MỤC LỤC
Mục lục ..........
Lời nói đầu ............
Chương 1- Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động của ôtô..........
1.1- Khái niệm về dao động ôtô, độ êm dịu và an toàn chuyển động .......
1.2- Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô.......................
1.3- Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường..............
Chương 2- Phân tích kết cấu hệ thống treo ...........................................
2.1- Giới thiệu chung hệ thống treo ...........................................................
2.2- Phân loại hệ thống treo .......................................................................
2.3- Yêu cầu ..............................................................................................
2.4- Phân tích kết cấu hệ thống treo xe UAZ-31512 .................................
Chương 3- Khảo sát dao động của ôtô ...................................................
3.1- Mô hình một phần tư ..........................................................................
3.2- Mô hình phẳng ...................................................................................
3.3- Khảo sát dao động của xe UAZ-31512 ..............................................
Chương 4- Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến dao động ôtô .....
4.1- Ảnh hưởng của độ cứng nhíp..............................................................
4.2- Ảnh hưởng của độ cứng lốp…………………………………………
4.3- Ảnh hưởng của khối lượng treo……………………………………..
4.4- Ảnh hưởng của khối lượng không treo………………………………
4.5- Ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn………………………………...
Chương 5- Một số giải pháp kết cấu nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe UAZ-31512 ...........
5.1- Kết cấu của phần tử đàn hồi ………………………………………...
5.2- Kết cấu của phần tử hướng ………………………………………….
5.3- Kết cấu của phần tử giảm chấn ……………………………………..
Kết luận ..............................................................................................
Tài liệu tham khảo ............................................................................
LỜI NÓI ĐẦU
Độ êm dịu và an toàn chuyển động của ôtô nói chung và ôtô quân sự nói riêng là những chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật có ý nghĩa to lớn trong thiết kế, khai thác và sử dụng xe.
Nghiên cứu về dao động của ôtô nói chung và ôtô quân sự nói riêng nhằm mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng và độ ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy của ôtô… là một công việc hết sức quan trọng và cần thiết. Nhất là trong sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ ngày nay, khi mà các tập đoàn sản xuất ôtô trên thế giới liên tiếp cho ra đời các loại xe hiện đại với những yêu cầu phục vụ con người, đáp ứng nhiệm vụ ngày càng vươn tới sự hoàn hảo thì điều đó càng có ý nghĩa thực tiễn lớn lao hơn bao giờ hết.
Xuất phát từ thực tế trên và được sự phân công của bộ môn, tôi đã lựa chọn đề tài: "Nghiên cứu, đề xuất giải pháp kết cấu trong hệ thống treo nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe UAZ ". Đồ án được thực hiện nhờ sự hướng dẫn tận tình của các thầy giáo trong bộ môn ôtô quân sự, đặc biệt là thầy TS……………. CNBM ôtô quân sự đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện đồ án, sự giúp đỡ của các cấp và của đồng chí đồng đội cũng như nỗ lực tìm tòi, học hỏi, sự phát huy và tổng hợp kiến thức của bản thân học viên. Mặc dù đã rất nỗ lực nhưng chắc chắn đồ án sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót do hạn chế về mặt kiến thức và thời gian. Vì vậy, tôi rất kính mong được sự chỉ bảo của các thầy giáo, sự góp ý của đồng chí đồng đội để trong những lần nghiên cứu sau đạt được kết quả tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn !
Hà nội, ngày … tháng … năm 20…
Học viên thực hiện
………………..
CHƯƠNG 1
CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA ÔTÔ
1.1. Khái niệm dao động, độ êm dịu và an toàn chuyển động
Khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng thường phát sinh những dao động dưới tác động kích thích của độ mấp mô biên dạng đường. Dao động của ôtô ảnh hưởng tới con người, hàng hoá chuyên chở trên xe, độ bền và tuổi thọ của các kết cấu ôtô.
Độ êm dịu chuyển động của ôtô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động của dao động có ảnh hưởng xấu tới con người, hàng hoá và các kết cấu của ôtô.
1.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô
Với khái niệm về độ êm dịu chuyển động ở trên, ta thấy: Một ôtô đảm bảo độ êm dịu chuyển động có nghĩa là các thông số đánh giá độ êm dịu chuyển động của nó nằm trong giới hạn cho phép, theo tiêu chuẩn đánh giá.
Trong sơ đồ trên có 3 thành phần: Mặt đường - trên đó ôtô chuyển động, ôtô - chịu sự điều khiển của con người và con người chịu dao động do ôtô truyền đến.
- Mặt đường mà trên đó xe chuyển động có những mấp mô và đó là nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động của ôtô. Mặt đường được đặc trưng bằng chiều cao mấp mô của nó. Trong thực tế thì mấp mô mặt đường là ngẫu nhiên và được đánh giá qua thống kê: Hàm phân phối, mật độ phổ. Trong lý thuyết, để nghiên cứu dao động của ôtô có thể coi mặt đường là hàm điều hoà hoặc là một hàm ngẫu nhiên.
- Ôtô là một hệ cơ học dao động phức tạp, nhiều khối lượng; chịu ảnh hưởng trực tiếp của mấp mô mặt đường; sinh ra dao động tác động lên người, hàng hoá trên xe. Trên ôtô, hệ thống có ảnh hưởng quyết định nhất đến dao động của nó là hệ thống treo.
1) Chỉ tiêu về tần số
Chỉ tiêu về tần số dựa vào thói quen hoạt động của con người đó là đi. Khi con người đi thì thực chất là đang thực hiện một dao động. Ở mỗi người do thói quen, vóc dáng khác nhau mà việc thực hiện bước đi có khác nhau nhưng nói chung thông thường thì con người thực hiện được khoảng 60¸90 bước đi trong một phút, tức là tần số dao động tương ứng từ 1¸1,5 Hz.
