MỤC LỤC

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

LỜI NÓI ĐẦU.. 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO.. 3

1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu của hệ thống treo. 3

1.1.1. Công dụng. 3

1.1.2. Yêu cầu. 3

1.1.3. Phân loại 6

1.2. Phân tích kết cấu hệ thống treo. 6

1.2.1. Theo bộ phận dẫn hướng. 6

1.2.2. Theo kết cấu phần tử đàn hồi 9

1.2.3. Giảm chấn. 22

1.3. Chọn phương án thiết kế. 27

1.3.1. Chọn phương án thiết kế hệ thống treo. 27

1.3.2. Chọn phương án thiết kế giảm chấn. 28

1.4. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu. 28

1.4.1. Đối tượng nghiên cứu. 28

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu. 28

1.4.3. Nội dung nghiên cứu. 28

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ HỆ THỐNG TREO.. 29

2.1. Nhiệm vụ tính toán thiết kế hệ thống treo. 29

2.1.1. Xác định các thông số ban đầu. 29

2.1.2. Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống treo. 30

2.1.2.1. Xác định mômen quán tính khối lượng phần treo. 30

2.1.2.2. Xác định độ cứng của hệ thống treo. 31

2.1.2.3. Xác định hành trình tĩnh của bánh xe. 33

2.1.2.4 Xác định hành trình động của bánh xe. 33

2.2.3. Xác định hệ số dập tắt dao động của khối lượng phần treo. 35

2.2. Tính toán, khảo sát dao động. 36

2.2.1. Xây dựng mô hình và thiết lập phương trình vi phân động lực học. 36

2.2.2. Thiết lập hệ phương trình vi phân. 38

2.2.3. Giải hệ phương trình vi phân. 41

2.2.3.1. Mô hình Simulink: 41

2.2.3.2. Khảo sát dao động. 43

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG TREO.. 48

3.1. Tính toán thiết kế nhíp. 48

3.1.1. Xác định chiều dài của bộ nhíp. 48

3.1.2. Xác định chiều dày lá nhíp. 48

3.1.3. Xác định chiều rộng và chiều dài của các lá nhíp. 50

3.1.4. Tính bền tai nhíp. 53

3.1.5. Tính bền chốt nhíp. 54

3.3. Tính toán thiết kế giảm chấn. 55

3.3.1. Xác định các kích thước cơ bản của giảm chấn. 55

3.3.2. Xác định lỗ tiết lưu dầu. 58

3.3.3. Xác định kích thước van thông. 62

3.3.4. Xây dựng đường đặc tính của giảm chấn. 65

3.3.5. Tính toán kiểm tra sự làm việc của giảm chấn theo chế độ nhiệt. 66

KẾT LUẬN. 79

PHỤ LỤC 1. 70

PHỤ LỤC 2. 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 76

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành ô tô giữ một vị trí quan trọng trong hoạt động phát triển của xã hội. Ô tô được sử dụng phổ biến, để phục vụ nền kinh tế quốc dân và trong hoạt động quân sự. Nhiều tiến bộ kỹ thuật, công nghệ mới, đã được áp dụng nhanh chóng vào công nghệ chế tạo ô tô, để làm tăng khả năng phục vụ và độ tin cậy của ô tô. Các tiến bộ khoa học này được áp dụng nhằm mục đích giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái, đảm bảo an toàn cho người, xe và hàng hoá, tăng vận tốc chuyển động trung bình, tăng tính kinh tế của ô tô.

Nền kinh tế nước ta đang trong đà phát triển. Hiện nay nhiều loại xe hiện đại đã và đang sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam. Ở nước ta nói chung và trong quân đội nói riêng, vẫn còn sử dụng các thế hệ ô tô được sản xuất tại Liên Xô (trước đây) và với nhiều chủng loại khác nhau. Từ xe con đến xe ca, từ xe tải hạng nhẹ đến xe tải hạng nặng, xe chuyên dùng. Do thời gian sử dụng đã lâu nên nhiều hệ thống, cụm đã xuống cấp và hỏng. Chính vì vậy việc đánh giá tính toán thiết kế các hệ thống, cụm, cơ cấu là vấn đề hết sức cần thiết. Để đạt hiệu quả cao, muốn vậy phải nắm chắc kết cấu, nguyên lý hoạt động, điều kiện làm việc, của từng hệ thống, cụm, cơ cấu và toàn xe.

