LỜI NÓI ĐẦU

    Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật công nghệ chế tạo ôtô trên thế giới không ngừng được hoàn thiện, cải tiến và nâng cao. Việc chuyên chở bằng ô tô có khả năng đáp ứng tốt về nhiều mặt so với các phương tiện vận chuyển khác do nó đơn giản an toàn tính cơ động cao, có thể  đến được nhiều vùng nhiều nơi mà giá thành vận chuyển  thấp.

    Để đáp ứng những mục tiêu chủ yếu như: Tính năng thông qua của xe, độ êm diu chuyển động và an toàn chuyển động, tiện nghi trên xe, tốc độ xe,  đảm bảo sử dụng thuận tiện, nhẹ nhàng và tính kinh tế cao nhất, các công ty, tập đoàn chế tạo ô tô liên tục cho ra đời các loại xe hiện đại với chất lượng ngày càng được cải thiện. Nhờ có sự phát triển của công nghệ vật liệu, kỹ thuật điên tử và kỹ thuật  số các cụm các hệ thống, trên ô tô được hoàn thiện ngay một cao hơn.

    Hệ thống treo trên xe là một bộ phận quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng điều kiện của người lái tính ổn định của xe, đảm bảo độ êm dịu chuyển động và an toàn cho các thiết bị trên xe và hành khách. Vì vậy hệ thống treo ngày càng không ngừng được hoàn thiện và cải tiến. 

    Để có thể ngày càng tiếp cận với ôtô hiện đại, phát huy tốt tính năng kỹ thuật của xe nắm chắc các kết cấu hệ thống để có thể điều chỉnh, sửa chữa trong quá trình sử dụng và nâng cao tính hiệu quả. Cần đi vào nghiên cứu sâu các hệ thống trong đó có hệ thống treo.

    Sau khi được học môn học "Kết cấu tính toán ô tô quân sự", tôi được giao nhiệm vụ thực hiện đồ án “Tính toán thiết kế hệ thông treo sau cho xe vận tải hạng nặng”. Trong phạm vi đồ án chỉ tập chung chủ yếu vào thiết kế bộ phận nhíp và thanh dẫn hướng của hệ thống treo, đánh giá chỉ tiêu chất lượng của hệ thống treo và phân tích đặc điểm kết cấu của hệ thống treo, tính toán dao động, tính toán nghiệm bền cho một số chi tiết, bộ phận của hệ thống treo với các số liệu đã có.

    Đồ án được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy:…………… và các thầy giáo trong bộ môn. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn đồ án vẫn mắc một số sai sót do hạn chế về mặt kiến thức cũng như thời gian thực hiện. Kính mong các thầy giáo giúp đỡ, chỉ bảo để đồ án được hoàn thiện hơn.

    Xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 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 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.

1.1.2.  Các yêu cầu đối với hệ thống treo.

  + Đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi xe chuyển động.

  + Sự thay đổi quĩ đạo lăn của các bánh xe không đáng kể để đảm bảo độ êm dịu chuyển động thẳng và tính năng thông qua của ôtô.

  + Trọng lượng phần không treo phải nhỏ.

1.1.3. Phân tích kết cấu một số hệ thống treo.

   - 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.

    Khi sử dụng hệ thống treo cân bằng, trong trường hợp ô tô chuyển động trên địa hình gồ ghề, các bánh xe có thể bảo đảm luôn tiếp xúc với bề mặt đường, do vậy mà nâng cao tính năng thông qua cho ô tô. Ngoài ra, hệ thống treo cân bằng có ưu điểm là cho phép trục của cầu giữa và cầu sau lệch một góc khá lớn (khoảng 24⁰) để bảo đảm khả năng bám của các bánh xe với bề mặt đường. Hệ thống treo của cầu sau và cầu giữa của các ô tô ZIL-131, URAL-375 và KRAZ-255B là hệ thống treo cân bằng trên hai bộ nhíp dọc nửa êlíp. Hệ treo này bảo đảm sự bằng nhau của các tải trọng thẳng đứng trên cầu giữa và cầu sau.

