Nguyễn Văn Bản B i gi ng kết cấu v TT ôtô lời nói đầu Hiện nay, các tiến bộ khoa học ngày càng đợc ứng dụng vào hiện đại hoá trang thiết bị trên ôtô. Để đáp ứng nhu cầu học tập, nghiên cứu, tham khảo của sinh viên, đối với môn học "Kết cấu và tính toán ôtô", Tôi biên soạn tập bài giảng này. Tập bài giảng này, đợc biên soạn trên cơ sở chọn lọc từ các tài liệu khoa học, tài liệu giảng dạy của những Giáo s và các cán bộ kỹ thuật có uy tín trong ngành công nghệ ôtô, truy cập các tiến bộ khoa học kỹ thuật mới nhất và đảm bảo sát với yêu cầu đào tạo của nhà trờng. Tập bài giảng này, có thể sử dụng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho học sinh, sinh viên Cao đẳng và Trung học chuyên nghiệp chuyên ngành Công nghệ ôtô, làm tài liệu tham khảo cho cán bộ kỹ thuật. Cám ơn Ban Giám hiệu, các Phòng Ban, Khoa Động lực và Vận hành cơ giới, Trờng Cao đẳng Công nghiệp và Xây dựng đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn th nh tập bài giảng này. Trong quá trình biên soạn, không tránh khỏi một số sai sót. Tôi rất mong nhận đợc sự góp ý của đông nghiệp và các bạn đọc. Xin chân thành cám ơn. Th.s : Nguyễn Văn Bản 1 Nguyễn Văn Bản B i gi ng kết cấu v TT ôtô Chơng I Những vấn đề chung về ôtô 1 Cấu tạo chung của ôtô Ôtô là phơng tiện vận tải đờng bộ theo ý nghĩa của tên gọi automobil có nghĩa là tự mình chuyển động. Theo quan điểm động lực học ngời ta có thể chia ôtô thành các phần sau đây: 1.1 Động cơ Động cơ là nguồn năng lợng cơ học, phần lớn sử dụng động cơ đốt trong, động cơ điện kèm theo nguồn điện 1.2 Gầm bệ Gồm có: - Hệ thống truyền lực: Gồm các cơ cấu, tổng thành làm nhiệm vụ truyền mômen xoắn từ động cơ đến bánh xe chủ động, có thể thay đổi giá trị và chiều quay của mômen xoắn theo ý muốn của ngời sử dụng. Bao gồm: li hợp, hộp số, hộp phân phối (nếu có) truyền động các đăng, truyền lực chính, vi sai, bán trục, truyền lực bánh xe (nếu có) bánh xe chủ động. - Bộ phận vận hành: là nơi lắp đặt tất cả các tổng thành của ôtô và đa xe chuyển động trên đờng. Bao gồm: khung xe, dầm cầu, hệ thống treo, bánh xe. - Các hệ thống điều khiển phơng hớng chuyển động của ôtô, điều khiển sự dừng khẩn cấp hoặc chậm dần tốc độ ôtô. Bao gồm: hệ thống lái, hệ thống phanh. 1.3 Thân - vỏ Là phần công tác hữu ích của ôtô dùng để chở khách hoặc hàng hóa, đối với xe tải có buồng lái và thùng xe, xe con, xe khách là chỗ của ngời lái và hành khách. 2 Phân loại ôtô Nhu cầu về vận chuyển hàng hóa, hành khách bằng các phơng tiện vận tải ôtô rất lớn. Để đáp ứng đầy đủ các yêu cầu vận chuyển đó, ôtô có rất nhiều chủng loại khác nhau đợc phân loại theo sơ đồ hình 1.1 Ngoài ra có thể phân loại ôtô theo nhiên liệu dùng cho động cơ: - ôtô chạy xăng, ôtô chạy dầu diesel, ôtô chạy điện, ôtô chạy bằng khí ga - hoặc theo điều kiện sử dụng: ôtô thờng, ôtô có tính việt dã. 2 Nguyễn