Đề tài đồ án tốt nghiệp của em được giao là “Thiết kế hệ thống treo ô tô tải 5 tấn”. Với tên đề tài như vậy thì nội dung đồ án được thể hiện qua các phần sau:

1. Lời nói đầu.

2. Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo.

3. Chương 2: Tính toán các thông số của hệ thống treo.

4. Chương 3: Tính toán thiết kế các phần tử của hệ thống treo.

5. Kết luận.

Qua thời gian làm đồ án môn học được sự giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình và chu đáo của thầy giáo: Thạc sỹ ……………., các thầy giáo Khoa Ô tô và sự giúp đỡ của các bạn trong lớp em đã hoàn thành đồ án này. Nhưng do thời gian làm đề cũng như trình độ của bản thân còn có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo để đồ án môn học của tôi được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn.

                                                                                   TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                    Học viên thực hiện

                                                                                   ………………

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO

1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu của hệ thống treo

1.1.1. Công dụng

Hệ thống treo là một tổ hợp các cơ cấu liên kết các bánh xe (cầu xe) với khung xe (vỏ xe) để đảm bảo cho xe chuyển động êm dịu khi đi trên địa hình không bằng phẳng. Ngoài ra hệ thống treo còn dùng để truyền các lực và mô men tác động giữa bánh xe và khung xe (vỏ xe). Để đảm bảo chức năng đó hệ thống treo th­ường có 3 phần tử chủ yếu:

+ Phần tử đàn hồi.

+ Phần tử dẫn hướng.

+ Phần tử giảm chấn.

1.1.2. Yêu cầu

1.1.2.1. Các yêu cầu chung của hệ thống treo

Hệ thống treo phải đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi xe chuyển động, độ êm dịu chuyển động của ô tô quân sự được đánh giá qua giá trị cho phép của các thông số như tần số dao động riêng, biên độ dao động lớn nhất, gia tốc dao động lớn nhất…

1.1.2.2. Phần tử hướng

Phần tử hướng có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và mô men từ mặt đường lên khung 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 ô tô. Để đảm bảo chức năng, nhiệm vụ này, phần tử hướng cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:

Giữ nguyên động học bánh xe khi ô tô chuyển động. Điều này có nghĩa là khi bánh xe chuyển động thẳng đứng, các góc đặt bánh xe, các chiều rộng, chiều dài cơ sở phải giữ nguyên. 

Phần tử hướng phải đảm bảo truyền lực ngang, lực dọc, mô men từ bánh xe lên khung xe mà không gây biến dạng rõ rệt, không làm dịch chuyển các chi tiết của bánh xe. Phần tử hướng phải giữ được đúng động học của dẫn động lái, nghĩa là sự dịch chuyển thẳng đứng và sự quay quanh trụ đứng của bánh xe không phụ thuộc vào nhau.

1.1.2.4. Phần tử giảm chấn

Giảm chấn dùng để dập tắt các dao động của thân xe và cầu xe bằng cách chuyển cơ năng của các dao động thành nhiệt năng, đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho xe khi chuyển động. Trên ô tô hiện nay chủ yếu sử dụng giảm chấn thuỷ lực.

1.1.3. Phân loại

Có nhiều cách phân loại hệ thống treo tùy theo tiêu chí mà mỗi người đưa ra để phân loại.

- Theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng:

+ Hệ thống treo phụ thuộc.

+ Hệ thống treo độc lập.

- Theo cấu tạo phần tử đàn hồi có các loại như sau:

+ Phần tử đàn hồi là kim loại gồm: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn. Đây là loại phổ biến nhất ở các ô tô quân sự và xe bọc thép bánh hơi.

+ Phần tử đàn hồi là khí nén gồm: phần tử đàn hồi khí nén có bình chứa là cao su kết hợp sợi vải bọc cao su làm cốt, dạng màng phân chia và dạng liên hợp.