Trong thực tế, khi thiết kế hệ thống treo người ta thường lấy giá trị tần số dao động thích hợp cho các loại ôtô như sau:
- n = 60 - 85 lần /phút đối với xe du lịch.
- n = 60 - 85 lần /phút đối với xe vận tải.
3) Chỉ tiêu dựa trên số liệu cảm giác theo gia tốc và vận tốc dao động
Người ta đánh giá trên cơ sở cho rằng cảm giác con người khi chịu dao động phụ thuộc vào hệ số độ êm dịu chuyển động K.
Nếu K = const thì cảm giác khi dao động sẽ không thay đổi. Hệ số K phụ thuộc vào tần số dao động, gia tốc dao động hoặc vận tốc dao động và phụ thuộc vào hướng dao động đối với trục thân con người (theo phương thẳng đứng và phương ngang) và phụ thuộc vào thời gian tác động của chúng lên cơ thể con người.
5) Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động của nó
Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hoá ISO đưa ra năm 1969 cho phép đánh giá tác dộng của dao động đến con người trên xe. Cảm giác được đánh giá theo 3 mức: thoải mái, mệt mỏi (cho phép dao động mà vẫn giữ được mức độ cho phép của năng suất lao động) và giới hạn cho phép (giới hạn theo tác dụng của dao động lên sức khoẻ của con người).
- Thoải mái : 0,1m.s-2
- Mệt mỏi cho phép: 0,315 m.s-2
- Giới hạn cho phép : 0,63 m.s-2
1.3. Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường
Theo quan điểm về an toàn chuyển động (tính điều khiển) và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì giá trị lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đường là thông số quan trọng để đánh giá. Khi ôtô chuyển động trên đường có biên dạng mang tính ngẫu nhiên thì dáng điệu của tải trọng thẳng đứng của bánh xe Rk(t) cũng mang tính ngẫu nhiên.
Tải trọng tĩnh của bánh xe Rt dễ dàng được xác định từ trọng lượng của ôtô và toạ độ trọng tâm theo hướng dọc xe. Xác định lực động Fđ(t) phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ôtô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô của biên dạng mặt đường.
Có thể xác định giá trị xtđmax- là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đối của bánh xe với đường theo biểu thức:
xtđmax= max(x - q)
Giá trị xtđmax cũng có thể làm cơ sở đánh giá khả năng bám của lốp với mặt đường.
Giá trị lực tác dụng xuống nền đường gần đúng có thể xác định như sau:
Fd » CL.(q - x)
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO
2.1. Giới thiệu chung hệ thống treo
Hệ thống treo hoàn chỉnh bao gồm 3 phần tử chính với các chức năng riêng biệt:
- Phần tử đàn hồi: dùng để tiếp nhận và truyền lên khung xe các lực thẳng đứng từ đường, giảm tải trọng động và bảo đảm độ êm dịu chuyển động cho ôtô khi chuyển động trên các loại đường khác nhau.
- Phần tử giảm chấn: Năng lượng dao động của thân xe và của bánh xe được hấp thụ bởi các giảm chấn trên cơ sở biến cơ năng thành nhiệt năng.
- Phần tử hướng: dùng để truyền các lực ngang, lực dọc và mômen từ mặt đường lên khung xe (vỏ xe). Động học của phần tử hướng xác định đặc tính dịch chuyển của bánh xe đối với khung xe và ảnh hưởng tới tính ổn định và tính quay vòng của ôtô.
2.1.1. Hệ thống treo bị động
Hệ thống treo bị động là một hệ thống mà các đặc tính của các thành phần (nhíp và giảm chấn) là cố định. Các đặc tính này được xác định bởi các nhà thiết kế hệ thống treo, theo mục đích thiết kế và ứng dụng mong muốn. Thiết kế hệ thống treo bị động là sự tối ưu hoá giữa độ ổn định và êm dịu chuyển động.
2.1.2. Hệ thống treo tích cực
Trong hệ thống treo tích cực, cả giảm chấn và nhíp bị động được thay thế bằng một bộ kích thích lực.
Bộ kích thích lực có thể cung cấp thêm hoặc tiêu tán bớt năng lượng cho hệ thống (không giống với giảm chấn bị động chỉ có thể tiêu tán năng lượng). Với một hệ thống treo tích cực, bộ kích thích lực có thể tác dụng lực mà không phụ thuộc vào dịch chuyển hoặc vận tốc của khối lượng treo và không treo. Nhờ vào bộ điều khiển chính xác, các kết quả tối ưu giữa độ êm dịu chuyển động và độ ổn định thân xe tốt hơn đối với hệ thống treo bị động.
2.1.4. Các hệ thống treo bán tích cực
Các hệ thống treo bán tích cực được đề cập lần đầu tiên vào đầu những năm 70. Trong loại hệ thống này, phần tử đàn hồi truyền thống được giữ lại, nhưng phần tử giảm chấn được thay thế bằng giảm chấn điều khiển. Trong khi hệ thống treo tích cực yêu cầu một nguồn năng lượng ngoài nhằm cung cấp các kích thích để điều khiển xe, thì hệ thống treo bán tích cực chỉ dùng năng lượng ngoài để điều chỉnh các mức độ cản, và làm cho bộ điều khiển ghi cùng các cảm biến làm việc.
2.2. Phân loại hệ thống treo
2.2.1. Theo cấu tạo của phần tử hướng
Có các loại như sau:
- Hệ thống treo phụ thuộc là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên phải được liên kết cứng với nhau bằng dầm cầu liền hoặc vỏ cầu cứng. Khi đó dao động hoặc chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc thẳng đứng) của bánh xe bên này làm ảnh hưởng, tác động đến bánh xe bên kia và ngược lại. Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng ở rất nhiều xe như: GAZ-53, GAZ-66, ZIL-131, KRAZ; KAMAZ,...
