Thiết kế cải tiến hệ thống treo trên ôtô UAZ-469B

ện chuyên chở cũng như nhu cầu giao thông đi lại của con người. Ngoài yêu cầu về các hệ thống như hệ thống phanh, hệ thống lái, kết cấu khung vỏ…cần thiết kế đảm bảo tối ưu thì một hệ thống rất quan trọng không thể thiếu được trên ôtô đó là hệ thống treo của xe. Để nâng cao tính tiện nghi, tạo an toàn, đảm bảo độ êm dịu cho ôtô trong quá trình chuyển động trên nhiều địa hình thì hệ thống treo lắp trên ôtô cần phải thiết kế tính toán và cải tiến sao cho tối ưu về các mặt như: tần số dao động phù hợp với con người, độ vững chắc, cân bằng của xe, tính năng vượt địa hình, độ tin cậy, độ bền lâu, điều khiển lái dễ dàng, tận dụng được tối đa tốc độ chuyển động. Hiện nay ở nước ta còn sử dụng nhiều loại xe cũ, do vậy các hệ thống trên xe không được thiết kế một cách tối ưu hoặc do hạn chế về nhiều mặt. Qua tìm hiểu, nghiên cứu xe UAZ đang sử dụng tại nước ta em thấy đây là loại xe việt dã, chạy trên mọi địa hình phức tạp. Nhưng hệ thống treo lắp trên xe lại là hệ thống treo phụ thuộc nên nó không đảm bảo về độ êm dịu, sự cân bằng xe không tốt khi đi trên đường xấu. Do vậy nhằm để cải thiện độ êm dịu, sự cân bằng của xe, giảm thiểu ảnh hưởng động học của đường không bằng phẳng, để đạt được tốc độ tối đa có thể trên các đường xấu thì vấn đề đặt ra là trên cơ sở xe UAZ đang được sử dụng ta cải tiến hệ thống treo để đạt được mục đích này. Do vậy đồ án tốt nghiệp về thiết kế cải tiến hệ thống treo trên ôtô UAZ-469B gồm các phần: Kiểm nghiệm lại hệ thống treo đang sử dụng trên xe. Tính toán thiết kế cải tiến hệ thống treo. Các bản vẽ. Thiết kế quy trình công nghệ gia công một chi tiết cụ thể. Tuy vậy trong quá trình thiết kế tính toán, do hạn chế về kiến thức nên em còn một số thiếu sót không thể tránh khỏi. Vì vậy em kính mong các thầy chỉ bảo thêm để em có thể mở rộng và hoàn thiện thêm kiến thức của mình. Phần 1 Giới thiệu chung về hệ thống treo Sự phát triển của hệ thống treo. Ngày nay trên thế giới các nhà nghiên cứu và thiết kế đã đi xa trong việc phát triển hệ thống treo. Dựa trên sự kết hợp giữa khoa học chuyên ngành cơ bản với sự ứng dụng các thành tựu về khoa học như điện tử, tin học và kỹ thuật điều khiển. Chính nhờ việc áp dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật này vào thực tế mà hệ thống treo ngày nay càng hoàn thiện hơn về tính năng, kích thước cũng như phạm vi hoạt động của nó. Hệ thống treo với cơ cấu chấp hành là thuỷ lực và khí nén kết hợp với cơ cấu điều khiển là các mạng điện tử đó chính là xu hướng phát triển của hệ thống treo trong tương lai. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý: Dùng các cảm biến để thu nhận thông tin, các thông số cần thiết trong quá trình vận hành xe. Các thông số đó có thể là tải trọng của xe, gia tốc giao động thẳng đứng, góc đặt bánh xe, độ cao sàn xe… Sau đó các thông tin này được mã hoá và được đưa vào mạch điều khiển để tự động điều khiển các cơ cấu chấp hành. Như vậy ta có một hệ thống treo có thể tự động điều chỉnh được đường đặc tính của nó phù hợp với các điều kiện chuyển động. Đây chính là ưu điểm nổi bật mà các hệ thống treo cổ điển trước đây không có được. Tuy nhiên với tình hình kinh tế nước ta hiện nay còn chưa thực sự phát triển mạnh, cơ sở vật chất kỹ thuật và các nghành kinh tế đang trong thời kỳ phát triển thì một hướng đi mang tính thực tế đó là việc tận dụng một số loại ôtô cũ còn sử dụng được, trên cơ sở đó cải thiện hay thiết kế cải tiến một số hệ thống trên xe đã kém chất lượng hay đặc tính không còn phù hợp với yêu cầu hiện nay để đưa vào sử dụng. 