Tài liệu Xây dựng một số phần mềm chuyên dụng sử dụng trong thiết kế tính toán ô tô

ời nói đầu Ngành ôtô máy kéo đã ra đời từ lâu và hiện đang giữ một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Tr−ớc đây, ở Việt Nam, ngành ôtô máy kéo chủ yếu mang tính chất sử dụng và sửa chữa. Trong thập kỷ cuối của thế kỷ XX, hơn 10 liên doanh hoạt động lắp ráp ôtô tại Việt Nam đã đ−ợc thành lập và vấn đề tăng tỷ lệ nội địa hoá trong sản xuất là mục tiêu quan trọng của ngành ôtô Việt Nam trong giai đoạn tới. Để nhanh chóng đạt đ−ợc điều này, một mặt chúng ta cần xây dựng những ch−ơng trình tính toán thiết kế của riêng mình, mặt khác phải nghiên cứu sâu hơn để hiểu rõ các quá trình xảy ra bên trong các hệ thống cũng nh− để can thiệp sâu hơn vào các quá trình đó nhằm thu đ−ợc những kết quả tối −u. Bên cạnh việc thiết kế, cải tiến, chúng ta đang nhập về sử dụng khá nhiều xe của n−ớc ngoài. Vấn đề quan trọng ở đây là phải đánh giá đ−ợc tính năng hoạt động của các hệ thống để kiểm định chất l−ợng các loại xe này. Ngoài việc sử dụng các phép đo bằng thực nghiệm nh− hiện có, xu h−ớng tính toán và mô phỏng trên máy tính đem lại kết quả nhanh chóng và khá chính xác. Hiện nay công việc thiết kế và kiểm nghiệm các hệ thống trên ôtô đang rất đ−ợc các nhà khoa học và các nhà chế tạo quan tâm. Trong công tác kiểm định ngoài việc đo trên các băng thử tại các trạm đăng kiểm, ngày nay xu thế còn có thể đánh giá bằng các số liệu tính toán. Tr−ớc kia, các quá trình tính toán kiểm nghiệm và thiết kế còn hạn chế vì các công thức cồng kềnh, phức tạp và thời gian tính toán dài. Ngày nay các công việc tính toán đã đ−ợc sự trợ giúp của máy tính đã phát triển hơn rất nhiều, giải quyết đ−ợc vấn đề thời gian và sức lao động. Trên ôtô hiện đại có rất nhiều hệ thống, mỗi hệ thống lại có kết cấu rất đa dạng và phức tạp nên việc tính toán cũng gặp nhiều khó khăn. Từ tr−ớc đến nay ch−a có một ch−ơng trình tính toán tổng quát nào để ứng dụng cho những ng−ời sử dụng một cách nhanh chóng và có hệ thống mà lại đảm bảo tính hiệu quả, nghĩa là rút ngắn đ−ợc thời gian và khối l−ợng tính toán. Chúng tôi đã tiến hành hệ thống hoá kết cấu các hệ thống hiện đang sử dụng rộng rãi trên ôtô cùng với phần tính toán thiết kế, cải tiến và kiểm nghiệm của chúng. Ch−ơng trình tổng hợp các công thức tính toán hiện đ−ợc sử dụng lâu nay, hệ thống hoá và xây dựng phần tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ đọc, dễ hiểu để có thể sử dụng một cách dễ dàng và tiện lợi. Ch−ơng trình của chúng tôi cũng xây dựng với h−ớng mở, nghĩa là tuy ch−a tính - 4 - toán triệt để một số cụm phức tạp, một số kết cấu mới, nh−ng chúng ta có thể dễ dàng và nhanh chóng mở rộng để kết nối với ch−ơng trình cho hoàn thiện hơn. Ch−ơng trình đã tổng hợp và xây dựng các phần ch−ơng trình tính toán thiết kế, kiểm nghiệm một số hệ thống trên ôtô có giao diện bằng tiếng Việt ứng dụng trên nền phần mềm Matlab: - Xây dựng thuật toán và ch−ơng trình tính toán động lực học ôtô. - Xây dựng thuật toán và ch−ơng trình tính toán hệ thống phanh (phanh dầu, dẫn động cơ khí, cơ khí có trợ lực loại chân không kết hợp thuỷ lực). - Xây dựng thuật toán và ch−ơng trình tính toán hệ thống treo (treo phụ thuộc với bộ phận đàn hồi loại nhíp và giảm chấn thuỷ lực). - Xây dựng thuật toán và ch−ơng trình tính toán hệ thống lái (cơ cấu lái loại trục vít - êcu bi, dẫn động lái cơ khí có trợ lực). - Xây dựng thuật toán và ch−ơng trình tính toán hệ thống ly hợp (cơ cấu ly hợp loại ma sát khô 1 đĩa, 2 đĩa, dẫn động cơ khí có trợ lực). - Xây dựng thuật toán và ch−ơng trình tính toán khung ôtô. Các phần mềm xây dựng đ−ợc đã đ−ợc công bố trên một số hội nghị chuyên ngành và đ−ợc ứng dụng trong quá trình đào tạo các công nghệ mới cho các kỹ s− và kỹ thuật viên tại Công ty ôtô Sài Gòn (7/2004). Những phần mềm chuyên dụng có thể dùng làm cơ sở để tính toán thiết kế và nghiên cứu sâu những quá trình phức tạp của các hệ thống trên ôtô, cũng nh− làm tài liệu cho các cán bộ chuyên ngành. Những nội dung cần tiếp tục là mở rộng hoàn thiện các quá trình thiết kế các cụm, hệ thống phức tạp hơn, tiến hành thử nghiệm và chế tạo các cụm trên ôtô cũng nh− thử nghiệm tổng thể ôtô để hiệu chỉnh cho hoàn thiện hơn.- Hội nghị KH quốc tế về Công nghệ ôtô cho Việt Nam (ICAT' 2002) tháng 10/2002. Trung tâm phát triển Công nghệ Ô tô Dự án KC.05.DA.13 - 5 - Mục lục Trang Lời nói đầu ......................................................................................................................3 Mục lục ............................................................................................................................5 Ch−ơng I. Tính toán động lực học ôtô ............................................................9 I. Đặt vấn đề.....................................................................................................................9 1.1. Tổng quát ..................................................................................................................9 1.2. Nhiệm vụ ..................................................................................................................9 II. Các b−ớc tính toán ..................................................................................................9 2.1. Xây dựng đ−ờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ ................................................9 2.2. Xây dựng các chỉ tiêu động lực học của ôtô...........................................................10 2.2.1. Xác định chỉ tiêu về công suất ........................................................................10 2.2.2. Xác định về chỉ tiêu lực kéo ............................................................................11 2.2.3. Xác định chỉ tiêu về nhân tố động lực học ......................................................11 2.2.4. Xác định khả năng tăng tốc cuả ôtô ................................................................11 III. Sơ đồ thuật toán ...................................................................................................13 IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt.......................................16 V. Kết luận .....................................................................................................................21 Ch−ơng II. Tính toán hệ thống phanh .............................................................22 I. Đặt vấn đề...................................................................................................................22 1.1. Tổng quát ................................................................................................................22 1.2. Phân loại hệ thống phanh........................................................................................22 1.3. Nhiệm vụ ................................................................................................................25 II. Các b−ớc tính toán ................................................................................................26 2.1. Bài toán thiết kế ......................................................................................................26 2.1.1. Tính mô men phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh...............................26 2.1.2. Tính toán cơ cấu phanh ...................................................................................27 2.1.3. Tính toán dẫn động phanh...............................................................................29 2.1.4. Tính bền...........................................................................................................31 2.2. Bài toán kiểm nghiệm.............................................................................................32 2.2.1. Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh.................................................................32 2.2.2. Tính mô men phanh tác dụng lên các cơ cấu phanh .......................................34 2.2.3. Tính lực phanh tổng cộng tác dụng lên các cơ cấu phanh...............................35 - 6 - 2.2.4. Kiểm tra các điều kiện làm việc của hệ thống ................................................35 2.2.5. Tính bền một số chi tiết quan trọng của hệ thống...........................................36 2.2.6. Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ...............................................37 III. Sơ đồ thuật toán ...................................................................................................39 3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế hệ thống phanh.................................................39 3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh .......................................43 IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt.......................................47 V. Kết luận .....................................................................................................................59 Ch−ơng III. Tính toán hệ thống treo ..............................................................60 I. Đặt vấn đề...................................................................................................................60 1.1. Tổng quát ................................................................................................................60 1.2. Phân loại hệ thống treo ...........................................................................................60 1.3. Nhiệm vụ ................................................................................................................62 II. Các b−ớc tính toán ................................................................................................63 2.1. Bài toán thiết kế ......................................................................................................63 2.1.1. Tính các thông số dao động của bánh xe ........................................................63 2.1.2. Tính toán bộ phận đàn hồi...............................................................................65 2.1.3. Tính toán bộ phận giảm chấn ..........................................................................69 2.2. Bài toán kiểm nghiệm.............................................................................................72 2.2.1. Tính chính xác độ cứng và độ võng của khối nhíp..........................................72 2.2.2. Tính bền nhíp .................................................................................................73 2.2.3. Kiểm tra lại độ êm dịu của hệ thống treo........................................................73 2.2.4. Tính bền và tính nhiệt giảm chấn ...................................................................73 III. Sơ đồ thuật toán ...................................................................................................74 3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế bộ phận đàn hồi hệ thống treo .........................74 3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm bộ phận đàn hồi hệ thống treo ................77 3.3. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm bộ phận giảm chấn hệ thống treo............80 IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt.......................................82 V. Kết luận .....................................................................................................................94 Ch−ơng IV. Tính toán hệ thống lái ..................................................................95 I. Đặt vấn đề...................................................................................................................95 1.1. Tổng quát ................................................................................................................95 1.2. Phân loại hệ thống lái .............................................................................................95 1.3. Nhiệm vụ ................................................................................................................97 - 7 - II. Các b−ớc tính toán ................................................................................................98 2.1. Bài toán thiết kế ......................................................................................................98 2.1.1. Tính toán động học dẫn động lái ....................................................................98 2.1.2. Xác định mômen cản quay vòng.....................................................................99 2.1.3. Chọn tỉ số truyền ............................................................................................99 2.1.4. Tính toán cơ cấu lái ......................................................................................100 2.1.5. Tính toán dẫn động lái ..................................................................................102 2.2. Bài toán kiểm nghiệm...........................................................................................104 2.2.1. Kiểm tra động học dẫn động lái ...................................................................104 2.2.2. Xác định mômen cản quay vòng...................................................................104 2.2.3. Tính toán tỉ số truyền ...................................................................................104 2.2.4. Tính bền các chi tiết trong hệ thống..............................................................105 III. Sơ đồ thuật toán.................................................................................................108 3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế hệ thống lái ....................................................108 3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái ...........................................112 IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt.....................................116 V. Kết luận ...................................................................................................................127 Ch−ơng V. Tính toán hệ thống ly hợp ..........................................................128 I. Đặt vấn đề.................................................................................................................128 1.1. Tổng quát ..............................................................................................................128 1.2. Phân loại hệ thống ly hợp .....................................................................................128 1.3. Nhiệm vụ ..............................................................................................................131 II. Các b−ớc tính toán ..............................................................................................132 2.1. Bài toán thiết kế ....................................................................................................132 2.1.1. Xác định mômen ma sát của ly hợp ..............................................................132 2.1.2. Xác định kích th−ớc cơ bản của ly hợp .........................................................132 2.1.3. Tính công tr−ợt và công tr−ợt riêng...............................................................133 2.1.4. Tính toán hệ thống dẫn động ly hợp .............................................................134 2.1.5. Tính bền một số chi tiết điển hình.................................................................135 2.2. Bài toán kiểm nghiệm...........................................................................................139 2.2.1. Xác định lực ép lên đĩa ma sát ......................................................................139 2.2.2. Xác định mômen ma sát của ly hợp ..............................................................140 2.2.3. Xác định hệ số dự trữ của ly hợp...................................................................140 2.2.4. Kiểm tra công tr−ợt và kiểm tra công tr−ợt riêng..........................................140 - 8 - 2.2.5. Kiểm tra hành trình bàn đạp và lực bàn đạp..................................................140 2.2.6. Tính bền một số chi tiết của hệ thống ...........................................................141 III. Sơ đồ thuật toán .................................................................................................142 3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế ly hợp .............................................................142 3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm ly hợp ....................................................145 IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt.....................................148 V. Kết luận ...................................................................................................................158 Ch−ơng VI. Tính toán khung ôtô .....................................................................159 I. Đặt vấn đề.................................................................................................................159 1.1. Tổng quát ..............................................................................................................159 1.2. Mục đích ...............................................................................................................159 1.3. Giả thiết tính toán .................................................................................................159 II. Các b−ớc tính toán ..............................................................................................160 2.1. Xác định các tải trọng đặt lên khung....................................................................160 2.2. Tính các phản lực tại vị trí lắp đặt hệ thống treo ..................................................160 2.3. Vẽ biểu đồ nội lực tác dụng lên khung, xác định vị trí nguy hiểm chịu lực tổng hợp lớn ..................................................161 2.4. Kiểm tra bền uốn khung tại tiết diện nguy hiểm ..................................................161 2.5. Kiểm tra bền xoắn khung .....................................................................................162 III. Sơ đồ thuật toán .................................................................................................164 IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt.....................................166 V. Kết luận ...................................................................................................................170 Kết luận ......................................................................................................................171 Tài liệu tham khảo ................................................................................................172 - 9 - Ch−ơng I. Tính toán động lực học ôtô I. Đặt vấn đề 1.1. Tổng quát Động cơ đ−ợc coi là nguồn động lực chính để xe có thể chuyển động trên đ−ờng. Bởi vậy để có thể khảo sát một chiếc ôtô nào, nhiệm vụ đầu tiên là phải khảo sát khả năng động lực học của chiếc xe đó. Một chiếc ôtô có tải trọng xác định, để có thể chạy ổn định trên một loại đ−ờng xá nhất định thì tr−ớc hết phải có đủ công suất và mômen kéo do động cơ phát ra. Ngoài ra, việc đánh giá khả năng động lực khác của ôtô nh− thời gian, quãng đ−ờng tăng tốc, v.v... là một trong những công việc hết sức cần thiết. Quá trình tính toán động lực học ôtô là một công tác đầu tiên để đánh giá chiếc xe đó. Bởi vậy trong ch−ơng này chúng tôi xin trình bày một cách tổng hợp cách thức xây dựng các lý thuyết và ch−ơng trình ứng dụng để tính toán động lực học ôtô. 1.2. Nhiệm vụ Quá trình tính toán động lực học của ôtô nhằm thoả mãn các nhiệm vụ sau: - Xây dựng đ−ờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ. Công việc này nhằm đánh giá đ−ợc công suất và mômen xoắn của động cơ có đảm bảo đ−ợc cho ôtô chuyển động đ−ợc trong các điều kiện định tr−ớc hay không. - Tính toán các chỉ tiêu động lực học. Đây là quá trình đánh giá các chỉ tiêu động lực của động cơ lắp đặt trên ôtô trong điều kiện chuyển động cho tr−ớc, từ đó có thể đánh giá đ−ợc chất l−ợng động lực học của ôtô. II. Các b−ớc tính toán: Qui trình tính toán động lực học ôtô gồm các b−ớc sau: - Xây dựng đ−ờng tốc độ ngoài của động cơ - Tính toán các chỉ tiêu động lực học của ôtô: + Tính toán chỉ tiêu về công suất + Tính toán chỉ tiêu về lực kéo + Tính toán chỉ tiêu về nhân tố động lực học khi đầy tải và tải thay đổi + Tính toán khả năng tăng tốc của ôtô: gia tốc, thời gian tăng tốc, quãng đ−ờng tăng tốc. 2.1. Xây dựng đ−ờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ Các số liệu cho tr−ớc là thông số xe, thông số động cơ, vận tốc cực đại của xe, các điều kiện chuyển động, từ đó chúng ta phải xây dựng đ−ợc đ−ờng đặc tính ngoài (công suất, mô men xoắn) của động cơ đó. Công suất của động cơ Ne là một hàm của số vòng quay ne theo công thức: ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛−⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= 3 N e 2 N e N e maxee n n c n n b n n aNN (mã lực) (1.1) Mô men xoắn của động cơ là một hàm của số vòng quay: - 10 - e e e n N 2,716M = (kGm) (1.2) Trong đó: Nemax : Công suất cực đại của động cơ a, b, c : Là các hệ số thực nghiệm Động cơ xăng: a = b = c = 1 Động cơ điezel 4 kỳ: a = 0,5; b = 1,5; c = 1 Động cơ điezel 2 kỳ: a = 0,87; b = 1,13; c = 1 ne: số vòng quay của động cơ, ne biến thiên từ nemin đến nemax (vòng/phút) nN : Số vòng quay ứng với công suất lớn nhất của động cơ Từ đó ta xây dựng đ−ợc các đ−ờng Ne(ne) và Me(ne) 2.2. Xây dựng các chỉ tiêu động lực học của ôtô 2.2.1. Xác định chỉ tiêu về công suất - Công suất kéo ở bánh xe chủ động đ−ợc xác định theo công thức: Nk = Ne . ηt (mã lực) (1.3) Trong đó: ηt là hiệu suất truyền lực - Số vòng quay của động cơ ứng với vận tốc cực đại: b maxhn0 V r.377,0 Vii n = (vòng/phút) (1.4) i0: tỉ số truyền của truyền lực chính ihn: tỉ số truyền ở tay số cao nhất Vmax: vận tốc cực đại của ôtô (km/h) rb: bán kính làm việc trung bình của bánh xe (m) rb = λ1.r0 (m) (1.5) λ1: hệ số kể đến sự biến dạng của lốp. λ1 = 0,93 - 0,95. r0: bán kính thiết kế của bánh xe. r0 = (Bl + dl/2) (m) B1: chiều rộng lốp dl: đ−ờng kính vành bánh xe - Vận tốc chuyển động của ôtô ở các số truyền đ−ợc tính theo công thức: hmo eb m i.i n.r .377,0V = (km/h) (1.6) Trong đó: m: chỉ số truyền đang tính (m = 1ữn) n: số cấp số tiến của hộp số - 11 - ne: số vòng quay của động cơ, ne biến thiên từ nemin đến nemax (vòng/phút) (nemax = nV) Từ đó chúng ta xây dựng đ−ợc đồ thị biểu diễn công suất kéo của động cơ theo vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. 