độc lập:
Ưu điểm:
+ Khối lượng không được treo nhỏ nên xe chạy êm hơn.
+ Các lò xo không liên quan đến việc định vị bánh xe, vì thế có thể sử dụng các lò xo mềm.
b. Hệ thống treo phụ thuộc:
Ưu điểm:
+ Cấu tạo đơn giản, ít chi tiết, vì thế dễ bảo dưỡng
+ Có độ cứng vững để chịu được tải nặng.
+ Khi xe vào đường vòng, thân xe ít bị nghiêng.
Nhược điểm:
+ Do phần khối lượng không được treo lớn nên độ êm của xe kém.
+ Vì chuyển động của bánh xe phải và trái có ảnh hưởng lẫn nhau nên dễ xuất hiện dao động và rung động.
2.4. Hệ thống treo khí nén
Hệ thống treo khí nén được sử dụng như một khả năng hoàn thiện kết cấu ôtô. Tuy vậy với các loại ôtô khác nhau: ôtô con, ôtô tải, ôtô buýt cũng được ứng dụng với những mức độ khác nhau. Phổ biến nhất trong các kết cấu là áp dụng cho ôtô buýt tiên tiến. Với hệ thống treo này cho phép giữ chiều cao thân xe ổn định so với mặt đường với các chế độ tải trọng khác nhau.
Khi giảm tải trọng hiện tượng này xảy ra tương tự, và quá trình van trượt tạo nên sự thoát bớt khí nén ra khỏi ballon.
Bộ tự động điều chỉnh áp suất nhờ hệ thống điện từ (hình 1.12b) bao gồm: cảm biến xác định vị trí thân xe và bánh xe 6, bộ vi xử lý 7, block khí nén 8. Nguyên lý hoạt động cũng gần giống với bộ điều chỉnh bằng van trượt cơ khí. Cảm biến điện tử 6 đóng vai trò xác định vị trí của thân xe và bánh xe (hay giá đỡ bánh xe) bằng tín hiệu điện (thông số đầu vào).
2.5. Lựa chọn phương án thiết kế
Qua việc phân tích ưu nhược điểm của các phương án thiết kế, cũng như tham khảo các mẫu xe tương tự trong thực tế. Trong đồ án này, tham khảo và sử dụng thông số cơ bản của xe Nissan Navara, thương hiệu đến từ Nhật bản. (Phiên bản xe và thông số theo phần Tài liệu tham khảo mục [14])
Hệ thống hệ thống treo trước là treo độc lập 2 đòn ngang hình thang, hệ thống treo sau được lựa chọn cho loại xe bán tải. Ta chọn phần tử đàn hồi là loại khí nén do khí nén có các ưu điểm phù hợp rõ ràng như độ bền cao, khả năng chịu tải trọng lớn, kích thước theo phương dọc nhỏ, đồng thời đóng vai trò là bộ phận hướng trong hệ thống treo. Ngoài ra, còn với xe đang xét là loại xe bán tải. Có chênh lệch về tải trọng lúc đầy tải và không tải là tương đối lớn. Vì vậy nên phần tử đàn hồi được lựa chọn sử dụng đó là phần tử đàn hồi bằng khí nén
2.6. Thông số kĩ thuật xe tham khảo
Thông số kĩ thuật xe NISAN NAVARA (Mục [14]) như bảng 2.1.
- Ký hiệu lốp: 255/70R16
Do lốp xe là loại lốp áp suất thấp, chọn λ =0,93
Vậy bán kính làm việc của bánh xe: λd = 354,981 (mm)
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC HAI ĐÒN NGANG HÌNH THANG
3.1. Chọn đặc tính đàn hồi cho treo trước
Đặc tính đàn hồi thể hiện quan hệ độ võng f và tải trọng tác dụng theo phương thẳng đứng Z, trên đồ thị thể hiện 3 đường đặc tính đàn hồi với các tính chất khác nhau.
Các đường đặc tính được vẽ với điều kiện chung là tại tải trọng Zt, độ cứng của các hệ thống treo này bằng nhau.
- Đường 1 với hệ thống treo với phần tử đàn hồi có độ cứng không đổi (lò xo trụ, nhíp ...) độ võng tĩnh tăng tỷ lệ với tải trọng. Với đường đặc tính này khi tải trọng lớn thì hành trình động nhỏ điều này dẫn đến va đập thường xuyên vào ụ hạn chế làm giảm độ êm dịu chuyển động.
- Đường 3 ứng với hệ thống treo có độ cứng tăng theo tải trọng (phần tử đàn hồi dạng khí nén) khi tải trọng lớn thì độ võng giảm và tần số dao động tăng nên độ êm dịu giảm.
- Hệ thống treo có đặc tính thể hiện trên đường 2 đảm bảo cho tần số dao động không đổi trong vùng làm việc Z1 - Z2.
Trong đó α là góc giữa đường thẳng tiếp tiếp tuyến với đường cong trung bình đi qua điểm tương ứng với tải tĩnh. Hai điểm trên đặc tính có độ võng tương ứng với vị trí giảm chấn chạm vào các ụ hạn chế vì vậy:
- Với < f < đặc tính đường thẳng, thể hiện C = const
- Với f < và f > đặc tính có dạng phi tuyến, nó thể hiện sự phối hợp làm việc giữa lò xo và ụ cao su.
Vậy ta chọn đường đặc tính 2 làm chỉ tiêu để tính toán với 1 ụ hạn chế trên.
3.2. Tính toán các thông số dao động của bánh xe với thân xe
3.2.1. Tính toán độ võng tĩnh
n : Tần số dao động nằm trong khoảng êm dịu từ 90 - 120 (lần/phút).