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống treo: Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ôtô với bánh xe, có tác dụng làm êm dịu quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe (bánh xe dao động trong mặt phẳng thẳng đứng) và truyền lực giữa khung vỏ với bánh xe. Ta biết rằng xe chuyển động có êm dịu hay không phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng hệ thống treo. Khi xe chuyển động trên đường không bằng phẳng sẽ phát sinh dao động do đường không bằng phẳng gây ra. Những dao động này ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ của xe, làm hư hỏng hàng hoá nếu có trên xe và ảnh hưởng lớn tới hành khách trên xe. Theo số liệu thống kê cho thấy khi một xe ôtô chạy trên đường xấu, gồ ghề mà so sánh với một ôtô cùng loại chạy trên đường tốt thì vận tốc trung bình của xe chạy trên đường xấu sẽ giảm đi 40á50%, quãng đường chạy giữa hai kì đại tu giảm đi 35á40%, suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên 30á40%, do đó năng xuất vận chuyển giảm đi 35á40% và giá thành vận chuyển tăng lên khoảng 50á60%. Còn đối với con người nếu phải chịu đựng lâu trong tình trạng bị rung xóc nhiều sẽ gây ra mệt mỏi, khó chịu và gây ra các phản ứng khác. Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của dao động ôtô tới cơ thể con người đều đi đến kết luận: Nếu con người phải chịu đựng lâu trong môi trường dao động thì sẽ bị mắc các chứng bệnh thần kinh và não. Chính vì vậy mà độ êm dịu của xe là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính tiện nghi của ôtô. Tính êm dịu của ôtô phụ thuộc vào kết cấu của ôtô và trước hết là phụ thuộc vào hệ thống treo, chất lượng mặt đường và sau đó là đến kỹ thuật của người lái. Nếu xét đến phạm vi khả năng chế tạo ôtô thì hệ thống treo mang tính chất quyết định đến tính êm dịu chuyển động của ôtô. 1.2 Các phần tử của hệ thống treo: Ta đã biết hệ thống treo có các công dụng như trình bày ở trên. Để đảm bảo các công dụng đó thì thông thường hệ thống treo bao gồm 3 bộ phận chính: + Bộ phận hướng. + Bộ phận đàn hồi. + Bộ phận giảm chấn. 1.2.1 Bộ phận hướng: Bộ phận hướng có tác dụng bảo đảm động học bánh xe tức đảm bảo cho bánh xe chỉ dao động trong mặt phẳng thẳng đứng. Bộ phận hướng còn làm nhiệm vụ truyền lực dọc, ngang và mômen giữa khung vỏ và bánh xe. 1.2.2 Bộ phận đàn hồi: Bộ phận đàn hồi là bộ phận nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe và tiếp nhận lực thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ xuống bánh xe và ngược lại. Bộ phận đàn hồi có cấu tạo chủ yếu là một chi tiết đàn hồi bằng kim loại (nhíp, lòxo xoắn, thanh xoắn) hoặc bằng khí (trong trường hợp hệ thống treo khí hoặc treo thuỷ khí). Phần tử đàn hồi bằng kim loại gồm các loại như nhíp, lòxo và thanh xoắn. Ưu điểm của loại này là kết cấu đơn giản, chắc chắn, giá thành rẻ do chi phí chế tạo cũng như bảo dưỡng thấp. Tuy nhiên nó có một số nhược điểm như tuổi thọ thấp, ma sát lớn, đường đặc tính làm việc là tuyến tính bậc nhất. Phần tử đàn hồi loại khí gồm một số loại như: phần tử loại khí bọc bằng cao su, sợi, loại bọc bằng màng và loại bọc bằng ống. Ưu điểm của loại này là có thể thay đổi được độ cứng của hệ thống treo tuỳ theo tải trọng (bằng cách thay đổi áp suất khí trong phần tử đàn hồi), giảm được độ cứng của hệ thống treo làm tăng độ êm dịu chuyển động của ôtô, có đường đặc tính là phi tuyến. Phần tử đàn hồi thuỷ khí : đây là sự kết hợp của cơ cấu điều khiển thuỷ lực và cơ cấu chấp hành là phần tử thuỷ khí. Nhược điểm chung của 2 loại phần tử đàn hồi loại khí và loại thuỷ khí là việc chế tạo các chi tiết cũng như lắp ráp cần yêu cầu chính xác cao, phức tạp do đó chi phí chế tạo cũng như giá thành là rất cao. Phần tử đàn hồi bằng cao su: gồm có các loại