Đồ án tốt nghiệp
Lời nói đầu 4
Chương I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO 5
!
"#$%&'()!
"#*+,-./
0 (12&3+-%4
Chương II: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ
THỐNG TREO 9
52(12$67
2(12$67
5(#8(9-:;#*+2(12$67
<#-:;*+#%7
=(9-:;*+#%>
5?+@ABA$%&-.>
0 5?+@ABAC;"
D21$C0
Chương III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO TRƯỚC 14
0E6,-.6D
0F2-,+-%D
0E62@6*+26
00E6-%G*+6>
0DE6$H26
0E6$H+6!
0!E6B:;+6/
0E62C;"7
0F2-C*+C;"I7
0JC*+K7
D0I:;+-H#B$H*+C;"K4>
D0I:;+-H#B$H*+-(MB6+-NOK4
DDF2-B6();%PAB2*+C;"4
DDQR4
S-68OT#,#*+4!
U&#;4!
0=VOT#,#BW#&1$C+4!
D 55BA"#*+PA4/
X#OB+4/
2
Đồ án tốt nghiệp
F2--(M4/
E62&Y#O+PA4/
!F2-(9(A-%32#OT44
!=#OT44
!=#OT7
!0=#OT07
!D=#OTD7/
!=#OT>
!!=#OT!I:;+>D
104
Chương VI: CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC
PHỤC 105
!J(Z(M[>
!\%&-.>
!\%&C;">!
!I:;+8-H#]>/
Kết luận 108
Tài liệu tham khảo 109
3
Sự phát triển của xã hội loài người gắn liền với sự phát triển của các
loại phương tiện giao thông vận tải. Con người đã sử dụng sức kéo của động
vật trong các loại xe kéo, và đến khi ô tô được phat minh ra thì bánh xe cũng
chỉ được liên kết cứng với thân xe và bánh xe không thể đàn hồi được. Điều
này đã gây khó khăn lớn cho phương tiện khi hoạt động, đó là sự hạn chế về
tốc độ di chuyển; cũng như gây nguy hiểm do xuất hiện dao động mạnh của
hàng hóa và người trên xe. Do đó vấn đề dao động rất được quan tâm và là
vấn đề quan trọng trên các phương tiện vận tải nói chung và đặc biệt trên ô tô.
Năm 1888, J.B Dunlop phát minh ra lốp cao su có chứa khí nén bên
trong giúp tốc độ ô tô vượt qua 40 km/h. Hơn thế, ô tô còn được bố trí hệ
thống liên kết giữa bánh xe và thân xe, hệ thống này được gọi là hệ thống
treo. Trong hệ thống treo bánh xe được liên kết mềm với thân xe và lốp cao
su có chứa khí nén, giúp cho thân xe không bị va đập mạnh bởi các mấp mô
của mặt đường, đảm bảo thân xe chuyển động êm dịu bảo vệ tốt hàng hóa và
người, hạn chế tải trọng phá hỏng nền.
1.2. Công dụng và phân loại hệ thống treo
1.2.1. Công dụng
Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ô tô với bánh xe, có tác
dụng làm êm dịu cho quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh
xe.
Xe chuyển động có êm dịu hay không phụ thuộc chủ yếu vào chất
lượng của hệ thống treo.
Để đảm bảo công dụng như đã nêu ở trên hệ thống treo thường có 3 bộ
phận chủ yếu:
- Bộ phận hướng.
- Bộ phận đàn hồi.
- Bộ phận giảm chấn.