Chọn độ võng tĩnh cho xe là: ft = 8 (cm)
(Với ô tô tải nằm trong khoảng 2-12 (cm))
Tần số dao động: n = 100 (lần/phút)
- Tần số dao động riêng:
Thay số được: w = 11,1 (rad/s)
Vậy độ cứng trung bình là: Ct' = 61543,4 (N/mm
3.2.2. Xác định hành trình động của bánh xe
Kiểm nghiệm lại độ võng tĩnh với CT = 61,5 (N/mm).
+ Ở chế độ không tải :
f = 67,8 (mm).
=> wot = 12 (rad/s).
+ Ở chế độ đầy tải :
Từ công thức: n1r = 92 (l/ph) .
Qua kiểm nghiệm ta thấy ở cả hai chế độ không tải và đầy tải tần số dao động đều nằm trong khoảng 90 ¸ 120 (l/ph) đảm bảo được yêu cầu đặt ra . Do đó với bộ phận đàn hồi có độ cứng C = 61,5 (N/mm) thoả mãn được yêu cầu tính toán thiết kế
Xác định hành trình tĩnh của bánh xe hay chính là độ võng tĩnh của hệ treo: ft = 0,08 (m).
3.2.4. Kiểm tra hành trình động của bánh xe
- Kiểm tra hành trình động của bánh xe theo điều kiện đảm bảo khoảng sáng gầm xe tối thiểu Hmin.
fd H0 – Hmin
Trong đó:
H0: Khoảng sáng gầm xe ở trạng thái chịu tải tĩnh
Hmin: Khoảng sáng gầm xe tối thiểu cần thiết
Hmin = 0,1 – 0.15 (m). Lấy Hmin = 0,15 (m)
=> H0 fd + Hmin = 0,07 + 0,15 = 0,27 (m)
=> H0 270 (mm)
- Đối với cầu trục trước cần kiểm tra hành trình động để không xảy ra va đập vào ụ tì khi phanh:
Hệ số bám: φmax = 0,8 (chọn)
Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau: b = 1458,33 (mm)
Chiều cao trọng tâm của xe Hg = 796 (mm)
3.2.5. Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn
- Hệ số dập tắt dao động của hệ thống treo:
Thay số được: D = 4,44 (rad/s)
- Hệ số cản trung bình của giảm chấn quy dẫn về bánh xe:
Đối với hệ thống treo trước: Ktb1 = 2739,48
3.2.6. Phương án thiết kế cho hệ thống treo cho cầu trước
* Nhiệm vụ đề tài được giao: Là tính toán thiết kế hệ thống treo trước cho xe bán tải và dựa vào đường đặc tính đàn hồi lên em chọn hệ thống treo trước tay đòn kép .
* Số liệu cơ sở để tính toán:
- Chiều rộng cơ sở của xe ở cầu trước: B = 1570 (mm)
- Bán kính bánh xe: Kí hiệu lốp 255/70R16. Rd = 354,981 (mm)
- Góc nghiêng ngang trụ xoay đứng (góc Kingpin): = 10o
- Chiều cao tai xe lớn nhất: Htmax = 800 (mm)
- Góc nghiêng ngang bánh xe (góc Camber): α = 0o
- Góc nghiêng dọc trụ đứng (góc Caster dương): γ0 = 3o
- Bán kính bánh xe quay quanh trụ đứng r0 = -15 (mm)
- Khoảng sáng gầm xe khi đầy tải: Hmin =150 mm.
- Độ võng tĩnh: ft = 150 (mm)
- Độ võng động: fd = 120 (mm)
- Độ võng của hệ treo ở trạng thái không tải: f01 = (mm)
3.3. Động học hệ thống treo hai đòn ngang
Xác định độ dài hai đòn ngang bằng phương pháp đồ thị:
3.3.1. Các chế độ tải trọng tính toán
3.3.1.1 Trường hợp lực kéo hay lực phanh cực đại
Trên sơ đồ phân tích lực tồn tại lực Z, X nhưng tính với giá trị cực đại (vắng mặt lực Y).
Tính trong trường hợp chỉ chịu lực phanh cực đại: Z = 7920 (N)
X = Xmax = Ztt.φ = 7920.0,75 = 5940 (N)
Vơi:
Xmax: Lực dọc lớn nhất tác dụng tại điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường
φ: Hệ số bám dọc lấy bằng 0,75
3.3.1.2. Trường hợp lực ngang cực đại
Trên sơ đồ có mặt lực Z và Y (vắng mặt X)
Thay số vào công thức ta được: Z = 10438,9 (N)
Thay số vào công thức ta được: Y = 10615,5 (N)
3.3.1.3. Trường hợp chịu tải trọng động
Trên sơ đồ chỉ có lực Z (vắng mặt X, Y)
Thay số vào công thức ta được: Z = 13200 (N)
3.3.2. Xác định các lực và phản lực tác dụng lên cơ cấu
3.3.2.1. Trường hợp chỉ có lực Z (vắng thành phần lực X và Y).
Z = ZAB=6600 N
MZ=Z.r0= 6600.15=99000(N.mm)
Tại đầu F của đòn dọc có Fz=Z=13200N
Zlx=l_d/llx .Z=327,73/180.6600=12016,77 (N)
Tại đầu F: |FY |=|BmZ |;|FZ |=|ZAB |
Thay số được: GFY=235,71(N)
3.3.2.3. Trường hợp chỉ có lực Z và Y (chịu lực ngang cực đại)
Z = 6600 N; Y = 10615,5 N
Lực Y gây nên các phản lực tại A và B:
AY = 12636,5 (N)
BY = 23252,0(N)
Tại đòn trên C:
CY=AY-AmZ=12636,5 -471,43=12165,07 (N)
Do t1 = t2 nên DY = EY = 0,5.C_Y=0,5.12165,07 = 6082,54(N)
Vậy tại G có:
GFZ=HFZ=5402,1 N
GFY=HFY=11390,3 N.
