Đồ án kết cấu tính toán ôtô Lời nói đầu Cùng với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật công nghệ chế tạo ôtô giới không ngừng đợc hoàn thiện, cải tiến nâng cao Việc chuyên chở ô tô có khả đáp ứng tốt nhiều mặt so với phơng tiện vận chuyển khác đơn giản an toàn tính động cao, đến đợc nhiều vùng nhiều nơi mà giá thành vận chuyển thấp Để đáp ứng mục tiêu chủ yếu nh: tính thông qua xe, độ êm diu chuyển động an toàn chuyển động, tiện nghi xe, tốc độ xe, đảm bảo sử dụng thuận tiện, nhẹ nhàng tính kinh tế cao nhất, công ty, tập đoàn chế tạo ô tô liên tục cho đời loại xe đại với chất lợng ngày đợc cải thiện Nhờ có phát triển công nghệ vật liệu, kỹ thuật điên tử kỹ thuật số cụm hệ thống ô tô đ ợc hoàn thiện cao Hệ thống treo xe phận quan trọng, ảnh hởng trực tiếp đến khả điều kiện ngời lái tính ổn định xe, đảm bảo độ êm dịu chuyển động an toàn cho thiết bị xe hành khách Vì hệ thống treo ngày không ngừng đợc hoàn thiện cải tiến Để ngày tiếp cận với ôtô đại, phát huy tốt tính kỹ thuật xe nắm kết cấu hệ thống để điều chỉnh, sửa chữa trình sử dụng nâng cao tính hiệu Cần vào nghiên cứu sâu hƯ thèng ®ã cã hƯ thèng treo Sau đợc học môn học "Kết cấu tính toán ô tô quân sự", đợc giao nhiệm vụ thực đồ ¸n “TÝnh to¸n thiÕt kÕ hƯ th«ng treo sau cho xe vận tải hạng nặng Trong phạm vi đồ án chØ tËp chung chđ u vµo thiÕt kÕ bé phËn nhíp dẫn hớng hệ thống treo, đánh giá tiêu chất lợng hệ thống treo phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống treo, tính toán dao động, tính toán nghiệm bền cho sè chi tiÕt, bé phËn cđa hƯ thèng treo víi số liệu đà có Đồ án đợc hớng dẫn, giúp đỡ tận tình thầy Nguyễn Văn Trà thầy giáo môn Mặc dù đà cố gắng nhng chắn đồ án mắc số sai sót hạn chế mặt kiến thøc cịng nh thêi gian thùc hiƯn KÝnh mong c¸c thầy giáo giúp đỡ, bảo để đồ án đợc hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến -1- HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô Chơng I Phân tích đặc điểm kết cấu 1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống treo 1.1.1 Sự cần thiết cần có hệ thống treo Khi ôtô chuyển động đờng không phẳng thờng phát sinh dao động dới tác động kích thích độ mấp mô biên dạng đờng Dao động ôtô ảnh hởng tới ngời, hàng hoá chuyên chở xe, độ bền tuổi thọ kết cấu ôtô Ngoài ngời phải chịu đựng lâu tình trạng xe bị rung xãc nhiỊu sÏ sinh mƯt mái, gi¶m hiƯu st công việc, có nguy mắc bệnh thần kinh nÃo Do việc hạn chế dập tắt nhanh dao động ôtô toán cần thiết thiết kế, hệ thống treo đảm bảo điều Hệ thống treo tổ hợp cấu thực liên kết bánh xe (cầu xe) với khung xe (vỏ xe) để đảm bảo độ êm dịu an toàn chuyển động sở tạo dao động thân xe bánh xe theo ý muốn, giảm tải trọng va đập cho xe chuyển động địa hình không phẳng Ngoài hệ thống treo dùng để truyền lực mô men tác động bánh xe khung xe (vỏ xe) 1.1.2 yêu cầu hệ thống treo + Đảm bảo độ êm dịu cần thiết xe chuyển động + Sự thay đổi quĩ đạo lăn bánh xe không đáng kể để đảm bảo độ êm dịu chuyển động thẳng tính thông qua ôtô + Trọng lợng phần không treo phải nhỏ Trọng lợng phần không treo bao gồm trọng lợng bánh xe, chi tiết phận dẫn hớng, cầu xe phần trọng lợng phận đàn hồi giảm chấn Giảm trọng lợng phần không treo làm giảm nhiều tải trọng GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến -2- HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô động tác dụng lên phận đàn hồi thân xe Yêu cầu đợc thực tốt đối víi hƯ thèng treo ®éc lËp + HƯ thèng treo phải đảm bảo có sức sống cao, độ tin cậy lín sư dơng