1.2. Phân tích kết cấu hệ thống treo

1.2.1. Theo bộ phận dẫn hướng

1.2.1.1. Hệ thống treo độc lập

Hệ thống treo độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh xe bên phải không có liên kết cứng với nhau, chúng chỉ được nối gián tiếp với nhau thông qua khung xe hoặc vỏ xe. Chính vì vậy mà dao động hay chuyển dịch của các bánh xe là độc lập nhau.

1.2.1.2. Hệ thống treo phụ thuộc

Hệ thống treo phụ thuộc: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên phải của một cầu 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 mặt phẳng thẳng đứng) của bánh xe bên này làm ảnh hưởng, tác động đến bánh xe bên kia và ngược lại.

1.2.1.3. Hệ thống treo cân bằng

Hệ thống treo cân bằng là hệ thống treo mà hai bánh xe cùng một phía của hai cầu xe liền nhau có chung phần tử đàn hồi được bố trí xung quanh trục cân bằng.

Hệ thống treo cân bằng thường gặp ở những xe nhiều cầu có tính năng thông qua cao. 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 giữa và cầu sau của ô tô ZIL-131; URAL-4320; KRAZ-255B;...(hình 1.3).

1.2.2. Theo kết cấu phần tử đàn hồi

1.2.2.1. Phần tử đàn hồi kim loại

a) Phần tử đàn hồi là thanh xoắn

Thanh xoắn là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó để cản lại sự xoắn. Một đầu thanh xoắn được ngàm vào khung hay một dầm nào đó của xe, đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn của hệ thống treo.

Khi xe chuyển động và khi có sự dịch chuyển của các bánh xe thì đòn treo quay tương đối với vỏ xe, đồng thời khi đó thanh xoắn cũng quay và bị xoắn vì đầu còn lại được nối cứng với vỏ xe. Tải trọng thẳng đứng truyền từ bánh xe lên vỏ xe qua đòn dưới và thanh xoắn. Tải trọng thẳng đứng càng lớn thì thanh xoắn càng bị xoắn nhiều. Khi tải trọng thẳng đứng tăng lên khoảng 2,53 lần giá trị tải trọng trung bình, đòn treo và thanh xoắn quay nhiều cho đến khi đòn trên tỳ vào gối cao su 4 (hình 1.5)..

b) Phần tử đàn hồi là lò xo

Phần tử đàn hồi lò xo bao gồm các dạng là lò xo xoắn ốc, lò xo côn và lò xo trụ. Do lò xo trụ có đường kính vòng ngoài không đổi nên biến dạng của nó sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với lực tác dụng, còn đối với lò côn hay lò xo xoắn ốc thì khi tải nhẹ đầu lò xo sẽ bị nén lại và hấp thụ năng lượng va đập, còn phần giữa lò xo có độ cứng lớn hơn sẽ đủ cứng để chịu tải lớn.

1.2.2.2. Phần tử đàn hồi khí nén

* Cấu tạo

Phần tử đàn hồi sử dụng khí nén dựa trên nguyên tắc không khí có tính đàn hồi khi bị nén. Hệ thống treo loại khí được sử dụng tốt ở các ôtô có trọng lượng phần lớn được thay đổi khá lớn như ở ôtô trở khách, ô tô vận tải và đoàn xe. Loại này có thể tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp suất không khí bên trong phần tử đàn hồi. Giảm độ cứng của hệ thống treo sẽ làm cho độ êm dịu chuyển động tốt hơn.

Phần tử đàn hồi loại khí có thể phân ra các loại: có khối lượng khí không đổi hay thay đổi, có hay không có buồng đối áp, không điều chỉnh hay điều chỉnh được.

1.2.2.3. Phần tử đàn hồi thủy khí

Phần tử đàn hồi thủy khí được sử dụng trên các xe có tải trọng lớn hoặc rất lớn. Do có áp suất làm việc cao nên phần tử đàn hồi thủy khí có kết cấu kiểu xylanh kim loại và piston dịch chuyển trong đó. 

Ngoài các ưu điểm như các phần tử đàn hồi khí nén, phần tử đàn hồi thủy khí còn có các ưu - nhược điểm như: Có đặc tính đàn hồi phi tuyến, đồng thời làm được nhiệm vụ của bộ phận giảm chấn, kích thước nhỏ gọn hơn và áp suất làm việc cao hơn, kết cấu phức tạp, đắt tiền, yêu cầu độ chính xác chế tạo cao, cần nhiều đệm làm kín.