3.4 Kiểm bền một số chi tiết
3.4.1. Kiểm bền đòn ngang
Đòn ngang dưới có cấu trúc hình chữ A được bắt vào thân xe qua hai khớp trụ. Đầu ngoài bắt với cam quay Rô tuyn. Việc sử dụng 2 đầu trong nối với thân xe bằng khớp bản lề để tăng độ cứng vững cho hệ thống treo.
Trạng thái chịu lực chủ yếu là kéo, nén, uốn, tiết diện của đòn ngang dưới, tham khảo và khi kiểm bền giả thiết rằng: một phần càng A chịu toàn bộ tải trọng. Do đó có thể tính toán như dưới đây.
3.4.1.1.Trường hợp chỉ có lực Z
FY = CY = 471,43(N)
FZ = ZAB = 6600(N)
Thay vào ta có:
τmax= 3/2.6600/2400 =4,125 (N/mm^2 )
Với vật liệu là hợp kim nhôm AlZnMgCu1,2F50, ta có: σb=510Mpa
= > [τ] =σb/2n=510/2.1,5=170(Mpa)
Vậy τmax<[τ]. Thỏa mãn điều kiện an toàn.
Với đòn ngang dưới thỏa mãn điều kiện bền về mặt cắt:
Thành phần F_Z gây ra momen uốn dọc có giá trị lớn nhất tại điểm bắt của đòn ngang vào khung xe. Do khớp nối là khớp trụ nên tại khớp momen uốn sẽ bằng 0. Ta kiểm nghiệm tại mặt cắt sát gần đó (mặt cắt 1-1).
3.4.1.2. Trường hợp chỉ có lực Z và X
FX = CX= 6535,2(N)
FY = CY = 981,23(N)
FZ = CZ = 6600(N)
FZ: Đóng vai trò là lực cắt và gây ra momen uốn dọc trong mặt phẳng zOy
* Ứng suất tiếp lớn nhất:
τmax = 3/2.6600/2400 = 4,125 (N/mm2)
Với vật liệu là hợp kim nhôm AlZnMgCu1,2F50, ta có: σb=510Mpa
τmax<[τ] Nên thỏa mãn điều kiện bền.
* Thành phần FX gây ra lực cắt và momen uốn ngang trong mặt phẳng xOy.
Ứng suất tiếp lớn nhất được xác định theo công thức:
QY: Lực cắt. QY = FX=6535,2(N)
S = 2400 (mm2 )
=> τmax= 3/2 6535,2/2400 = 4,08 (Mpa)
Với vật liệu là hợp kim nhôm AlZnMgCu1,2F50, ta có: σb = 510Mpa
[τ]= σb/2n=170(Mpa) ≥ τmax
3.4.1.3.Trường hợp chỉ có Z và Y
FY = CY = 12165,07 (N)
Càng A sẽ chịu nén, tính toán như trên ta cũng thu được kết quả: σtt ≤ [σu ]
Thành phần FY gây ra nén đúng tâm
Ngoài ra, do đòn A chịu nén đúng tâm ở trường hợp này nên cần phải kiểm tra thêm điều kiện ổn định.
Thay vào công thức ta được: Plim= 5,3.107 (N)
=> n = 335443 > [n] = 2
Nên đòn ngang chữ A đủ ổn định.
Tóm lại đòn A thỏa mãn điều kiện bền trong mọi trường hợp chịu lực khác nhau.
3.4.2. Tính bền Rô-tuyn
Rô-tuyn là khớp cầu để giữa đòn ngang và cam quay. Trạng thái làm việc của rô-tuyn chủ yếu chịu lực cắt, uốn, chèn dập.
a. Tính theo ứng suất cắt:
Trường hợp 1:
Qc = Fy = 471,43(N).
Trường hợp 2:
Qc = 6608,45 (N)
Trường hợp 3:
Qc=13792.59(N)
Ở đây ta tính cho trường hợp 3 có lực cắt lớn nhất Qc=13792,59(N).
Vật liệu chế tạo rô-tuyn là thép 42CrMo4V có: σb=1000Mpa
[τc] = 1000/2.1,5 = 333 (MPa)
=>τc ≤ [τc]
Vậy rô-tuyn đảm bảo bền cắt
b. Tính theo ứng suất uốn
Mu: Mô men chống uốn
h: Tung độ lớn nhất, h = 13 (mm).
Mu = 785 (mm3)
σu = 228.4 (MPa)
Kiểm tra theo ứng suất uốn: vật liệu chế tạo rô-tuyn là thép 42CrMo4V có: δb=1000Mpa
[σu] = σb/n = 1000/1,5 = 667(MPa)
σu ≤ [σu]. Rô-tuyn thỏa mãn bền uốn
3.5.2.Trình tự thiết kế lò xo
* Số liệu thiết kế:
F_max=24033,53 N
F_min=7591 N
* Hành trình làm việc của lò xo: flx/llx =126.89 (mm)
* Độ cứng của lò xo: Clx = 129581 (N.m)
- Bước 1:
Chọn vật liệu chế tạo lò xo là thép 50CrV4 có ứng suất tiếp tuyến: [τ]=1600(MN/m2 ) (Theo tài liệu Chi tiết máy tập II)
Đường kính dây lò xo: d = 10 ÷ 20 mm
- Bước 3: Xác định kích thước của lò xo
Đối với lò xo chịu nén, số vòng toàn bộ của lò xo n_0 được tính theo công thức:
n0 = n+1,5 = 5+1,5 = 6,5 (vòng)
Chiều cao của lò xo Hs:
Mỗi đầu lò xo chịu nén được nén xít lại do vậy chiều cao lò xo lúc các vòng xít lại nhau là: Hs= (n_0-0,5).d = (6,5-0,5).20 =120 (mm)
- Bước 4: Kiểm bền
Ứng suất xoắn lớn nhất trong tiết diện dây lò xo là: τmax =1408,33 (N/m2 ) ≤ [τ]
Thỏa mãn điều kiện bền.