    Ổ trục cân bằng cần được bôi trơn bằng dầu. Khi tra dầu cần theo dõi mức dầu đến ngang miệng lỗ. Ngoài việc bôi trơn các vị trí như giới thiệu ở trên, trong quá trình sử dụng chú ý nếu lá nhíp gốc thứ nhất mòn quá 1/2 chiều dày thì cần đảo vị trí lá thứ nhất cho lá thứ hai. Trong trường hợp mẻ hoặc vỡ lá nhíp thứ nhất ở vị trí mòn thì việc thay đổi vị trí cho lá thứ 3 chỉ cho phép khi lá nhíp đó có đầu cuối vẫn nằm trong tai nhíp và bảo đảm làm việc bình thường của ba lá khi cầu dịch chuyển xuống dưới.

1.2. Sự phát triển của các loại  hệ thống treo.

1.2.1. Khái niệm về treo thụ động.     

   Hệ thống treo thụ 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 thụ động là sự tối ưu hoá giữa độ ổn định và êm dịu chuyển động.

   Một hệ thống treo với cản lớn (gồm của cả phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi và lốp xe,... ) sẽ đem lại tính ổn định tốt nhưng cũng truyền mạnh các đầu vào từ đường lên thân xe. Khi xe chuyển động với tốc độ thấp trên đường nhấp nhô hoặc với tốc độ cao trên đường phẳng nó sẽ nhận được chuyển động xấu. Người lái và hành khách có thể cảm thấy khó chịu hoặc gây hư hỏng hàng hoá. Một hệ thống treo với cản nhỏ sẽ mang lại độ êm dịu chuyển động tốt hơn nhưng lại làm giảm đáng kể sự ổn định khi quay vòng hoặc khi vượt dốc.... Một hệ thống treo thụ động được thiết kế tốt có thể mở rộng phần nào khả năng chuyển động và ổn định, nhưng không thể loại trừ được sự mâu thuẫn này. Vì những lý do đó mà ngày nay trên các ôtô hiện đại người ta thiết kế các hệ thống treo khác nhau như được trình bày trong các mục dưới đây.

1.2.2. Hệ thống treo tích cực.

Trong hệ thống treo tích cực, cả giảm  chấn và nhíp thụ 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 thụ 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 thụ động.

1.2.3. Hệ thống treo điều chỉnh.

Trong các bất phương trình trên, là vận tốc của khối lượng treo còn là vận tốc của khối lượng không treo. Loại điều khiển móc treo này gọi là điều khiển on-off vì giảm chấn chuyển về một trong hai trạng thái cản mà nó có thể có. Khi khối lượng treo chuyển động đi lên và khối lượng treo với không treo lại tiến đến gần nhau thì hệ số cản lý tưởng phải bằng không. Do các giới hạn vật lý của giảm chấn thực, hệ số cản bằng không là không thực hiện được nên người ta dùng hệ số cản rất thấp. Khi khối lượng treo chuyển động xuống dưới còn hai khối lượng tiến lại gần nhau, cách hoạt động của điều khiển móc treo là cần phải sinh ra một hệ số cản lớn vô cùng. Một hệ số cản lớn vô cùng thì không thể đạt tới được, do đó trong thực tế hệ số cản điều chỉnh được đặt ở mức cao nhất. Tác dụng của sơ đồ điều khiển móc treo là để giảm đến mức thấp nhất vận tốc tuyệt đối của khối lượng treo.

3. Chọn phương án thiết kế.

  Qua phân tích kết cấu của các hệ thống treo ở trên, từ nhiệm vụ đề tài được giao là: “Thiết kế hệ thống treo sau cho ô tô vận tải hạng nặng” và có tham khảo xe URAL-4320 tác giả chọn phương án thiết kế như sau:

    + Hệ thống treo của xe thiết kế là loại hệ thống treo cân bằng.

    + Phần tử đàn hồi là nhíp lá, phần tử hướng là những thanh giằng.

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO

Các thông số ban đầu:

2.1. Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo.

  2.1.1. Xác định hệ số phân bố khối lượng phần treo.

M- Khối lượng phần treo ô tô, M = 9840 (kg)

a- Khoảng cách từ trọng tâm phần treo đến tâm bánh xe cầu trước, cầu sau;  Ta có: a=3,235 (m), b=2,02 (m)

J_y- Mômen quán tính khối lượng của phần treo đối với trục ngang  đi qua trọng tâm phần treo.