2.2.2. Xác định về chỉ tiêu lực kéo: - Lực kéo tiếp tuyến Pk tại bánh xe chủ động ở tay số thứ m đ−ợc xác định theo công thức: b tohme km r .i.i.M P η= (kG) (1.7) Trong đó: Me: Mô men xoắn của trục khuỷu động cơ (kGm) ηt: Hiệu suất của hệ thống truyền lực Từ đó chúng ta xây dựng đ−ợc đồ thị biểu diễn lực kéo theo vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. - Tính lực cản không khí Pω ở mỗi tay số theo vận tốc: )kG( 13 V.F.K P 2 m=ω (1.8) Trong đó: K: Hệ số cản không khí (kGs2/m4) Ôtô du lịch: K = 0,02 - 0,035 Ôtô tải: K = 0,06 - 0,07 F: Diện tích cản chính diện của ôtô (m2) F = B . H (m2) (1.9) Vm: Vận tốc của ôtô ở mỗi tay số (km/h) B: Chiều rộng cơ sở của ôtô (m) H: chiều cao toàn bộ của ôtô (m) 2.2.3. Xác định chỉ tiêu về nhân tố động lực học: - Nhân tố động lực học ở tay số thứ m đ−ợc xác định theo công thức: G P-P D wmkmm = (1.10) Từ đó chúng ta xây dựng đ−ợc đồ thị biểu diễn nhân tố động lực học theo vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. 2.2.4. Xác định khả năng tăng tốc cuả ôtô a. Xác định gia tốc: - Gia tốc ở tay số thứ m của ôtô khi chạy trên đ−ờng bằng đ−ợc xác định theo công thức: im m m δ g)f-D( j = (m/s2) (1.11) Trong đó : - 12 - jm: Gia tốc của ôtô khi chuyển động ở tay số thứ m f: Hệ số cản lăn của đ−ờng g: Gia tốc trọng tr−ờng g = 9,81 m/s2. δim: Hệ số kể đến ảnh h−ởng của các khối l−ợng chuyển động quay δim = 1,04 + 0,05 2hmi (1.12) Từ đó chúng ta xây dựng đ−ợc đồ thị biểu diễn gia tốc theo vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. b.Xác định thời gian tăng tốc: Thời gian tăng tốc đ−ợc tính theo công thức: ∫= 2 1 V V dv j 1t (giây) (1.13) Thời gian tăng tốc đ−ợc xác định bằng cách tích phân đồ thị 1/j(v). Ta có thể xác định thời gian tăng tốc t bằng ph−ơng pháp tính gần đúng nh− sau: - Chia khoảng vận tốc vmin ữ 0,95 vmax thành k khoảng. - Tính diện tích mỗi khoảng nằm d−ới đ−ờng cong 1/j theo công thức: 2 j/1j/1 . 6,3 vv t i1ii1ii −−=∆ ++ (s) (1.14) v: vận tốc chuyển động của xe (km/h) - Tính thời gian tăng tốc theo công thức: ∑ = ∆= k 1i itt (s) (1.15) c. Xác định quãng đ−ờng tăng tốc Quãng đ−ờng tăng tốc đ−ợc tính theo công thức: ∫= 2 1 V V vdtS (m) (1.16) Quãng đ−ờng tăng tốc đ−ợc xác định bằng cách tích phân đồ thị t(v) Ta có thể xác định quãng đ−ờng tăng tốc S bằng ph−ơng pháp tính gần đúng nh− sau: - Chia khoảng vận tốc vmin ữ 0,95 vmax thành k khoảng. - Tính diện tích mỗi khoảng nằm d−ới đ−ờng cong t theo công thức: 6,3.2 vv ).tt(S i1ii1ii −−=∆ ++ (s) (1.17) v: vận tốc chuyển động của xe (km/h) - Tính quãng đ−ờng tăng tốc theo công thức: ∑ = ∆= k 1i iSS (s) (1.18) - 13 - III. Sơ đồ thuật toán Hình 1.3. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán động lực học ôtô Với trình tự các b−ớc tính toán động lực học ôtô nh− ở phần II, chúng tôi đ−a ra sơ đồ thuật toán của bài toán thiết kế hệ thống ly hợp trên hình 1.3. Trong sơ đồ trên có các khối ch−ơng trình thực hiện các chức năng sau: Bắt đầu Nhập dữ liệu Kết thúc Xây dựng đ−ờng đặc tính ngoài của động cơ Xem kết quả Xác định chỉ tiêu công suất Xác định chỉ tiêu lực kéo Nhập dữ liệu chung của xe Nhập dữ liệu của động cơ Nhập dữ liệu điều kiện chuyển động Xác định chỉ tiêu nhân tốc động lực học Xác định khả năng tăng tốc của ôtô Gia tốc ôtô Thời gian tăng tốc Quãng đ−ờng tăng tốc - 14 - 3.1. Các khối nhập dữ liệu: Các khối này thực hiện chức năng lựa chọn phần nhập dữ liệu tính toán. Có 3 khối nhập dữ liệu là nhập dữ liệu của xe, dữ liệu động cơ, các và dữ liệu tham khảo về điều kiện chuyển động, bao gồm: Các thông số kỹ thuật ôtô - Loại xe (con hay tải) - Trọng l−ợng toàn bộ của ô tô - Chiều rộng cơ sở của ôtô - Chiều cao toàn bộ của ôtô - Vận tốc chuyển động lớn nhất của ôtô - Kích th−ớc lốp - Tỷ số truyền của truyền lực chính. - Tỷ số truyền của các tay số trong hộp số chính - Hiệu suất truyền lực Các thông số động cơ: - Loại động cơ (xăng, điezen 2 kỳ, 4 kỳ) - Các hệ số tính toán (hệ số Lâyđécman) - Công suất cực đại của động cơ /số vòng quay ứng với công suất cực đại - Mômen xoắn cực đại/ số vòng quay ứng với mômen xoắn cực đại - Số vòng quay tối thiểu của động cơ Các điều kiện chuyển động: - Gia tốc trọng tr−ờng - Hệ số cản lăn của đ−ờng - Góc dốc cực đại cho phép của mặt đ−ờng. - Hệ số cản không khí - Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp 3.2. Khối xây dựng đ−ờng đặc tính ngoài của động cơ: Khối này thực hiện việc tính toán công suất, mômen xoắn của động cơ theo số vòng quay và vẽ đồ thị đặc tính ngoài. 3.3. Khối xác định chỉ tiêu công suất: Khối này thực hiện việc tính toán công suất và vẽ đồ thị công suất ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. 3.4. Khối xác định chỉ tiêu lực kéo: Khối này thực hiện việc tính toán lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động và vẽ đồ thị lực kéo ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. 3.5. Khối xác định chỉ tiêu nhân tố động lực học: - 15 - Khối này thực hiện việc tính toán nhân tố động lực học và vẽ đồ thị nhân tố động lực học ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. 3.6. Các khối xác định khả năng tăng tốc: Gồm có 3 khối thành phần là khối xác định gia tốc, thời gian tăng tốc và quãng đ−ờng tăng tốc để thực hiện các công việc: - Tính toán gia tốc và vẽ đồ thị gia tốc ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. - Tính toán thời gian và vẽ đồ thị thời gian tăng tốc của xe ứng với vận tốc chuyển động. - Tính toán quãng đ−ờng và vẽ đồ thị quãng đ−ờng tăng tốc của xe ứng với vận tốc chuyển động. 3.7. Khối xem kết quả Sau khi đã tính toán và kiểm tra các chỉ tiêu động lực học, khối này sẽ thể hiện các kết quả tính toán và các đồ thị thể hiện đặc tính động lực học của ôtô. 3.8. Kết luận Sau khi đã hoàn thành tính toán thiết kế, chúng ta đ−a ra kết luận về chất l−ợng động lực học của xe, trên cơ sở đó có thể đánh giá hoặc chọn động cơ lắp cho xe đó. - 16 - IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt Trên cơ sở sơ đồ thuật toán cho bài toán tính toán động lực học ôtô, chúng tôi tiến hành xây dựng ch−ơng trình có giao diện bằng tiếng Việt để thực hiện các thao tác này một cách trực quan trên máy tính. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên nền ngôn ngữ lập trình ứng dụng Matlab 5.3. Khi lựa chọn tính toán động lực học từ ch−ơng trình tổng thể, ban đầu sẽ có menu thông báo cho phép ng−ời dùng bắt đầu thực hiện bài toán tính động học: Hình 1.4.1. Menu chính Nếu bấm chọn "Tiếp tục" sẽ đ−a ra menu ch−ơng trình tính toán động lực học ôtô. Chọn "Thoát" để quay trở lại ch−ơng trình tổng thể toàn bộ các hệ thống trên ôtô. 4.1. Ch−ơng trình tính toán động lực học Khi lựa chọn "Tiếp tục" từ menu chính sẽ chạy phần ch−ơng trình tính toán động lực học có giao diện nh− sau: Hình 1.4.2. Menu chính "Tính toán động lực học ôtô" - 17 - Trên menu có thanh công cụ cho phép chúng ta thực hiện các thao tác của bài toán tính toán. Ban đầu là "Nhập dữ liệu", sau đó là "Xem kết quả" và kết thúc là "Thoát khỏi ch−ơng trình". Bên cạnh đó ng−ời sử dụng có thể xem phần "Trợ giúp" để biết thêm thông tin giúp đỡ về cách thức sử dụng ch−ơng trình trong những lần đầu tiên. 4.2. Nhập dữ liệu Đây là phần ch−ơng trình rất quan trọng, bao gồm các dữ liệu chung của xe, động cơ, hộp số và các điề...anh - Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán má phanh - Bán kính của tang trống - Góc từ tâm trống phanh đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) - Khoảng cách từ tâm trống đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) - Khoảng cách từ tâm trống phanh đến đ−ờng nối tâm quay các guốc phanh (m) - Khe hở trung bình giữa má phanh và trống phanh - Độ mòn h−ớng kính cho phép của má phanh - Bán kính trong của trống phanh - Bán kính ngoài của trống phanh * Đối với cơ cấu phanh đĩa: - Bán kính đĩa phanh - Hệ số ma sát của vật liệu làm má phanh - Khe hở trung bình giữa má phanh và đĩa phanh - Độ mòn h−ớng kính cho phép của má phanh - Số l−ợng ống xi lanh 3.1.8. Khối dẫn động phanh Đây là khối thực hiện nhóm các khối nhập dữ liệu đầu vào của dẫn động phanh. Khi thực hiện tác động vào khối này sẽ đ−a ra các ph−ơng án lựa chọn dẫn động phanh. 3.1.9. Khối chọn dẫn động phanh Để nhập các dữ liệu cần thiết của dẫn động phanh tr−ớc hết ta phải chọn loại dẫn động phanh lắp trên xe. Khi chọn dẫn động phanh ta có ph−ơng án là không có trợ lực và có trợ lực. Nếu dẫn động phanh có trợ lực thì chúng ta lại phải chọn kiểu trợ lực phanh: thuỷ lực, chân không-thuỷ lực, khí nén,v.v... 3.1.10. Nhập thông số tham khảo dẫn động phanh Sau khi đã lựa chọn dẫn động phanh, chúng ta nhập các thông số tham khảo của loại dẫn động phanh đó. Các thông số tham khảo bao gồm: - áp suất dầu trong hệ thống - Hiệu suất của dẫn động thuỷ lực - Các kích th−ớc đòn của bàn đạp - Diện tích của piston trợ lực - Khe hở giữa thanh đẩy với piston ở xi lanh phanh chính - Bán kính bên trong của đ−ờng ống dẫn - Chiều dày của ống dẫn - Hệ số bổ sung khi phanh ngặt - 42 - 3.1.11. Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh Trong b−ớc này chúng ta chọn sơ bộ góc ôm má phanh và bề rộng má phanh 3.1.12. Kiểm tra điều kiện làm việc của cơ cấu phanh: Sau khi đã chọn cơ bộ các thông số cơ bản của cơ cấu phanh chúng ta kiểm tra các điều kiện làm việc của má phanh nh− công ma sát riêng, áp suất trên bề mặt má phanh và thời hạn làm việc của má phanh. - Nếu có điều kiện làm việc nào ch−a đạt yêu cầu thì chúng ta quay lại b−ớc chọn sơ bộ thông số cơ bản cơ cấu phanh - Nếu các điều kiện đều thoả mãn chúng ta tiếp tục b−ớc tiếp theo. 3.1.13. Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh Với các cơ cấu phanh đã chọn và nhập cũng nh− tính toán các thông số của cơ cấu phanh, chúng ta tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh. 3.1.14. Tính bền cơ cấu phanh Trong khối này chúng ta tính bền một số chi tiết của cơ cấu phanh, nếu không đủ bền thì quay lại điều chỉnh ở b−ớc xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh, còn nếu đủ bền thì chúng ta tiếp tục phần tính toán dẫn động phanh. 3.1.15. Tính đ−ờng kính xi lanh bánh xe Bắt đầu từ khối này chúng ta tính toán phần dẫn động phanh. Từ lực tác dụng lên cơ cấu phanh đã tính ở trên chúng ta xác định đ−ờng kính xi lanh phanh bánh xe. 3.1.16. Chọn đ−ờng kính xi lanh tổng phanh Trong khối này chúng ta chọn sơ bộ đ−ờng kính xi lanh tổng phanh dựa trên tham khảo các xe t−ơng tự. 3.1.17. Tính các thông số cơ bản của bộ trợ lực Sau khi đã chọn sơ bộ đ−ờng kính xi lanh tổng phanh, chúng ta sẽ xác định đ−ợc áp suất cần thiết cho thiết kế trợ lực phanh. Từ đó ta sẽ tính toán các thông số cơ bản của bộ trợ lực. 3.1.18. Kiểm tra hành trình bàn đạp của ng−ời lái Khi đã thiết kế sơ bộ dẫn động phanh chúng ta cũng phải kiểm tra lại hành trình bàn đạp của ng−ời lái, nếu không đạt thì phải quay lại b−ớc chọn sơ bộ kích th−ớc dẫn động phanh. 3.1.19. Tính bền dẫn động phanh Đây là b−ớc tính toán cuối cùng, chúng ta tiến hành kiểm bền một số chi tiết trong dẫn động phanh, nếu ch−a đạt thì phải quay lại b−ớc chọn sơ bộ kích th−ớc dẫn động phanh. 