Ứng suất xoắn nhỏ nhất trong tiết diện dây lò xo: τmin = 444,82 (N/m2) ≤ [τ]
Thỏa mãn điều kiện bền
Kết luận: Các thông số thiết kế của lò xo như sau:
Đường kính dây lò xo: d = 20mm
Đường kính trung bình lò xo: D =160mm
Tỷ số đường kính: c = 8
Bước lò xo khi chịu tải: t=58mm
Chiều cao lò xo khi chịu tải:Hs =120mm
Chiều cao lò xo khi chưa chịu tải: H0 = 310mm
Số vòng làm việc của lò xo: n = 5
Số vòng toàn bộ của lò xo: n0 = 6,5
3.6. Tính toán giảm chấn
3.6.1. Chọn giảm chấn
Giảm chấn để dập tắt dao động của thân xe và lốp ô tô bằng cách chuyển cơ năng của các dao động thành nhiệt năng. Giảm chấn hiện nay chủ yếu là giảm chấn thủy lực nên ma sát giữa chất lỏng và các lỗ tiết lưu là ma sát chỉ yếu để dập tắt chấn động.
Các yêu cầu cơ bản đối với giảm chấn là:
Đảm bảo trị số và sự thay đổi đường đặc tính của các dao động. Đặc biệt là:
- Dập tắt càng nhanh các dao động nếu tần số dao động càng lớn. Mục đích để tránh cho thùng xe khỏi bị lắc khi qua đường mấp mô lớn.
- Dập tắt chậm các dao động nếu ô tô chạy trên đường ít mấp mô (độ lồi lõm của đường càng bé và càng dày).
- Hạn chế các lực truyền qua giảm chấn lên thùng xe.
3.6.2. Tính toán thiết kế giảm chấn
a. Xác định kích thước cơ bản của giảm chấn.
- Chọn và tính các thông số cơ bản của giảm chấn:
dx: Đường kính ngoài của xi lanh công tác. Chọn dx = 50mm
dp : Đường kính piston
dt: Đường kính ty đẩy.
δt: Bề dày thành giảm chấn. Chọn δt=5mm
Đường kính piston:
dp= dX-2.δt = 50-2.5 = 40(mm)
Chiều cao cụm piston khoang chứa khí nén: Lkn = (0,25÷0,75).dp
Chọn: Lkn = 0,35.dp = 0,35.40 = 14(mm)
- Xác định kích thước cơ bản của giảm chấn:
Thay số vào công thức ta được: fgc = 129(mm)
Chiều dài xi lanh của giảm chấn là:
LX = LY+ fgc + Lp+LK = 30+129+32+36=226(mm)
Thay số vào công thức ta được: Lgc = 226+70=296(mm)
Chiều dài của ty đẩy: LH = 70 +129 +30 + 32 = 261(mm)
b. Xác định các thông số tính toán
Tỷ số truyền của giảm chấn: l = 180.1/(383.cos10°) = 0,48
Tính lực sinh ra trong quá trình giảm chấn
Xác định lực cản sinh ra trong khi giảm chấn làm việc:
P=K.vm
Trong đó:
K: Hệ số cản của giảm chấn
v: Vận tốc dịch chuyển của piston
Khi tính toán không xét đến đặc tính của lò xo lá nên đường đặc tính của giảm chấn coi như tuyến tính (m=1)
Lực nén và trả lớn nhất:
P(n max) =315,6.0,6=189,36(N)
P(tr max) =946,8.0,6=568,08 (N)
Lực nén và trả nhẹ:
P(n min) =315,6.0,3=94,68(N)
P(tr min) =946,8.0,3=284,04(N)
d. Xác định công suất tỏa nhiệt của giảm chấn
Theo phương trình truyền nhiệt, lượng nhiệt được tảo ra khi giảm chấn làm việc trong một giờ được xác định theo công thức:
Qmax = μαF(Tmax-T0).t
Trong đó:
μ: Hệ số tỷ lệ. Chọn μ=1
α: Hệ số truyền nhiệt vào không khí của thanh ống giảm chấn
α = 51,5÷70(kcal/m2 .^o C.h). Chọn α = 62(kcal/m2.oC.h)
F: Diện tích tiếp xúc của giảm chấn và môi trường xung quanh.
F=2.π.R.LX
e. Tính bền ty đẩy piston của giảm chấn
Khi giảm chấn làm việc ty đẩy sẽ chịu kéo ở hành trình trả và nén ở hành trình nén (hay uốn dọc) do đó sẽ kiểm tra theo uốn và nén dọc.
Trường hợp ty đẩy piston chịu kéo ứng suất dọc được tính theo công thức:
Khi giảm chấn làm việc ty đẩy sẽ chịu kéo ở hành trình trả và nén ở hành trình nén (hay uốn dọc) do đó sẽ kiểm tra theo uốn và nén dọc.
Thay số liệu vào công thức ta được:
σK = (4.568,08 )/(3,14.182 )=2,23(N/mm2 )=2,23 (Mpa)
Chọn vật liệu chế tạo ty đẩy là thép hợp kim 42CrMo 4S có ứng suất kéo giới hạn cho phép: [σK ]=850(Mpa)
Như vậy:σK < [σK ]
Vậy khi chịu ứng suất kéo ty đẩy thỏa mãn điều kiện bền.