Văn Bản B i gi ng kết cấu v TT ôtô * Ôtô du lịch STT Tên gọi Đặc điểm Hình dáng 1. Sedan, Salon Vỏ cứng, 2-4 cửa, 4-5 chỗ ngồi 2. Kombi Limousine Vỏ cứng, 2-4 cửa, 4-6 chỗ ngồi 3. Pullman Vỏ cứng, 4-6 cửa, 4-6 chỗ ngồi 4. Coupé Vỏ cứng 2 ghế, 2 cửa 5. Cabriolet Ôtô mui trần Mui dạng xếp, rời, 2 ghế, 2 cửa 6. Kombi Vỏ cứng khoang sau rộng, 4 cửa bên, 1 cửa sau 7. Ôtô chở khách nhỏ (mini buýt) Vỏ cứng khoang sau rộng, 2-4 cửa bên, 1 cửa sau 8. Ôtô bán tải (pick-up) Khoang sau chuyên dùng, 2 cửa bên 9. Ôtô đa năng Chở ngời, chở hàng, đi đợc ở nhiều địa hình * Ôtô chở ngời (buýt) STT Tên gọi Đặc điểm Hình dáng 1. Ôtô khách loại nhỏ (mini bus) 9-16 chỗ ngồi 2. Ôtô khách đờng dài (bus) 2 cửa bên lớn 3. Ôtô khách thành phố (city bus) 2-3 cửa bên lớn 4. Ôtô khách liên tỉnh (bus) 2 cửa bên 5. Ôtô khách thành phố loại hai thân Xe kéo, rơ moóc dính liền, nhiều cửa bên 6. Ôtô điện chở khách Chạy điện trong thành phố 7. Ôtô khách du lịch chuyên dụng Có đầy đủ tiện nghi sinh hoạt Hình 1.1 a. Bảng phân loại ôtô du lịch 3 Nguyễn Văn Bản B i gi ng kết cấu v TT ôtô * Ôtô tải STT Tên gọi Đặc điểm Hình dáng 1. Ôtô tải đa dụng Có buồng lái và thùng chứa hàng 2. Ôtô tải chuyên dụng Có buồng lái và khoang chứa hàng chuyên dùng 3. Ôtô tải tự đổ Có buồng lái và thùng tự đổ 4. Ôtô kéo Có buồng lái và mâm xoay liên kết Hình 1.1 b. Bảng phân loại xe ôtô tải * Đoàn xe STT Tên gọi Đặc điểm Hình dáng 1. Đoàn xe chở khách Gồm xe kéo và rơmoóc 2. Đoàn xe vận tải Gồm xe kéo và rơmoóc 3. Đoàn xe kéo bán moóc một trục Gồm ôtô kéo và bán moóc một trục 4. Đoàn xe kéo bán moóc vận tải Gồm xe kéo và bán moóc hai trục 5. Đoàn xe kéo nhiều moóc Gồm xe kéo và nhiều moóc nối tiếp 6. Đoàn xe kéo thân dài Gồm xe kéo và bán moóc thân dài Hình 1.1c. Bảng phân loại xe ôtô kéo moóc 3 Những yêu cầu chung đối với ôtô Các ôtô khi chế tạo thờng phải đạt những yêu cầu sau đây: + Yêu cầu về thiết kế - Xe phải mang tính hiện đại: Các tổng thành có các kết cấu mới, hiện đại, kích thớc nhỏ gọn, bố trí hợp lý, phù hợp với điều kiện khí hậu, địa hình. - Vỏ xe phải đẹp phù hợp với yêu cầu về thẩm mỹ công nghiệp - Vật liệu chế tạo chi tiết phải có độ bền cao, chống mòn tốt, nhằm nâng cao độ tin cậy và tuổi bền của xe. Triệt để sử dụng vật liệu nhẹ, tổng hợp để giảm tự trọng của xe. 4 Nguyễn Văn Bản B i gi ng kết cấu v TT ôtô - Kết cấu của các chi tiết phải có tính công nghệ cao dễ gia công, số nguyên công trong quy trình công nghệ chế tạo ít. + Những yêu cầu về sử dụng - Xe phải có tính năng động lực cao, vận tốc trung bình lớn để nâng cao năng xuất vận chuyển. - Xe phải đảm bảo tính tiện nghi cho lái xe và hành khách thao tác nhẹ nhàng, dễ dàng, bảo đảm tầm nhìn tốt. - Đa công nghệ tiên tiến, dùng bộ điều khiển điện tử vào trong kết cấu, các mạch xử lý để nâng cao tính kinh tế, tính động lực, tính an toàn của ôtô