1.2.3. Giảm chấn

Giảm chấn dùng để dập tắt dao động của thân xe và của cầu xe bằng cách biến năng lượng cơ học thành nhiệt năng để nâng cao độ an toàn chuyển động và độ êm dịu chuyển động.

1.2.3.1. Giảm chấn ống thuỷ lực

Cấu tạo giảm chấn ống thuỷ lực (hình 1.13) gồm có: xi lanh công tác 4, pít tông 7 có van thông qua 10, van trả 8 và cần thuỷ lực pít tông 12, ống dẫn hướng của cần đẩy pít tông có vòng bít 19, xi lanh ngoài 5 và vỏ chống bụi bẩn 11. Ở đáy xi lanh công tác có van nén 6 và van trả 3. Cần đẩy pít tông được cố định với thân xe qua tai 22 và bạc cao su. 

1.2.3.2. Giảm chấn đòn

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của giảm chấn đòn thể hiện trên (hình 1.14). Ở xi lanh của giảm chấn có các pít tông 19 và 15. Các pít tông này bắt chặt với các lò xo 18 nhờ vít 17. Xi lanh được đóng kín nhờ các nắp, đệm thép 21 được ép chặt vào pít tông mặt trong. Tay quay dạng cầu 8 được lắp then hoa với trục 5, và nằm tỳ với các đệm thép đẩy các pít tông và ép các lò xo 18, do đó đảm bảo luôn tiếp xúc và loại trừ độ dơ khi mòn.

1.3. Chọn phương án thiết kế

1.3.1. Chọn phương án thiết kế hệ thống treo

Sau khi tìm hiểu và phân tích một số dạng hệ thống treo đang sử dụng thực tế, kết hợp với thực tế các xe tải hiện đang sử dụng. Đối với đề tài “Thiết kế hệ thống treo trên ô tô tải 5 tấn” tham khảo tài liệu xe Zil-130 ta thấy hệ thống treo phù hợp là hệ thống treo phụ thuộc vì hệ thống treo này có cấu tạo đơn giản giá thành không cao và đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho các xe có tốc độ chuyển động không cao.  

1.3.2. Chọn phương án thiết kế giảm chấn

Sau khi phân tích các loại giảm chấn, dựa trên các điều kiện làm việc của xe thiết kế, ta chọn giảm chấn thủy lực dạng ống loại tác dụng hai chiều có đường đặc tính không đối xứng và có van giảm tải vì giảm chấn ống có áp suất cực đại nhỏ, có trọng lượng nhẹ hơn hai lần so với giảm chấn đòn.

1.4. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu

1.4.1. Đối tượng nghiên cứu

Qua tìm nghiên cứu phân tích đánh giá như ở trên ta xác định đối tượng nghiên cứu là hệ thống treo phụ thuộc có bộ phận đàn hồi là nhíp lá và bộ phận giảm chấn là giảm chấn thủy lực có tác dụng 2 chiều dạng ống.

1.4.3. Nội dung nghiên cứu

Đối với đề tài thiết kế hệ thống treo trên xe ô tô tải 5 tấn tôi trình bày với nội dung nghiên cứu gồm 3 chương.

* Lời nói đầu:

* Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo.

* Chương 2: Tính toán các thông số hệ thống treo.

* Chương 3: Tính toán thiết kế các phần tử của hệ thống treo.

* Kết luận.

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ HỆ THỐNG TREO

2.1. Nhiệm vụ tính toán thiết kế hệ thống treo

Tính toán thiết kế hệ thống treo bao gồm tính toán các thông số cơ bản của hệ thống treo, xác định hệ số dập tắt dao động của khối lượng phần treo sau đó xác định các thông số dao động của hệ thống treo sao cho đảm bảo các yêu cầu của hệ thống treo.

2.1.1. Xác định các thông số ban đầu

Qua nghiên cứu tìm hiểu một số ô tô tải sử dụng hệ thống treo phụ thuộc và tham khảo các thông số cơ bản của một số xe quân sự ở bảng trong phần phụ lục 1, Từ đó trong đồ án này xác định được các thông số ban đầu như bảng 2.1.