cao su chịu nén và loại cao su chịu xoắn. Ưu điểm của loại này có độ bền cao, không cần bôi trơn bảo dưỡng. Cao su có thể thu năng lượng trên một đơn vị thể tích cao gấp 2á10 lần thép, trọng lượng của cao su bé và có đường đặc tính phi tuyến. Nhược điểm của loại này là xuất hiện biến dạng dư dưới tác dụng của tải trọng kéo dài và nhất là tải trọng thay đổi, thay đổi tính chất đàn hồi khi nhiệt độ thay đổi mà đặc biệt độ cứng của cao su tăng lên khi nhiệt độ hạ xuống thấp, cần thiết phải đặt bộ phận dẫn hướng và giảm chấn. 1.2.3 Bộ phận giảm chấn: Bộ phận giảm chấn có tác dụng dập tắt nhanh các dao động bằng cách biến năng lượng dao động thành nhiệt năng toả ra bên ngoài. Về mặt tác dụng có thể có nhiều loại giảm chấn, có loại tác dụng một chiều, có loại giảm chấn tác dụng hai chiều. Loại giảm chấn tác dụng hai chiều có thể có loại tác dụng hai chiều đối xứng hoặc loại tác dụng hai chiều không đối xứng. Về kết cấu trên ôtô thường sử dụng loại giảm chấn ống hay loại giảm chấn đòn. Giảm chấn cùng phối hợp làm việc với bộ phận đàn hồi khi làm việc tạo lên độ êm dịu cho ôtô khi chuyển động. Ví dụ khi bánh xe đi qua một mô đất cao sẽ tạo lên một chấn động từ mặt đường qua bánh xe và hệ thống treo tác dụng lên thân xe. Giai đoạn đầu bánh xe đi gần vào khung xe, năng lượng của chấn động một phần được tiêu tán qua giảm chấn, một phần được bộ phận đàn hồi tiếp nhận và tích luỹ dưới dạng thế năng của chi tiết đàn hồi (lòxo), chỉ có một phần được truyền lên xe. Giai đoạn “nén” này lực cản của giảm chấn nhỏ để giảm một phần năng lượng truyền qua giảm chấn lên khung xe. Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn năng lượng được tích luỹ dưới dạng thế năng của bộ phận đàn hồi được giải phóng - Bánh xe đi ra xa khung xe. Năng lượng được giải phóng này chủ yếu được hấp thụ và tiêu tán thông qua giảm chấn, đối với giảm chấn đây là hành trình “trả” và lực cản trả lớn hơn lực cản nén rất nhiều. Đây là loại giảm chấn hai chiều không đối xứng. 1.3 Yêu cầu thiết kế hệ thống treo. Căn cứ vào các đặc điểm về hệ thống treo như đã trình bày ở trên, do đó người ta đưa ra các yêu cầu cụ thể của hệ thống treo như sau: + Hệ thống treo thiết kế phải đảm bảo độ êm dịu theo yêu cầu, có nghĩa là thoả mãn các chỉ tiêu: Đối với xe chở khách - Tần số dao động f = 1á1,5 Hz. hoặc tần số dao động góc w = (1á1,5).2p rad/s. Tuy nhiên khi tính toán hệ thống treo ôtô người ta thường dùng thông số : số lần dao động trong một phút n : n = 60 á 90 lần/phút . - Đảm bảo gia tốc dao động trong giới hạn cho phép. - Đảm bảo vận tốc dao động trong giới hạn cho phép. + Đảm bảo động học của bánh xe. + Truyền lực giữa khung vỏ và bánh xe. 1.4 Giới thiệu hệ thống treo phụ thuộc lắp trên xe UAZ-469. Để cấu thành một hệ thống treo hoàn chỉnh cần phải có đầy đủ các phần nói trên với chức năng cụ thể của từng phần tử. Vì vậy xuất phát từ các phần đó ta có thể có rất nhiều loại hệ thống treo khác nhau để lắp trên xe. Nhưng trong thực tế đối với xe UAZ là loại xe chạy trên mọi địa hình, có tính năng cơ động cao, yêu cầu về độ êm dịu không cao, về mặt chế tạo và giá thành phải dẻ. Do vậy hệ thống treo xe UAZ thường được chế tạo là hệ thống treo phụ thuộc. Ta có kết cấu của hệ thống treo lắp trên xe UAZ-469 như sau: Kết cấu hệ thống treo trước bên trái Kết cấu hệ thống treo sau bên phải Hệ thống treo phụ thuộc lắp trên xe UAZ là những bộ lá nhíp dạng bán elíp. Tính chất dịch chuyển của cầu xe đối với vỏ phụ thuộc vào thông số của nhíp. Nghĩa là nhíp không chỉ là bộ phận đàn hồi mà nó còn đảm nhận nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và một phần nhiệm vụ của bộ phận giảm chấn. Kiểu hệ thống treo này được