Bộ phận đàn hồi: nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe, tiếp nhận lực
thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ tới bánh xe và ngược lại. Bộ phận đàn hồi
5
Hệ thống treo độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên phải và bánh
xe bên trái không có liên kết cứng. Do đó sự dịch chuyển của một bánh xe
không gây nên sự dịch chuyển của bánh xe kia. Tùy theo mặt phẳng dịch
chuyển của bánh xe mà người ta phân ra hệ thống treo độc lập có sự dịch
chuyển bánh xe trong mặt phẳng ngang, trong mặt phẳng dọc và đồng thời
trong cả hai mặt phẳng dọc và ngang.Hệ thống treo độc lập chỉ sử dụng ở
những xe có kết cấu rời, có độ êm dịu của cả xe cao, tuy nhiên kết cấu của bộ
phận hướng phức tạp, giá thành đắt.
a) Treo phụ thuộc b) Treo độc lập
1.Thùng xe 2. Bộ phận đàn hồi 3. Bộ phận giảm chấn 4. Dầm cầu
5. Các đòn liên kết của hệ treo
Sơ đồ hệ thống treo.
1.2.2.2. Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo của phần tử đàn hồi
Phần tử đàn hồi là kim loại: nhíp lá, lò xo
Phần tử đàn hồi là khí nén gồm: phần tử đàn hồi khí nén có bình chứa
là cao su kết hợp sợi vải bọc làm cốt; dạng màng phân chia và dạng liên hợp.
Phần tử đàn hồi là thủy khí có loại kháng áp và không kháng áp.
7
Đồ án tốt nghiệp
Phần tử đàn hồi là cao su có loại làm việc ở chế độ nén và làm việc ở
chế độ xoắn.
1.2.2.3. Phân loại hệ thống treo theo phương pháp dập tắt dao động
Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn thủy lực gồm giảm chấn dạng đòn
và dạng ống.
Dập tắt dao động nhờ ma sát cơ học ở trong phần tử đàn hồi và trong
phần tử hướng.
8
Đồ án tốt nghiệp
Chương II: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
lên, điều này không có lợi cho sự ổn định chuyển động của ôtô.
Về mặt động học, hệ treo phụ thuộc còn gây ra một bất lợi khác là khi
một bên bánh xe dao động thì bánh bên kia cũng dao động theo, chuyển dịch
của bánh bên này phụ thuộc bánh bên kia và ngược lại. Điều đó gây mất ổn
định khi xe quay vòng.
2.2. Phân tích lựa chọn thiết kế bộ phận đàn hồi
Bộ phận đần hồi kim loại: Bộ phận đần hồi kim loại thường có 3 dạng
chính để lựa chọn: nhíp lá, lò xo xoắn và thanh xoắn.
• Nhíp lá thường được dùng trên hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo
thăng bằng. Khi chọn bộ phận đàn hồi là nhíp lá, nếu kết cấu và lắp
ghép hợp lý thì bản thân bộ phận đàn hồi có thể làm luôn nhiệm vụ của
bộ phận hướng. Điều này làm cho kết cấu của hệ thống treo trở nên đơn
10
Đồ án tốt nghiệp
giản, lắp ghép dễ dàng. Vì thế nhíp lá được sử dụng rộng rãi trên nhiều
loại xe kể cả xe du lịch. Nhíp lá ngoài nhược điểm chung của bộ phận
đần hồi kim loại còn có nhược điểm là khối lượng lớn.
• Lò xo xoắn thường được sử dụng trên nhiều hệ thống treo độc lập. Lò
xo xoắn chỉ chịu được lực thẳng đứng do đó hệ thống treo có bộ phận
đàn hồi là lò xo xoắn phải có bộ phận hướng riêng biệt. So với nhíp lá,
lò xo xoắn có trọng lượng nhỏ hơn.
• Bộ phận đàn hồi là thanh xoắn cũng được sủ dụng trên một số hệ thống
treo độc lập của ôtô. So với nhíp lá, lò xo xoắn có thế năng đàn hồi lớn
hơn, trọng lượng nhỏ và lắp đặt dễ dàng.
Bộ phận đàn hồi kim loại có ưu điểm là kết cấu đơn giản, giá thành hạ.
Nhược điểm của loại này là độ cứng không đổi (C=const). Độ êm dịu của xe
chỉ được đảm bảo một vùng tải trọng nhất định, không thích hợp với những
xe có tải trọng thường xuyên thay đổi. Mặc dù vậy bộ phận đàn hồi kim loại
được sử dụng phổ biến chủ yếu trên các loại xe hiện nay.