2.1.2. Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống treo

Mục đích của việc tính toán các thông số cơ bản của hệ thống treo để xác định các thông số như: mômen quán tính khối lượng phần treo, sự phân bố khối lượng phần treo lên các cầu, độ cứng của treo trước và treo sau, hành trình tĩnh và hành trình động của bánh xe, hệ số dập tắt dao động của khối lượng phần treo.

2.1.2.1. Xác định mômen quán tính khối lượng phần treo

Để xác định mômen quán tính khối lượng phần treo ta có rất nhiều cách như đo bằng thực nghiệm, công thức thực nghiệm bán thực nghiệm song ở nước ta chưa được áp dụng mà thường thì người ta dung công thức thực nghiệm để tính toán.

Xác định toạ độ trọng tâm xe theo chiều dọc xe.

a = 2,73 m

b = 0,97 m

Thay số vào công thức (2.1) ta tính được J_y = 22451,6 (N.m.s²).

2.1.2.2. Xác định độ cứng của hệ thống treo

Bộ phận chính của hệ thống treo là phần tử đàn hồi. Tham số của phần tử đàn hồi được chúng ta đánh giá theo đặc tính đàn hồi của nó. Độ cứng của hệ thống treo được đo bằng N/m.

Đối với hệ thống treo trước ta chọn .Theo công thức (2.2) ta có: C_t1 = 133464,6875 (N/m)

Đối với hệ thống treo sau ta chọn .Theo công thức (2.2) ta có: C_t2= 376075,56 (N/m)

2.1.2.3. Xác định hành trình tĩnh của bánh xe

Ta thấy khi hành trình tĩnh của bánh xe nhỏ tức là độ cứng của hệ thống treo lớn khi đó hành trình động của bánh xe nhỏ, ngược lại khi hành trình tĩnh lớn tức là độ cứng của hệ thống treo lớn khi đó hành trình động của bánh xe sẽ lớn.

Thay số ta được: f₁ = f₂ = 0,0789 m

2.1.2.4. Xác định hành trình động của bánh xe

Trong quá trình chuyển động khi xảy ra dao động thì hành trình động của bánh xe sẽ thay đổi, Trong trường hợp hành trình động của bánh xe nhỏ tức là xe dao động nhẹ. Trong trường hợp hành trình động lớn tức là xe dao động mạnh khi đó sẽ dễ xảy ra va đập giữa đàn hồi với khung xe.

Theo tài liệu số [4] ta có hành trình động của bánh xe:

f_đ = f_t.(1¸1,5)                                                           (2.4)

Ta chọn:                 f_đ = f_đ1 = f_đ2  = 1,2.f_t = 0,0947 (m)

2.2.6. Xác định hệ số dập tắt dao động của khối lượng phần treo

Ta có:

y: hệ số dập tắt dao động tương đối.

C: độ cứng của hệ thống treo.

M: khối lượng được treo tính trên một bánh xe.

K: Hệ số cản của hệ thống treo.

Mức độ dập tắt dao động của hệ thống treo do phần tử giảm chấn quyết định. Do đó các chỉ tiêu của ô tô như độ êm dịu chuyển động, độ ổn định chuyển động và an toàn chuyển động, Chất lượng kéo, thời hạn phục vụ của phần tử đàn hồi của treo, thời hạn phụ thuộc của lốp, sự mòn của bề mặt lớp phủ của đường đều phụ thuộc vào hệ số dập tắt dao động tương đối.

+ Hệ thống treo trước: h₀₁ = 2,7875 rad/m

+ Hệ thống treo sau: h₀₂ = 2,7875 rad/s

Theo tài liệu số [4] ta có hệ số cản của giảm chấn quy dẫn về một cầu là:

K = h₀.M                                                             (2.6)

Do đó ta có:

Hệ số cản của giảm chấn treo trước quy dẫn về bánh xe cầu trước: K₁ =h₀₁ = 2,7875 = 2996,56 (N/m)

Hệ số cản của giảm chấn treo sau quy dẫn về bánh xe cầu sau: K₂ = h₀₂ = 2,7875  = 8432,18 (N/m)

2.2. Tính toán, khảo sát dao động

2.2.1. Xây dựng mô hình và thiết lập phương trình vi phân động lực học

Dao động của một vật rắn trong mặt phẳng 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 ô tô 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 lắc dọc j của phần khối lượng được treo. 