sử dụng rộng rãi bởi ưu điểm của nó là kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, dễ chế tạo. Phần 2 2.1. CáC THÔNG Số CƠ BảN Thông số Giá trị Đơn vị 1 2 3 4 5 6 7 Khối lượng bản thân Phân lên cầu trước Phân lên cầu sau Khối lượng toàn bộ Phân lên cầu trước Phân lên cầu sau Trọng tải Khối lượng cầu trước Khối lượng cầu sau Khối lượng bánh xe có lắp lốp Kích thước toàn bộ Dài Rộng Cao 1650 890 760 2450 1020 1430 750 120 100 38 4025 1805 2015 kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg mm mm mm 2.2. Các thông số hình học của nhíp trước K lk (cm) bk (cm) hk (cm) Vật liệu 1 2 3 4 5 6 7 50 42 34 26 19 12 6 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 5,5 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0,6 55C2 55C2 55C2 55C2 55C2 55C2 55C2 + lk : Chiều dài cánh nhíp không kể quang nhíp. + bk: Chiều rộng nhíp. + hk: Chiều rộng nhíp . 2.3. Bảng thông số hình học của nhíp sau K lk (cm) bk (cm) hk (cm) Vật liệu 1 2 3 4 5 6 7 8 56 49 42 34 26 19 12 6 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 55C2 55C2 55C2 55C2 55C2 55C2 55C2 55C2 + lk : Chiều dài cánh nhíp không kể quang nhíp. + bk: Chiều rộng nhíp. + hk: Chiều rộng nhíp . Phần 3 Lý thuyết tính toán nhíp 3.1 Phương pháp tính toán ứng suất trong các lá nhíp. Phương pháp tính toán các lá nhíp thông thường đó là tính theo ứng suất trong các lá nhíp theo phương pháp tải trọng tập trung, phương pháp này được xây dựng trên giả thiết: Chỉ khảo sát nửa nhíp (1/4 elíp), một đầu ngàm, một đầu chịu lực. Các lá nhíp khi làm việc chỉ tiếp xúc với nhau tại các đầu mút. Độ biến dạng của 2 lá nhíp kề nhau tại các vị trí tiếp xúc là như nhau. Sơ đồ lực l1 B P X2 X3 l2 lk Xk S Xk+1 Xn ln ứng suất trong các lá nhíp có thể xác định được khi ta xác định trị số của các phản lực đặt tại các đầu mút X1, X2,… Xn-1, Xn trong hệ siêu tĩnh. Để xây dựng được hệ phương trình siêu tĩnh ta sử dụng công thức tính độ võng của các lá nhíp theo hai trường hợp sau: Trường hợp 1 Khi lá nhíp một đầu bị ngàm còn đầu kia chịu lực tác dụng. Ta có sơ đồ tính toán: l P fx fa x Độ võng tĩnh tại đầu A: Độ võng tĩnh tại tiết diện x-x: Trong đó E: môđun đàn hồi của vật liệu làm nhíp E= 2,0.105 MN/m. J : mômen quán tính của nhíp. P: lực tác dụng lên một đầu nhíp. l : chiều dài của nửa nhíp. Trường hợp 2 Khi lực tác dụng đặt cách ngàm một đoạn là x. Ta có sơ đồ tính toán như hình vẽ: l P fx fa x Độ võng tĩnh tại đầu A: Từ 1, 2 ta có thể xác định được độ võng tại tiết diện x-x của lá nhíp thứ nhất dưới tác dụng của các lực P= X1 và X2 là: Độ võng tại đầu của lá nhíp thứ 2 dưới tác dụng của các lực X2, X3 là: Theo giả thiết thì biến dạng tại tiết diện x-x của lá nhíp thứ nhất bằng độ biến dạng của lá nhíp thứ 2 từ đó ta có fx=fA. Qua một số phép biến đổi toán học ta có dạng tổng quát: Ta có tại điểm B biến dạng của lá thứ nhất và lá thứ hai là như nhau, tương tự tại điểm S biến dạng của lá thứ (k-1) và lá thứ k bằng nhau. Bằng cách lập các biểu thức biến dạng tại các điểm trên và cho chúng bằng nhau từng đôi một ta sẽ đi đến 1 hệ (n-1) phương trình với (n-1) ẩn là các giá trị X2…. Xn. Hệ phương trình đó có dạng như sau: A2.Z + B2.X2 + C2.X3 = 0 A2.X2 + B3.X3 + C3.X4 = 0 ………………………… An.Xn-1 + Bn.Xn = 0 Trong đó Ak= Bk= - Ck= lk: chiều dài tính toán: từ quang nhíp đến đầu mút lá nhíp (hình vẽ). Jk: mômen quán tính của lá nhíp thứ k. Jk= b: chiều rộng lá nhíp. hk: chiều dầy của lá nhíp thứ k. Thông thường 1 bộ nhíp có m lá nhíp cái có chiều dài và chiều dầy giống nhau thường m=1á3, khi đó để tránh nhầm lẫn ta coi m lá đó là lá thứ nhất với J1 được xác định: (khi đó k = 2 ứng với lá thứ m+1, k = 3 ứng với lá m+2 …). Giải hệ phương trình trên ta được các giá trị X2…. Xn. Khi đã có các giá trị X2…. Xn ta vẽ được biểu đồ mômen như sau: lk Xk lk+1 Xk+1 Xk.lk- Xk+1.lk+1 Xk.