nhất là hệ thống lái, phanh - Kích thớc và hình dáng thùng xe phải hợp lý để nâng cao hệ số sử dụng trọng tải, bốc xếp hàng hóa dễ dàng. - Xe chạy êm, không ồn, giảm lợng độc hại trong khí xả + Yêu cầu về bảo dỡng, sửa chữa - Để giảm chi phí bảo dỡng, sửa chữa, tăng hệ số ngày xe tốt ngời ta phải cải tiến kết cấu, thay thế các kết cấu bôi trơn bằng bôi trơn vĩnh cửu (không cần bôi trơn). Bố trí các điểm bôi trơn thuận lợi, dễ thao tác. - Kết cấu của xe đảm bảo cho tháo lắp dễ dàng, thuận tiện cho công tác bảo dỡng, sửa chữa, thay thế phụ tùng 4 Bố trí chung trên ôtô Bố trí động cơ và các tổng thành trên ôtô phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau: - Hệ số sử dụng chiều dài phải lớn: L 1 = Trong đó: l: chiều dài thùng chứa hàng (buồng chứa) (m) L: chiều dài toàn bộ của ôtô (m) - Chỗ ngồi của ngời lái phải đảm bảo an toàn dễ thao tác và vệ sinh công nghiệp, có chỗ để kiểm tra, bảo dỡng các tổng thành. - Sự phân bố tải trọng lên các cầu phải hợp lý sao cho bảo đảm yêu cầu về kéo, bám, hãm, chuyển hớng ổn định. 5 Nguyễn Văn Bản B i gi ng kết cấu v TT ôtô 4.1 Bố trí động cơ Bố trí động cơ ở phía trớc ngoài buồng lái sử dụng nhiều trên xe tải. Ưu điểm: Dễ kiểm tra, bảo dỡng, điều chỉnh, bố trí cơ cấu điều khiển động cơ, li hợp, hộp số thuận lợi. Nhợc điểm: Hệ số nhỏ, tầm nhìn của ngời lái kém. - ộng cơ đặt ở phía trớc, trong buồng lái ta thấy tầm nhìn của lái xe tốt, nâng cao đợc , song kiểm tra và bảo dỡng động cơ khó. Khắc phục nhợc điểm này ta làm buồng lái lật đợc - ộng cơ đặt đằng sau thờng sử dụng ở xe con, xe khách. Theo kiểu bố trí này vị trí của ngời lái ngồi rất tốt, khoang hành khách đợc cách nhiệt tốt, kết cấu truyền lực gọn, tăng độ bám. Việc điều khiển động cơ, li hợp, hộp số phức tạp. - ộng cơ ở dới sàn, thờng sử dụng ở xe khách có u điểm nh phơng án trên song làm giảm khoảng sáng gầm xe và khó kiểm tra, bảo dỡng, sửa chữa. Việc điều khiển động cơ, li hợp, hộp số từ xa nên phức tạp. 4.2 Bố trí hệ thống truyền lực Có rất nhiều kiểu bố trí hệ thống truyền lực ở ôtô, tùy theo tổng số bánh xe và số lợng bánh chủ động của một ôtô. Ta ký hiệu 4 x 2; 4 x 4; 6 x 4; 6x 6 là các công thức bánh xe, trong đó số thứ nhất biểu thị tổng số bánh xe của một xe (loại bánh kép cũng chỉ tính một bánh xe), số thứ hai chỉ số bánh xe chủ động. Kiểu hệ thống truyền lực có ảnh hởng rất lớn đến bố trí chung toàn xe. ộng cơ đợc đặt ở phía trớc xe dẫn động cơ chủ động phía sau. Sơ đồ này t- ơng đối phù hợp với ôtô vận tải nó tận dụng đợc lực bám khi xe đầy tải. Theo sơ đồ này trục truyền các đăng tơng đối dài nên ngời ta lắp ổ đỡ trung gian cho trục truyền, ta gặp trên các ôtô Gaz 53, zil 130, MAZ, giải phóng ở sơ đồ hình (I.3b) động cơ và cần chủ động đều đợc bố trí ở phía trớc, nên kết cấu hệ thống truyền lực khá gọn (có thể động cơ và cầu chủ động cùng