3.1.20. Kết luận Sau khi đã hoàn thành tính toán thiết kế, chúng ta đ−a ra bảng tổng hợp các kết quả tính toán, trên cơ sở đó lựa chọn các ph−ơng án khả thi để tiến hành b−ớc chế tạo thực tế. - 43 - 3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh Hình 2.3.2. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh Cơ cấu phanh Dẫn động phanh Chọn cơ cấu phanh Nhập thông số dẫn động phanh Phanh tang trống Phanh đĩa Có trợ lựcKhông có trợ lực Nhập thông số cơ cấu phanh Thông số kỹ thuật của ôtô Điều kiện làm việc của ôtô Tính mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh Chọn dẫn động phanh Kiểm tra các các điều kiện làm việc của cơ cấu phanh Kiểm tra bền cơ cấu phanh Kiểm tra bền dẫn động phanh Kiểm tra hành trình bàn đạp của ng−ời lái Bắt đầu Nhập dữ liệu Kết thúc Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Kết luận Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh - 44 - Với trình tự các b−ớc tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh nh− trên, chúng tôi đ−a ra sơ đồ thuật toán của bài toán kiểm nghiệm hệ thống phanh trên hình 2.3.2. Trong sơ đồ trên có các khối ch−ơng trình thực hiện các chức năng sau: 3.2.1. Khối nhập dữ liệu: Khối này thực hiện chức năng lựa chọn phần nhập dữ liệu của xe, cơ cấu phanh và dẫn động phanh. 3.2.2. Khối thông số kỹ thuật ôtô Khối này thực hiện chức năng nhập các thông số kỹ thuật ôtô bao gồm: - Trọng l−ợng toàn bộ khi đầy tải - Trọng l−ợng trên cầu tr−ớc - Trọng l−ợng trên cầu sau - Chiều dài cơ sở - Chiều rộng toàn bộ - Chiều cao toàn bộ - Chiều cao trọng tâm - Kích th−ớc lốp: bề rộng lốp, đ−ờng kính vành bánh xe 3.2.3. Khối điều kiện làm việc của ôtô Đây là khối đ−a vào các điều kiện làm việc của ôtô phải thực hiện, bao gồm: - Hệ số bám với mặt đ−ờng - Gia tốc phanh chậm dần cực đại - Vận tốc của xe lúc bắt đầu phanh - Lực bàn đạp của ng−ời lái Ngoài ra, trong khối này cũng đ−a ra một số điều kiện làm việc cho phép nh− là: - Công tr−ợt má phanh cho phép - áp suất trên bề mặt má phanh cho phép - Hành trình bàn đạp cực đại cho phép 3.2.4. Khối chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Đây là khối đ−a các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh để so sánh, bao gồm: - Gia tốc phanh chậm dần cực đại cho phép - Thời gian phanh nhỏ nhất cho phép - Quãng đ−ờng phanh nhỏ nhất cho phép - Lực phanh riêng lớn nhất cho phép 3.2.5. Khối cơ cấu phanh Đây là khối thực hiện nhóm các khối nhập dữ liệu đầu vào của cơ cấu phanh. Khi thực hiện tác động vào khối này sẽ đ−a ra các ph−ơng án lựa chọn cơ cấu phanh. 3.2.6. Khối chọn cơ cấu phanh - 45 - Để nhập các dữ liệu cần thiết của cơ cấu phanh tr−ớc hết ta phải chọn loại cơ cấu phanh đang lắp trên xe. 3.2.7. Nhập thông số cơ cấu phanh Sau khi đã lựa chọn cơ cấu phanh, chúng ta nhập các thông số của cơ cấu phanh lắp trên xe. Các thông số tham khảo bao gồm: * Đối với cơ cấu phanh tang trống - Hệ số ma sát của vật liệu làm má phanh - Góc ôm của má phanh - Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán má phanh - Bán kính của tang trống - Bề rộng má phanh - Góc từ tâm trống phanh đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) - Khoảng cách từ tâm trống đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) - Khoảng cách từ tâm trống phanh đến đ−ờng nối tâm quay các guốc phanh (m) - Khe hở trung bình giữa má phanh và trống phanh - Độ mòn h−ớng kính cho phép của má phanh - Bán kính trong của trống phanh - Bán kính ngoài của trống phanh * Đối với cơ cấu phanh đĩa: - Góc ôm má phanh - Bán kính đĩa phanh - Bán kính trong má phanh - Bán kính ngoài má phanh - Hệ số ma sát của vật liệu làm má phanh - Khe hở trung bình giữa má phanh và đĩa phanh - Độ mòn h−ớng kính cho phép của má phanh - Số l−ợng ống xi lanh 3.2.8. Khối dẫn động phanh Đây là khối thực hiện nhóm các khối nhập dữ liệu đầu vào của dẫn động phanh. Khi thực hiện tác động vào khối này sẽ đ−a ra các ph−ơng án lựa chọn dẫn động phanh. 3.2.9. Khối chọn dẫn động phanh Để nhập các dữ liệu cần thiết của dẫn động phanh tr−ớc hết ta phải chọn loại dẫn động phanh đang lắp trên xe: không có trợ lực hay có trợ lực, nếu dẫn động phanh có trợ lực thì chúng ta lại phải chọn kiểu trợ lực phanh: thuỷ lực, chân không-thuỷ lực, khí nén,v.v... 3.2.10. Nhập thông số tham khảo dẫn động phanh Sau khi đã lựa chọn dẫn động phanh đang lắp trên xe, chúng ta nhập các thông số của loại dẫn động phanh đó. Các thông số tham khảo bao gồm: - 46 - - Đ−ờng kính của xi lanh tổng phanh - Đ−ờng kính của xi lanh phanh bánh xe - Hiệu suất của dẫn động thuỷ lực - Các kích th−ớc đòn của bàn đạp - Diện tích của piston trợ lực - Khe hở giữa thanh đẩy với piston ở xi lanh phanh chính - Bán kính bên trong của đ−ờng ống dẫn - Chiều dày của ống dẫn - Diện tích màng trợ lực - Lực lò xo trợ lực 3.2.11. Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh Sau khi nhập các thông số của hệ thống phanh, chúng ta tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh. 3.2.12. Tính mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh Khối này thực hiện việc tính toán mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh. 3.2.13. Kiểm tra điều kiện làm việc của cơ cấu phanh: Khối này thực hiện các công việc kiểm tra các điều kiện làm việc của má phanh nh− công ma sát riêng, áp suất trên bề mặt má phanh và thời hạn làm việc của má phanh. 3.2.14. Tính bền cơ cấu phanh Trong khối này chúng ta tính bền một số chi tiết của cơ cấu phanh. 3.2.15. Kiểm tra hành trình bàn đạp của ng−ời lái Trong khối này chúng ta kiểm tra lại hành trình bàn đạp của ng−ời lái. 3.2.16. Tính bền dẫn động phanh Trong khối này chúng ta tiến hành kiểm bền một số chi tiết trong dẫn động phanh. 3.2.17. Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Trong khối này chúng ta thực hiện công việc đánh giá toàn bộ hệ thống theo các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh của TCVN. 3.2.18. Kết luận Sau khi đã hoàn thành các b−ớc tính toán kiểm nghiệm, chúng ta đ−a ra bảng tổng kết các kết quả tính toán, trên cơ sở đó đánh giá đ−ợc tổng thể hệ thống phanh đang lắp đặt trên xe. - 47 - IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt Trên cơ sở sơ đồ thuật toán cho hai bài toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống phanh, chúng tôi tiến hành xây dựng ch−ơng trình có giao diện bằng tiếng Việt để thực hiện các thao tác này một cách trực quan trên máy tính. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên nền ngôn ngữ lập trình ứng dụng Matlab 5.3. Khi lựa chọn tính toán hệ thống phanh từ ch−ơng trình tổng thể, ban đầu sẽ có menu cho phép ng−ời dùng lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm: Hình 2.4.1. Menu chính Nếu bấm chọn "Thiết kế" sẽ thực hiện phần ch−ơng trình thiết kế hệ thống phanh từ các thông số hoàn toàn mới hoặc trên cơ sở các xe có sẵn do ng−ời sử dụng nhập vào. Nếu chọn "Kiểm nghiệm" sẽ thực hiện phần ch−ơng trình tính toán bài toán kiểm nghiệm hệ thống phanh của các xe hiện có đầy đủ các thông số. Chọn "Thoát" để quay trở lại ch−ơng trình tổng thể toàn bộ các hệ thống trên ôtô. 4.1. Ch−ơng trình tính toán thiết kế hệ thống phanh Khi lựa chọn "Thiết kế" từ menu chính sẽ chạy phần ch−ơng trình tính toán thiết kế hệ thống phanh có giao diện nh− sau: Hình 2.4.1.1. Menu chính "Thiết kế hệ thống phanh" - 48 - Trên menu có thanh công cụ cho phép chúng ta thực hiện các thao tác của bài toán thiết kê. Ban đầu là "Nhập dữ liệu", sau đó là "Xem kết quả" và kết thúc là "Thoát khỏi ch−ơng trình". Bên cạnh đó ng−ời sử dụng có thể xem phần "Trợ giúp" để biết thêm thông tin giúp đỡ về cách thức sử dụng ch−ơng trình trong những lần đầu tiên. 4.1.1. Nhập dữ liệu Đây là phần ch−ơng trình rất quan trọng, bao gồm các modul nhập dữ liệu chung của xe, lựa chọn và nhập dữ liệu của cơ cấu phanh, lựa chọn và nhập dữ liệu dẫn động phanh, dữ liệu để tính bền các chi tiết trong hệ thống. Trong mỗi modul nhập dữ liệu đều có hai phần: Nhập dữ liệu từ bàn phím và nhập dữ liệu từ tệp. 4.1.1.1. Nhập dữ liệu từ tệp Khi bấm chọn nhập dữ liệu từ tệp của mỗi modul sẽ hiện ra bảng lựa chọn các tệp dữ liệu của các xe cơ sở đã có sẵn các thông số cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn để tham khảo khi thiết kế mới. Hình 2.4.1.2. Nhập dữ liệu từ tệp Khi ta chọn đ−ợc tệp dữ liệu thì ch−ơng trình sẽ hiện ra các menu giống nh− nhập dữ liệu từ bàn phím cho phép ng−ời sử dụng có thể tham khảo để giữ nguyên hay sửa đổi các thông số của xe đó (các menu này sẽ đ−ợc trình bày cụ thể ở d−ới đây). 4.1.1.2. Nhập dữ liệu của xe và điều kiện làm việc Khi bấm chọn "Nhập dữ liệu từ bàn phím" để nhập dữ liệu xe, sẽ hiện ra menu để ng−ời sử dụng nhập các thông số phục vụ cho quá trình tính toán: Sau khi đã nhập đầy đủ các thông số cơ bản của xe và các điều kiện làm việc, chúng ta có thể l−u lại các thông số này khi bấm vào "L−u lại", hoặc có thể bấm "Tiếp tục" để kết thúc phần nhập dữ liệu xe, chuyển sang phần tiếp theo. Bấm "Thoát" khi nhập dữ liệu sai hoặc không muốn nhập dữ liệu nữa. - 49 - Hình 2.4.1.3. Nhập dữ liệu xe 4.1.1.3. Nhập dữ liệu cơ cấu phanh Sau khi đã nhập dữ liệu của xe, ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập dữ liệu của cơ cấu phanh. Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống phanh/ Cơ cấu phanh" sẽ hiện ra menu lựa chọn kết cấu của các cơ cấu phanh cầu tr−ớc và cầu sau: Hình 2.4.1.4. Lựa chọn cơ cấu phanh - 50 - Ng−ời sử dụng sẽ lựa chọn kiểu kết cấu của các cơ cấu phanh cầu tr−ớc và cầu sau, có các loại cơ cấu phanh đĩa (loại 1 xilanh và 2 xi lanh), cớ cấu phanh tang trống (loại 1 xi lanh đối xứng tâm hoặc 2 xi lanh đối xứng trục). Sau khi bấm "Chấp nhận" đối với các cơ cấu phanh cầu tr−ớc và cầu sau sẽ đi vào nhập các thông số của cơ cấu phanh đã lựa chọn. Kết thúc phần lựa chọn và nhập thông số của cơ cấu phanh, có thể bấm vào "L−u lại" để l−u trữ các số liệu vừa nhập, hoặc "Tiếp tục" để thực hiện các thao tác tiếp theo. Nếu không muốn nhập dữ liệu nữa chúng ta có thể bấm vào "Thoát". Khi đã lựa chọn cơ cấu phanh cho mỗi cầu xe (đĩa, trống), ch−ơng trình sẽ hiện ra một menu cho phép nhập dữ liệu cơ cấu phanh. Có hai modul chính trong menu này là "Nhập dữ liệu của cơ cấu phanh đĩa" và "Nhập dữ liệu của cơ cấu phanh tang trống" a. Nhập dữ liệu cơ cấu phanh đĩa Khi bấm chọn "Chấp nhận" sau khi đã lựa chọn loại cơ cấu phanh loại đĩa, ch−ơng trình sẽ đ−a ra menu nhập dữ liệu cơ cấu phanh đĩa cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và đ−a các thông số của cơ cấu phanh đĩa: Hình 2.4.1.5. Nhập thông số cơ cấu phanh đĩa Kết thúc phần nhập dữ liệu của cơ cấu phanh đĩa, bấm vào "Tiếp tục", hoặc bấm "Thoát" khi không muốn tiếp tục nhập dữ liệu cơ cấu phanh loại đĩa. b. Nhập dữ liệu cơ cấu phanh tang trống Khi bấm chọn "Chấp nhận" sau khi đã lựa chọn loại cơ cấu phanh loại tang trống, ch−ơng trình sẽ đ−a ra menu nhập dữ liệu cơ cấu phanh tang trống cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và đ−a các thông số của cơ cấu phanh tang trống: - 51 - Hình 2.4.1.6. Nhập thông số cơ cấu phanh tang trống Kết thúc phần nhập dữ liệu của cơ cấu phanh tang trống, bấm vào "Tiếp tục", hoặc bấm "Thoát" khi không muốn tiếp tục nhập dữ liệu cơ cấu phanh loại tang trống. 