(lk- lk+1) B A ứng suất của nhíp được xác định theo công thức: su = Trong đó Wu: là mômen chống uốn của nhíp tại tiết diện tính toán. Mômen chống uốn này phụ thuộc vào tiết diện của nhíp. Thông thường tiết diện của nhíp hình chữ nhật nên nó được xác định theo công thức: Sau khi lắp ghép trong các lá nhíp sẽ xuất hiện ứng suất sơ bộ được gọi là ứng suất siết. Nó được xác định theo công thức: Trong đó E : môdun đàn hồi của vật liệu làm nhíp . hk : chiều dầy của lá nhíp thứ k. R0: Bán kính cong của lá nhíp sau khi đã lắp ghép. Rk: Bán kính cong của lá nhíp thứ k ở trạng thái tự do. Thông thường thì ứng suất siết trong các lá nhíp là rất nhỏ so với ứng suất uốn cho nên ta có thể bỏ qua việc tính toán ứng suất siết trong các lá nhíp. 3.2 Cơ sở tính toán dao động của hệ thống treo. Theo lý thuyết ôtô thì tần số dao động của hệ thống treo được tính theo công thức: Trong đó n : là tần số dao động của ôtô đơn vị là. lần /phút. ft : là độ võng tĩnh của nhíp. cm. Vấn đề đặt ra ở đây là xác định độ võng tĩnh ft của nhíp. Để đơn giản ta áp dụng tính toán cho n lá nhíp, các lá có tiết diện hình chữ nhật và có tính chống uốn đều. Độ võng của nhíp tại đầu nhíp dưới tác dụng của tải trọng P chính bằng năng lượng sinh ra trong khi nhíp bị uốn. Xét một thanh như hình vẽ, nó chịu lực tác dụng P và biến dạng một đoạn là ft, do đó ta có thế năng. Biến dạng đàn hồi U: U = P.ft ft = Nếu thanh có tiết diện thay đổi thì công thức tính f được xác định theo vi phân ft = Sơ đồ tính toán : l1 l2 l3 P a2 a3 ln ln-1 an+1 Xét một nhíp có cấu tạo như hình vẽ, nhíp có n lá Với l1, l2, … ln : chiều dài của lá nhíp J1, J2, … : Mômen quánd tính theo trục X của tiết diện lá nhíp Dưới tác dụng của lực P thế năng biến dạng của nhíp sẽ là : Trong đó E : Môđun đàn hồi của vật liệu làm nhíp. Jx : Mômen quán tính của nhíp tại tiết diện x. Mà ta có Mx = P.( l1- x ). Nên ft được tính Chia tích phân thành tổng các tích phân trên từng đoạn I, II, III .…ta được: . Trong đó I1 = J1, I2 = J1+ J2, …. l1- l2 = a2, l1- l3 = a3…. Yk= , Yn+1= 0 J1, J2…Jk…Jn : mômen quán tính của tiết diện lá nhíp Do đó ta xác định được ft L l’ l P Z Trường hợp nhíp không đối xứng: Trường hợp nhíp đối xứng: Vậy khi đã có các số liệu của nhíp ta có thể tính được độ cứng C của nó. 3.3 Lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu. Hệ thống treo thiết kế phải đảm bảo cho xe đạt độ êm dịu theo các chỉ tiêu đã đề ra. Hiện nay có nhiều loại 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 đồ án này ta chỉ lựa chọn một chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu đó là chỉ tiêu tần số giao động. Chỉ tiêu này được lựa chọn như sau: Xe chở khách f = 1 á 1,5 lần/s (tức Hz). hoặc n = 60 á 90 lần/phút. hoặc w = (1 á 1,5).2p rad/s. Trên ôtô người ta đưa ra khái niệm độ võng tĩnh ft. Độ võng tĩnh là biến dạng của hệ thống treo khi chịu tải trọng tĩnh. Độ võng tĩnh được xác định như sau: Trong đó G : là trọng lượng của phần được treo tác dụng lên hệ thống treo. kg. Ct : là độ cứng của hệ thống treo. N/cm. Mặt khác ta có mối quan hệ giữa tần số giao động góc và độ cứng của hệ thống treo theo công thức: w : tần số dao động góc. M : khối lượng của phần được treo. kg. Từ đó ta có : Ct = M.w2 Nếu ta chọn trước w thì độ cứng Ct chỉ còn phụ thuộc vào khối lượng phần được treo. Kết hợp các công thức trên ta có : Mà M = G/g g : gia tốc trọng trường. g = 10 m/s2. 