Khi đòn bẩy chịu nén
Kiểm tra hệ số ổn định của ty đẩy:
Thay số liệu vào công thức ta được:
Plim = (π2.2.105.10306)/(0,5.194)2 = 2,2.105 (N)
=> n = (2,2.105)/189,36=1162 > [n] = 2
Như vậy: Ty đẩy đủ bền.
Khi giảm chấn làm việc ty đẩy sẽ chịu lực kéo ở hành trình trả và nén ở hành trình nén (hay uốn dọc) do đó ty đẩy được kiểm tra theo ứng suất kéo và uốn dọc.
Thay số liệu vào ta được:
σn = 4.189,36/(π.182 )=0,74 < [σn ]=210(N/mm2 )
Như vậy: Ty đẩy đủ bền.
CHƯƠNG 5
PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
5.1. Cơ sở lý thuyết hệ động lực học nhiều vật
5.1.1. Giới thiệu về hệ động lực học nhiều vật
Multibody Dynamics (MBD) hoặc Multibody System (MBS) là khóa học về hệ thống chuyển động cơ khí hoạt động bởi tác dụng của ngoại lực và chuyển động trên hệ thống. Thuật ngữ multi-body dùng để chỉ các hệ thống và cơ cấu được kết nối với nhau rấ phức tạp trong các ngành công nghiệp như sản xuất,vận tải logictic,hàng không hay hệ thống tự động hóa trong công nghiệp. MBS được đặc trung bởi chuyển vị hoặc các chuyển động của một hệ thống. Cơ cấu làm việc hay hệ thống dược kết nối với nhau bằng các khâu các chi tiết rang buộc động học với nhau,chúng chuyển động linh hoạt nhờ vào các nội lực và ngoại lực kích thích chuyển động được điều khiển từ hệ thống truyền đến các cơ cấu chấp hành
5.1.2. Những thành phần trong hệ động học nhiều vật
Hệ trục tọa độ tổng quát:
Các phần mềm MBD sử dụng một tập hợp tọa độ tổng quát để định vị từng vật thể trong không gian so với hệ tọa độ mặt đất. Vị trí p của một vật rắn có thể được xác định bởi ba thành phần Descartes x, y và z:
P= [x y z]T
Hướng của một vật thể được mô tả bằng các góc Euler tương ứng với chuỗi quay 3-1-3: ip,6 và (j) tương ứng. Ba góc này được lưu trữ trong một mảng ở dạng sau:
e= [j q f ]T
5.1.3. Chuyển động
Các chuyển động nói chung chỉ ra rằng về mặt toán học,các tọa độ dịch chuyển trong không gian hay một vật bất kể di chuyển trong không gian luôn phụ thuộc vào thời gian.
Định nghĩa của các phương trình ràng buộc động học vị trí, vận tốc và gia tốc, đối với các phương trình ràng buộc gây ra bởi khớp hoặc chuyển động như đã mô tả trước đó, các phương trình sau đây phải được thỏa mãn bất cứ lúc nào, t.
5.1.5. Phân tích động lực học
Một số đại lượng bổ sung được yêu cầu để mô tả chuyển động động của một hệ thống, như sẽ được thảo luận dưới đây.
Một số biến được định nghĩa là:
• M: Ma trận khối lượng
• K: Động năng
• l Î Rm : Một loạt các hệ số nhân Lagrange. Số lượng nhân Lagrange được cho bởi số lượng phương trình ràng buộc (ký hiệu là m) gây ra bởi các khớp nối một cơ thể với các cơ thể khác trong hệ thống.
5.1.7. Phân tích vật đàn hồi sử dụng MotionView
Các vật thể đàn hồi được tạo ra trong MotionView để thay thế cho các phần tử cứng tuyệt đối,các phương trình được phần mềm tạo ra sẽ chi phối sự chuyển động thay đổi do phương sai quán tính và tọa độ của chính hệ thống.Các điểm trên chi tiết hoặc cơ cấu nhờ vào các hệ tọa riêng có thể di chuyển tưởng đối trên nhau .Phương pháp được sử dụng trong MotionView được dùng để thích ứng với các hệ tọa độ riêng biệt.
a. Sự chồng chất phương thức
Công thức cơ thể linh hoạt trong MotionView phụ thuộc vào các biến dạng cơ thể tuyến tính nhỏ đối với khung tham chiếu cục bộ, trong khi toàn bộ cơ thể đang trải qua chuyển động toàn cầu lớn, phi tuyến tính. Các thành phần được phân biệt thành các phần tử hữu hạn, cho phép gán một số DOF hữu hạn cho cơ thể linh hoạt.