Søc sèng cđa hƯ thèng treo ôtô chủ yếu phụ thuộc vào loại sơ dồ treo + Đảm bảo đơn giản, thuận tiện trình bảo dỡng, sửa chữa Yêu cầu chủ yếu phụ thuộc vào số lợng điểm phải bảo dỡng vị trí điểm xe 1.1.3 Phân tÝch kÕt cÊu mét sè hÖ thèng treo - HÖ thống treo phụ thuộc: hệ thống treo mà bánh xe bên trái bên phải cầu đợc liên kết cứng với dầm cầu liền vỏ cầu cứng Khi dao động chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang mặt phẳng thẳng đứng) bánh xe bên làm ảnh hởng, tác động đến bánh xe bên ngợc lại Phần lớn ô tô sử dụng quân đội ta loại cầu cầu chủ động có hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi nhíp (UAZ-469; GAZ-66; ZIL-131; URAL-375; KRAZ-255; BRDM-2;) Trên hình (1.1) thể cÊu t¹o cđa hƯ thèng treo tríc lo¹i nhÝp nưa e lÝp cđa xe GAZ-66 H×nh 1.1: HƯ thèng treo trớc ô tô GAZ-66 GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến -3- HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô Hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi nhíp có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền nhíp vừa làm nhiệm vụ phần tử đàn hồi vừa làm nhiệm vụ phần tử hớng, đơn giản bảo dỡng kỹ thuật, lốp xe bị mòn quay vòng có khung xe nghiêng cầu xe không bị nghiêng Nhợc điểm hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp là: có khối lợng phần không treo lớn, giảm độ êm dịu chuyển động; khó có đợc hệ treo mềm để có hệ treo mềm cần phải nâng cao khung (vỏ) so với cầu xe; xác suất xuất dao động bánh xe dẫn hớng lớn, ảnh hởng xấu tới ổn định chuyển động thẳng; tuổi thọ nhíp nhỏ Để tăng tuổi thọ nhíp ngời ta áp dụng phơng pháp gia công phun hạt vào mặt nhíp, sư dơng nhÝp cã tiÕt diƯn ngang hỵp lý, cè định đầu nhíp phần tử cao su, bôi mỡ chì nhíp đệm nhíp (đệm chất dẻo, đồng hợp kim chống mòn), đánh bóng bề mặt nhíp - Hệ thống treo độc lập: hệ thống treo mà bánh xe bên trái bánh xe bên phải liên kết cứng với nhau, chúng đợc nối gián tiếp với thông qua khung xe vỏ xe Chính mà dao động hay chuyển dịch bánh xe độc lËp ë hƯ thèng treo ®éc lËp thêng sư dụng lò xo trụ xoắn phần tử đàn hồi Trong trình sử dụng không cần phải bôi trơn, không bị bụi bẩn có độ bền cao, có khối lợng phần không treo nhỏ, bảo đảm hành trình làm việc xe lớn bảo đảm tạo đợc treo mềm Nhợc điểm hệ thống treo độc lập kết cấu dẫn động đến bánh xe phức tạp, tăng số lợng khớp nối đồng thời tăng khối lợng công việc chăm sóc bảo dỡng kỹ thuật, trọng tâm xe thay đổi thân xe dao động - Hệ thống treo cân bằng: Hai bánh xe phía hai cầu xe liền có chung phần tử đàn hồi đợc bè trÝ xung quanh trơc c©n b»ng GVHD : Ngun Văn Trà Luyến -4- HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô Hệ thống treo cân thờng gặp xe nhiều cầu có tính thông qua cao Những xe có ba bốn cầu bố trí hai cầu liền Hệ thống treo cầu thờng hệ thống treo cân phụ thuộc Ví dụ nh cầu cầu sau ô tô ZIL-131; URAL-4320; KRAZ-255B; Hình 1.2a: Hệ thống treo cân với phần tử hớng giằ ng cầu Hình 1.2b: Hệ thống treo cân sử dụng nhíp để truyền lực dọc GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến -5- HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô Khi sư dơng hƯ thèng treo c©n b»ng, trêng hợp ô tô chuyển động địa hình gồ ghề, bánh xe bảo đảm tiếp xúc với bề mặt đờng, mà nâng cao tính thông qua cho ô tô Ngoài ra, hệ thống treo cân có u điểm cho phép trục cầu cầu sau lệch góc lớn (khoảng 240) để bảo đảm khả bám bánh xe với bề mặt đờng Hệ thống treo cầu sau cầu ô tô ZIL-131, URAL375 KRAZ-255B hệ thống treo cân hai nhíp dọc