2. = 6 Thay vào trên ta có m. Nếu tính ft theo cm thì ta có ft = cm. Phần 4 Kiểm nghiệm hệ thống treo xe uaz-469 4.1 Kiểm nghiệm hệ thống treo trước. Tính độ cứng của nhíp trước. Trong đó Chọn a = 0,84. Hệ số điều chỉnh giữa lý thuyết và thực nghiệm. E : môđun đàn hồi của vật liệu làm nhíp khi chịu uốn Vật liệu nhíp là thép nên E = 2.105 MN/m2 = 2.107 N/cm2. Yk= , Yn+1= 0 I1 = J1, I2 = J1+ J2, …. l1- l2 = a2, l1- l3 = a3…. J1, J2…Jk…Jn : mômen quán tính của tiết diện lá nhíp Jk: mômen quán tính của lá nhíp thứ k. Jk= Nhíp cái m = 2 nên J1= các lá nhíp khác J2=J3=J4=J5=J6=J7= hk : chiều dầy các lá nhíp hk = hc = h = 0,6 cm. b : chiều rộng nhíp b = 5,5 cm. Ta lập bảng quan hệ để tính độ cứng Ct của nhíp. TT lk ak+1 bk hk Jk Ik Yk Yk-Yk+1 ak+13. (Yk-Yk+1) 1 50 - 5,5 0,6 0,198 0,198 5,0505 - - 2 42 8 5,5 0,6 0,099 0,297 3,367 1,6835 861,9520 3 34 16 5,5 0,6 0,099 0,396 2,5252 0,8418 3448,013 4 26 24 5,5 0,6 0,099 0,495 2,0202 0,505 6981,120 5 19 31 5,5 0,6 0,099 0,594 1,6835 0,3367 10030,63 6 12 38 5,5 0,6 0,099 0,693 1,443 0,2405 12182,05 7 6 44 5,5 0,6 0,099 0,792 1,2626 0,1804 15367,19 50 1,2626 157825,0 = 206695,956 Do vậy Ct = N/cm. 4.1.1 Kiểm tra độ êm dịu của hệ thống treo trước. Khi không tải: + Tải trọng tác dụng lên một bên nhíp trước trong trường hợp không tải. Trong đó : G: Tải trọng tác dụng lên cầu trước khi không tải G=890kg G: Khối lượng bánh xe có lắp lốp G= 38kg G: Khối lượng cầu trước G= 120kg ị N. + Độ võng tĩnh trong trường hợp không tải. cm. + Tần số dao động riêng. lần/phút. Khi đầy tải: + Tải trọng tác dụng lên một bên nhíp trước trong trường hợp đầy tải. .10 N Trong đó : G: Khối lượng tác dụng lên cầu trước khi đầy tải : G=1020kg G: Khối lượng bánh xe có lắp lốp : G= 38kg G: Khối lượng cầu trước : G= 120kg ị N. + Độ võng tĩnh trong trường hợp đầy tải. cm. + Tần số dao động riêng. lần/phút. Kết luận: So sánh các giá trị về độ võng tĩnh cũng như các giá trị về tần số dao động riêng này với các giá trị của độ võng tĩnh và tần số dao động riêng của hệ thống treo để đảm bảo độ êm dịu của xe ta thấy hệ thống treo trước không thoả mãn về độ êm dịu cả trong trường hợp xe không tải và xe chở đầy tải. 4.1.2 Tính bền nhíp trước. Sơ đồ tính bền nhíp: l1 P X2 X3 X4 X5 X6 X7 l7 l6 l5 l4 l3 l2 + Số lá nhíp là 7. + Tải trọng P tác dụng lên cánh nhíp (ở đây tải): N. + Mômen quán tính của các lá nhíp - Lá nhíp cái m = 2 nên J1= = cm4. - Các lá nhíp khác J2=J3=J4=J5=J6=J7= = cm4. hk : chiều dầy các lá nhíp hk = hc = h = 0,6 cm. b : chiều rộng nhíp b = 5,5 cm. + Xác định các hệ số Ak, Bk, Ck. Ak= Bk= - Ck= Ta lập bảng quan hệ giữa các thông số lk, Ak, Bk, Ck. k lk Ak Bk Ck 1 50 - - - 2 42 0,64 -1,5 0,72 3 34 1,35 -2 0,65 4 26 1,46 -2 0,61 5 19 1,55 -2 0,54 6 12 1,82 -2 0,31 7 6 2,5 -2 - Ta có hệ phương trình 0,64.2060 – 1,5. X2 + 0,72 .X3 = 0 1,35. X2 – 2. X3 + 0,65. X4 = 0 1,46. X3 – 2. X4 + 0,61. X5 = 0 1,55. X4 – 2. X5 + 0,54. X6 = 0 1,82. X5 – 2. X6 + 0,31. X7 = 0 1,5 . X6 – 2. X7 = 0 Giải hệ phương trình này ta được X2 = 1763 N. X3 = 1841,8 N. X4 = 2036,9 N. X5 = 2270,8 N. X6 = 2563 N. X7 = 3203,7 N. Khi có các giá trị Xk ta có biểu đồ mômen và xác định được các giá trị mômen tại A và B của từng lá nhíp. lk Xk lk+1 Xk+1 Xk.lk- Xk+1.lk+1 Xk.(lk- lk+1) B A ứng suất của nhíp được xác định: Mu : mômen uốn nhíp. Ncm. Wuc : mômen chống uốn của nhíp chính. cm3. Wu : mômen chống uốn của nhíp. cm3. Ta lập bảng quan hệ k lk Xk MuA MuB Wu suA(N/cm2) suB(N/cm2) 1 50 2060 28954 16480 0,66 43869,7 24969,7 2 43 1763 11424,8 14104 0,33 34620,6 42739,4 3 36 1841,8 9661,8 14742,4 0,33 29278,2 44673,9 4 29 2063,9 9814,6 15895,5 0,33 29741,2 48160,1 5 22 2270,8 12388,8 15895,5 0,33 37541,9 48168,1 6 15 2563 11533,8 15378 0,33 34950,9 46600 7 9 3203,7 19222,2 - 0,33 58249 - Kết luận: So sánh giá trị ứng suất uốn tại A và