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.

ө : chuyển dịch góc lắc của phần khối lượng treo.

x₁, x₂ : chuyển dịch của khối lượng phần không treo.

q₁, q₂ : kích thích động học lên bánh trước và bánh sau.

2.2.2. Thiết lập hệ phương trình vi phân

Ở mô hình này ta chọn phương pháp lập hệ phương trình vi phân bằng phương trình Lagrange loại II.

Ta có:

i=1,2,...,n.

n: số toạ độ suy rộng (số bậc tự do của cơ hệ).

q_i: toạ độ suy rộng thứ i.

E_k: động năng của hệ.

E_n: thế năng của hệ.

E_p: năng lượng hao tán của hệ.

F_i: lực suy rộng tác dụng theo phương của toạ độ q_i.

2.2.3. Giải hệ phương trình vi phân

Để giải hệ phương trình vi phân (2.7) ta có rất nhiều phương pháp, để tìm ra mối quan hệ (chuyển dịch, vận tốc, gia tốc của các khối lượng,..) theo tần số kích thích hoặc theo thời gian. Bằng phần mềm Matlab, trong đồ án này sẽ trình bày phương pháp sử dụng matlab simulink để giải hệ phương trình vi phân dao động.

2.2.3.1. Mô hình Simulink

* Mô đun mô phỏng dao động liên kết

Sơ đồ tổng thể mô tả dao động liên kết như hình 2.3.

* Dao động cầu trước và cầu sau

Sơ đồ mô tả dao động cầu trước và cầu sau như hình 2.4.

2.2.3.2.Khảo sát dao động

a) Thông số đầu vào

Các thông số đầu vào để khảo sát dao động như bảng 2.2.

b) Chế độ khảo sát

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.

Ta chọn kích động động học có dạng hàm điều hòa: q_0t = q₀.sin(wt); q_0s = q₀.sin[w(t-L/V)]

c) Kết quả khảo sát

Các kết quả khảo sát dao động như: chuyển dịch hệ thống treo trước và hệ thống treo sau, gia tốc bình phương trung bình của khối lượng treo được biểu diễn bằng các đồ thị dưới đây.

Kết luận: Vậy qua khảo sát dao động ta thấy bộ thông số chọn ban đầu thỏa mãn mọi yêu cầu của hệ thống treo.

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG TREO

3.1. Tính toán thiết kế nhíp

Các kích thước cơ bản của nhíp được xác định trên cơ sở bố trí chung của ô tô, sự biến dạng của nhíp, tải tác dụng lên nhíp và ứng suất sinh ra trong bộ nhíp.

3.1.1. Xác định chiều dài của bộ nhíp

Từ đó ta chọn chiều dài bộ nhíp trước là l=1,20m; chiều dài bộ nhíp sau nhíp sau là l=1,3m.

3.1.2. Xác định chiều dày lá nhíp

Thường thì nhíp được chia nhóm theo chiều dày và số nhóm không quá ba. Theo tài liệu số [2] tỉ số của chiều rộng lá nhíp b trên chiều dày lá nhíp h tốt nhất nằm trong giới hạn 6 < b/h < 10 (*). Lá nhíp có chiều rộng lớn quá không lợi vì lúc thùng xe bị nghiêng ứng suất xoắn ở lá nhíp chính và một số lá nhíp tiếp theo sẽ tăng lên.

3.1.3. Xác định chiều rộng và chiều dài của các lá nhíp

* Nhíp sau

Đối với nhíp sau ta chọn số lá nhíp là z = 16 lá, số lá nhíp chính là 2. 

Thay số vào công thức 3.2 ta tính được chiều rộng lá nhíp sau là:

 b₂ = 8,02cm. Chọn b₂ = 8,5cm Thỏa mãn điều kiện (*).

3.1.4.Tính bền tai nhíp

Ta có:

W_u: Mô đun chống uốn.