nửa êlíp Hệ treo bảo đảm tải trọng thẳng đứng cầu cầu sau Trên (hình 1.3) thĨ hiƯn kÕt cÊu hƯ thèng treo sau c©n b»ng ô tô URAL-4320, URAL-375 Cấu tạo chúng tơng tự nh ô tô ZIL-131 Điểm khác chủ yếu giằng có khớp tự điều chỉnh bôi trơn mỡ Các khớp có bạc đệm dạng nêm, chốt dạng cầu lò xo nắp bịt kín xe URAL-375, hạn chế dịch chuyển xuống dới nhờ cáp hành trình trả Ngoài u điểm việc bảo đảm khả bám bánh xe bề mặt đờng chuyển động địa hình, hệ thống treo cân cho phép giảm đợc hành trình chuyển khung (hoặc vỏ xe) nửa bánh xe dịch chuyển tơng bánh xe (hình 1.3) GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến -6- HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô Hình 1.3: Hệ thống treo cầu cầu sau ô tô URAL-4320 Để bảo đảm khả làm việc treo cần định kỳ lần năm vào thời điểm chuyển sang mùa đông, tiến hành bôi trơn tất nhíp để chống mòn Khi cần khử tất mỡ cũ bụi bẩn vết mòn, sau tiến hành bôi trơn bề mặt làm việc nhíp mỡ chì ổ trục cân cần đợc bôi trơn dầu Khi tra dầu cần theo dõi mức dầu đến ngang miệng lỗ Ngoài việc bôi trơn vị trí nh giới thiệu trên, trình sử dụng ý nhíp gốc thứ mòn 1/2 chiều dày cần đảo vị trí thứ cho thứ hai Trong trờng hợp mẻ vỡ nhíp thứ vị trí mòn việc thay đổi vị trí cho l¸ thø chØ cho phÐp l¸ nhÝp có đầu cuối nằm tai nhíp bảo đảm làm việc bình thờng ba cầu dịch chuyển xuống dới GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến -7- HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô 1.2 Sự phát triển loại hệ thống treo 1.2.1 Khái niệm treo thụ động Hệ thống treo thụ động hệ thống mà đặc tính thành phần (nhíp giảm chấn) cố định Các đặc tính đợc xác định nhà thiết kế hệ thống treo, theo mục đích thiết kế ứng dụng mong muốn Thiết kế hệ thống treo thụ động tối u hoá độ ổn định êm dịu chuyển động Mét hƯ thèng treo víi c¶n lín (gåm cđa c¶ phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi lốp xe, ) đem lại tính ổn định tốt nhng truyền mạnh đầu vào từ đờng lên thân xe Khi xe chuyển động với tốc độ thấp đờng nhấp nhô với tốc độ cao đờng phẳng nhận đợc chuyển động xấu Ngời lái hành khách cảm thấy khó chịu gây h hỏng hàng hoá Một hệ thống treo với cản nhỏ mang lại độ êm dịu chuyển động tốt nhng lại làm giảm đáng kể ổn định quay vòng vợt dốc Một hệ thống treo thụ động đợc thiết kế tốt mở rộng phần khả chuyển động ổn định, nhng loại trừ đợc mâu thuẫn Vì lý mà ngày ôtô đại ngời ta thiết kế hệ thống treo khác nh đợc trình bày mục dới 1.2.2 Hệ thống treo tích cực Trong hệ thống treo tích cực, giảm chấn nhíp thụ động đợc thay kích thÝch lùc Bé kÝch thÝch lùc cã thÓ cung cÊp thêm tiêu tán bớt lợng cho hệ thống (không giống với giảm chấn thụ động tiêu tán lợng) Với hệ thống treo tích cùc, bé kÝch thÝch lùc cã thĨ t¸c dơng lùc mà không phụ thuộc vào dịch chuyển vận tốc khối lợng treo không treo Nhờ vào điều khiển xác, kết tối u độ êm GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến -8- HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô dịu chuyển động độ ổn định thân xe tốt hệ thống treo thụ động 1.2.3 Hệ thèng treo ®iỊu chØnh Mét hƯ thèng treo ®iỊu chØnh đợc tổ hợp từ phần tử đàn hồi hệ thống treo thụ động phần tử giảm chấn với đặc điểm điều chỉnh đợc ngời lái Lái xe dùng thiết bị chọn để đặt mức độ cản dựa cảm giác chủ quan họ Hệ thống có u điểm cho phép ngời lái điều chỉnh sức cản theo tính chất đờng Tuy nhiên, ngời lái lại điều chỉnh hệ thống treo để chống lại đầu vào nh ổ gà, quay vòng loại đầu vào đờng khác nói chung 1.2.4 Các hệ thống treo b¸n