Bộ phận đàn hồi bằng khí: Loại này có ưu điểm là độ cứng của phần
dài bằng nhau mục đích để cường hóa .Để tăng tuổi thọ của nhíp và các lá
nhíp chính không bị xoắn đầu ta đặt vào trong các gối ụ cao su. Và ta chọn
phương án thiết kế (I) và phương án thiết kế (II) cho cầu trước và cầu sau.
2.3. Phân tích lựa chọn thiết kế giảm chấn
Giảm chấn sử dụng trên ôtô dựa theo nguyên tắc bằng cách tạo ra sức
cản nhớt và sức cản quán tính của chất lỏng công tác khi đi qua lỗ tiết lưu nhỏ
để hấp thụ năng lượng dao động do phần tử đàn hồi gây ra. Về mặt tác dụng
có thể có loại giảm chấn 1 chiều hoặc 2 chiều. Loại tác dụng 2 chiều có loại
tác dụng đối xứng hoặc không đối xứng. Đối với giảm chấn tác dụng đơn thì
có nghĩa trong 2 hành trình (nén và trả) thì chỉ có một hành trình giảm chấn
có tác dụng (thường là ở hành trình trả). Còn đối với giảm chấn 2 chiều, do
cấu tạo của pittông giảm chấn loại này bao gồm hai lỗ với hai nắp van (dạng
12
Đồ án tốt nghiệp
van một chiều) với kích thước lỗ khác nhau. Lỗ nhỏ có tác dụng ở hành trình
trả còn lỗ lớn có tác dụng ở hành trình nén. Như vậy lực cản của giảm chấn ở
hành trình trả sẽ lớn hơn ở hành trình nén, phù hợp với yêu cầu làm việc của
hệ thống treo. Do đó ta chọn thiết kế giảm chấn trên xe là loại thủy lực 2
chiều.
2.4. Các thông số cơ bản
Các thông số kỹ thuật của xe Hino seri 500 FC
Chiều dài cơ sở 4350mm
Chiều dài tổng thể 7490mm
Chiều cao tổng thể 2175mm
Chiều rộng tổng thể 2470mm
Trọng lượng đầy tải 104000 N
Trọng lượng xe 29400N
Phân bố trọng lượng xe toàn phần (đủ tải)
lên cầu trước
lên cầu sau
):
3600.10 1250
17375( )
2
dt
G N
−
= =
Hệ thống treo thiết kế ra phải đảm bảo cho xe đạt độ êm dịu theo các chỉ
tiêu đã đề ra. Hện nay có rất nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động
như tần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động
Trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp, em chỉ lựa chọn một chỉ tiêu,
đó là chỉ tiêu tần số dao động. Chỉ tiêu này được lựa chọn như sau:
Tần số dao động của xe: n=60÷120(lần/phút). Với số lần như vậy thì người
khoẻ mạnh có thể chịu được đồng thời hệ treo đủ cứng vững.
Ta có:
30
t
n
f
=
f
t
: độ võng tĩnh của hệ thống treo (m)
14
Đồ án tốt nghiệp
Nếu n<60 (lần/phút) thì càng tốt đối với sức khoẻ con người nhưng độ
võng tĩnh của hệ thống treo rất lớn nên khi kiểm nghiệm thì lại không đủ cứng
vững.
Nếu n>120 (lần/phút) không phù hợp với hệ thần kinh của con người
G
C N cm
f
= = =
⇒
1241( / )
t
C N cm=
Độ võng động f
đ
của hệ thống treo phụ thuộc vào đường đặc tính của hệ
thống treo và độ võng tĩnh f
t
.
Giá trị độ võng động f
đ
chính xác bằng bao nhiêu hiện nay chưa định
được nhưng khi thiết kế thường lấy:
f
đ
= (0,6
÷
1,0)f
t
=(0,6
÷
1,0).12= 7,2
÷
12 (cm)
Chọn f
o
. Khi
tải trọng đầy góc ỏ có thể đạt trị số 40÷50
o
. Để đơn giản tính toán chúng ta sẽ
không tính đến ảnh hưởng của lực X.