đặt ở phía sau). Thông thờng loại bố trí này sử dụng ở hệ thống treo độc lập. Trong trờng hợp này toàn bộ các cụm động cơ, li hợp, hộp số, truyền lực chính, 6 NguyÔn V¨n B¶n B i già ảng kÕt cÊu v TT «t« à 7 Nguyễn Văn Bản B i gi ng kết cấu v TT ôtô Hình 1.2. Các phơng pháp bố trí động cơ và hệ thống truyền lực vi sai đợc lắp lên khung xe qua gối đỡ cao su đàn hồi. Nh vậy cả cụm tổng thành này không có chuyển động tơng đối so với khung xe trong quá trình hoạt động. Sự dịch chuyển tơng đối của bánh xe chủ động so với khung xe nhờ bán trục có hai khớp các đăng đơn. Với loại xe 4 x 4 hoặc 6 x 6 có thêm hộp phân phối để phân phối mômen xoắn đến các cầu hoặc có thêm hộp trích công suất để truyền mômen xoắn đến tang tời. Có thể truyền động các đăng đến cầu giữa rồi ra cầu sau hoặc từ hộp phân phối ra cầu giữa và cầu sau riêng. 5 Tải trọng tác dụng lên các cơ cấu và chi tiết của ôtô Ôtô là một hệ động lực học phức tạp, chuyển động với tốc độ cao trên các loại đờng khác nhau, cho nên tình trạng chịu tải không đơn giản. Khi nghiên cứu độ 8 Nguyễn Văn Bản B i gi ng kết cấu v TT ôtô bền của các kết cấu, chi tiết ôtô ngoài tải trọng tĩnh cần xét đến tải trọng động. Thông qua sự tổng hợp giữa tải trọng tĩnh, hệ số hoàn toàn, thống kê xác suất tải trọng động, chúng ta có một chế độ tải trọng tính toán và thiết kế. Trên mỗi loại ôtô, giá trị lớn nhất của mômen xoắn M enax của động cơ đã đợc xác định, ta coi M emax là tải trọng tĩnh. Tùy theo điều kiện sử dụng (khi xe chạy) có lúc các cơ cấu và chi tiết của ôtô chịu những tải trọng động rất lớn nhng thời gian tác dụng ngắn. Chúng ta có thể sử dụng hệ số tải trọng động. K đ = Tải trọng động Tải trọng tĩnh Để biểu thị mức độ ảnh hởng lúc có tải trọng động, ta sẽ xét một số trờng hợp thờng gặp phát sinh tải trọng động. 5.1 Đóng li hợp đột ngột Khi khởi hành ôtô việc đóng li hợp đột ngột sẽ sinh ra tải trọng động rất lớn, vì tốc độ góc của phần bị động tăng lên rất nhanh trong một thời gian ngắn do đó dẫn đến sự xuất hiện gia tốc góc và mômen quán tính. Ta thấy xe bị giật mạnh hoặc động cơ chết máy. Hiện nay cha có phơng pháp giải tích để tính toán tải trọng động sinh ra trong trờng hợp này. Thờng sử dụng công thức kinh nghiệm có khái niệm về định tính: i 8i Kd + = (1.1) : hệ số dự trữ mômen của li hợp (xem ở chơng II) i: tỉ số truyền chung cho cả hệ thống truyền lực ứng với tay số đang nghiên cứu Kết quả thí nghiệm đóng li hợp đột ngột của xe A3-51 Khởi hành tại chỗ với các tay số Hệ số K đ khi nối bộ li hợp đột ngột Tỉ lệ gĩa mômen động và tĩnh của bộ li hợp 2 3 4 3 3,35 3,66 1,67 1,82 2,03 5.2 Phanh mà không cắt li hợp 9 Nguyễn Văn Bản B i gi ng kết cấu v TT ôtô Những trờng hợp khẩn cấp ngời ta phanh ôtô không cắt bộ li hợp, lúc này tỉ trọng động gây ra dới dạng mômen quán tính. Đặc trng của trờng hợp này đợc biểu diễn bằng