tÝch cùc C¸c hƯ thèng treo b¸n tÝch cùc đợc đề cập lần vào đầu năm 70 Trong loại hệ thống này, phần tử đàn hồi truyền thống đợc giữ lại, nhng phần tử giảm chấn đợc thay giảm chấn điều khiển Trong hệ thống treo tích cực yêu cầu nguồn lợng nhằm cung cấp kích thích để điều khiển xe, hệ thống treo bán tích cực dùng lợng để điều chỉnh mức độ cản, làm cho điều khiển ghi cảm biến làm việc Bộ điều khiển xác định mức độ cản tự động điều chỉnh để thu đợc cản (cản thích hợp) Một cách thức điều khiển bán tích cực chung điều khiển kiểu móc treo Về mặt toán học, điều khiển móc treo đợc biểu diễn nh sau: Nếu X ( X − X ) ≥ th× C := cản cao; nếu: X ( X X ) < C := cản thấp Trong bất phơng trình trên, X vận tốc khối lợng treo X vận tốc khối lợng không treo Loại điều khiển móc treo gọi điều khiển on-off giảm chấn chuyển hai trạng thái cản mà GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến -9- HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô có Khi khối lợng treo chuyển động lên khối lợng treo với không treo lại tiến đến gần hệ số cản lý tởng phải không Do giới hạn vật lý giảm chấn thực, hệ số cản không không thực đợc nên ngời ta dùng hệ số cản thấp Khi khối lợng treo chuyển động xuống dới hai khối lợng tiến lại gần nhau, cách hoạt động điều khiển móc treo cần phải sinh hệ số cản lớn vô Một hệ số cản lớn vô đạt tới đợc, thực tế hệ số cản điều chỉnh đợc đặt mức cao Tác dụng sơ đồ điều khiển móc treo để giảm đến mức thấp vận tốc tuyệt đối khối lợng treo Cũng điều khiển nhờ loại giảm chấn không chuyển trạng thái cao thấp mà có vô số điểm nằm hai mức Loại hệ thống đợc gọi hệ thống bán tích cực thay đổi liên tục Trong trờng hợp giảm chấn điều khiển hệ thống treo bán tích cực bị hỏng trở giảm chấn thờng cách dễ dàng Các hệ thống treo bán tích cực dạng h hỏng nguy hiểm mà phức tạp, xẩy h hỏng khí yêu cầu lợng nhỏ nhiều so với hệ thống treo tích cực Vì vậy, loại hệ thống treo xu hớng phát triển tất yếu tơng lai 3) Chọn phơng án thiết kế Qua phân tích kết cấu hệ thống treo trên, từ nhiệm vụ đề tài đợc giao là: Thiết kế hệ thống treo sau cho ô tô vận tải hạng nặng có tham khảo xe URAL-4320 tác giả chọn phơng án thiết kế nh sau: + Hệ thống treo xe thiết kế loại hệ thống treo cân + Phần tử đàn hồi nhíp lá, phần tử hớng giằng Chơng ii GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 10 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán «t« TÝnh to¸n thiÕt kÕ hƯ thèng treo C¸c th«ng số ban đầu stt Thông số Công thức bánh xe Trọng lợng ôtô không tải Trọng lợng toàn Trọng lợng phần không treo Trọng lợng phần treo(khi ôtô đầy tải) Đơn vị Kg Kg Kg Kg Trị số 6x6 8020 13425 3585 9840 -Phân bố lên cầu trớc Kg 3782 -Phân bố lên cầu sau Chiều dài sở xe Khoảng sáng gầm xe Độ cứng lốp sau Kg m m N/mm 6058 5.255 0.4 800 2.1 X¸c định thông số hệ thống treo: 2.1.1 Xác định hệ số phân bố khối lợng phần treo: εy = Jy M a.b (1) Trong ®ã: M - Khối lợng phần treo ô tô, M = 9840 (kg) a - Khoảng cách từ trọng tâm phần treo đến tâm bánh xe cầu trớc, cầu sau; Ta có: a=3,235 (m), b=2,02 (m) Jy - Mômen quán tính khối lợng phần treo trục ngang qua trọng tâm phần treo Ta có công thức tính: Jy =A.M.L2 Víi: A - HƯ sè kinh nghiƯm, lÊy A = 0,22 L - Chiều dài sở ô tô, L=5,255 (m) Thay vào công thức (1), ta có: y = A.L2 0,22.4,925 = = 0,816 a.b 3,235.2,02 Ta thấy y = 0,816, nằm khoảng 0,8 ữ 1,2 nên theo [1], ta coi phần trớc phần sau xe dao động độc lập với Khối lợng phần treo phân bố lên cầu trớc cÊu sau tÝnh nh sau: b L M1=M = 9840 GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến 2,02 =3782 ( kg) 5,255 - 11 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô a L M2= M = 9840 3,235 =6058 (kg) 5,255 2.1.2 Xác định độ cứng cña treo Ct = M ω - M: khối lợng phần treo ô tô (N.s2/m) - : tần số dao động riêng khối lợng phần treo (rad/s) Để đảm bảo độ êm dịu ô tô quân sự, tính toán độ cứng phần treo tần số dao động riêng khối lợng phần treo thờng chọn khoảng: chọn : =10 ữ15(rad / s) Ct = M 9840 ω = 12,25 = 738307,5( N / m) 2 2.1.3 xác định hành trình tĩnh bánh xe ft = g Trong : - ft: hành trình tĩnh bánh xe (m) - : tần số dao động riêng ω = 12,21 (rad/s) - g: gia tèc träng trêng g = 9,81 (m/s2) Thay số ta đợc f t = 9,81 (11,21) = 0,078(m) = 78(mm) 2.1.4 xác định hành trình động bánh xe fđ = ft.(1ữ1,5) Chọn (theo [3]) fđ=fđ1=fđ2 =1,2.ft = 0,093 (m)= 93(mm) 2.1.5 Kiểm tra hành trình động bánh xe theo điều kiện bảo đảm khoảng sáng gầm xe nhỏ f d : khoảng sáng gầm xe trạng thái tĩnh ô tô (m) min: khoảng sáng gầm xe sau bánh xe dịch chuyển hết hành trình động (m) GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 12 - HVTH : Vũ Đức Đồ ¸n kÕt cÊu tÝnh to¸n «t« χ ≥ 0,1 ÷ 0,15( m) (theo [3]) χ = 400 − 93 = 307(mm) = 0,307(m) Thỏa mÃn điều kiện khoảng sáng gầm xe nhỏ 2.1.6 Kiểm tra hành trình động bánh xe theo điều kiện không xảy va đập phần treo trớc phần không treo tríc phanh cÊp tèc f® ≥ ft ϕmax hg b Trong đó: - max: hệ số bám lớn bánh xe với mặt đờng; max = 0,8 - hg: chiều cao trọng tâm ô tô hg = 1,35 (m) -b: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến trục cân b = 2,02 (m) f®1 = 78,9 ≥ ft1 ⋅ ϕ max f®1 = 93 ≥ 78 0,8 hg b 1350 2020 f®1 = 93 > 41,7 => Tháa m·n ®iỊu kiƯn 2.1.7 xác định hệ số dập tắt dao động khối lợng phần treo h0 = Trong đó: + h0: hệ số dập tắt dao động khối lợng phần treo (rad/s) + : hệ số cản tơng ®èi ψ = 0,2 ÷ 0,3 (theo [3]), Chän ψ = 0,25 + : tần số dao động riêng khối lợng phần treo (rad/s) 2.2 Tính toán thiết kế c¸c bé phËn cđa hƯ thèng treo 2.2.1 TÝnh to¸n thiết kế nhíp Các kích thớc nhíp đợc xác định sở bố trí chung ô tô, biến dạng nhíp, tải tác dụng lên nhíp ứng suất sinh nhíp a) Xác định chiều dài nhíp l = (0,30 ữ 0,35).L đó: l- chiều dài nhíp GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 13 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô L- chiều dài sở ô tô L=5,255(m) l = ( 0,30 ÷ 0,35).4,925 = 1,5765 ÷ 1,839( m ) chọn l =1,6 m; Xác định chiều dài nhíp đợc tiến hành đồng thời với việc chọn loại nhíp Tuỳ thuộc vào kết cấu cách bố trí nhíp có loại nhíp bán êlíp, công xôn, phần t êlíp Theo phơng án thiết kế chọn loại nhíp bán êlíp đối xứng Chiều dài quy dẫn nhíp đợc xác định theo công thức sau: l' = 1 l = 1,6 = 0,8 m 2 : l ' chiều dài quy dÉn cđa nhÝp (m) l - chiỊu dµi cđa nhíp (m) b) Xác định chiều dày nhíp 2 δ [ σ ] l ' h= E f ' ®ã: δ - hƯ sè biến dạng kể đến sai khác hình dạng nhíp so với dầm chống uốn đều( = 1,25 ÷ 1,45 ) chän δ = 1,35 [σ ] - øng st n cho phÐp cđa bé nhÝp C¸c nhíp thờng đợc chế tạo từ loại thép 50C2 60C2 [ ] = 850 ữ 900 ( MPa ) = ( 8500 ÷ 9000 )  KG 2ữ cm E mô ®uyn ®µn håi E = 2.105 ( MPa ) = 2.106 ( KG / cm ) f ' - tổng biến dạng nhíp tơng ứng với tổng hành trình dịch chuyển bánh xe f ' = f d' + f t ' ®ã : f t ' , f d' - độ võng tĩnh độ võng động nhíp Độ võng nhíp đợc xác định từ sơ đồ treo từ mối quan hệ từ hành trình dịch chuyển bánh xe độ võng nhíp Trong trờng hợp đơn giản ft ' = ft ; f d' = f d ; f ' = f GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 