4.1.1.4. Nhập dữ liệu dẫn động phanh Sau khi đã chọn và nhập thông số của cơ cấu phanh, ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập các thông số của dẫn động phanh. Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống phanh/ Dẫn động phanh" sẽ hiện ra menu nhập các thông số của dẫn động phanh: Hình 2.4.1.7. Nhập thông số dẫn động phanh - 52 - Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập thông số của dẫn động phanh (loại cơ khí hoặc có trợ lực chân không). Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại", "Tiếp tục", "Thoát" nh− ở phần cơ cấu phanh. 4.1.1.5. Nhập dữ liệu tính bền Sau khi đã chọn và nhập thông số của dẫn động phanh, ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng nhập các thông số để tính bền một số chi tiết của hệ thống. Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số tính bền" sẽ hiện ra menu nhập các thông số của các chi tiết tính bền: Hình 2.4.1.8. Nhập thông số tính bền Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng nhập thông số của các chi tiết tính bền (tang trống, đ−ờng ống dẫn động). Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại", "Tiếp tục", "Thoát" nh− ở phần tr−ớc. 4.1.2. Xem kết quả Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, ch−ơng trình sẽ tự động tính toán và các kết quả tính sẽ đ−ợc thể hiện khi ng−ời sử dụng bấm vào phần "Xem kết quả" ở menu chính. Khi bấm vào "Xem kết quả", lần l−ợt các bảng hiện kết quả sẽ đ−ợc thể hiện: Trên các bảng thể hiện kết quả, ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Xem tiếp" để chuyển qua bảng kết quả tiếp theo, hoặc "Quay lại" khi muốn xem bảng kết quả tr−ớc đó. Bấm "Thoát" khi kết thúc phần xem kết quả. Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc thiết kế hệ thống phanh nữa, thì ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi ch−ơng trình" để quay về menu lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm nh− ban đầu để kết thúc phần "Tính toán thiết kế hệ thống phanh". - 53 - Hình 2.4.1.9. Kết quả tính toán các giá trị đặc biệt Hình 2.4.1.10. Kết quả tính toán cơ cấu phanh - 54 - Hình 2.4.1.11. Kết quả tính toán dẫn động phanh Hình 2.4.1.12. Kết quả tính bền - 55 - 4.2. Ch−ơng trình tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh Khi lựa chọn "Kiểm nghiệm" từ menu chính sẽ chạy phần ch−ơng trình tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh có giao diện nh− sau: Hình 2.4.2.1. Menu chính "Kiểm nghiệm hệ thống phanh" 4.2.1. Nhập dữ liệu Đây là cũng phần ch−ơng trình rất quan trọng, bao gồm các modul nhập dữ liệu chung của xe, nhập dữ liệu của cơ cấu phanh, dẫn động phanh, dữ liệu để tính bền và quan trọng nhất là các chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả phanh cũng nh− các điều kiện làm việc cho phép của hệ thống phanh. T−ơng tự nh− phần thiết kế khi nhập dữ liệu có thể bằng hai cách: nhập dữ liệu từ bàn phím và nhập dữ liệu từ tệp. 4.2.1.1. Nhập dữ liệu từ tệp Khi bấm chọn nhập dữ liệu từ tệp của mỗi modul sẽ hiện ra bảng lựa chọn các tệp dữ liệu của các xe hiện đang sử dụng tại Việt Nam do nhóm tác giả thu thập đ−ợc. Ngoài ra ng−ời sử dụng cũng có thể l−u trữ lại bộ thông số của các xe khác trong quá trình sử dụng. Hình 2.4.2.2. Nhập dữ liệu từ tệp 4.2.1.2. Nhập dữ liệu của xe Khi bấm chọn "Nhập dữ liệu từ bàn phím" để nhập dữ liệu xe, sẽ hiện ra menu để ng−ời sử dụng nhập các thông số phục vụ cho quá trình tính toán: 4.2.1.3. Nhập dữ liệu cơ cấu phanh Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống phanh/ Cơ cấu phanh" sẽ hiện ra menu cho phép ng−ời sử dụng nhập dữ liệu kiểm nghiệm cơ cấu phanh. Giao diện của phần nhập dữ liệu xe và cơ cấu phanh cũng t−ơng tự nh− ở phần Thiết kế. - 56 - 4.2.1.4. Nhập dữ liệu dẫn động phanh Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống phanh/ Dẫn động phanh" sẽ hiện ra menu nhập các thông số của dẫn động phanh: Hình 2.4.2.3. Nhập dữ liệu dẫn động phanh 4.2.1.5. Nhập các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh và điều kiện làm việc Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Các chỉ tiêu đánh giá" sẽ hiện ra menu nhập thông số: Hình 2.4.2.4. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh và điều kiện làm việc cho phép - 57 - 4.2.1.6. Nhập dữ liệu tính bền Sau khi đã chọn và nhập thông số của dẫn động phanh, ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng nhập các thông số để tính bền một số chi tiết của hệ thống. Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số tính bền" sẽ hiện ra menu nhập các thông số của các chi tiết tính bền (t−ơng tự nh− ở phần Tính toán thiết kế hệ thống phanh) 4.2.2. Xem kết quả Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, ch−ơng trình sẽ tự động tính toán và các kết quả tính sẽ đ−ợc thể hiện khi ng−ời sử dụng bấm vào phần "Xem kết quả" ở menu chính. Khi bấm vào "Xem kết quả", lần l−ợt các bảng hiện kết quả sẽ đ−ợc thể hiện: Hình 2.4.2.5. Kết quả kiểm nghiệm lực và mômen phanh Trên các bảng thể hiện kết quả, ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Xem tiếp" để chuyển qua bảng kết quả tiếp theo, hoặc "Quay lại" khi muốn xem bảng kết quả tr−ớc đó. Bấm "Thoát" khi kết thúc phần xem kết quả. Trong phần xem kết quả kiểm nghiệm có thể hiện lại các thông số xe, cũng nh− thông số của hệ thống phanh. Tuy nhiên quan trọng nhất là bảng thể hiện các kết quả tính toán so sánh với các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh cũng nh− so sánh các điều kiện làm việc cho phép. Bên cạnh là các kết luận (đạt/ không đạt) khi so sánh với từng chỉ tiêu. Điều này cho phép chúng ta có thể đánh giá đ−ợc hệ thống phanh hiện lắp đặt trên xe có phù hợp và đảm bảo đ−ợc các yêu cầu khi làm việc hay không. - 58 - Hình 2.4.2.6. Kết quả đánh giá hiệu quả phanh và điều kiện làm việc cho phép Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh nữa, thì ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi ch−ơng trình" để quay về menu lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm nh− ban đầu để kết thúc phần "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh". - 59 - V. Kết luận Ch−ơng trình "Tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống phanh" với giao diện bằng tiếng Việt thân thiện, dễ hiểu, dễ sử dụng đã đạt đ−ợc một số kết quả sau: - Tổng hợp đ−ợc các công thức và ph−ơng pháp tính toán đã đ−ợc sử dụng ở Việt Nam trong những năm qua. - Xây dựng đ−ợc ch−ơng trình tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ hiểu, dễ sử dụng. Ch−ơng trình này sẽ giúp cho các kỹ s− chuyên ngành giảm nhẹ đ−ợc công việc tổng hợp lại các b−ớc và công thức tính, cũng nh− giảm đ−ợc khối l−ợng và thời gian tính toán so với tr−ớc đây còn phải sử dụng bằng tay. - Tổng hợp đ−ợc quá trình tính toán trên một số các kết cấu của hệ thống phanh hiện đang đ−ợc sử dụng rộng rãi trên thị tr−ờng Việt Nam và có thể áp dụng ch−ơng trình để kiểm nghiệm các loại xe này, cũng nh− có thể dựa trên cơ sở thông số của các loại xe hiện có để thiết kế cho các loại xe đóng mới tại Việt Nam có kết cấu t−ơng tự. - Ch−ơng trình có thể mở rộng tính toán cho một số kết cấu của hệ thống phanh khác phức tạp hơn nh− hệ thống phanh khí nén, các loại trợ lực phanh, điều hoà lực phanh, v.v... Bên cạnh những mặt đạt đ−ợc, ch−ơng trình còn có một số khiếm khuyết sau: - Ch−ơng trình xây dựng mới tổng hợp đ−ợc một số l−ợng các kết cấu hiện có trên thị tr−ờng chủ yếu xoay quanh hệ thống phanh thuỷ lực nên ch−a áp dụng đ−ợc với hệ thống phanh khí, cũng nh− các kiểu trợ lực phanh, điều hoà lực phanh còn ch−a đi sâu nghiên cứu. - Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ch−a có sự tổng hợp để ứng dụng một cách tự động hoá, điều này làm hạn chế khả năng ứng dụng của ch−ơng trình trong quá trình đánh giá lại các loại xe hiện có tại Việt Nam - Ch−ơng trình chạy trong môi tr−ờng của phần mềm Matlab 5.3, tuy đây là phần mềm sẵn có và sử dụng t−ơng đối thuận tiện nh−ng phải cài đặt phần mềm này mới chạy đ−ợc. - 60 - Ch−ơng Iii. Tính toán hệ thống treo I. Đặt vấn đề 1.1. Tổng quát Độ êm dịu là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất l−ợng của ôtô, hay nói cách khác nó đảm bảo cho tiện nghi của con ng−ời trên xe. Độ êm dịu của ôtô phụ thuộc rất nhiều vào chất l−ợng của hệ thống treo lắp đặt trên xe đó. Vì vậy hệ thống treo trên ôtô là một hệ thống có vai trò quan trọng. Hệ thống treo trên ôtô có nhiệm vụ chủ yếu là giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung xe và dập tắt các dao động đó, hay là đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho xe khi chuyển động. Việc đánh giá độ êm dịu của ôtô chính là đánh giá chất l−ợng của hệ thống treo trên ôtô. Một chiếc xe đ−ợc đánh giá là tốt hay tiện nghi khi hệ thống treo của nó phải thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu. Khi thiết kế hệ thống treo phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Đảm bảo nối mềm phù hợp với tính êm dịu chuyển động yêu cầu, tức là hệ thống cần có tần số dao động riêng nằm trong giới hạn 60ữ120 (lần / phút). - Giảm tối thiểu va đập cứng, hạn chế xung lực tác dụng từ bánh xe lên khung. - Đảm bảo hệ số bám trung bình của bánh xe với nền. - Dập tắt nhanh dao động của thân xe khi đi trên đ−ờng gồ ghề. - Trọng l−ợng phần không treo nhỏ. - Hạn chế đến mức lớn nhất các chuyển động theo ph−ơng không mong muốn, nhằm giữ đúng khả năng làm việc của bánh xe dẫn h−ớng,đảm bảo tính điều khiển của ôtô. - Nghiêng ngang thùng xe nhỏ, ôtô con: 6°ữ8°; ôtô khách: 6°ữ10°; ôtô tải: 8°ữ 12°. - Tại các vị trí liên kết với khung vỏ không gây lên tải trọng lớn đảm bảo tuổi thọ của các liên kết. 1.2. Phân loại hệ thống treo Hệ thống treo trên bât kỳ một chiếc xe nào đều có các bộ phận đàn hồi, bộ phận giảm chấn và bộ phận dẫn h−ớng. Vì vậy hệ thống treo trên mỗi xe có đặc điểm kết cấu riêng của nó, bởi vậy ph−ơng pháp và cách thức tính toán chúng cũng có những điểm riêng biệt. Do đó để có thể hệ thống hoá đ−ợc các hệ thống treo chúng ta phải tiến hành phân loại và tổng hợp chúng. Theo bộ phận đàn hồi chia ra: - Kim loại (nhíp là, lò xo trụ, thanh xoắn,...) - Khí (ống cao su, loại màng,...) - Thuỷ lực (loại ống) - Cao su (loại chịu nén, loại chịu xoắn) Theo ph−ơng pháp dập tắt chân động chia ra: - Loại giảm chấn thuỷ lực (một chiều, hai chiều) - Loại ma sát cơ (ma sát trong bộ phận đàn hồi, bộ phận dẫn h−ớng) - 61 - Theo sơ đồ bộ phận dẫn h−ớng chia ra: - Hệ thống treo phụ thuộc - Hệ thống treo độc lập Hình 3.1.1. Sơ đồ tổng thể hệ treo phụ thuộc (a) và hệ treo độc lập (b) 1) Thùng xe; 2) Bộ phận đàn hồi; 3) Bộ phận giảm chấn; 4) Dầm cầu cứng; 5) Các đòn liên kết của hệ treo Hình 3.1.2. Một số hệ thống treo phụ thuộc Với sự đa dạng của từng cụm bộ phận trong hệ thống treo nh− trên, chúng ta thấy rằng khi sử dụng phải phân loại khá phức tạp và với mỗi loại lại có các quá trình và công thức tính toán khác nhau, nh− vậy là khá phức tạp và tốn nhiều công sức, thời gian tính toán lâu và nh− vậy là hiệu quả công việc thấp. Trong ch−ơng trình, chúng tôi tiến hành phân loại tính toán theo các b−ớc nh− sau: - B−ớc 1: Chọn hệ thống treo: phụ thuộc hay độc lập - B−ớc 2: Chọn kết cấu của hệ thống treo đó (cầu tr−ớc, cầu sau) 1-Dầm cấu; 