D: Đường kính trong của tai nhíp, chọn D = 50mm.

h_c : Chiều dày lá nhíp chính, h_c = 9mm.

b : Chiều rộng lá nhíp, b = 60mm.

Lực kéo X_k hay lực phanh X_p được xác định theo công thức sau: X_kmax ≈ X_pmax ≈ φ.Z_bx

Với :    j: Hệ số bám , lấy j = 0,7.

Do đó: X_kmax= 0,7.2150 = 1505 N

Thay số vào công thức (3.3) ta được ứng suất tổng hợp ở tai nhíp trước và sau lần lượt là 61,5 (MN/m²)  .

Ứng suất tổng hợp cho phép: σ_th = 350 (MN/m²). So sánh với kết quả trên ta thấy s_th < [s_th]. Vậy tai nhíp đủ bền.

3.1.5. Tính bền chốt nhíp

Chốt nhíp được chế tạo bằng thép cacbon xianua hóa loại 30 hay 40 với ứng suất chèn dập cho phép [σ_cd] = 3÷4 (MN/m²) hay bằng thép hợp kim xêmăngtít hóa loại 20 hay 20X với  [σ_cd] = 7,5-9 (MN/m²). 

Chọn vật liệu chế tạo chốt nhíp là thép cacbon trung bình có thành phần cacbon (C40) xianua thì ứng suất chèn dập cho phép là [σ_cd] = 3  4 MN/m²       

Kiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập thay số vào các công thức (3.4) ta được s₁=3,3 MN/m² thỏa mãn. Vậy chốt đảm bảo đủ bền.

3.3. Tính toán thiết kế giảm chấn

Bộ phận giảm chấn của hệ thống treo ô tô thường là các giảm chấn thuỷ lực (có thể là giảm chấn ống hoặc giảm chấn đòn). Theo phương án thiết kế ở trên ta đã chọn giảm chấn thủy lực dạng ống.

Tính toán thiết kế giảm chấn là xác định các kích thước cơ bản của giảm chấn, xác định các tiết diện của lỗ tiết lưu dầu và xác định các thông số của van thông và van giảm tải.

3.3.1. Xác định các kích thước cơ bản của giảm chấn

Trong hệ thống treo phụ thuộc việc chọn H_p phụ thuộc chủ yếu vào tổng biến dạng của bộ phận đàn hồi. Giảm chấn trong hệ thống treo này thường được bố trí nghiêng một góc so với đường thẳng còn hành trình pít tông của nó thường xấp xỉ gấp hai lần hành trình pít tông của giảm chấn trong hệ thống treo độc lập. Các kích thước cơ bản của giảm chấn có thể chọn theo bảng 3.1.

* Các số liệu ở tử số là đối với giảm chấn có hành trình nhỏ, các số liệu ở mẫu số là đối với giảm chấn có hành trình lớn.

Từ các kích thước cơ bản của giảm chấn có thể chọn các kích thước khác của giảm chấn.

Trên sơ đồ hình 3.5 thể hiện các kích thước của giảm chấn trong cả hai hành trình nén, hành trình trả và kích thước của các cụm, các bộ phận của giảm chấn.      Chọn đường kính xi lanh công tác d_x=40(mm).

Hành trình dịch chuyển của pít tông H_p=200(mm).

Theo sơ đồ hình 3.5, chiều dài của giảm chấn trong hành trình nén là: L_n=L_k+H_p

Đường kính đòn đẩy pít tông và đường kính các xi lanh có thể chọn như sau:

d_d = (0,4¸0,6)d_x

Chọn d_d=0,4.d_x= 0,4.40 = 16(mm).

d₁=1,1d_x=1,1.40 = 44(mm).

D₁= (1,25¸1,50)d_x

Chọn D₁=1,35.d_x=1,35.40 = 54(mm).

D=1,1.D_1­ = 1,1.50 = 59,4(mm).

3.3.2. Xác định lỗ tiết lưu dầu

Để tính được lỗ tiết lưu dầu cần phải xác định hệ số cản của giảm chấn trong hành trình nén và hành trình trả.

Hệ số cản của giảm chấn quy dẫn về bánh xe xác định theo công thức sau:

K = h₀.M

Trong đó:   

K: hệ số cản quy dẫn về bánh xe của một giảm chấn.

h₀: hệ số dập tắt dao động của khối lượng phần treo.