Những xe đó có ba hoặc bốn cầu trong đó bố trí hai cầu liền nhau. Hệ thống treo của những cầu này thường là hệ thống treo cân bằng phụ thuộc. Ví dụ như cầu thứ hai và thứ ba của ôtô ZIL-131; URAL-4320; KRAZ-255B,...
2.2.3. Theo phương pháp dập tắt dao động
Gồm có:
- Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn (mà chủ yếu là các giảm chấn thuỷ lực dạng đòn và dạng ống).
- Dập tắt dao động nhờ ma sát giữa các chi tiết của phần tử đàn hồi và trong phần tử hướng. Hệ thống treo này sẽ không được trang bị giảm chấn nên hiệu quả dập tắt dao động sẽ kém hơn so với trường hợp có giảm chấn.
2.3. Yêu cầu
- Độ võng tĩnh phải nằm trong giới hạn đủ đảm bảo được các tần số dao động riêng của vỏ xe và độ võng động phải đủ để đảm bảo vận tốc chuyển động của ôtô trên đường xấu nằm trong giới hạn cho phép. ở giới hạn này không có sự va đập lên bộ phận hạn chế.
- Động học của các bánh xe dẫn hướng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫn hướng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng.
- Dập tắt nhanh các dao động của vỏ và các bánh xe.
- Giảm tải trọng động khi ôtô qua những đường gồ ghề.
2.4. Phân tích kết cấu hệ thống treo xe UAZ-31512
2.4.1. Giới thiệu chung xe UAZ-31512
Động cơ bố trí trong khoang phía trước. Lốp dự phòng để ở giá phía sau. Hình dáng kích thước UAZ- 31512 thể hiện trên hình (2.1)
2.4.2. Phân tích kết cấu hệ thống treo xe UAZ-31512
Hệ thống treo xe UAZ-31512 gồm 3 bộ phận chính:
- Phần tử đàn hồi: có chức năng biến dao động tần số cao thành dao động tần số thấp, dùng để tiếp nhận và truyền lên khung xe các lực thẳng đứng từ đường, giảm tải trọng động và bảo đảm độ êm dịu chuyển động cho ôtô khi chuyển động trên các loại đường khác nhau.
- Phần tử giảm chấn: dùng để dập tắt dao động tần số thấp bằng cách biến năng lượng dao động của thân xe và của bánh xe được hấp thụ bởi các giảm chấn trên cơ sở biến cơ năng thành nhiệt năng.
Qua tìm hiểu tôi thấy: hệ thống treo xe UAZ-31512 là loại hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi nhíp lá, dập tắt dao động nhờ giảm chấn ống thuỷ lực. Hệ thống treo cầu sau tương tự hệ thống treo cầu trước chỉ khác là giảm chấn bố trí nghiêng 450 so với 300 của treo cầu trước và bố trí phía trong.
1) Bộ phận hướng
Bộ phận hướng của hệ thống treo có chức nămg: Xác định tính chất chuyển động (động học) của bánh xe đối với mặt tựa và vỏ xe , đồng thời truyền lực và mô men giữa bánh xe và vỏ.
2) Bộ phận đàn hồi
Dùng để nối đàn hồi giữa bánh xe và thân xe, làm giảm các va đập đột ngột từ mặt đường truyền lên, đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho xe khi chuyển động. Bộ phận đàn hồi có thể chia làm các loại sau:
Phần tử đàn hồi là kim loại thường là nhíp ( hệ thống treo phụ thuộc, độc lập), lò xo xoắn ốc và thanh xoắn ( hệ thống treo độc lập).
Kết cấu phần tử đàn hồi xe UAZ-31512:
Phần tử đàn hồi trên xe UAZ-31512 là nhíp. Nhíp hiện nay được dùng phổ biến nhất vì nhíp vừa là bộ phận đàn hồi, vừa là cơ cấu hướng và một phần làm nhiệm vụ giảm chấn, nghĩa là thực hiện toàn bộ chức năng của hệ thống treo.
Trên xe UAZ-31512 bộ nhíp có kết cấu cụ thể như sau:
- Nhíp trước : Gồm 8 lá.
+ Chiều dài của lá nhíp gốc : 1100 mm
+ Chiều rộng của lá nhíp gốc : 55 mm
- Nhíp sau : Gồm 7 lá.
+ Chiều dày lá nhíp gốc: 6 mm
+ Chiều dài lá nhíp gốc: 1250 mm
+ Chiều rộng lá nhíp gốc: 55 mm
3) Bộ phận giảm chấn
Giảm chấn để dập tắt các dao động của thân xe và của lốp xe bằng cách biến cơ năng của các dao động thành nhiệt năng, đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho xe khi chuyển động. Trên các ôtô hiện nay giảm chấn chủ yếu là giảm chấn thuỷ lực nên ma sát giữa chất lỏng và các lỗ tiết lưu là ma sát chủ yếu để dập tắt chấn động.
CHƯƠNG 3
KHẢO SÁT DAO ĐỘNG ÔTÔ
3.1. Mô hình “một phần tư xe“.
Khi khảo sát dao động ôtô, trong nhiều trường hợp để đơn giản hoá bài toán, người ta thường dùng mô hình “một phần tư xe”.
Trong đồ án này, mô hình “một phần tư xe” được nghiên cứu vì các lý do sau:
- Đây là mô hình đơn giản có tính chất làm cơ sở cho việc nghiên cứu các mô hình phức tạp khác sau này.