14 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô f = f t + f d = 78 + 93 = 171 (mm) ChiỊu dÇy l¸ nhÝp : 1,35.8800.80 h= = 0,98 (cm) 3.10 6.17,1 c) Xác định chiều rộng l¸ nhÝp b= p max l '2 [σ ] l.z.h đó: z- số lợng nhíp Đối với ô tô vận tải z = ữ 16 p max- tải trọng lớn tác dụng lên nhíp Khi coi đờng đặc tính nhÝp lµ tuyÕn tÝnh p max = pt1 f t1' + f d'1 f t1' pt - T¶i träng tĩnh tác dụng lên nhíp Trờng hợp đơn giản : ptl = Gk = M 4035,89 = = 2017,9 (Kg ) 2 Trọng lợng phân bố lên bánh xe ô tô chứa đầy tải Chọn z = 15 l¸ p max = 2017,9 b= 78 + 93 = 4,423.10 (Kg/cm2) 78 6.4,423.10 80 = 7,8 (cm) 8800 160.15.0,98 Chän b=8( cm) Chọn nhíp chính: -Số lợng: -Chiều dày: h=0,98 (cm) -chiều rộng: b=8( cm) Các nhíp lại : -ChiỊu dµy: h=0,9 (cm) -chiỊu réng: b=8( cm) *TÝnh toán độ cứng nhíp Thông số nhíp: Loại nhíp Bề rộng b(cm) GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến Chiều dày h(cm) b.h Mô men qu¸n tÝnh J= (cm4) 12 - 15 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô 1-2 3-16 8 0,98 0,9 0,6274 0,486 KÕt qu¶ tÝnh to¸n Stt 10 11 12 13 14 15 16 lk (cm) ak+1=l1lk+1 80 80 72 64.5 60 56 51 46 42 39 35 30 25 20 15 Jk (cm4) 15.5 20 24 29 34 38 41 45 50 55 60 65 80 Yk= Jk 0.6274 1.2548 1.7408 2.2268 2.7128 3.1988 3.6848 4.1708 4.6568 5.1428 5.6288 6.1148 6.6008 7.0868 7.5728 8.0588 (1/cm4) 1.59388 0.79694 0.574449 0.449075 0.368623 0.312617 0.271385 0.239762 0.21474 0.194447 0.177658 0.163538 0.151497 0.141107 0.132052 0.124088 Yk-Yk+1 (1/cm4) (ak+1)3 (cm3) 0.79694 0.222491 1520.875 0.125374 3723.875 0.080452 8000 0.056006 13824 0.041232 24389 0.031623 39304 0.025022 54872 0.020293 68921 0.016789 91125 0.01412 125000 0.012041 166375 0.010389 216000 0.009056 274625 0.007964 512000 0.124088 (ak+1) 3.( YkYk+1) (1/cm) 338.3813 466.8757 643.6166 774.2213 1005.609 1242.91 1373.03 1398.623 1529.883 1765.014 2003.298 2244.105 2486.965 4077.363 12 Ta cã: ∑a k +1 ( Yk - Yk +1 ) = 21125,4 c = 0.85 6.E.981 12 ∑a k +1 (Yk − Yk +1 ) = 710484 (kg/s2) Sai sè: δ = c − ct 738307 − 710474 = = 0,037 =3,7% ct 738307 2.2.2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ phận hớng Bộ phận hớng giằng ®Ĩ ®¶m b¶o trun tèt lùc däc ta chän sè giằng liên kết cầu xe với trục cân GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 16 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô Lực tác dụng lên giằng xác định theo công thức sau: Ri = 2.Pi (rk m) m+n Lực tác dụng lên giằng dới xác định theo công thức : ( rk + n)(0,5 n) e  ±  c  (m + n)C Ti = Pϕi  Trong ®ã : Ri Lực tác dụng lên giằng cầu thứ i Ti Lực tác dụng lên giằng dới cầu thứ i Trong công thức tính Ti dấu phía giằng chịu tải Pi Lực tác dụng lên bánh xe cầu thứ i m,n Các cánh tay đòn giằng dới giằng rk – B¸n kÝnh tÝnh to¸n cđa b¸nh xe c Khoảng cách giằng dới GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 17 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô e Khoảng cách từ giằng đến mặt phảng đối xứng dọc xe Giả thiết lực tác dụng lên bánh xe cầu sau nh ta có : + Pi = .Zi với Zi phản lực từ mặt đờng tác dụng lên bánh cầu thø i cịng b»ng lùc tõ b¸nh t¸c dơng xng đờng ; hệ số bám = 0,8 Zi = M2*9,81/4 = 15851,48 (N) vËy Pϕi = 0,8*15851,48 = 12681,2 (N) + rk = R.