M: khối lượng phần treo phân bố lên một giảm chấn.

3.3.3. Xác định kích thước van thông

Tại mặt cắt của thành xy lanh thì vận tốc dòng chảy là vận tốc tương đối của xy lanh và pít tông. Tại mặt cắt của van thông qua vận tốc dòng chảy là vận tốc dòng chất lỏng tại đầu ra của lỗ van. Hiệu độ cao hình học Dz giữa hai mặt cắt là rất nhỏ (bằng chiều cao lỗ) nên bỏ qua đại lượng này khi tính toán. Chất lỏng chuyển động trong lỗ van ở chế độ chảy rối do đó hệ số a = 1.

+ Đối với giảm chấn trước:

P_n = K_an1 . V_P

P_n = 1997,705 . 0,25 = 499,426 (N).

+ Đối với giảm chấn sau:

P_n = K_an2 . V_P

P_n = 4364,8 . 0,25 = 1091,2 (N).

3.3.5. Tính toán kiểm tra sự làm việc của giảm chấn theo chế độ nhiệt.

3.3.5.1. Giảm chấn trước.

Các số liệu ban đầu:

- Hệ số cản của giảm chấn K.

+ Hành trình nén K_n1=2,0 (Ns/mm).

+ Hành trình trả K_t1= 7,0 (Ns/mm).

- Vận tốc dịch chuyển của pít tông giảm chấn V_p=250(mm).

- Đường kính giảm chấn D = 59,4 (mm).

- Chiều dài khoang chứa dầu của giảm chấn L=392(mm).

3.3.5.2.Giảm chấn sau.

Các số liệu ban đầu:

- Hệ số cản của giảm chấn K.

Hành trình nén K_n2=5,1 (Ns/mm).

Hành trình trả K_t2= 15,4 (Ns/mm).

- Vận tốc dịch chuyển của pít tông giảm chấn V_p=250(mm).

- Đường kính giảm  chấn D = 59,4 (mm).

- Chiều dài khoang chứa dầu của giảm chấn L=392(mm).

Thay số ta có F = 3,14.59,4.392 = 73114 (mm²) = 0,073114 (m²).

Vậy nhiệt độ thành ống giảm chấn là:  t = 104⁰C

Thỏa mãn t < 110⁰C vậy giảm chấn sau làm việc bình thường.

Vậy giảm chấn thiết kế thỏa mãn mọi điều kiện.

KẾT  LUẬN

Trong quá trình học tập tại Trường cùng với lượng kiến thức được tích lũy còn hạn chế và trong phạm vi một đồ án tốt nghiệp em đã được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các thầy giáo: Thạc sỹ………….. và các thầy trong Khoa Ô tô và các bạn trong lớp, em đã hoàn thành kịp tiến độ bản đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế hệ thống treo ô tô tải 5 tấn”.

Sau một quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và làm đồ án về hệ thống treo, bản thân em cũng được hiểu và biết thêm nhiều kiến thức quan trọng cần thiết giúp cho công việc thực tế sau này. Do thời gian làm đề cũng như lượng kiến thức của em còn hạn chế nên trong nội dung đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em rất mong được sự chỉ bảo và các ý kiến đóng góp để đồ án được hoàn thiện hơn.

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong Khoa Ô tô đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn, cảm ơn các bạn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

Em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Vũ Đức Lập, Phạm Đình Vi, “Cấu tạo ô tô quân sự” tập 2, Học viện KTQS, Hà Nội, 1995.

2. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên, “Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo”, tập 2, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1971.

3. Vũ Đức Lập, “sổ tay tra cứu tính năng kỹ thuật ô tô”, Học viện KTQS, Hà Nội, 1995.

4. Đặng Quý, “Tính toán thiết kế ô tô”, Trường ĐHSPKT, TPHCM, 2001.

5. Nguyễn Phúc Hiểu, “Hướng dẫn thiết kế môn học Kết cấu tính toán ô tô quân sự”, tập 4, Học viện KTQS, Hà Nội, 1986.

6. Vũ Đức Lập, “Dao động ô tô”, Học viện KTQS, Hà Nội, 1999.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"