B với ứng suất uốn cho phép của vật liệu thép làm nhíp [s] = 60000 N/cm2 khi chịu tải trọng tĩnh ta thấy nhíp trước đủ bền. 4.1.3 Tính bền tai nhíp. Tai nhíp chịu lực thẳng đứng P và lực dọc Px (lực kéo Pk hoặc lực phanh PP). Lực hệ thống treo P gây lên uốn cho lá nhíp đã được tính ở phần trên. Lực Px gây ra uốn và kéo (hoặc nén) tai nhíp. ứng suất uốn tai nhíp được xác định: Trong đó ứng suất kéo (hay nén) tai nhíp được xác định: ứng suất tổng hợp ở tai nhíp: sth = su + sk(n) sth = Trong đó Px max: lực phanh (lực kéo) cực đại tác dụng lên tai nhíp. Lực phanh cực đại được xác định theo công thức. j : hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường, chọn j = 0,7. Zbx : phản lực tác dụng lên bánh xe từ đường. Zbx = 4450 N. D : đường kính của tai nhíp: D = 4,0 cm. h : chiều dầy lá nhíp cái: h = 0,6 cm. b: chiều rộng nhíp cái: b = 5,5 cm. Nếu hệ thống phanh xe UAZ được thiết kế để đảm bảo tận dụng tối đa hệ số bám của bánh xe và mặt đường thì lực phanh cực đại được xác định như sau: 3115 N. Thay số vào công thức trên ta được sth = sth = 25014,4 N/cm2. Từ kết quả này so sánh với ứng suất tổng hợp cho phép của tai nhíp là [sth] = 35000 N/cm2 ta thấy tai nhíp đủ bền. Kiểm bền chốt nhíp. Chốt nhíp được kiểm bền theo ứng suất chèn dập: d : đường kính chốt nhíp. d = 1,2 cm. N/cm2. Chốt nhíp được chế tạo từ thép 40 có ứng suất chèn dập cho phép là N/cm2 nên chốt nhíp đủ bền. 4.1.5 Kiểm nghiệm giảm chấn trước. 1. Các thông số cơ bản và chỉ tiêu kỹ thuật của giảm chấn. 1.1 Giảm chấn xe UAZ có các thông số kỹ thuật sau: + Đường kính ngoài của vỏ giảm chấn : Dv = 54 mm. + Hành trình làm việc: H = 190 mm. + Góc đặt giảm chấn trước: a1 = 300. + Đường kính của thanh đẩy: dt = 14 mm. + Đường kính của piston: d = 40 mm. + Đường kính ngoài của xilanh: D = 46 mm. + Chiều dài phần chứa dầu: L = 250 mm. + Số lỗ van nén: n = 6. đường kính mỗi lỗ van nén dn = 2 mm. + Số lỗ van trả: n = 6. đường kính mỗi lỗ van trả dt = 1,5 mm. 1.2 Xác định hệ số cản của giảm chấn. Ta có lưu lượng chất lỏng tiêu tốn trong 1s do piston tạo ra được xác định: Qp = Fp.vg Fp : diện tích piston Fp = m2. vg : Vận tốc dịch chuyển của giảm chấn. vg = 0,3 m/s. Do đó Qp = 0,0012566.0,3 = 376.991.10-6 m3/s. Mặt khác ta có công thức tính lưu lượng chất lỏng qua các lỗ van: Qv = Trong đó Qv : lưu lượng chất lỏng chảy qua lỗ tiết lưu. m : hệ số tổn thất. m = 0,6á0,7. g : Trong lượng riêng của chất lỏng. g = 8600 N/m3. g : Gia tốc trọng trường. g = 10 m/s2. p : áp suất chất lỏng trong giảm chấn. Do đó áp suất trong giảm chấn được xác định: p = Mà Qv = Qp = Q: Lưu lượng chất lỏng trong giảm chấn nên p = Ta xét các hành trình làm việc của giảm chấn. a. Hành trình nén. Tổng diện tích các lỗ van nén Fvn = m2. áp suất chất lỏng khi nén được xác định: pn = = N/m2. Do đó lực cản nén của giảm chấn được xác định: Pgn = pn.Fp = 351003,65.0,0012566 = 441,207 N. Suy ra hệ số cản nén của giảm chấn được xác định: Kgn = = Ns/m. b. Hành trình trả. Tổng diện tích các lỗ van trả Fvt = m2. áp suất chất lỏng khi trả được xác định: pt = = N/m2. Do đó lực cản trả của giảm chấn được xác định: Pgt = pt.Fp = 1109999,057.0,0012566 = 1394,866 N. Suy ra hệ số cản trả của giảm chấn được xác định: Kgt = = Ns/m. Từ a và b ta có hệ số cản giảm chấn được xác định: Kgc = = Ns/m. Trong đó Kgct : Hệ số cản giảm chấn trong trường hợp trả. Kgcn : Hệ số cản giảm chấn trong trường hợp nén. Do vậy hệ số cản của hệ thống treo được xác định: Ktreo = Kgc.cos300 = 3060,122.cos300 = 2295,09 Ns/m. 1.3 Xác định hệ số dập tắt chấn động Y: Ta có công thức xác định Y: Y = Trong đó Ktreo: Hệ số cản của hệ thống treo. Ct : Độ cứng của hệ thống treo trước. Ct = 49347,8 