Phản lực từ mặt đường tác dụng lên một bánh xe phía trước:
Z
bx
=G
đt
+G
ot
=17375+1250=18625(N)
Chọn chiều dài lá nhíp chính:
Đối với nhíp trước của xe tải:
16
Đồ án tốt nghiệp
L=(0,22÷0,35)L
x
L
x
: chiều dài cơ sở của xe: 435 (cm).
L=(0,22÷0,35).435=95,7÷ 162(cm)
Chọn chiều dài lá nhíp chính L = 145 (cm)
Xác định số lá nhíp và chiều dày lá nhíp theo điều kiện sau:
Độ êm dịu của ôtô phụ thuộc nhiều vào độ võng tĩnh và độ võng động
của nhíp. Khi xác định các đại lượng này để thiết kế hệ thống treo với việc kể
đến tần số dao động cần thiết của nhíp và bắt chúng vào cầu, người ta chuyển
sang xác định kích thước chung của nhíp và các lá nhíp. Độ bền và chu kỳ
Chọn số lá nhíp là 9, ta chia số nhíp làm 2 nhóm:
Nhóm một có 2 lá: h=9(mm); b=80(mm)
Nhóm hai có 6 lá: h=10(mm); b=80(cm)
Xác định chiều dài các lá nhíp:
Hệ phương trình dùng để xác định chiều dài nhíp có dạng:
3
3
2 1 2 2
1 2 1 2 3
3
3 3 3
2 4
2 3 2 3 4
n n 1 n
n 1 n n 1
l
j l j l
0,5 (3 1) (1 ) 0,5( ) (3 1) 0
j l j l l
j j l
l l
0,5 (3 1) (1 ) 0,5( ) (3 1) 0
j l j l l
j l j
0,5 (3 1) (1 ) 0
j l j
−
− −
− − + + − =
j = bh
3
/12 = 8.0,9
3
/12 = 0,49(cm
4
)
18
Đồ án tốt nghiệp
Biết l
1
= l
2
= 65 cm.
Do l
1
=l
2
nên ta tính từ l
2
.
Ta có hệ phương trình:
Giải hệ phương trình:
Ta dùng phương pháp thế để giải hệ trên.
Cụ thể từ phương trình cuối ta có:
8
9 8
9
0,5.1(3 1) (1 1) 0 0,6
j l j l
0,5 (3 1) (1 ) 0,5( ) (3 1) 0
j l j l l
j l j l
l
0,5 (3 1) (1 ) 0,5( ) (3 1) 0
j l j l l
l l
j l j
0,5 (3 1) (1 ) 0,5( ) (3 1) 0
j l j l l
j l j l l
0,5 (3 1) (1 ) 0,5( ) (3 1) 0
j l j l l
j l
0,5 (3
j l
− − + + − =
− − + + − =
− − + + − =
− − + + − =
3
6 8 7
7 5 7 8
3
7 7 7 9 8
6 8 6 8 7
8 8 8
7 9 7
j l l
− − + =
Đồ án tốt nghiệp
23
34
45
56
67
845,0
874,0
854,0
828,0
789,0
ll
ll
ll
ll
ll
=
=
=
=
=
Mà
2
l
= 650 mm
145
0
1450 1250 1110 970 830 690 540 380
3.1.3. Tính độ cứng của nhíp
Khi lắp nhíp lên xe, người ta dùng các quang nhíp bắt chặt phần giữa
nhíp với dầm cầu. Với kết cấu này ta có thể coi như nhíp bị ngàm cứng ở
giữa. Do vậy khi tính toán chỉ tính cho một nửa nhíp với giả thiết nửa nhíp bị
ngàm chặt một đầu.