2-Nhíp lá; 3- Quang treo; 4-Cơ cấu phánh; 5-Giảm chấn; 6-Khớp quay 1-Giảm chấn; 2-Quang treo; 3- Đòn truyền lực bên; 4-Vấu hạn chế; 5-Dầm cầu; 6-Khớp quay; 7-Nhíp lá - 62 - Sau khi đã chọn đầy đủ các cấu thành của toàn bộ hệ thống, ch−ơng trình sẽ tính toán cụ thể đối với mỗi loại hệ thống treo. 1.3. Nhiệm vụ Ch−ơng trình tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống treo thực hiện những nhiệm vụ sau: a. Với bài toán thiết kế: - Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống. - Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống. b. Với bài toán kiểm nghiệm: - Kiểm tra điều kiện làm việc của hệ thống (tần số dao động, độ êm dịu) - Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống. - Đánh giá hệ thống theo các chỉ tiêu về độ êm dịu. Hình 3.1.3. Một số loại giảm chấn hiện đang đ−ợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam a) Giảm chấn của hãng Fistel b) Các cụm van của giảm chấn T27, T32 của hãng Boge a) b) - 63 - II. Các b−ớc tính toán: 2.1. Với bài toán thiết kế: Yêu cầu đặt ra đối với bài toán thiết kế là cho các thông số kỹ thuật của xe, cho điều kiện làm việc, chúng ta tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống treo, sau đó chọn và kiểm tra quá trình làm việc của hệ thống treo đó thoả mãn các tiêu chuẩn về bền và êm dịu cho phép. Qui trình tính toán gồm các b−ớc sau: - Tính các thông số dao động của bánh xe: tần số dao động, độ võng tĩnh, độ võng động, độ cứng sơ bộ của nhíp. - Tính toán bộ phận đàn hồi (nhíp): + Xác định các thông số cơ bản của nhíp: số lá, chiều dày, bề rộng, chiều dài của mỗi lá nhíp. +Tính độ cứng chính xác của khối nhíp và kiểm tra lại tần số dao động riêng của khối nhíp. + Tính bền nhíp. - Tính toán bộ phận giảm chấn (nếu có): + Xác định các thông số cơ bản của giảm chấn: đ−ờng kính xi lanh, hành trình làm việc piston. + Tính toán các van và lò xo trong giảm chấn. + Tính nhiệt và tính bền giảm chấn. 2.1.1. Tính các thông số dao động của bánh xe: 2.1.1.1. Đối với nhíp đơn a. Xác định tải trọng đặt lên nhíp M: Mục đích của việc thiết kế là tính toán bộ nhíp ở mỗi bánh xe ở cầu tr−ớc và cầu sau (giả sử các nhíp của bánh xe bên trái và bên phải của mỗi cầu là giống nhau). Vì vậy ban đầu chúng ta phải có tải trọng đặt lên mỗi bộ nhíp ở các bánh xe. Đối với nhíp đơn đặt tại bánh xe, tải trọng tính toán là khối l−ợng đ−ợc treo đặt trên nhíp ở mỗi bánh xe cầu tr−ớc và cầu sau. b. Tần số dao động: Tần số dao động của bộ nhíp đ−ợc chọn sơ bộ ban đầu: Đối với xe du lịch: n = 60 - 85 lần/phút Đối với xe tải: n = 85 - 120 lần/phút c. Tần số dao động góc ω: Tần số dao động góc ω đ−ợc tính theo công thức: 30 nπ=ω (lần/s) (3.1.1) d. Độ cứng sơ bộ của khối nhíp C: Độ cứng sơ bộ của khối nhíp: C = M.ω2.10-3 (kG/cm) (3.1.2) - 64 - e. Độ võng tĩnh ft: Độ võng tĩnh: C Mf t = (cm) (3.1.3) g. Độ võng động fd: Độ võng động: fd = (0,7 ữ 0,8)ft (cm) (3.1.4) h. Độ võng tổng cộng fp: Độ võng tổng cộng: fp = ft + fd (cm) (3.1.5) 2.1.1.2. Đối với nhíp kép a. Phân tải cho nhíp kép Đối với nhíp kép ở bánh xe thì ta phải phân tải cho nhíp chính và nhíp phụ. Trình từ phân tải cho nhíp kép nh− sau: - Xác định độ cứng sơ bộ của nhíp chính ở chế độ không tải: Cc = Mkt.ω02.10-3 (kG/cm) (3.1.6) Trong đó: Mkt: khối l−ợng đ−ợc treo đặt lên mỗi bánh xe ở chế độ không tải (kG) 30 n 0 0 π=ω (lần/s) (3.1.7) với n0: tần số dao động của nhíp ở chế độ không tải (lần/phút) - Độ võng tĩnh của nhíp ở chế độ không tải: c kt t C M f = (cm) (3.1.8) - Độ võng của khối nhíp khi nhíp phụ bắt đầu làm việc: f0 ≈ 1,2.ft (cm) (3.1.9) - Tải trọng tác dụng lên khối nhíp khi nhíp phụ bắt đầu làm việc: Z0 = Cc . f0 (kG) (3.1.10) - Tần số dao động góc của khối nhíp ở chế độ toàn tải: 30 nπ=ω (lần/s) (3.1.11) với n: tần số dao động của nhíp ở chế độ toàn tải (lần/phút) - Độ cứng toàn bộ của khối nhíp: C = M.ω2.10-3 (kG/cm) (3.1.12) Trong đó M là khối l−ợng đ−ợc treo đặt lên bánh xe ở chế độ toàn tải (kG) - Độ cứng của nhíp phụ: CP = C - Cc (kG/cm) (3.1.13) - Độ võng tĩnh của nhí... thống ly hợp trên hình 5.3.2. Trong sơ đồ trên có các khối ch−ơng trình thực hiện các chức năng sau: 3.2.1. Khối nhập dữ liệu: Khối này thực hiện chức năng lựa chọn phần nhập dữ liệu của xe và các dữ liệu hệ thống ly hợp, bao gồm: Kiểm tra công tr−ợt, công tr−ợt riêng Bắt đầu Nhập dữ liệu Kết thúc Xác định tổng lực ép lên đĩa ép Kiểm tra bền các chi tiết Xem kết quả Xác định mômen ma sát của ly hợp Kiểm tra lực và hành trình bàn đạp ng−ời lái Xác định hệ số dự trữ của ly hợp - 146 - Các thông số kỹ thuật ôtô - Loại xe (con hay tải) - Trọng l−ợng toàn bộ của ô tô - Mômen cực đại của động cơ - Số vòng quay cực đại của động cơ - Tỷ số truyền của truyền lực chính. - Tỷ số truyền của hộp số chính - Tỷ số truyền của hộp số phụ. - Kích th−ớc lốp - Hệ số cản tổng cộng của mặt đ−ờng. Các thông số của hệ thống ly hợp: - Loại ly hợp (1 đĩa, 2 đĩa) - Hệ số ma sát của vật liệu - Các thông số của lò xo ép: Số l−ợng lò xo, đ−ờng kính dây, đ−ờng kính trung bình, độ biến dạng lò xo. - Các thông số của đĩa bị động: bán kính trong, bán kính ngoài, bề rộng - Các kích th−ớc đòn dẫn động và đòn mở - Hiệu suất của cơ cấu dẫn động - Khe hở giữa các bề mặt ma sát khi mở ly hợp - Khe hở đầu đòn mở và bạc mở th−ờng chọn Các thông số phục vụ kiểm bền: - Bán kính vòng trong dãy đinh tán - Bán kính vòng ngoài dãy đinh tán - Số đinh tán bố trí ở vòng trong. - Số đinh tán bố trí ở vòng ngoài. - Đ−ờng kính đinh tán - Chiều dài bị chèn dập của đinh tán( mm). - Khe hở cực tiểu giữa vòng lò xo khi mở ly hợp - Các khoảng cách trên trục ly hợp - Góc lăn răng - Góc nghiêng răng - môđun răng - Số răng. - Bán kính bánh răng. 3.2.2. Khối xác định tổng lực ép tác dụng lên đĩa ép: Khối này thực hiện việc tính toán lực ép tổng cộng do các lò xo ép gây ra trên đía ép. - 147 - 3.2.3. Khối xác định mô men ma sát của ly hợp: Khối này thực hiện việc tính toán mômen ma sát của ly hợp do lực ép của các lò xo ép gây ra. 3.2.4. Khối xác định hệ số dự trữ mô men của ly hợp: Khối này thực hiện việc tính toán hệ số dự trữ mômen của ly hợp. 3.2.5. Các khối kiểm tra điều kiện làm việc: Bao gồm các khối kiểm tra công tr−ợt, công tr−ợt riêng và khối kiểm tra lực và hành trình bàn đạp của ng−ời lái. Các khối này thực hiện việc tính toán kiểm tra các điều kiện làm việc và so sánh với tiêu chuẩn. 3.2.6. Khối kiểm bền một số chi tiết: Thực hiện quá trình tính toán kiểm tra điều kiện bền của một số chi tiết quan trọng trong hệ thống nh− đĩa ép, trục ly hợp, lò xo ép. 3.2.7. Khối xem kết quả Sau khi đã tính toán và kiểm tra điều kiện làm việc, khối này sẽ thể hiện các kết quả kiểm nghiệm các điều kiện làm việc, kết quả bền, v.v... 3.2.8. Kết luận Sau khi đã hoàn thành các b−ớc tính toán kiểm nghiệm, chúng ta đ−a ra bảng tổng kết các kết quả tính toán, trên cơ sở đó đánh giá đ−ợc tổng thể hệ thống ly hợp đang lắp đặt trên xe. - 148 - IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt Trên cơ sở sơ đồ thuật toán cho hai bài toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống ly hợp, chúng tôi tiến hành xây dựng ch−ơng trình có giao diện bằng tiếng Việt để thực hiện các thao tác này một cách trực quan trên máy tính. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên nền ngôn ngữ lập trình ứng dụng Matlab 5.3. Khi lựa chọn tính toán hệ thống lái từ ch−ơng trình tổng thể, ban đầu sẽ có menu cho phép ng−ời dùng lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm: Hình 5.4.1. Menu chính Nếu bấm chọn "Thiết kế" sẽ thực hiện phần ch−ơng trình thiết kế hệ thống ly hợp từ các thông số hoàn toàn mới hoặc trên cơ sở các xe có sẵn do ng−ời sử dụng nhập vào. Nếu chọn "Kiểm nghiệm" sẽ thực hiện phần ch−ơng trình tính toán bài toán kiểm nghiệm hệ thống ly hợp của các xe hiện có đầy đủ các thông số. Chọn "Thoát" để quay trở lại ch−ơng trình tổng thể toàn bộ các hệ thống trên ôtô. 4.1. Ch−ơng trình tính toán thiết kế hệ thống ly hợp Khi lựa chọn "Thiết kế" từ menu chính sẽ chạy phần ch−ơng trình tính toán thiết kế hệ thống ly hợp có giao diện nh− sau: Hình 5.4.1.1. Menu chính "Thiết kế hệ thống ly hợp" - 149 - Trên menu có thanh công cụ cho phép chúng ta thực hiện các thao tác của bài toán thiết kế. Ban đầu là "Nhập dữ liệu", sau đó là "Xem kết quả" và kết thúc là "Thoát khỏi ch−ơng trình". Bên cạnh đó ng−ời sử dụng có thể xem phần "Trợ giúp" để biết thêm thông tin giúp đỡ về cách thức sử dụng ch−ơng trình trong những lần đầu tiên. 4.1.1. Nhập dữ liệu Đây là phần ch−ơng trình rất quan trọng, bao gồm các modul nhập dữ liệu chung của xe, nhập dữ liệu của hệ thống ly hợp và nhập dữ liệu tính bền. Trong mỗi modul nhập dữ liệu đều có hai phần: Nhập dữ liệu từ bàn phím và nhập dữ liệu từ tệp. 4.1.1.1. Nhập dữ liệu từ tệp Khi bấm chọn nhập dữ liệu từ tệp của mỗi modul sẽ hiện ra bảng lựa chọn các tệp dữ liệu của các xe cơ sở đã có sẵn các thông số cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn để tham khảo khi thiết kế mới. Hình 5.4.1.2. Nhập dữ liệu từ tệp Khi ta chọn đ−ợc tệp dữ liệu thì ch−ơng trình sẽ hiện ra các menu giống nh− nhập dữ liệu từ bàn phím cho phép ng−ời sử dụng có thể tham khảo để giữ nguyên hay sửa đổi các thông số của xe đó (các menu này sẽ đ−ợc trình bày cụ thể ở d−ới đây). 4.1.1.2. Nhập dữ liệu của xe từ bàn phím Khi bấm chọn "Nhập dữ liệu từ bàn phím" để nhập dữ liệu xe, sẽ hiện ra menu để ng−ời sử dụng nhập các thông số phục vụ cho quá trình tính toán: Sau khi đã nhập đầy đủ các thông số cơ bản của xe, chúng ta có thể l−u lại các thông số này khi bấm vào "L−u lại", hoặc có thể bấm "Tiếp tục" để kết thúc phần nhập dữ liệu xe, chuyển sang phần tiếp theo. Bấm "Thoát" khi nhập dữ liệu sai hoặc không muốn nhập dữ liệu nữa. - 150 - Hình 5.4.1.3. Nhập dữ liệu xe từ bàn phím 4.1.1.3. Nhập dữ liệu hệ thống ly hợp Sau khi đã nhập dữ liệu của xe, ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập dữ liệu để thiết kế hệ thống ly hợp. Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống ly hợp" sẽ hiện ra menu lựa chọn và nhập các thông số tham khảo để thiết kế hệ thống ly hợp: Hình 5.4.1.4. Nhập thông số hệ thống ly hợp - 151 - Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập cácthông số cơ bản để thiết kế hệ thông ly hợp. Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại", "Tiếp tục", "Thoát" nh− dữ liệu xe. 4.1.1.4. Nhập dữ liệu tính bền Sau khi đã nhập dữ liệu của hệ thống ly hợp, ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập dữ liệu để tính bền một số chi tiết quan trọng trong hệ thống. Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Tính bền" sẽ hiện ra menu lựa chọn và nhập các thông số tính bền: Hình 5.4.1.5. Nhập thông số tính bền Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập thông số tính bền. Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại", "Tiếp tục", "Thoát" nh− dữ liệu xe và dữ liệu hệ thống ly hợp. 4.1.2. Xem kết quả Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, ch−ơng trình sẽ tự động tính toán và các kết quả tính sẽ đ−ợc thể hiện khi ng−ời sử dụng bấm vào phần "Xem kết quả" ở menu chính. Khi bấm vào "Xem kết quả", lần l−ợt các bảng hiện kết quả sẽ đ−ợc thể hiện: Trên các bảng thể hiện kết quả, ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Xem tiếp" để chuyển qua bảng kết quả tiếp theo, hoặc "Quay lại" khi muốn xem bảng kết quả tr−ớc đó. Bấm "Thoát" khi kết thúc phần xem kết quả. Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc thiết kế hệ thống ly hợp nữa, thì ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi ch−ơng trình" để quay về menu lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm nh− ban đầu để kết thúc phần "Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp". - 152 - Hình 5.4.1.6. Kết quả tính toán các giá trị đặc biệt Hình 5.4.1.7. Kết quả tính toán các thông số cơ bản của hệ thống ly hợp - 153 - Hình 5.4.1.8. Kết quả tính toán bền một số chi tiết 4.2. Ch−ơng trình tính toán kiểm nghiệm hệ thống ly hợp Khi lựa chọn "Kiểm nghiệm" từ menu chính sẽ chạy phần ch−ơng trình tính toán kiểm nghiệm hệ thống ly hợp có giao diện nh− sau: Hình 5.4.2.1. Menu chính "Kiểm nghiệm hệ thống ly hợp" 4.2.1. Nhập dữ liệu Đây là cũng phần ch−ơng trình rất quan trọng, bao gồm các modul nhập dữ liệu chung của xe, nhập dữ liệu của ly hợp, dữ liệu tính bền. T−ơng tự nh− phần thiết kế khi nhập dữ liệu có thể bằng hai cách: nhập dữ liệu từ bàn phím và nhập dữ liệu từ tệp. - 154 - 4.2.1.1. Nhập dữ liệu từ tệp Khi bấm chọn nhập dữ liệu từ tệp của mỗi modul sẽ hiện ra bảng lựa chọn các tệp dữ liệu của các xe hiện đang sử dụng tại Việt Nam do nhóm tác giả thu thập đ−ợc. Ngoài ra ng−ời sử dụng cũng có thể l−u trữ lại bộ thông số của các xe khác trong quá trình sử dụng. Hình 5.4.2.2. Nhập dữ liệu kiểm nghiệm từ tệp 4.2.1.2. Nhập dữ liệu của xe từ bàn phím Khi bấm chọn "Nhập dữ liệu từ bàn phím" để nhập dữ liệu xe, sẽ hiện ra menu để ng−ời sử dụng nhập các thông số phục vụ cho quá trình tính toán: Hình 5.4.2.3. Nhập dữ liệu xe - 155 - Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập thông số của xe. Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại", "Tiếp tục", "Thoát" nh− ở phần thiết kế. 4.2.1.3. Nhập dữ liệu hệ thống ly hợp Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số ly hợp" sẽ hiện ra menu nhập các thông số của ly hợp: Hình 5.4.2.4. Nhập dữ liệu ly hợp Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập thông số của ly hợp. Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại" để l−u các giá trị thông số của ly hợp, "Tiếp tục" để thực hiện quá trình nhập dữ liệu tiếp theo hoặc "Thoát" để thao tác lại. 4.2.1.3. Nhập dữ liệu tính bền Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Tính bền" sẽ hiện ra menu nhập các thông số tính bền. Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập thông số tính bền. Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại", "Tiếp tục", "Thoát" nh− dữ liệu xe và dữ liệu hệ thống ly hợp. - 156 - Hình 5.4.2.5. Nhập dữ liệu tính bền 4.2.2. Xem kết quả Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, ch−ơng trình sẽ tự động tính toán và các kết quả tính sẽ đ−ợc thể hiện khi ng−ời sử dụng bấm vào phần "Xem kết quả" ở menu chính. Khi bấm vào "Xem kết quả", lần l−ợt các bảng hiện kết quả sẽ đ−ợc thể hiện. Hình 5.4.2.6. Kết quả tính toán các giá trị đặc biệt - 157 - Hình 5.4.2.7. Kết quả kiểm bền các chi tiết Trên các bảng thể hiện kết quả, ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Xem tiếp" để chuyển qua bảng kết quả tiếp theo, hoặc "Quay lại" khi muốn xem bảng kết quả tr−ớc đó. Bấm "Thoát" khi kết thúc phần xem kết quả. Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc tính toán kiểm nghiệm hệ thống ly hợp nữa, thì ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi ch−ơng trình" để quay về menu lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm nh− ban đầu để kết thúc phần "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống ly hợp". - 158 - V. Kết luận Ch−ơng trình "Tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống ly hợp" với giao diện bằng tiếng Việt thân thiện, dễ hiểu, dễ sử dụng đã đạt đ−ợc một số kết quả sau: - Tổng hợp đ−ợc các công thức và một số ph−ơng pháp tính toán đã đ−ợc sử dụng ở Việt Nam trong những năm qua. - Xây dựng đ−ợc ch−ơng trình tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ hiểu, dễ sử dụng. Ch−ơng trình này sẽ giúp cho các kỹ s− chuyên ngành giảm nhẹ đ−ợc công việc tổng hợp lại các b−ớc và công thức tính, cũng nh− giảm đ−ợc khối l−ợng và thời gian tính toán so với tr−ớc đây còn phải sử dụng bằng tay. - Tổng hợp đ−ợc quá trình tính toán trên một số các kết cấu của hệ thống ly hợp hiện đang đ−ợc sử dụng rộng rãi trên thị tr−ờng Việt Nam và có thể áp dụng ch−ơng trình để kiểm nghiệm các loại xe này, cũng nh− có thể dựa trên cơ sở thông số của các loại xe hiện có để thiết kế cho các loại xe đóng mới tại Việt Nam có kết cấu t−ơng tự. - Ch−ơng trình có thể mở rộng tính toán cho một số kết cấu của hệ thống ly hợp khác phức tạp hơn nh− các hệ thống ly hợp có trợ lực, v.v... Bên cạnh những mặt đạt đ−ợc, ch−ơng trình còn có một số khiếm khuyết sau: - Ch−ơng trình xây dựng mới tổng hợp đ−ợc một số l−ợng hạn chế về kết cấu hiện có trên thị tr−ờng chủ yếu xoay quanh hệ thống ly hợp có cơ cấu dạng 1 đĩa, 2 đĩa với lò xo ép dạng lò xo trụ, dẫn động ly hợp loại cơ khí 6 khâu nên còn ch−a đi sâu giải quyết triệt để các loại kết cấu ly hợp khác tại Việt Nam. - Phần tính toán trợ lực ly hợp mới chỉ dừng lại ở tính toán lực trợ lực mà ch−a thiết kế phần trợ lực nên ch−a hoàn thiện. - Ch−ơng trình chạy trong môi tr−ờng của phần mềm Matlab 5.3, tuy đây là phần mềm sẵn có và sử dụng t−ơng đối thuận tiện nh−ng phải cài đặt phần mềm này mới chạy đ−ợc. - 159 - Ch−ơng Vi. Tính toán khung ôtô I. Đặt vấn đề 1.1. Tổng quát Khung ôtô dùng để đỡ các cụm nằm trên nó và để giữ các cụm ở những vị trí t−ơng quan với nhau. Khung phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Có độ bền lâu t−ơng ứng với tuổi thọ của ôtô. - Có độ cứng vững tốt để cho biến dạng của khung không làm ảnh h−ởng đến điều kiện làm việc của các cụm và các cơ cấu của ôtô. - Có hình dạng thích hợp đảm bảo tháo lắp dễ dàng các cụm 1.2. Mục đích Hiện nay việc tính toán khung cũng nh− tính toán vỏ ôtô có thể đ−ợc thực hiện nhờ ph−ơng pháp phần tử hữu hạn. Tuy nhiên đây là một ph−ơng pháp còn t−ơng đối phức tạp và cần nhiều phần mềm chuyên dụng để tính toán. Trong điều kiện hiện có thì việc tính toán khung bằng các ph−ơng pháp truyền thống về mặt lý thuyết vẫn có thể chấp nhận đ−ợc, tuy nhiên khối l−ợng và thời gian tính toán còn lớn. Bởi vậy, mục đích của ch−ơng trình tính khung này là tổng hợp các công thức tính toán truyền thống và xây dựng ch−ơng trình tính toán dựa trên các công thức đó. 1.3. Giả thiết tính toán: Khi xe chạy trên đ−ờng, khung sẽ chịu biến dạng tổng hợp uốn và xoắn. Bởi vậy khi tính bền khung phải tính bền theo uốn và theo xoắn Khi tính toán bền uốn khung có một số giả thiết sau: - Tính khung trong tr−ờng hợp chịu tải trọng tĩnh. - Chỉ xét đến phần trọng l−ợng đ−ợc treo của ôtô gây uốn khung, bỏ qua hiện t−ợng xoắn do trọng l−ợng của các thành phần tải trọng lệch so với đ−ờng tâm khung. - Các cụm, các bộ phận là những tải trọng tập trung có điểm đặt lực tại tâm các cụm, tải trọng thùng xe phân bố đều theo chiều dài thùng. - Khi tính toán khung xe ta giả thiết chỉ xét khung trong tr−ờng hợp một dầm chịu lực nhằm tăng hệ số dự trữ bền. Tính khung theo xoắn chủ yếu theo chế độ tải trọng khi ôtô chạy trên điều kiện đ−ờng xấu nhất (khi đi qua hố, rãnh, đất thụt) tốc độ của ôtô bị hạn chế và khung bị vặn xoắn nhiều. Các giả thiết tính toán bền xoắn khung - Theo ph−ơng pháp tính khung theo xoắn gần đúng dựa trên cơ sở là khung ôtô loại có hai dầm dọc có độ cứng khi xoắn kém hơn uốn rất nhiều lần. - Khi khung bị xoắn biến dạng uốn xà dọc bé và so với biến dạng xoắn trong nhiều tr−ờng hợp có thể bỏ qua. Ng−ời ta coi gần đúng rằng góc xoắn mỗi một phần tử thiết kế khung tỷ lệ với độ dài khung. - 160 - II. Các b−ớc tính toán: Qui trình tính toán kiểm bền khung gồm các b−ớc sau: - Xác định các tải trọng đặt lên khung - Tính phản lực tại vị trí lắp đặt hệ thống treo - Vẽ biểu đồ nội lực tác dụng lên khung, xác định vị trí nguy hiểm chịu lực tổng hợp lớn. - Kiểm tra bền uốn khung tại tiết diện nguy hiểm - Kiểm tra bền xoắn khung 2.1. Xác định các tải trọng đặt lên khung Hình 2.1. Tải trọng tác dụng lên khung Thông th−ờng, xe tải có các tải trọng đặt lên khung sau: - Ba đờ xóc: Pb - Két n−ớc: Pkn - Động cơ, cụm ly hợp: Pdc - Ca bin: Pcb - Hộp số: Phs - Các đăng: Pcd - Thùng hàng (coi nh− tải trọng phân bố đều trên suốt chiều dài thùng): qT 2.2. Tính các phản lực tại vị trí lắp đặt hệ thống treo Để tính các phản lực tại vị trí lắp đặt hệ treo, chúng ta phải xác định đ−ợc vị trí (toạ độ) của các tải trọng đặt lên khung và vị trí lắp đặt hệ treo theo nguyên tắc sau: RT2 RS2 Pb Pkn Pdc Pcb Phs RT1 RS1 qT Pnl Pcd RT RS O2 O1 Pi zi l1 l2 - 161 - - Tại các vị trí có tải trọng tập trung, giá trị của phần tử Pi = giá trị tải tập trung - Tại các vị trí không có tải trọng tập trung, Pi = 0 - Tải trọng phân bố qT của thùng hàng có thể coi nh− một tập hợp các tải trọng tập trung có giá trị qT trên dọc chiều dài thùng hàng. Khi tính toán có thể giả thiết rằng khung đ−ợc đặt trên 2 gối tựa t−ơng ứng với toạ độ của cầu tr−ớc và cầu sau (O1 và O2 nh− trên hình vẽ). Phản lực tác dụng lên hệ thống treo tr−ớc RT đ−ợc phân ra thành 2 phản lực RT1 = RT2 = RT/2 và phản lực tác dụng lên hệ thống treo sau RS đ−ợc phân ra thành 2 phản lực RS1 = RS2 = RS/2. Xét cân bằng mômen tại điểm O2 ta tính đ−ợc RT theo công thức: 21 n 1i 2ii T ll )lz(P R − − = ∑ = (kG) (6.1) T−ơng tự RS đ−ợc tính theo công thức: 12 n 1i 1ii S ll )lz(P R − − = ∑ = (kG) (6.2) Trong đó: n: số l−ợng tải trọng zi: toạ độ của tải trọng thứ i Pi: Giá trị của tải trọng thứ i (kG) 2.3. Vẽ biểu đồ nội lực tác dụng lên khung, xác định vị trí nguy hiểm chịu lực tổng hợp lớn. Khung chịu lực cắt Qy và mômen uốn Mx. Tại vị trí zi, lực cắt Qy có thể tính gần đúng theo công thức: ∑ = = i 1k kyi PQ (kG) (6.3) Tại vị trí zi, mômen uốn Mx có thể tính gần đúng theo công thức: ∑ = = i 1k kkxi zPM (kGcm) (6.4) Sau khi đã xác định đ−ợc Qy và Mx, chúng ta hoàn toàn có thể vẽ đ−ợc biểu đồ nội lực tác dụng trên khung, từ đó xác định đ−ợc các vị trí nguy hiểm của khung. 2.4. Kiểm tra bền uốn khung tại tiết diện nguy hiểm ứng suất uốn của dầm dọc: ( ) u zu x W M=σ (kG/cm2) (6.5) Trong đó: Wu : Mô men chống uốn tại mặt cắt đang xét - 162 - Thông th−ờng khung đ−ợc có kết cấu từ thép chữ U có các thông số kích th−ớc mặt cắt ngang là h , b, t (hình 6.2) Hình 6.2. Các kích th−ớc mặt cắt ngang của dầm Khi đó: )b.6h( 6 thWu += (cm3) (6.6) ứng suất uốn ngang của dầm dọc: y. J Q σ x y y = (kG/cm2) (6.7) Trong đó: y : Khoảng cách từ tâm tiết diện tới điểm tính ứng suất (m) Jx : Mô men quán tính mặt cắt ngang: )b.6h( 12 h.tJ 2 x += (cm4) (6.8) ứng suất tổng hợp của dầm dọc: 2 y 2 xth σ+σ=σ (kG/cm2) (6.9) ứng suất uốn cho phép của dầm dọc đ−ợc tính theo công thức: [ ] )1k(15,1 σ σ d ch u += (kG/cm 2) (6.10) Trong đó: [σu]: ứng suất uốn cho phép của vật liệu kd : hệ số dự trữ tính đến tải trọng động. kd = 2,5 ữ 8,5 σch : Giới hạn chảy của vật liệu. Với thép 35: σch = 850 MPa = 8500 (kG/cm2) 2.5. Kiểm tra bền xoắn khung ứng suất xoắn khung đ−ợc tính theo công thức: t h b - 163 - ρ. L G.