Điều này có thể được biểu diễn dưới dạng ma trận như sau:
u = ϕqm
Trong đó:
u : Biến dạng nút vật lý tuyến tính
ϕ : Ma trận phương thức, biến đổi tập hợp tọa độ phương thức nhỏ hơn thành tập hợp tọa độ vật lý lớn hơn
qm : Vector tọa độ phương thức
c. Chế độ trược chuẩn hóa khối lượng
Các chế độ Craig-Bampton không phải là một tập hợp các chế độ trực giao, vì ma trận khối lượng và độ cứng tổng quát không phải là đường chéo. Điều này có thể được giải quyết bằng cách giải bài toán giá trị riêng:
K ̂q=λM ̂q
Sử dụng các giải pháp vectơ riêng này, ma trận biến đổi, N, có thể được xác định, cho phép chuyển đổi từ cơ sở phương thức Craig-Bampton sang cơ sở trực giao với tọa độ phương thức q* :
Nq^*=q
d. Điểm lực và mô men tác dụng vào Flexible body
Các lực và mô-men xoắn có trong một hệ thống linh hoạt phải được chiếu lên một nút bên ngoài, tại một điểm đánh dấu bên ngoài và phải được chiếu trên tọa độ tổng quát của hệ thống. Điều quan trọng cần lưu ý là ma trận phương thức chỉ được xác định tại các nút giao diện, do đó, chúng chỉ có thể được áp dụng cho những ghi chú này trong mô hình MotionView. Nhận xét rằng Lực, F và Mô-men xoắn, T, áp dụng cho một điểm đánh dấu, F, có thể được biểu diễn như sau:
FL = [ fx fy fz ]T
TL = [ tx ty tz ]T
Các phương trình trên có thể được sử dụng để biểu diễn tổng lực Q:
Q = [ QT QR QM ]T
Trong đó:
QT : Lực tịnh tiến tổng quát
QR : Lực quay tổng quát
QM : Lực phương thức tổng quát
5.2. Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn và kết hợp
5.2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method -FEM) (PTHH) là một phương pháp rất tổng quát và hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp bài toán kỹ thuật khác nhau, nó là phương pháp số gần đúng để giải các bài toán được mô tả bới các phương trình vi phân đạo hàm trên miền xác định có hình dạng và điều kiện biên bất kỳ mà nghiệm chính xác không hoặc khó có thể tìm được bằng phương pháp giải tích thông thường.Phương pháp này là làm rời rạc hóa miền xác định của bài toán, bằng cách chia các đối tượng của bài toán ra nhiều phần nhỏ tưởng tự nhau. Các phần tử này được liên kết với nhau tại các điểm nút chung.
Hiện nay muốn giải quyết một bài toán FEM luôn phải trải qua 3 công đoạn: pre- processing, processing và post-processing. Pre-processing là quá trình tiền phân tích gồm các công việc như chia lưới, chuẩn bị mô hình ,thiết lập điều kiện biên cho mô hình,… Processing là quá trình mô phỏng ,tính toán và được đảm nhận bởi máy tính và bộ giải. Post-processing là quá trình phân tích và xử lí kết quả.
5.2.2. Phương pháp mô phỏng kết hợp (Co-simulation)
Mô phỏng kết hợp (Co-simulation) là thuật ngữ dùng để chỉ việc mô phỏng sử dụng từ 2 bộ giải trở lên. Mỗi bộ giải sẽ xử lí một bài toán riêng biệt sau đó các kết quả sẽ được kết hợp với nhau để đưa ra kết quả chính xác hơn .
5.3. Xây dựng mô hình mô phỏng
5.3.1. Xây dựng mô hình hệ động học nhiều vật cho xe bán tải
Mô hình hệ động học nhiều vật của xe bán tải được cấu thành từ các chi tiết trên xe bán tải và được mô hình hóa bằng phần mềm MotionView.
5.3.2. Xây dựng mô hình 3D tay đòn dưới của hệ thống treo trước
Mô hình tay đòn dưới được xây dựng bằng phần mềm thiết kế NX SIEMENS dựa trên các thông số đã tính toán ở chương 3.
5.3.3. Xây dựng mô hình phần từ hữu hạn cho tay đòn dưới treo trước
5.3.3.1 Giới thiệu phần mềm hypermesh
Altair Hypermesh là công cụ tiền xử lý phần tử hữu hạn cấp cao cung cấp một môi trường trực quan và thân thiện để phân tích thiết kế sản phẩm.
OptiStruct: Đây là một bộ giải mạnh mẽ của Altair chuyên được sử dụng để giải các bài toán liên quan đến kết cấu. Nền tảng chính của OptiStruct là Phương pháp phần tử hữu hạn và từ đó mở rộng thành nhiều giải thuật để giải quyết một loạt các bài toán khác nhau như : Linear static, Non-linear, Heat-transfer, …
5.3.3.2. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn
a. Kỹ thuật mid-surface
Thông thường ta vẫn có thể dùng các phần tử 3D để chia lưới mô hình. Tuy nhiên, vì tấm có độ dày nhỏ do đó biến dạng theo phương của độ dày là rất nhỏ. Vì lí do này, ta có thể quy mô hình dạng 2D với một mặt surface đại diện được gọi là mặt trung bình. Trong thực tế để tính toán cho những mô hình dạng tấm người ta sẽ quy đổi các tấm này về mặt trung bình và chia lưới bằng các phần tử 2D nhằm giảm thiểu thời gian tính và tiết kiệm tài nguyên máy tính.b. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn
Ngoài các phần tử 2D còn có các phần tử 1D phụ trợ : Phần tử RBE3: Đây là phần tử được định nghĩa là phần tử phân bố tải trọng.Phần từ tương tự như Rbe2 gồm 1 node chủ và 1 hoặc nhiều node phụ thuộc . Tuy nhiên phần tử Rbe3 sẽ phân phối lực hay tải trọng từ node chủ tới tất cả các node phụ thuộc.
5.3.4. Tạo mô hình flexible body
Mô hình flexible body được xây dựng từ mô hình FEM bằng phương pháp CMS (Component mode Synthesis). Đây là phương pháp chính được sử dụng để dựng mô hình flexible body trong Motion View.
Motion View cung cấp công cụ Flex Tool cho phép đơn giản hóa công việc tạo flexible body bằng cách nhập id của các interface node cùng dữ liệu mô hình FEM. Cụ thể trên mô hình tay đòn dưới, các interface node sẽ bao gồm điểm đặt khối lượng cùng các điểm bắt với HT treo và mâm xoay. Mô hình flexible body sau khi hoàn thành cùng vị trí các interface node được thể hiện như hình 5.13, 5.14.