Theo phương pháp thế năng biến dạng đàn hồi độ cứng của nhíp được
tính theo công thức sau:
∑
=
++
−
=
n
k
kkk
YYa
E
C
1
1
3
1
)(
6
α
Trong đó:
12
3
k
k
bh
J =
;
20
Đồ án tốt nghiệp
Z
L
t
l ' l
l
3
l
2
l
1
P
a
2
a
3
l
n
l
n - 1
a
n + 1
3
1
++
−
kkk
YYa
1 650 100 80 2x9 9720 9720 102.881
41.855 41.855
2 550 170 80 10 6666.667 16386.67 61.025
17.648 86.702
3 480 240 80 10 6666.667 23053.33 43.378
9.73 134.512
4 410 310 80 10 6666.667 29720 33.647
6.165 183.655
5 340 380 80 10 6666.667 36386.67 27.483
4.256 233.513
6 270 455 80 10 6666.667 43053.33 23.227
3.114 293.363
7 195 535 80 10 6666.667 49720 20.113
2.378 364.135
21
Đồ án tốt nghiệp
8 115 650 80 10 6666.667 56386.67 17.735
17.735 4870.389
∑
=
++
−
12
1
=
++
α
Độ võng tĩnh f:
)(715,100
516,172
17375
mm
C
G
f
t
t
===
Nhận thấy các giá trị độ cứng C và độ võng tĩnh f thỏa mãn điều kiện đánh giá
độ êm dịu.
3.1.4. Tính bền các nhíp
Khi tính toán chỉ tính cho 1/2 lá nhíp nên có các giả thiết:
Coi nhíp là loại 1/4 elíp với 1 đầu được gắn chặt, một đầu chịu lực
- Bán kính cong của các lá nhíp bằng nhau, các lá nhíp chỉ tiếp xúc
với nhau ở các đầu mút và lực chỉ truyền qua các đầu mút.
- Biến dạng ở vị trí tiếp xúc giữa 2 lá nhíp cạnh nhau thì bằng nhau.
l
1
l
2
l
k
l
n-1
n
.
Hệ phương trình đó như sau :
2 2 2 2 3
3 2 3 3 3 4
1
0
0
0
n n n n
A Z B X C X
A X B X C X
A X B X
−
+ + =
+ + =
+ =
Trong đó:
+−=
−
1
2
1
k
k
k
J
J
B
;
−
k
k
bh
J =
với b là chiều
rộng lá nhíp, h
k
là chiều dày lá nhíp thứ k.
Giải phương trình trên bằng phương pháp thế lần lượt từ dưới lên trên
ta có bảng giá trị
23
k
l
k
(mm)
J
k
(mm
4
)
A
k
B
k
C
k
X
k
(N)
1 650 9720 8687.5
l
k+1
Mô men tại điểm A:
M
A
= X
k
(l
k
– l
k+1
)
Mô men tại điểm B:
M
B
= X
k
l
k
- X
k+1
l
k+1
Mô men chống uốn:
Mô men chống uốn tại tiết diện tính toán:
Đối với 2 lá nhíp cái:
3
2
2
1
W
k
Ϭ
A
Ϭ
B
1 650 80 2x9 8687.5 868750 835347.3 2160 402.2 386.73
2 550 80 10 8748.232 612376.2 629377 1333.3 459.28 472.03
3 480 80 10 8712.814 609897 594456.6 1333.3 457.42 445.84
4 410 80 10 8750.473 612533.1 644093.1 1333.3 459.4 483.07
5 340 80 10 8657.65 606035.5 574039.6 1333.3 454.53 430.53
24
6
2
k
uk
bh
W
=
Đồ án tốt nghiệp
6 270 80 10 8776.153 658211.5 663828.1 1333.3 493.66 497.87
7 195 80 10 8747.35 699788 677919.6 1333.3 524.84 508.44
8 115 80 10 8937.51 1027814 1333.3 770.86
Với lá nhíp thứ 9 có
[ ]
C
δ > σ
do đó để đảm bảo bền cho lá cuối cùng ta phải
tăng tiết diện của lá nhíp cuối cùng. Tăng bề dày của lá thứ 9: h =12 (mm).
Khi đó mô men chống uốn của lá thứ 9 là:
= 600 (N/mm
2
), do đó các lá nhíp đủ bền.
25
Copyright: Tài liệu đại học ©