- Có thể dùng mô hình này để khảo sát cho một số xe có hệ số phân bố khối lượng ey thoả mãn: 0,8 £ ey £ 1,2 (khi đó có thể coi dao động ở phần trước và sau xe là độc lập với nhau).
3.1.1. Chọn mô hình động lực học
Để thiết lập được mô hình động lực học hệ dao động, ta đưa ra các giả thiết sau:
- Chỉ xét dao động của một trong 4 bánh xe.
- Xét dao động thẳng đứng của khối lượng treo và không treo.
- Coi dao động của các phần tử trong hệ là tuyến tính.
- Bánh xe lăn không trượt trên nền cứng tuyệt đối và luôn tiếp xúc với đường.
- Liên kết của cơ hệ là liên kết lý tưởng.
3.1.2. Khảo sát dao động
Trong mục này sẽ khảo sát dao động ôtô lần lượt theo trình tự sau:
- Tính toán các thông số cơ bản của hệ dao động.
- Thiết lập hệ phương trình vi phân.
- Xây dựng đặc tính tần số biên độ và đáp ứng thời gian.
Để nhận được các hàm truyền tần số (hay còn gọi là hàm truyền Fourier) ta thay p = j.w trong các hàm truyền Laplace đã tìm được ở trên. Các hàm truyền Fourier có dạng phức như sau:
Wz = A1+j.B1
Wx = A2+j.B2
Mô hình trên gồm có 4 thành phần:
- Khối Sine Wave biểu diễn kích động đầu vào từ mặt đường.
- Phân hệ Hệ dao động biểu diễn các thành phần của hệ dao động ôtô.
- Phân hệ Đồ thị lượng ra dùng để quan sát các đồ thị của các lượng ra.
- Phân hệ Gia công đầu ra dùng để gia công xử lý số liệu đầu ra.
3.2. Mô hình phẳng
1) Chọn mô hình động lực học
Dao động của một vật rắn trong không gian có 6 bậc tự do: 3 bậc tự do tịnh tiến theo các trục: X, Y, Z và 3 bậc tự do quay quanh các trục đó. Tuy nhiên trong thực tế khảo sát dao động của ôtô người ta thấy thường chỉ có hai dao động có tác động lớn nhất đến con người và hàng hoá trên xe, đó là dao động tịnh tiến theo trục thẳng đứng Z và dao động góc j quanh trục Y.
Ta sử dụng các ký hiệu ở trên cùng với những ký hiệu sau đây trong suốt quá trình tính toán:
a, b- Khoảng cách từ trọng tâm xe đến tâm cầu trước và tâm cầu sau.
L- Chiều dài cơ sở của xe.
z- Chuyển dịch thẳng đứng của trọng tâm thân xe theo trục Z.
j- Chuyển dịch góc của thân xe quanh trục Y.
x1, x2- Chuyển dịch của khối lượng phần không treo.
q1, q2- Kích thích động học lên bánh trước và bánh sau
2) Khảo sát dao động
Ở mô hình này, việc tính toán các thông số cơ bản của hệ dao động hoàn toàn giống với trường hợp “mô hình 1/4" đã xét ở trên nên không trình bày nữa mà chỉ trình bày cụ thể cách thiết lập hệ phương trình vi phân và giải bài toán dao động.
Ta có:
i=1,2,...,n.
n- số toạ độ suy rộng (số bậc tự do của cơ hệ).
qi- toạ độ suy rộng thứ i.
Ek- Động năng của hệ.
En- Thế năng của hệ.
Ep- Năng lượng khuếch tán của hệ.
Fi- Lực suy rộng tác dụng theo phương của toạ độ qi.
2) Giải bài toán dao động
a. Xây dựng đặc tính tần số biên độ
Hoàn toàn tương tự như khi giải đối với mô hình “một phần tư xe”.
Thông thường thì lực cản của lốp (được thể hiện thông qua các hệ số n01, n02) có giá trị nhỏ nên có thể bỏ qua. Trong khuôn khổ của bài toán kỹ thuật dao động ôtô thì sự gần đúng này vẫn đảm bảo được mức độ chính xác cần thiết. Cho nên các hệ số n01, n02 có thể lấy bằng 0.
(p2 + nz.p + wz2).Z(p) + (m.p + h).ry2.j(p) - (hz1 + gz12).x1(p) -
- (hz2.p + gz22).x2(p) = 0.
(p2 + nj.p + wj2).j(p) + (m.p + h).Z(p) - (hj1.p + gj12).x1(p) +
+ (hj2.p + gj22).x2(p) = 0.
(p2 + nx1.p + wx12).x1(p) - (hz1.p + gz12 ).a1.Z(p) -
- (hj1.p + gj12 ).a1.ry2.j(p) = w012.q1(p).
(p2 + nx2.p + wx22).x2(p) - (hz2.p + gz22 ).a2.Z(p) -
- (hj2.p + gj22 ).a2.ry2.j(p) = w022.q2(p).
Lấy 2 vế của các phương trình của hệ (2.21) chia cho q1(p), ta được hệ phương trình có ẩn là các hàm truyền:
a11.Wz(p) + a12.Wj(p) + a13.Wx1(p) + a14.Wx1(p) = 0;
a21.Wz(p) + a22.Wj(p) + a23.Wx1(p) + a24.Wx2(p) = 0;
a31.Wz(p) + a32.Wj(p) + a33.Wx1(p) + a34.Wx2(p) = w012;
a41.Wz(p) + a42.Wj(p) + a43.Wx1(p) + a44.Wx2(p) = w022.q2(p)/q1(p);
Như đã nói ở trên ta chọn kích động động học có dạng hàm điều hòa:
q1 = q0.sin(wt); q2 = q0.sin[w(t-L/V)]
Để xác định đặc tính truyền từ mặt đường tới một điểm A bất kỳ trên xe có toạ độ x (tính từ trọng tâm xe), ta xác định như sau:
WA = Wz+x.