λ víi λ - hƯ sè biÕn d¹ng lèp λ = 0,94; R = 0,55 (m) VËy rk = 0,517 (m) + Chän m=0,08 (m) n = 0,16(m) ; c = 0,15 (m) ; e = 0,75 (m) Tõ ®ã ta cã R2 = 46180,7 (N) T2 = 311811 (N) Ta chän c¸c có chiều dài tiết diện tròn nh ta tính bền cho chịu tải lớn hơn.Coi nh giằng chịu kéo nén ®iỊu kiƯn bỊn cđa c¸c thanh: σmax = R R2 ≤ [σ ] → F ≥ [σ ] F Chän vËt liƯu lµ thÐp CT3 cã [σ] = 14kN/cm2 TiÕt diƯn cđa ph¶i tho¶ m·n F≥ 311811 = 22,27 (cm2) 14.10 Víi F = πR2 nªn R≥ 2,66 hay d ≥ 5,32 chän d = (cm) Khảo sát dao động 2.1 Mô hình động lực học Ta sử dụng ký hiệu với ký hiệu sau suốt trình tính toán: GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 18 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô z - chuyển dịch thẳng đứng trọng tâm thân xe theo trục Z - chuyển dịch khối lợng phần không treo q- kích thích động học lên bánh xe Hình 2.1: Mô hình dao động 2.2 khảo sát dao động Trong mục khảo sát dao động ô tô lần lợt theo trình tự sau: - Thiết lập hệ phơng trình vi phân - Xây dựng đặc tính tần số biên độ Chỉ khảo sát chế độ tải trọng đầy tải, chế độ chuyển động nh sau: - Coi xe chuyển động đờng với vận tốc V = 50 (km/h) - Biên dạng đờng hình sin có biên độ q0=30 (mm) - Bớc sóng mặt đờng sè S = 4000 (mm) 2.2.1 ThiÕt lËp hƯ ph¬ng trình vi phân mô hình tác giả chọn phơng pháp lập hệ phơng trình vi phân phơng trình Lagrange loại II GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 19 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô Phơng trình Lagrange loại II đợc mô tả nh sau: E p E E d E k ( )− k + n + = Fi dt ∂q i ∂qi ∂qi ∂q i (2.1) i=1,2, ,n n- số toạ độ suy rộng (số bậc tự hệ) qi- toạ độ suy rộng thứ i q i - đạo hàm toạ độ suy rộng Ek- động hệ En- hệ Ep-năng lợng khuếch tán hệ Fi- lực suy rộng tác dụng theo phơng toạ độ qi Xuất phát từ phơng trình ta lần lợt tính thành phần: - Động hệ: E k = ( M z + m.ξ ) (2.2) - Thế hệ đợc xác định từ vị trí cân tĩnh, số gia tất phần tử: E n = (C p1 2p1 + C L1 2L1 ) (2.3) - Năng lợng khuếch tán hệ là: E p = ( K1 ∆ 2p1 + K L1 ∆ 2L1 ) (2.4) ®ã: Cp- hƯ sè cøng cđa treo c©n b»ng CL- hƯ sè cøng cđa lèp K, KL- hệ số cản giảm chấn treo cđa lèp ë cÇu tríc ∆ p , ∆ p , L , L - biến dạng vận tốc biến dạng treo lốp xe t- ơng ứng cầu sau GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 20 - HVTH : Vũ Đức Đồ ¸n kÕt cÊu tÝnh to¸n «t« qi , q i - chiều cao mấp mô mặt đờng đạo hàm điểm tiếp xúc với bánh xe cầu sau Từ hình vẽ ta xác định đợc biến dạng vận tốc biến dạng phần tử Chỉ số ký hiệu tơng ứng với ký hiệu hình vÏ ∆ p = z −ξ ; ∆ p = z − ξ ; (2.5) ∆L = ξ − q ; ∆ L = ξ − q ; Sau thay (2.5) vào (2.4) (2.3), nhận đợc: 1 E n = C P ( z − ξ ) + C L (ξ − q ) 2 (2.6) 1 E p = K ( z − ξ ) + K L (ξ q ) 2 Lấy đạo hàm biểu thức (2.2), (2.6) theo toạ độ suy rộng, theo vËn tèc suy réng vµ theo thêi gian nh phơng trình (2.1) đà ra, ta đợc biểu thøc nh sau: d ∂E k ( ) = M z ; dt ∂z d ∂E k ( ) = M ξ ; dt ∂ξ ∂E n = C p ( z − ξ ) + Cl (ξ − q ) ; ∂ξ ∂E p ∂z ∂E k ∂E k ∂E n = = 0; = C p ( z − ξ ) ∂z ∂ξ ∂z ⋅ = K ( z − ξ ) ; ∂E p ∂ξ = − K ( z − ξ ) − K l ( q ) Sau thay giá trị nhận đợc vào phơng trình (2.1) ta đợc hệ phơng trình vi phân sau: ãã ã ã (2.7) M z + K z + C p z − K ξ − C p ξ = •• • • • m.ξ + ( K + K l ).ξ + (C p + Cl ).ξ − K z − C p z = K l q + Cl q GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 21 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô 2.4 Xây dựng đặc tính tần số biên độ Để xây dựng đặc tính tần số biên độ lợng ra, ta dùng toán tử Laplace, đa ẩn hệ phơng trình vi phân dạng hàm ảnh biến đổi tiếp để đa hệ phơng trình vi phân dạng hệ phơng trình đại số có ẩn hàm truyền, sau giải hệ phơng trình đại số để tìm hàm truyền Laplace Hàm truyền tần số nhận đợc cách thay p hàm truyền Laplace j. - với tần số kích thích Sau đà có hàm truyền tần số, ta xây dựng đặc tính tần số biên độ áp dụng vào (2.7) tức dùng biến đổi Laplace để đa hệ phơng trình vi phân dạng hệ phơng trình có ẩn hàm ảnh, ta đợc: [M p [m p 2 ] [ ] + K p + C p Z ( p ) − K p + C p ξ ( p ) = ] [ ] + ( K + K l ) p + (C p + Cl ) ξ ( p ) − K p + C p Z ( p ) = [ K l p + Cl ].q ( p ) Chóng ta sư dơng c¸c ký hiÖu sau: α= (K + Kl ) M K ; nZ = ; nξ = m M m hz = K ; M γ z2 = CP ; M n01 = ; ω z2 = Kl ; m Cp M ω012 = ; ωξ2 = Cl m (C p + Cl ) m ; ; (p2 + nz.p + ωz2).Z(p)- (hz.p + γz2).