N/m. M : Khối lượng phân bố lên một bên hệ thống treo trước M = 412 kg. = 4120 N. Do đó hệ số Y được xác định: Y = Kết luận: Theo lý thuyết ôtô ta có hệ số dập tắt dao động y 0 < y <1 : giảm chấn dao động theo quy luật hình sin tăt dần . y ³ 1 giảm chấn quá cứng , hệ sẽ không dao động được. y = 0,15 á 0,3 thì giảm chấn có vùng làm việc hợp lý. Do vậy với y = 0,08 thì giảm chấn lắp trên hệ thống treo trước thoả mãn điều kiện làm việc. Ta có bảng thông số của giảm chấn trước. Hành trình trả Hành trình nén Vận tốc (m/s) Lực cản (N) Vận tốc (m/s) Lực cản (N) 0,3 1394,866 0,3 441,207 2. Kiểm nghiệm chế độ nhiệt của giảm chấn. Ta có nguyên lý làm việc của giảm chấn thuỷ lực là: Chất lỏng được dồn từ buồng chứa này sang buồng chứa khác thông qua van tiết lưu có diện tích rất bé nên chất lỏng chịu sức cản chuyển động rất lớn. Sức cản chuyển động làm dập tắt nhanh các dao động, năng lượng được chất lỏng hấp thụ và chuyển thành nhiệt năng truyền ra môi trường. Nếu nhiệt độ của chất lỏng quá lớn sẽ làm cho tính chất cơ, lý, hoá của chất lỏng cũng như tính chất của các phớt làm kín bị thay đổi. Vì vậy ta cần kiểm nghiệm nhiệt của giảm chấn. + Công suất nhiệt của giảm chấn được xác định theo công thức: Nmax = 4270.a.(Tmax- T0).F Trong đó a : Hệ số truyền nhiệt. a = (50 á 70).1,16 kcal/m2độ. Chọn a = 69,3. Tmax : Nhiệt độ lớn nhất của giảm chấn này làm việc liên tục trong 1 giờ. Tgmax: Nhiệt độ cho phép của vỏ ngoài giảm chấn khi giảm chấn làm việc liên tục trong vòng 1 giờ. Tgmax= 1200. T0 : Nhiệt độ của môi trường xung quanh. T0 = 300. F : Diện tích của vỏ ngoài giảm chấn. D : Đường kính ngoài của xilanh. L : Chiều dài của phần chứa dầu giảm chấn. Thay số vào công thức trên ta có: m2. Nmax= 4270.69,3.(Tgmax – 30).0,0392 Nm/s. Công suất thu nhiệt của giảm chấn được tính theo công thức: N = 3600.g.b.hg.P.w Trong đó g : Hệ số tăng năng lượng khắp phục sức cản. Lấy g = 1,5. b : Hệ số thu nhận năng lượng. b = 0,05 á 0,15. Chọn b = 0,1. hg : Hành trình làm việc của giảm chấn. hg = 0,19 m. P : Lực cản lớn nhất của giảm chấn. P = 1394,866 N. w : Tần số dao động của hệ thống treo. w = 1/s. Thay số vào ta có N = 3600.g.b.hg.P.w = 3600.1,5.0,1.0,19.1394,866.3,45 N = 493740,719 Nm/s. Từ đó ta có: Nmax = N Û 4270.69,3.(Tmax – 30).0,0392 = 493740,719 ị Tmax ằ 730 Nhận xét: So sánh giá trị Tmax này với giá trị nhiệt độ cho phép [Tgmax] = 1200 ta thấy giảm chấn đảm bảo được chế độ nhiệt khi làm việc. 3. Kiểm nghiệm giảm chấn theo áp suất dầu. áp suất dầu trong giảm chấn phải đảm bảo luôn nằm trong giới hạn [6 á 8] N/mm2 thì khi đó mới đảm bảo giảm chấn làm việc an toàn cũng như dầu tránh khỏi việc bị biến chất. áp suất dầu trong giảm chấn được tính như sau: + Trong hành trình trả. áp suất dầu cực đại trong giảm chấn là: Trong đó Fp : Diện tích tiết diện của giảm chấn. mm2. Ftd : Diện tích tiết diện ngang của thanh đẩy. mm2. Ptr = Zt = 1394,866 N: Lực cản lớn nhất của giảm chấn trong hành trình trả. Thay số vào ta có = N/mm2. + Trong hành trình nén. áp suất dầu cực đại trong giảm chấn là: Pn = Zn = 441,207 N : Lực cản lớn nhất của giảm chấn trong hành trình nén. Thay số vào ta có = N/mm2. Nhận xét: Từ kết quả tính toán ta nhận thấy áp suất trong hành trình nén cũng như hành trình trả của giảm chấn đều thoả mãn điều kiện làm việc cho phép về áp suất. Kết luận chung về giảm chấn trước. Sau khi kiểm nghiệm lại giảm chấn trước của xe UAZ em thấy giảm chấn trước cũ của xe vẫn đảm bảo yêu cầu làm việc của xe, do vậy em quyết định vẫn dùng giảm chấn trước cũ của xe để lắp lên hệ thống treo trước cải tiến. 4.2 Kiểm nghiệm hệ thống treo sau. + Số lá nhíp của hệ thống treo sau là 8. Tính độ cứng của nhí._.