Wj = (C1+x.C2) + j. (D1+x.D2)
Khi cần thiết xác định các đặc tính biến dạng của các phần tử đàn hồi, ta cũng làm tương tự, ví dụ để xác định đặc tính biến dạng của nhíp trước và nhíp sau ta có:
WZtd1 = Wx1 - WZ1 = C3+j.D3 - (C1+a.C2) - j. (D1+a.D2)
WZtd2 = Wx2 - WZ2 = C4+j.D4 - (C1+b.C2) - j. (D1+b.D2)
b. Tìm đáp ứng thời gian
Sử dụng Simulink để mô phỏng hệ dao động của ôtô khi khảo sát mô hình phẳng có xét đến dao động góc dọc. Làm hoàn toàn tương tự như mô hình 1/4 ta được hệ mô tả dao động của ôtô.
Hệ dao động đối với mô hình phẳng có xét đến dao động góc dọc của ôtô 2 cầu gồm có 4 thành phần chính thị cho 4 bậc tự do: z,j,z1,z2. Trong mô hình này ta xét cụ thể với thành phần biểu thị theo dao động góc dọc j.
Xuất phát từ hệ phương trình vi phân (2.54) biểu diễn mối liên hệ dao động của ôtô ta có:
3.3. Mô hình không gian
Trong thực tế, khi ôtô chuyển động, do sự khác nhau của mấp mô biên dạng mặt đường dưới từng bánh xe, nên ngoài dao động góc dọc như đã xét ở trên, ôtô sẽ thực hiện dao động góc ngang (đối với cả phần treo và phần không treo). Mặt khác, trong phần trước, khi khảo sát dao động trong mặt phẳng dọc ta coi khung vỏ cứng tuyệt đối.
3.4. Khảo sát dao động xe UAZ-31512
Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe một cách tương đối chính xác, chúng ta cần phải tính toán cho nhiều chế độ tải khác nhau, vận tốc chuyển động của xe khác nhau và với các loại đường phù hợp điều kiện thực tế sử dụng xe; sau đó đối chiếu theo các tiêu chuẩn khác nhau. Tất cả các yếu tố đó đều rất đa dạng và phức tạp, nhất là trong điều kiện sử dụng của các xe quân sự của chúng ta hiện nay.
Vì vậy, trong phạm vi của đồ án này nhằm làm cơ sở cho các nghiên cứu sau, chúng tôi chỉ đưa ra một số kết quả tính toán đối với xe UAZ-31512 theo mô hình liên kết với chế độ tải trọng là đầy tải, và chế độ chuyển động như sau:
- Coi xe chuyển động đều trên đường với vận tốc V = 50 km/h
- Biên dạng đường hình sin có biên độ q0=30 mm
- Bước sóng mặt đường là hằng số S = 4m
- Hệ số kinh nhiệm tính mô men quán tính: A = 0,2
- Góc nghiêng giảm chấn so với phương thẳng đứng: a = 300(cầu trước) và a = 450 (cầu sau).
- Tỷ số truyền giảm chấn: i = 1
3.4.3. Các kết quả tính toán dao động
Các kết quả tính toán dao động như: Các đặc tính tần số biên độ của chuyển dịch khối lượng treo, khối lượng không treo, gia tốc của khối lượng treo; các kết quả về đáp ứng thời gian của chuyển dịch, vận tốc, gia tốc,… khối lượng treo và khối lượng không treo; biến dạng nhíp, vận tốc biến dạng nhíp,…và các đồ thị của chúng được trình bày trong phần phụ lục.
Như đã nói ở trên, để đánh giá được một cách tương đối chính xác độ êm dịu chuyển động, ta cần phải có một sự đánh giá toàn diện hơn. ở đây chỉ chủ yếu đánh giá sơ bộ ở một chế độ để làm cơ sở cho việc nghiên cứu về dao động ôtô sau này.
CHƯƠNG 4
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU ĐẾN DAO ĐỘNG CỦA ÔTÔ
4.1. Ảnh hưởng của độ cứng nhíp
Bộ phận chính của hệ thống treo là phần tử đàn hồi. Kết cấu phổ biến nhất hiện nay của phần tử đàn hồi là nhíp lá, lò xo và thanh xoắn. Hiện nay trên một số xe đã sử dụng phần tử đàn hồi dạng khí nén. Ở đây không xét đặc tính riêng của nhíp mà bài toán xét ở đây là sự ảnh hưởng của độ cứng của phần tử đàn hồi (nhíp) đến dao động của hệ.
Nhận xét:
a. Ảnh hưởng của Cp đến Z/q0
Từ kết quả trên các đồ thị (Hình 4.1.1) khi giảm độ cứng của phần tử đàn hồi thì nhìn chung sẽ cải thiện được độ êm dịu chuyển động của ôtô vì biên độ chuyển dịch của thân xe giảm. phương pháp này có hiệu quả rõ nét với giá trị của Z/q0=W(w) tương ứng với dao động cộng hưởng của khối lượng treo ở tần số thấp (w=w0). Khi tần số kích thích gần với tần số dao động riêng của khối lượng không treo thì biên độ chuyển dịch của khối lượng treo tăng không đáng kể do ảnh hưởng của khối lượng không treo lên nó. Khi tần số kích thích lớn chuyển dịch của khối lượng treo có xu hướng tiến tới 0.
b. Ảnh hưởng của Cp đến z”/q0
Đối với biên độ gia tốc thân xe có hai giá trị lớn nhất. Ở vùng tần số thấp giá trị của nó tăng lên đáng kể do ảnh hưởng của khối lượng không treo. Giá trị cộng hưởng ở vùng tần số cao (wk=w0) là do biên độ của gia tốc khối lượng thân xe có thành phần w2 trong 
/p2W(w).