sơ đồ sau: Khi phanh do tác dụng của cơ cấu phanh nên xe chuyển động chậm dần với gia tốc âm J p : lúc này bộ li hợp không bị cắt nên thông qua hệ thống truyền lực đợc chuyển thành gia tốc góc âm ở trục khủy động cơ - chủ yếu là ở bánh đà chuyển động với gia tốc góc âm nên xuất hiện mômen quán tính. M J = J BĐ . (1.2) Trong đó: J BĐ : mômen quán tính của bánh đà (kg.m 2 ) : gia tốc góc (-s 2 ) M j : tải trọng động (N.m) Quan hệ giữa và J p nh sau; pbx h0 Jr i.i = (1.3) Trong đó: i 0 = tỉ số truyền của truyền lực chính i h : tỉ số truyền của hộp số ứng với tay số đang sử dụng r bx : bán kính bánh xe (m) J p : gia tốc phanh (m.s -2 ) Điều kiện phanh tốt nhất là P pmax = P = G b . thì có gia tốc phanh lớn nhất J max = g. Trong đó: : hệ số bám g: gia tốc trọng trờng (m.s -2 ) : hệ số kể đến ảnh hởng của các chi tiết chuyển động quay trong lú thuếyt ôtô đợc tính: 2 bx 2 h 2 0bd 2 bx n 1i bx r.G iigJ r.G Jg 1 ++= = Trong đó: G: trọng lợng của ôtô (N) 10 [...]... thống truyền lực Tính toán tô theo tải trọng động rất phức tạp vì nó thay đổi tùy từng điều kiện sử dụng và đờng xá Hiện nay, ngời ta chủ trơng tính toán tô theo tải trọng tĩnh và có xét đến điều kiện động bằng cách chọn hệ số an toàn thích hợp đ a vào hệ số tải trọng động bằng thực nghiệm Phơng pháp xác định tải trọng tính toán: tính mômen từ động cơ và mômen theo sự bám giữa bánh xe và mặt đờng truyền... bị ràng buộc bởi không gian bố trí chung, đặc biệt thích hợp ở những tô mà ly hợp đặt xa ngời điều khiển Tuy nhiên cũng nh dẫn động cơ khí tỷ số truyền của hệ dẫn động thuỷ lực cũng bị giới hạn nên không thể giảm nhỏ lực điều khiển Vì vậy hệ dẫn động thuỷ lực cũng chỉ thích hợp với các tô du lịch và tô tải nhỏ 32 B i gi ng kết cấu v TT tô Nguyễn Văn Bản 1 4 5 2 3 7 6 Hình 2.16 Cấu tạo của hệ thống... thống treo và cầu khi tính toán sức bền ngoài việc dựa vào tải trọng cực đại tác dụng thông qua tải trọng tĩnh còn phải kể đến hệ số tỉ trọng động Thực nghiệm đã chỉ rõ hệ số tải trọng động tăng khi độ cứng của hệ thống treo và tốc độ chuyển động tăng và tải trọng của tô giảm Vì vậy khi tính ng ời ta lựa chọn sao cho thật phù hợp 14 B i gi ng kết cấu v TT tô Nguyễn Văn Bản Chơng II Li hợp 1 Công dụng... trờng hợp trên khi tô chuyển động trên đờng không bằng phẳng hiện tợng dao động sẽ gây ra tải trọng động Tải trọng động này chủ yếu ảnh hởng độ ổn định khi xe chạy động và hệ thống lái Khi thiết kế mới hệ thống lái, hệ thống truyền động ngời ta quan tâm nhiều đến ảnh hởng này 12 B i gi ng kết cấu v TT tô Nguyễn Văn Bản 6 Tải trọng tính toán dùng trong thiết kế tô 6.1 Tải trọng tính toán dùng cho hệ...B i gi ng kết cấu v TT tô Nguyễn Văn Bản Jbx: mômen quán tính của một bánh xe (kg.m2) n: số lợng bánh xe tô : hiệu suất truyền lực và mômen lực qún tính lớn nhất là: M j max = J BD i 0 i h g rbx (1.4) Từ đây ta