5.4. Đánh giá khả năng động học của treo khí nén và kiểm bền tay đòn dưới treo sau
Dao động là yếu tố chính gây nên cảm giác khó chịu cho người ngồi trong xe , và để làm giảm thiểu cảm giác khó chịu đó thì hệ thống treo ô tô xuất hiện, mức độ êm dịu của xe cũng như thoải mái của người ngồi trong xe phụ thuộc vào từng loại hệ thống treo xe đó trang bị
Trong phần này em tiến hành khảo sát tác động từ các loại mấp mô mặt đường lên thân xe Nissan Navara khi xe đã được cải tiến từ hệ thống treo nguyên bản của xe là hệ thống treo đa điểm lên hệ thông treo khí nén.
Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường tới dao động được xác định bởi hình dạng,
kích thước hình học và đặc tính thay đổi của mấp mô.
Dựa vào hình dạng, kích thước hình học và đặc tính thay đổi của mấp mô mặt đường để chia biên dạng mặt đường thành các nhóm với các đặc trưng khác nhau. Tác giả Iasenkô (Liên Xô cũ) phân thành 3 nhóm chủ yếu sau:
- Nhóm 1: Mấp mô có dạng ngắn, tác dụng của chúng lên các bánh xe mang tính va đập (tác dụng xung).
- Nhóm 2: Mấp mô có dạng hàm điều hòa (thường là hàm sin).
- Nhóm 3: Mấp mô thay đổi liên tục với hình dạng bất kỳ.
Theo hình gồm 7 cấp độ từ A-H theo chiều cao nhấp nhố của mặt đường , trong đó:
- A: rất tốt.
- B: tốt
- C: trung bình
- D: hơi xấu
- E: khá xấu
- F: rất xấu
- G, H : có trên thực tế nhưng không phải đường của ô tô.
- 5.4.1. Khảo sát xe đi trên mặt đường mấp mô hình sin
5.4.2. Khảo sát xe đi trên mặt đường mấp mô ngẫu nhiên
Ta tiến hành khảo sát khi xe đi trên mặt đường mấp mô ngẫu nhiên loại D theo tiêu chuẩn ISO 8068: và chuyển động đều với vận tốc 22.5 km/h, chiều dài đường thử theo tiêu chuẩn ISO là 250m.
Bảng tổng hợp kết quả phân tích cho trường hợp mấp mô hình Sin, xe đi với vận tốc 20km/h như bảng 5.2.
Bảng tổng hợp kết quả phân tích cho trường hợp mấp mô xấu, xe đi với vận tốc 20 km/h như bảng 5.3.
CHƯƠNG 6
KĨ THUẬT KIỂM TRA BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG TREO TRÊN XE BÁN TẢI
6.1. Quy trình tháo lắp hệ thống treo
6.1.1. Quy trình tháo
Quy trình tháo hệ thống treo trên xe bán tải thể hiện như bảng 6.1.
6.1.2. Quy trình lắp
Quy trình lắp hệ thống treo trên xe bán tải ngược lại với quy trình tháo.
6.2. Chẩn đoán hư hỏng hệ thống treo
6.2.1. Hư hỏng ở bộ phận giảm chấn
Hư hỏng bộ phận giảm chấn như bảng 6.2.
6.2.2. Hư hỏng ở bộ phận dẫn hướng
Hư hỏng bộ phận dẫn hướng như bảng 6.3.
6.2.4. Một số hư hỏng khác
Các hư hỏng khác như bảng 6.5.
6.3. Kiểm tra hệ thống treo
6.3.1. Hệ thống treo hai đòn ngang
Kiểm tra mòn, hư hỏng, cong vênh, kém đàn hồi của các chi tiết như giảm chấn, lò xo trụ, càng trên, càng dưới,…
Cách kiểm tra các càng và rotuyn:
Kiểm tra rạn nứt, biến dạng của các càng. Nếu có hư hỏng cần phải tiến hành thay thế.
Với các chốt bắt càng, kiểm tra độ mòn các bạc, hư hỏng phần bắt ren, kém đàn hồi của các ụ cao su. Nếu có hư hỏng cần tiến hành sửa chữa hoặc thay thế.
6.3.2. Kiểm tra một số bộ phận cơ bản của hệ thống treo
a. Kiểm tra lò xo trụ
Kiểm tra bằng mắt thường những rạn nứt, hư hỏng của lò xo trụ.
Đo chiều cao tự do và độ vuông góc của lò xo trụ. So sánh giá trị đo với giá trị cho phép được đưa ra bởi nhà sản xuất. Nếu giá trị đo lớn hơn giá trị cho phép thì chi tiết này không thể tiếp tục sử dụng.
Cần tiến hành thay thế chi tiết khi có các hư hỏng hoặc không còn đạt tiêu chuẩn.
b. Kiểm tra giảm chấn
Quan sát bên ngoài giảm chấn xem có hiện tượng chảy dầu hay hư hỏng hay không. Nếu có cần tiến hành thay thế.
6.4. Nội dung sửa chữa một số bộ phận của hệ thống treo
6.4.1. Giảm chấn
Kết cấu cơ bản của giảm chấn như hình 6.1.
Quy trình tháo giản chấn trên xe bán tải thể hiện như bảng 6.6.
Quy trình tháo giảm chấn như bảng 6.6.
Có một cụm ổ bi đặt trong cụm giảm xóc. Thay thế cả cụm ổ bi, bất cứ hỏng chỗ nào.
Những chi tiết sau là có sẵn để thay thế và nếu bất kì chi tiết nào ngoài ra chúng có hỏng hóc, thì phải thay toàn bộ giảm xóc:
- Cụm giảm chấn
- Nắp bịt
- Vòng hãm “O”
b. Kiểm tra
Kiểm tra giảm chấn như bảng 6.7.