4.2. Ảnh hưởng của độ cứng của lốp
Lốp ôtô có tính chất đàn hồi theo các hướng có tải trọng tác dụng gồm: hướng kính, hướng tiếp tuyến, hướng ngang. Ở đây chỉ khảo sát ảnh hưởng của tính chất đàn hồi hướng kính tới các thông số dao động của ôtô. Trong mục này khảo sát ảnh hưởng của độ cứng hướng kính tới các thông số dao động: chuyển dịch, gia tốc của khối lượng treo và không treo. Để nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng của lốp ta cho độ cứng của lốp thay đổi với các giá trị khác nhau (Cl=30, 60, 90, 120[N/m]).
Nhận xét:
a. Ảnh hưởng của Cl đến Z/q0
Theo đồ thị (hình 4.2.1) ta thấy, khi giảm độ cứng của lốp thì biên độ chuyển dịch của thân xe tăng ở vùng cộng hưởng tần số thấp (w=w0) và ở vùng tần số cao (wk=w0) biên độ chuyển dịch giảm không đáng kể.
b. Ảnh hưởng của Cl đến z”/q0
Đối với biên độ gia tốc thân xe (Hình 4.2.2) khi giảm độ cứng của lốp sẽ làm giảm một khoảng rộng ở vùng tần số cao và đồng thời tăng gia tốc trong vùng tương đối hẹp của tần số thấp giá trị tăng không đáng kể.
4.3. Ảnh hưởng của khối lượng treo.
Sự ảnh hưởng của khối lượng treo của ôtô liên quan nhiều đến thông số quan trọng trong tính toán động lực học và dao động, mặt khác khối lượng treo luôn thay đổi trong quá trình sử dụng trong một phạm vi rộng. Để hiểu được ảnh hưởng của khối lượng treo trong phần này ta chỉ nghiên cứu các giá trị thay đổi khối lượng treo khác nhau mà không tính đến sự phân bố lại trọng tâm.
Nhận xét:
a. Ảnh hưởng của khối lượng treo đến Z/q0
Dựa vào đồ thị trên (hình 4.3.1) ta thấy, khi giảm khối lượng phần treo thì biên độ chuyển dịch của thân xe vùng cộng hưởng tần số thấp (w=w0) chuyển dịch về phía tần số lớn, đồng thời giá trị cực của chuyển dịch và khoảng tần số vùng cộng hưởng tăng lên, đặc biệt khi giá trị khối lượng treo nhỏ.
b. Ảnh hưởng của khối lượng treo đến z”/q0
Đối với biên độ gia tốc thân xe (hình 4.3.2) khi giảm khối lượng treo thì gia tốc thân xe tăng trong khoảng rộng của tần số, bắt đầu từ vùng cộng hưởng tần số thấp và tần số cao hơn. Khi khối lượng treo lớn thì giá trị gia tốc tăng chậm.
4.4. Ảnh hưởng của khối lượng không treo
Khối lượng phần không treo của ôtô đối với một dạng nhất định thay đổi trong một phạm vi rộng tuỳ theo:
- Loại phần tử đàn hồi của treo;
- Loại và kết cấu cơ cấu hướng của treo;
- Loại và kết cấu, vật liệu và công nghệ chế tạo của truyền lực chính;
- Khối lượng của cơ cấu phanh bánh xe, bánh xe;
- Khối lượng của cơ cấu lái;
Nhận xét:
a. Ảnh hưởng của khối lượng không treo đến Z/q0
Từ đồ thị trên (hình 4.4.1) ta thấy, khi giảm khối lượng phần không treo thì biên độ chuyển dịch của thân xe vùng cộng hưởng tần số thấp (w=w0) giảm, ở vùng cộng hưởng tần số cao tăng lên và chuyển dịch về phía lớn.
b. Ảnh hưởng của khối lượng không treo đến z”/q0
Trên (hình 4.4.2) ta thấy, đối với biên độ gia tốc thân xe khi giảm khối lượng treo thì giá trị gia tốc thân xe lớn nhất ở vùng cộng hưởng tần số cao dịch chuyển về phía tần số cao hơn và khi thay đổi khối lượng không treo m, giá trị lớn nhất của gia tốc thân xe gần như không thay đổi.
c. Ảnh hưởng của khối lượng không treo đến V/q0
Chuyển dịch của khối lượng không treo trên (hình 4.4.3) có dáng điệu gần giống với chuyển dịch của thân xe ở vùng cộng hưởng tần số thấp, ở vùng cộng hưởng ở tần số cao thì dáng điệu giống gia tốc thân xe tức là khi tăng khối lượng treo thì giá trị cực đại dịch chuyển đến vùng có tần số cao hơn.
4.5. Ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn
Dao động của ôtô được dập tắt bởi các lực cản dạng ma sát khác nhau trong hệ thống treo. Thường trong hệ thống treo, ma sát xuất hiện ở các phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi hoặc trong các khớp của đòn treo, dẫn động lái và lốp xe. Trong phần này chỉ tập trung khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn đến dao động của ôtô.
Nhận xét:
a. Ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn (K) đến Z/q0
Từ đồ thị (hình 4.5.1) ta thấy, khi tăng hệ số cản giảm chấn thì vùng giữa tần số thấp và tần số cao (w»9¸45 [rad/s]) chuyển dịch của thân xe giảm đáng kể. Khi tăng hệ số cản của giảm chấn thì vùng kích thích từ w»32 (rad/s) sẽ làm giảm chuyển dịch của bánh xe.
b. Ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn (K) đến z”/q0
Đối với gia tốc thân xe có dáng điệu như dịch chuyển, nhưng ở ngoài vùng tần số cao w>wk giá trị gia tốc thân xe lại tăng lên. Xét trong khoảng w0 và w0¸wk gia tốc lớn dẫn đến chuyển dịch của thân xe lớn, điều này bất lợi cho hoạt động của xe trong vùng tần số này, do đó lên tránh xe hoạt động trong dải tần số đã nêu để đảm bảo độ êm dịu và an toàn chuyển động.