có nhận xét: - Nếu .Mms < MJmax thì li hợp bị trợt, không truyền MJmax xuống hệ thông truyền lực tránh đợc tải trọng động này - Nếu MJmax < Mms. li hợp không bị trợt, Mjmax sẽ... động này thờng đợc áp dụng trên các tô khách hoặc tô tải cỡ lớn cần lực mở ly hợp lớn Sơ đồ cấu tạo của hệ dẫn động cơ khí cờng hoá khí nén đợc thể hiện trên hình 2.18 Các chi tiết và tên gọi của chúng đã đợc chỉ dẫn tuy nhiên cấu tạo chung của hệ thống gồm các bộ phận cơ bản sau: bàn đạp 1, cụm van phân phối 3 và cụm xi lanh lực 12 34 B i gi ng kết cấu v TT tô Nguyễn Văn Bản Hình 2.18 Nguyên lý... không nhắc lại ở đây nữa Hình 2.8 Kết cấu ly hợp một đĩa lò xo hình đĩa ở đây ta phân tích thêm về kết cấu của cơ cấu truyền mômen từ vỏ ly hợp sang đĩa ép Ta thờng gặp ba kiểu truyền sau: * Kiểu truyền động vấu: 25 B i gi ng kết cấu v TT tô Nguyễn Văn Bản Hình 2.9 ở kiểu truyền động này mômen xoắn đợc truyền từ nắp ly hợp (vỏ ly hợp) sang đĩa ép thông qua các lỗ trên vỏ và các vấu trên đĩa ép ở vỏ của... bánh xe chủ động 6.2 Chế độ tải trọng tác dụng lên cơ cấu phanh Ta chọn chế độ tính toán cho cơ cấu phanh khi phanh đạt hiệu suất cực đại là Mp = M (hoặc Pp = P) sử dụng toàn bộ lực bám của xe khi phanh đến khi bánh xe 13 B i gi ng kết cấu v TT tô Nguyễn Văn Bản sắp (hoặc gần) trợt lê ta có Mp = M = Zbxrbx Đối với tô hai cầu mômen phanh phía trớc và phía sau đợc xác định m0 g( b + .h g 2L m 0 g... của hộp số 20 B i gi ng kết cấu v TT tô Nguyễn Văn Bản 4.2 Ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh Đối với một số tô vận tải khi cần phải truyền mômen lớn ngời ta sử dụng ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động So với ly hợp ma sát khô một đĩa bị động, ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động có những u nhợc điểm sau: + Nếu cùng một kích thớc đĩa bị động và cùng một lực ép nh nhau... của tô, ly hợp là một trong những cụm chính, nó có công dụng là: - Nối động cơ với hệ thống truyền lực khi tô di chuyển; - Ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong trờng hợp tô khởi hành hoặc chuyển số; - Đảm bảo là cơ cấu an toàn cho các chi tiết của hệ thống truyền lực khi gắp quá tải nh trong trờng hợp phanh đột ngột mà không nhả ly hợp 2 Yêu cầu - Ly hợp phải có khả năng truyền hết mômen . thể phân loại tô theo nhiên liệu dùng cho động cơ: - tô chạy xăng, tô chạy dầu diesel, tô chạy điện, tô chạy bằng khí ga - hoặc theo điều kiện sử dụng: tô thờng, tô có tính việt dã. 2 Nguyễn. của đông nghiệp và các bạn đọc. Xin chân thành cám ơn. Th.s : Nguyễn Văn Bản 1 Nguyễn Văn Bản B i gi ng kết cấu v TT tô Chơng I Những vấn đề chung về tô 1 Cấu tạo chung của tô tô là. này. 12 Nguyễn Văn Bản B i gi ng kết cấu v TT tô 6 Tải trọng tính toán dùng trong thiết kế tô 6.1 Tải trọng tính toán dùng cho hệ thống truyền lực Tính toán tô theo tải trọng động rất phức