ξ(p) = (2.9) (p2 + nξ.p + ωξ2).ξ(p) - (hz.p + γz2 ).α Z(p) = (n01.p+ω012).q(p) Th«ng thờng lực cản lốp (đợc thể thông qua hệ số n 01) có giá trị nhỏ nên bỏ qua: Nếu đặt hệ số nh sau: a11= (p2 + nz.p + ωz2); a12 = - (hz1 + γz12) ; a21 = (p2 + nξ.p + ωξ2) ; a22= – (hz2.p + γz22 ).α2; Th× hệ phơng trình (2.9) đợc viết lại: GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 22 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô a11.Z(p) + a12.ξ(p) = (2.10) a21.Z(p) + a22.ξ(p) = ω012 q(p) Lấy vế phơng trình hệ (2.10) chia cho q(p), ta đợc hệ phơng trình có ẩn hàm truyền: a11.Wz(p) + a12.W(p) = (2.11) a21.Wz(p) + a22.Wξ(p) = ω012 ViÕt díi d¹ng ma trËn hệ phơng trình trên: a11 a12  Wz(p)  0    x  Wξ (p) = ω    01   a21 a22 (2.12) Nh đà nói ta chọn kích động động học có dạng hàm điều hòa: q = q0.sin(t); Sau giải hàm truyền chuyển dịch, ta tìm hàm truyền vận tốc, gia tốc hàm truyền lực động tác dụng xuống đờng, Hàm truyền từ mặt đờng ®èi víi gia tèc khèi lỵng treo: WZ ( p) = z( p ) p z ( p) = = p WZ ( p) q( p) q( p) (2.9) Hàm truyền từ mặt đờng biến dạng nhÝp: WZtd ( p ) = Z td ( p ) z ( p ) − ξ ( p ) = = WZ ( p) − Wξ ( p ) q( p ) q( p) GVHD : Nguyễn Văn Trà Lun - 23 - (2.10) HVTH : Vị §øc §å án kết cấu tính toán ôtô Hàm truyền từ mặt ®êng ®èi víi lùc ®éng t¸c dơng xng nỊn ®êng:  ξ ( p)  WFd ( p ) = CL 1 −  = CL 1 − Wξ ( p )   q( p)  (2.11) Để nhận đợc hàm truyền tần số (hay gäi lµ hµm trun Fourier) ta thay p = j.ω hàm truyền Laplace đà tìm đợc Các hàm truyền Fourier có dạng phức nh sau: Wz = C1+j.D1; W = C2+j.D2 ; 2.3.3.2 Các kết tính toán dao động 1 3 Tài liệu tham khảo GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 24 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Híng dÉn thiÕt kÕ m«n häc KCTT « t« qu©n sù - Ngun Phóc HiĨu HVKTQS 1986 ThiÕt kÕ tính toán ô tô máy kéo ( tập ) - Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên NXB Đại học trung học CN 1971 Lý thuyết ô tô quân - Nguyễn Phúc Hiểu, Vũ Đức Lập HVKTQS 2002 Dao động ôtô - Vũ Đức Lập HVKTQS 1994 Cấu tạo ô tô quân (tập hai) - Vũ Đức Lập, Phạm Đình Vy HVKTQS 1995 Tập hình vẽ cấu tạo ô tô quân - Vũ Đức Lập, Phạm Đình Vy HVKTQS 1996 Lý thuyết ô tô máy kéo - D Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái NXB Khoa học kỹ thuật GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến - 25 - HVTH : Vị §øc ... Văn Trà Luyến - 10 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô Tính toán thiết kế hệ thống treo Các thông số ban đầu stt Thông số Công thức bánh xe Trọng lợng ôtô không tải Trọng lợng toàn Trọng... cm) *Tính toán độ cứng nhíp Thông số nhíp: Loại nhíp Bề rộng b(cm) GVHD : Nguyễn Văn Trà Luyến Chiều dày h(cm) b.h Mô men quán tính J= (cm4) 12 - 15 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán «t«... Văn Trà Luyến - 21 - HVTH : Vũ Đức Đồ án kết cấu tính toán ôtô 2.4 Xây dựng đặc tính tần số biên độ Để xây dựng đặc tính tần số biên độ lợng ra, ta dùng toán tử Laplace, đa ẩn hệ phơng trình