*** Kết luận:
Qua việc nghiên cứu ảnh hưởng các thông số của hệ thống treo đến biên độ và góc pha của đặc tính tần số biên độ ta thấy rõ được sự ảnh hưởng của các phần tử giảm chấn, đàn hồi, khối lượng treo và không treo. Từ đó cho phép ta thiết kế xe có thể chọn phần tử giảm chấn và đàn hồi một cách hợp lý cũng như trong quá trình sử dụng phân bố tải trọng và tốc độ ở chế độ hợp lý khi biết các tính chất của đường.
Ngoài ra đối với các hệ thống treo có điều khiển thông qua khảo sát đánh giá với bộ số liệu chuẩn sẽ đạt được các tham số ra tối ưu nhờ thay đổi các tham số kết cấu như độ cứng của nhíp, hệ số cản giảm chấn cho phù hợp với từng điều kiện và chế độ cụ thể.
CHƯƠNG 5
MỘT SỐ GIẢI PHÁP KẾT CẤU NÂNG CAO ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ UAZ-31512
5.1. Kết cấu của phần tử đàn hồi
5.1.1. Hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo
So với hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá, thì hệ thống treo phụ thuộc lò xo có khối lượng phần không treo nhỏ hơn. điều này làm tăng độ êm dịu chuyển động của xe. Loại này thường sử dụng ở các cầu sau chủ động của ôtô con. So với hệ thống treo loại nhíp thì loại lò xo có trọng lượng nhỏ, tuổi thọ cao; Nhược điểm chủ yếu là phải thêm các bộ phận giảm chấn và dẫn hướng. Do đó mà sử dụng hệ thống treo này cũng không phải là giải pháp tối ưu.
5.1.2. Hệ thống treo khí nén và thuỷ khí
So với hệ thống treo có phần tử đàn hồi lá nhíp thì hệ thống treo với phần tử đàn hồi là khí nén và phần tử đàn hồi là thuỷ khí có nhiều ưu điểm hơn hẳn do:
- Khối lượng phần không treo nhỏ hơn so với các xe cùng trọng tải.
- Ma sát trong hệ thống treo nhỏ hơn nhiều do không có nội ma sát giữa các lá nhíp mà thay vào đó là các bình khí nén và các bộ phận thuỷ lực.
- Độ cứng của hệ thống treo có thể điều chỉnh được nhờ việc điều chỉnh áp suất của bình khí nén hay bộ phận thuỷ lực mà vẫn đảm bảo mức tốt nhất độ cứng cho hệ thống treo.
- Cơ cấu không chiếm nhiều không gian so với phần tử đàn hồi là kim loại.
- Áp suất làm việc tương đối cao.
Nhưng bên cạnh đó hệ thống treo có phần tử đàn hồi là khí nén và thuỷ khí cũng có những nhược điểm sau:
- Phải có hệ thống cung cấp khí như máy nén khí hay máy nén thuỷ lực.
- Phải thường xuyên kiểm tra độ kín khít của hệ thống, không cho dầu mỡ văng vào các chi tiết bằng cao su của hệ thống như lò xo khí nén.
1) Hệ thống treo khí nén
So với hệ thống treo thông thường đã nghiên cứu ở chương II thì hệ thống treo khí nén khác ở cấu tạo của phần tử đàn hồi và bố trí chung hệ thống cung cấp khí nén.
Khi bánh xe dịch chuyển, bình khí trượt theo chân 17 của giá đỡ. Với kết cấu như hình 5.1 thì phần tử khí nén chiếm chỗ không lớn hơn hệ thống treo thông thường. Áp suất vào khoảng 0,8¸1,5 MPa. Bên trong thân 6 ở trong cần 18 có đặt phần tử đàn hồi phụ 7. Ở hành trình nén, phần tử đàn hồi phụ này tiếp xúc với cốc 5 nằm trong thân 17.
Kết cấu của lò xo khí nén có thể là: Lò xo dạng ống hình sóng (hình 5.3) hoặc ôvan, lò xo trụ ống làm bằng vải sợi tổng hợp và loại liên hợp.
2) Hệ thống treo thuỷ khí
Hệ thống treo thuỷ khí được áp dụng rộng rãi trên xe con. Không gian công tác của phần tử đàn hồi được phân thành hai phần nhờ màng phân cách. Khối lượng khí không thay đổi trong quá trình sử dụng. Việc truyền lực từ bánh xe lên bộ phận khí thông qua hệ bộ phận thuỷ lực. Lò xo thuỷ khí được bố trí trên bánh xe của ô tô du lịch hãng Citroen (hình 5.5)
Trên thân van 1 có hai lỗ được che bởi các đĩa đàn hồi 2. Đĩa bên dưới sẽ che phủ lỗ hút (tương ứng hành trình trả), lỗ bên trên sẽ che lỗ kín (tương ứng hành trình nén). Chi tiết ghép nối 5 có lỗ tiết lưu 4 để cho chất lỏng thường xuyên lưu thông. Vòng tì 3 có tác dụng hạn chế sự chuyển dịch của các đĩa đàn hồi.