θτ x = (kG/cm2) (6.11) Trong đó: G: Mô đun đàn hồi tr−ợt khi xoắn vật liệu G = 8.103 (kG/cm2) L: chiều dài cơ sở của xe ρ: Toạ độ quạt ở mép ngoài mặt cắt ngang của dầm tới tâm tiết diện ngang của dầm. Với mặt cắt ngang của dầm chứ U, ρ đ−ợc tính theo công thức: ( ) 22 )tb)(t2h(hb2 hbt 2 tb 4 h ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −−−+ −+=ρ (cm) (6.12) θ: góc xoắn xà ngang đ−ợc tính theo công thức: α. L l θ n= (rad) (6.13) Trong đó: ln: Chiều dài xà ngang (cm) L: Chiều dài cơ sở của xe (cm) α : Góc xoắn trên chiều rộng cơ sở B, góc này đ−ợc xác định theo góc quay t−ơng đối của hai xà ngang lấy ngay trên cầu ôtô. Ta coi xe ở trạng thái xoắn khung xấu nhất, tức là khi một bên nhíp đã bị nén đến mức chạm ụ hạn chế của hệ thống treo và lấy khoảng dịch chuyển của nhíp tới ụ hạn chế bằng htmax nh− hình vẽ 6.3. Hình 6.3. Góc xoắn trên chiều rộng cơ sở Nh− vậy, α đ−ợc tính theo công thức: α = artg(hmax/B) (rad) (6.14) hmax: khoảng dịch chuyển lớn nhất của nhíp (cm) B: chiều rộng cơ sở của xe (cm) h t m ax B α - 164 - III. Sơ đồ thuật toán Hình 6.1. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán bền khung ôtô Với trình tự các b−ớc tính bền khung ôtô nh− ở phần II, chúng tôi đ−a ra sơ đồ thuật toán của bài toán tính bền khung trên hình 6.1. Trong sơ đồ trên có các khối ch−ơng trình thực hiện các chức năng sau: 3.1. Khối nhập dữ liệu: Khối này thực hiện chức năng lựa chọn phần nhập dữ liệu tính toán, bao gồm: - Chiều dài cơ sở của ôtô - Chiều rộng cơ sở của ôtô Bắt đầu Nhập dữ liệu Kết thúc Xác định tải trọng đặt lên khung Kiểm tra bền xoắn khung Đúng Sai Xem kết quả Xác định phản lực tại các mõ nhíp Tính toán nội lực và xác định vị trí nguy hiểm Kiểm tra bền uốn khung Sai Đúng Chọn vật liệu và kích th−ớc mặt cắt ngang dầm - 165 - - Chiều dài dầm ngang - Độ dịch chuyển lớn nhất của hệ thống treo (từ trạng thái tự do đến khi chạm vào ụ hạn chế) - Trọng l−ợng ba đờ xóc và vị trí trọng tâm ba đờ xóc - Trọng l−ợng két n−ớc và vị trí trọng tâm két n−ớc - Trọng l−ợng động cơ, cụm ly hợp và vị trí trọng tâm cụm động cơ + ly hợp - Trọng l−ợng ca bin và vị trí trọng tâm ca bin - Trọng l−ợng hộp số và vị trí trọng tâm hộp số - Trọng l−ợng các đăng và vị trí trọng tâm cac đăng - Trọng l−ợng thùng hàng, chiều dài thùng và vị trí đặt thùng - Vị trí đặt nhíp - Hệ số tải trọng động (Các vị trí so với đầu mút phía tr−ớc của khung) 3.2. Khối xác định tải trọng đặt lên khung: Khối này thực hiện việc phân bố lại các tải trọng nh− là tải tập trung trên suốt chiều dài khung. 3.3. Khối tính toán phản lực tại các mõ nhíp: Khối này thực hiện việc tính toán phản lực của dầm. 3.4. Khối tính toán nội lực và xác định vị trí nguy hiểm: Khối này thực hiện việc tính toán nội lực và xác định vị trí nguy hiểm trên dầm dựa vào biểu đồ nội lực tác dụng lên dầm. 3.5. Khối chọn vật liệu và kích th−ớc mặt cắt ngang: Khối này thực hiện việc lựa chọn các thông số vật liệu và kích th−ớc dầm, các thông số gồm có: - Kích th−ớc thép chữ U: h, b, t. - Giới hạn chảy của vật liệu - Mô đun đàn hồi tr−ợt khi xoắn vật liệu 3.6. Khối kiểm tra bền uốn khung: Khối này thực hiện việc tính toán kiểm tra bền uốn dầm 3.7. Khối kiểm tra bền xoắn khung: Khối này thực hiện việc tính toán kiểm tra bền xoắn dầm 3.8. Khối xem kết quả Sau khi đã tính toán và kiểm tra bền khung, khối này sẽ thể hiện các kết quả tính toán và các biểu đồ nội lực trong khung. 3.9. Kết luận Sau khi đã hoàn thành tính toán bền khung, chúng ta đ−a ra kết luận về khả năng chịu tải cũng của khung và có kết luận cần thay đổi vật liệu, gia c−ờng cho khung,v.v... - 166 - IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt Trên cơ sở sơ đồ thuật toán cho bài toán kiểm bền khung, chúng tôi tiến hành xây dựng ch−ơng trình có giao diện bằng tiếng Việt để thực hiện các thao tác này một cách trực quan trên máy tính. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên nền ngôn ngữ lập trình ứng dụng Matlab 5.3. Khi lựa chọn tính toán khung từ ch−ơng trình tổng thể, ban đầu sẽ có menu thông báo cho phép ng−ời dùng bắt đầu thực hiện bài toán tính khung: Hình 6.4.1. Menu chính Nếu bấm chọn "Tiếp tục" sẽ đ−a ra menu ch−ơng trình tính toán kiểm nghiệm khung xe. Chọn "Thoát" để quay trở lại ch−ơng trình tổng thể toàn bộ các hệ thống trên ôtô. 4.1. Ch−ơng trình tính toán kiểm nghiệm khung Khi lựa chọn "Tiếp tục" từ menu chính sẽ chạy phần ch−ơng trình tính toán kiểm nghiện khung có giao diện nh− sau: Hình 6.4.2. Menu chính "Tính toán kiểm nghiệm khung ôtô" - 167 - Trên menu có thanh công cụ cho phép chúng ta thực hiện các thao tác của bài toán thiết kế. Ban đầu là "Nhập dữ liệu", sau đó là "Xem kết quả" và kết thúc là "Thoát khỏi ch−ơng trình". Bên cạnh đó ng−ời sử dụng có thể xem phần "Trợ giúp" để biết thêm thông tin giúp đỡ về cách thức sử dụng ch−ơng trình trong những lần đầu tiên. 4.2. Nhập dữ liệu Đây là phần ch−ơng trình rất quan trọng, bao gồm các dữ liệu chung của xe, các tải trọng đặt lên khung, các thông số của dầm. Modul nhập dữ liệu gồm có hai phần: Nhập dữ liệu từ bàn phím và nhập dữ liệu từ tệp. 4.2.1. Nhập dữ liệu từ tệp Khi bấm chọn nhập dữ liệu từ tệp sẽ hiện ra bảng lựa chọn các tệp dữ liệu của các xe cơ sở đã có sẵn các thông số cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn để tham khảo một số thông số khi mới nhập lần đầu tiên. Hình 6.4.3. Nhập dữ liệu từ tệp Khi ta chọn đ−ợc tệp dữ liệu thì ch−ơng trình sẽ hiện ra các menu giống nh− nhập dữ liệu từ bàn phím cho phép ng−ời sử dụng có thể tham khảo để giữ nguyên hay sửa đổi các thông số của xe đó. 4.2.2. Nhập dữ liệu của xe Khi bấm chọn "Nhập dữ liệu từ bàn phím" để nhập các dữ liệu, sẽ hiện ra menu để ng−ời sử dụng nhập các thông số phục vụ cho quá trình tính toán: Sau khi đã nhập đầy đủ các thông số cơ bản của khung, chúng ta có thể l−u lại các thông số này khi bấm vào "L−u lại", hoặc có thể bấm "Tiếp tục" để kết thúc phần nhập dữ liệu, chuyển sang phần tiếp theo. Bấm "Thoát" khi nhập dữ liệu sai hoặc không muốn nhập dữ liệu nữa. 4.3. L−u dữ liệu Sau khi đã nhập dữ liệu, ng−ời sử dụng có thể l−u lại các thông số để khi cần không phải nhập lại số liệu cũng nh− để có đ−ợc một số thông số để tham khảo. Khi chọn "L−u lại" ch−ơng trình sẽ đ−a ra menu cho phép ng−ời dùng có thể l−u lại tệp dữ liệu theo tên tuỳ chọn. - 168 - Hình 6.4.4. Nhập dữ liệu từ bàn phím Hình 6.4.5. L−u dữ liệu 4.4. Xem kết quả Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, ch−ơng trình sẽ tự động tính toán và các kết quả tính sẽ đ−ợc thể hiện khi ng−ời sử dụng bấm vào phần "Xem kết quả" ở menu chính. Khi bấm vào "Xem kết quả", sẽ hiện ra bảng kết quả chứa các biểu đồ nội lực trong khung và giá trị ứng suất tại các điểm nguy hiểm. Trên bảng thể hiện kết quả, ng−ời sử dụng có thể bấm "Thoát" khi kết thúc phần xem kết quả. Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc tính toán kiểm nghiệm khung ôtô nữa, thì ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi ch−ơng trình" để quay về menu chính nh− ban đầu để kết thúc phần "Tính toán kiểm nghiệm khung ôtô". - 169 - Hình 6.4.6. Kết quả tính bền khung - 170 - V. Kết luận Ch−ơng trình "Tính toán kiểm nghiệm khung ôtô" với giao diện bằng tiếng Việt thân thiện, dễ hiểu, dễ sử dụng đã đạt đ−ợc một số kết quả sau: - Tổng hợp đ−ợc các công thức và một số ph−ơng pháp tính toán khung đã đ−ợc sử dụng ở Việt Nam trong những năm qua. - Xây dựng đ−ợc ch−ơng trình tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ hiểu, dễ sử dụng. Ch−ơng trình này sẽ giúp cho các kỹ s− chuyên ngành giảm nhẹ đ−ợc công việc tổng hợp lại các b−ớc và công thức tính, cũng nh− giảm đ−ợc khối l−ợng và thời gian tính toán so với tr−ớc đây còn phải sử dụng bằng tay. - Tổng hợp đ−ợc quá trình tính toán trên một số các kết cấu khung hiện đang đ−ợc sử dụng rộng rãi trên thị tr−ờng Việt Nam và có thể áp dụng ch−ơng trình để kiểm nghiệm khung các loại xe này, cũng nh− có thể tham khảo các thông số trên các loại xe hiện có để lựa chọn thiết kế cho các loại xe đóng mới tại Việt Nam. Bên cạnh những mặt đạt đ−ợc, ch−ơng trình còn có một số khiếm khuyết sau: - Ch−ơng trình xây dựng theo ph−ơng pháp tính toán lâu nay đ−ợc sử dụng ở Việt Nam nên ch−a thật sự chính xác so với các ph−ơng pháp tính toán hiện đại nh− ph−ơng pháp phần tử hữu hạn và các phần mềm chuyên dụng để tính bền kết cấu. - Ch−a tham khảo đ−ợc nhiều bộ số liệu về vật liệu và số l−ợng tải trọng còn hạn chế. - Ch−ơng trình chạy trong môi tr−ờng của phần mềm Matlab 5.3, tuy đây là phần mềm sẵn có và sử dụng t−ơng đối thuận tiện nh−ng phải cài đặt phần mềm này mới chạy đ−ợc. - 171 - Kết luận Trong thời gian một năm nghiên cứu, đề tài đã thực hiện đ−ợc ch−ơng trình nghiên cứu của mình và đạt đ−ợc một số kết quả sau: - Tổng hợp đ−ợc các công thức và một số ph−ơng pháp tính toán các hệ thống ôtô đã đ−ợc sử dụng ở Việt Nam trong những năm qua. - Xây dựng đ−ợc ch−ơng trình tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ hiểu, dễ sử dụng. - Ch−ơng trình kiểm nghiệm đánh giá chất l−ợng động lực học ôtô. - Ch−ơng trình tính toán trên một số kết cấu hệ thống phanh dầu. - Ch−ơng trình trình tính toán trên kết cấu của hệ thống treo phụ thuộc. - Ch−ơng trình tính toán trên một số các kết cấu của hệ thống lái. - Ch−ơng trình tính toán trên một số các kết cấu của hệ thống ly hợp. - Ch−ơng trình tính toán trên một số các kết cấu khung. Các ch−ơng trình tính toán đ−ợc áp dụng kiểm nghiệm các kết cấu hiện đang đ−ợc sử dụng rộng rãi trên thị tr−ờng Việt Nam, cũng nh− có thể tham khảo các thông số trên các loại xe hiện có để lựa chọn thiết kế cho các loại xe đóng mới tại Việt Nam. Mặc dù còn một số hạn chế nhất định nh− : ch−ơng trình phải chạy trên nền phần mềm Matlab, ch−a hoàn thiện các kết cấu nh−ng ch−ơng trình xây dựng đ−ợc đã tổng hợp một cách khá tỉ mỉ các ph−ơng pháp và công thức tính cũng nh− xây dựng đ−ợc phần giao diện tiếng Việt. Ch−ơng trình có thể giúp chúng ta đánh giá đ−ợc (trên lý thuyết) các xe đang vận hành và tính các thông số kết cấu cơ bản của các hệ thống khi chúng ta thiết kế xe mới. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu ở trên chúng ta có thể mở rộng ra nghiên cứu các cụm khác phức tạp hơn của các hệ thống nói trên, phát triển tính toán các hệ thống khác cũng nh− xây dựng thêm các phần nghiên cứu chuyên sâu các hệ thống. Nhìn chung các nội dung đã đ−ợc nghiên cứu thực hiện một cách nghiêm túc, tỉ mỉ. Các kết quả đạt đ−ợc có thể áp dụng b−ớc đầu vào các quá trình đánh giá thiết kế hoặc làm cơ sở cho các nghiên cứu chuyên sâu, đặc biệt có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên cũng nh− cán bộ kỹ thuật ngành ôtô. Với thời gian ngắn, kinh phí hạn chế nhóm nghiên cứu tuy đã có nhiều cố gắng nh−ng không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong đ−ợc sự góp ý của các đồng nghiệp, đồng chí và các bạn. - 172 - Tài liệu tham khảo 1. Thiết kế và tính toán ôtô máy kéo; Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên; NXB ĐH&THCN; 1986 2. Lý thuyết ôtô; Chủ biên GS. TSKH. Nguyễn Hữu Cẩn; NXB KH&KT; 2000 NXB ĐH&THCN; 2000 3. Mastering Matlab; Duane Hanselman, Bruce Littlefield; University of Maine - Prentice Hall; 1995 4. Matlab for Engineers; Arial Brial, Moshe Breiner; Addition - Wesley Publishing Company; 1995