6.4.2. Đòn dưới và cam quay
a. Quy trình tháo
- Bước 1: Sử dụng cụ chuyên dùng đẻ tháo (ST-2401)khớp cầu nối cam quay và đòn dưới
- Bước 3: Sử dụng kìm mở phanh để tháo phanh hãm
- Bước 4: Sử dụng dụng cụ chuyên dùng tháo nắp khớp cầu (ST-1405A/B) , ấn mạnh khớp cầu tụt khỏi đòn dướix
b. Kiểm tra, sửa chữa:
- Kiểm tra bọc cao su bị vỡ mòn hỏng ,thay bạc cao su nếu hỏng
- Kiểm tra độ biến dạng và rạn nứt cuả cam quay.Thay nếu cam quay hỏng
- Kiểm tra đọ biến dạng và rạn nứt của đòn dưới.Thay nếu hỏng
c. Quy trình lắp:
Ngược lại với quy trình tháo
6.4.3. Thanh giằng và thanh ổn định
a. Quy trình tháo
- Bước 1: Tháo thanh ổn định và thanh giằng khỏi đòn dưới
- Bước 2: Tháo giá bắt thanh giằng khỏi khung xe
- Bước 3: Tháo thanh ổn định khỏi giá bắt thanh giằng
b. Kiểm tra sửa chữa
Kiểm tra độ cong của thanh giằng,giá trị chuẩn 3mm.Nếu cong có thể nắn lại nếu cong nhiều thì thay mới
Để thanh cân bằng lên sàn và kiểm tra độ biến dạng nếu biến dạng nhiều thì thay thế
Kiểm tra khoảng cách giữa 2 thanh giằng nếu không đúng thì điều chỉnh lại
6.6. Những hư hỏng và cách khắc phục hư hỏng trên ballon khí
Những hư hỏng và cách khắc phục hư hỏng trên ballon khí như bảng 6.9.
- Bước 1: Tắt nguồn
Điều đầu tiên khi thay thế, sữa chữa bất cứ thứ gì trên xe khách cần phải tắt hoặc tháo nguồn điện, tháo các dây nối cực âm, cực dương ra khỏi pin nhằm tránh việc chập nguồn hay các sự cố khác trong quá trình thay thế bầu hơi xe bán tải.
- Bước 4: Tháo các đường dẫn khí
Để có thể thay thế bầu hơi dễ dàng cần tháo toàn bộ các đường dẫn khí và làm sạch lại.
- Bước 5: Tháo đường dẫn bầu hơi xe
Đường dẫn khí vào bầu hơi được cố định bằng chốt quay hoặc bulông nên tùy theo loại bầu hơi và cấu tạo của xe mà thợ sữa chữa cần xem kỹ trước khi tháo. Cần tháo đường dẫn khí trước khi tháo bầu hơi tránh tình trạng bầu hơi bị nén lại khi tháo rời.
- Bước 9: Kiểm tra lại bầu hơi
Sau khi thay thế bầu hơi xe mới cần được kiểm tra trước khi hạ xe khỏi cầu/trụ nâng cần khởi động lại động cơ để kích hoạt máy nén khí, giúp làm bầu hơi giãn đều, tránh bị chụm. Đảm bảo nạp đủ khí trước khi bầu hỏi phải chịu tải trọng của xe đồng thời kiểm tra xem hệ thống dẫn khí có bị hở hay không. Sau khi máy nén khí ngừng chạy thì hạ xe xuống khỏi cầu/ trụ nâng để kiểm tra mức độ chịu tải trọng của bầu hơi xe.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Trọng Hoan, Thiết kế tính toán ô tô, NXB giáo dục Việt Nam, 2019.
[2]. SORLI, Massimo, and Giuseppe QUAGLIA. "ANALYSIS OF VEHICULAR AIR SUSPENSION." Proceedings of the JFPS International Symposium on Fluid Power 1999, no. 4 (1999): 389–94.
[3]. Wolf-Monheim, Friedrich, Mathias Schumacher, Michael Frantzen, Thomas Schrüllkamp, and Sebastian Loos. "Interlinked Air Suspension Systems." ATZautotechnology 9, no. 3 (May 2009): 58–61
[4]. Tamburrano, P., et al., “A Review of Electro-hydraulic Servo-valve Research and Development”, International Journal of Fluid Power, vol. 20, no. 1, 2019, pp. 53-98.
[5]. Chao, C. T., et al., “A GSA-based Adaptive Fuzzy PID-controller for an Active Suspension System”, Engineering Computations, vol. 33, no. 6, 2016
[6].."Airsuspension." Nature 341, no. 6241 (October 1989): 390. http://dx.doi.org/10.1038/341390a0.
[7]. [HAYASHI, MICHIO. "Isolating air spring suspension." NIPPON GOMU KYOKAISHI 64, no. 2 (1991): 83–90. http://dx.doi.org/10.2324/gomu.64.83.
[8]. Nguyễn Khắc Trai, Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải, Phạm Huy Hường, Nguyễn Văn Chưởng, Trịnh Minh Hoàng, Kết cấu ô tô, NXB Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội 2009.
[9]. Ninh Đức Tốn, Dung sai và lắp ghép, NXB giáo dục Việt Nam, 2000.
[10] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, NXB giáo dục, 2006.
[11]. Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy, NXB giáo dục, 2011.
[12]. Nguyễn Quang Anh, Nguyễn Văn Nhậm, Chu Đình Tụ, Sức bền vật liệu NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp, 1993
[13]. Lưu Văn Tuấn, Bài giảng lý thuyết Ô tô, Hà Nội - 2012.
[14]. Xe tham khảo:
https://nissannavara.vn/kich-thuoc-nissan-navara
https://www.nissanvietnam.vn/phien-ban-va-gia-15.html
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"