5.2. Kết cấu của phần tử hướng
Đối với hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo mặc dù khối lượng phần không treo có nhỏ hơn so với khối lượng phần không treo của hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá. Tuy nhiên khi sử dụng hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo thì khi xe ôtô chuyển động trên những biên dạng đường mấp mô mà biên dạng đường của các bánh xe ở hai bên không bằng nhau thì sự dịch chuyển của bánh xe bên này có ảnh hưởng đến sự dịch chuyển của bánh xe bên kia do vậy mà độ êm dịu chuyển động của xe cũng không đảm bảo với mọi loại đường.
1. Hệ thống treo độc lập với bộ phận dẫn hướng một đòn treo
Loại này kết cấu đơn giản nhưng có nhược điểm khi hành dịch chuyển của bánh xe lớn thì mặt phẳng bánh xe bị nghiêng một góc lớn gây hiệu ứng con quay làm dao động bánh xe, đồng thời bánh xe bị trượt ngang lớn dẫn đến lốp bị mòn nhanh cho nên sơ đồ này chỉ bố trí ở cầu không dẫn hướng để không làm ảnh hưởng tới ổn định lái trong hệ thống lái.
3. Hệ thống treo độc lập với cơ cấu hai đòn treo dài không bằng nhau
Đặc điểm loại này là khi bánh xe dịch chuyển theo phương thẳng đứng khá lớn nhưng mặt phẳng bánh xe bị nghiêng một góc nghiêng nhỏ (thường 50¸60), khi đó hiệu ứng con quay có thể loại trừ ma sát trong hệ thống treo. ở đây độ trượt ngang không lớn lắm cho nên có thể kết hợp việc sử dụng lốp có độ đàn hồi tốt để bù cho độ trượt ngang. Do vậy hệ thống treo dùng sơ đồ này được sử dụng rộng rãi trên ôtô con hiện nay.
4. Hệ thống treo độc lập với bộ phận dẫn hướng kiểu nến.
Đặc điểm treo loại này là bánh xe dịch chuyển dọc theo trục nghiêng hoặc đặt thẳng, do vậy mà mặt bánh xe không bị thay đổi. Độ trượt ngang của bánh xe phụ thuộc vào độ trượt ngang của trục. Thường độ nghiêng của trục nhỏ nên độ trượt ngang cũng nhỏ do đó ít bị mòn lốp.
5.3. Kết cấu phần tử giảm chấn
Trong chương 4 đã khảo sát dao động của ô tô có hệ thống treo bị động trong miền tần số và miền thời gian, đồng thời cũng đã đưa ra kết luận cần thiết phải điều khiển hệ thống treo và một số thông số trong hệ thống treo có khả năng điều khiển được để nâng cao độ êm dịu.
Trong chương 4 khi khảo sát dao động của hệ thống treo ta đã thấy rằng đối với hệ thống treo để đảm bảo độ êm dịu chuyển động của ôtô thì độ cứng của hệ thống treo có thể thay đổi được phụ thuộc vào chế độ tải trọng cũng như điều kiện chuyển động. Ngoài ra độ êm dịu chuyển động của ôtô còn có thể đạt được bằng cách thay đổi hệ số dập tắt dao động bằng cách điều khiển. Điều này thực hiện được bằng việc sử dụng hệ thống treo tích cực và bán tích cực.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian làm đồ án với sự nỗ lực của bản thân, sự giúp đỡ của các thầy giáo trong bộ môn, đồng đội, bạn bè, tôi đã hoàn thành đồ án theo đúng tiến độ với tên đồ án: “ Nghiên cứu, đề xuất giải pháp kết cấu trong hệ thống treo nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe UAZ”. Với các nội dung đã thực hiện như sau:
- Đưa ra các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động của xe ôtô đồng thời phân loại các hệ thống treo trên ôtô theo các phương pháp khác nhau.
- Phân tích kết cấu trong hệ thống treo và đưa ra ưu nhược điểm của từng loại hệ thống treo cũng như những áp dụng cụ thể trong trên các loại ôtô khác nhau.
- Xây dựng mô hình khảo sát cũng như thiết lập các hệ phương trình vi phân mô tả dao động của ôtô đối với mô hình một phần tư xe và mô hình phẳng đồng thời có ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink vào để khảo sát dao động của ôtô thông qua việc xây dựng các hàm truyền ĐTTSBĐ và tìm đáp ứng thời gian đem lại kết quả nhanh và chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống trước đây.
- Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến độ êm dịu chuyển động của ôtô dựa trên các chỉ tiêu đã đưa ra.
- Trên cơ sở đã khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến độ êm dịu chuyển động của ôtô đề tài đã đưa ra các giải pháp kết cấu nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe UAZ-31512.
* Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài:
- Xem xét tính chất phi tuyến của hệ thống treo và có kể đến hiện tượng “tách bánh”. Có thể xem xét hệ thống này trong lý thuyết điều khiển tối ưu, lý thuyết điều khiển phi tuyến.
- Tiến hành lắp đặt và thử nghiêm các loại hệ thống treo mới có nhiều ưu điểm hơn so với hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá trước đây của xe UAZ-31512 như: Hệ thống treo độc lập, hệ thống treo bán tích cực, hệ thống treo khí nén đối với xe UAZ-31512 nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe.
- Tiến hành khảo sát với mô hình không gian.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Tăng Cường; Phan Văn Từ. SIMULINK - Mô phỏng các hệ động học HVKTQS - 1998
2. Nguyễn Tăng Cường. MATLAB., HVKTQS - 2001
3. Tạ Văn Đĩnh . Phương pháp tính, NXBGD - 1999
4. Nguyễn Văn Trà. LATSKT - 2006. Nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo bán tích cực ở sơ đồ 1/4 để nâng cao độ êm dịu chuyển động của ôtô.
5. Trường ĐHGTVT. Kết cấu và tính toán ôtô, NXBGTVT - 1984.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"