Ta có công thức tính: J_y =A.M.L²

   Với: 

       A  -  Hệ số kinh nghiệm, lấy A = 0,22

       L  -  Chiều dài cơ sở ô tô,  L=5,255 (m)

2.2. Tính toán thiết kế các bộ phận của hệ thống treo.

2.2.1. 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. 

  Chọn b=8( cm)

  Chọn lá nhíp chính:

     - Số lượng: 2

     - Chiều dày: h=0,98 (cm)

     - Chiều rộng: b=8( cm)

Trong công thức tính T_i dấu ở phía trên là đối với thanh giằng chịu tải ít hơn

 P_ji - Lực tác dụng lên một bánh xe ở cầu thứ i

 m,n - Các cánh tay đòn của thanh giằng dưới và thanh giằng trên

 r_k - Bán kính tính toán của bánh xe

 c - Khoảng cách giữa 2 thanh giằng dưới.

 e - Khoảng cách từ thanh giằng trên đến mặt phảng đối xứng dọc xe

Giả thiết rằng lực tác dụng lên 4 bánh xe ở cầu sau là như nhau ta có:

  + P_ji = j.Z_i    với Z_i  là phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh ở cầu thứ i cũng bằng lực từ bánh tác dụng xuống nền đường ; j là hệ số bám j = 0,8

Z_i   = M₂*9,81/4 = 15851,48 (N)      vậy    P_ji  = 0,8*15851,48 = 12681,2 (N)

   + r_k = R.l  với l - hệ số biến dạng lốp l = 0,94; R = 0,55 (m)

  Với:  F = pR²  nên R³ 2,66 hay d ³ 5,32 chọn d = 6 (cm)

2. Khảo sát dao động.

2.1. Mô hình động lực học.

  Ta sử dụng các ký hiệu ở trên cùng với những ký hiệu sau đây trong suốt quá trình tính toán:

         z - chuyển dịch thẳng đứng của trọng tâm thân xe theo trục Z.

         x - chuyển dịch của khối lượng phần không treo.

2.2. Khảo sát dao động.

Trong mục này sẽ khảo sát dao động ô tô lần lượt theo trình tự sau:

       - Thiết lập hệ phương trình vi phân.

       - Xây dựng đặc tính tần số biên độ.

 Chỉ khảo sát đối 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 = 4000 (mm).

2.2.1. Thiết lập hệ phương trình vi phân.

  Ở mô hình này tác giả chọn phương pháp lập hệ phương trình vi phân bằng phương trình Lagrange loại II. Phương trình Lagrange loại II được mô tả như sau:

          (p² + n_z.p + w_z²).Z(p)- (h_z.p + g_z²).x(p)  = 0.                                         (2.9)

          (p² + n_x.p + w_x²).x(p) - (h_z.p + g_z² ).a. Z(p)  = (n₀₁.p+w₀₁²).q(p).

 Thông thường thì lực cản của lốp (được thể hiện thông qua các hệ số n₀₁) có giá trị nhỏ nên có thể bỏ qua:

 Nếu đặt các hệ số như sau: 

           a₁₁= (p² + n_z.p + w_z²);

           a₁₂ = - (h_z1 + g_z1­²) ;

           a₂₁ = (p² + n_x.p + w_x²) ;

           a₂₂= - (h_z2.p + g_z2² ).a₂;

    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:

           W_z = C₁+j.D₁.

           W_x = C₂+j.D_2.

KẾT LUẬN

    Sau một thời gian làm việc tập trung, khẩn trương dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo:………….... đến nay đồ án của em đó hoàn thành đúng thời hạn đảm bảo các nhiệm vụ được giao.

    Qua quá trình làm đồ án đã giúp em làm quen với những cụng việc cụ thể của người kỹ sư trong tương lai, phương pháp làm việc độc lập, sáng tạo, khoa học, kỷ luật, đồng thời đồ án đó giúp bản thân em cũng cố các kiến thức đó được học cũng như học hỏi được nhiều kiến thức v… kinh nghiệm quý báu.

    Cuối cùng em xin cám ơn thầy giáo:……………, cùng các thầy trong bộ môn đó tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này.                                                                                 

    Em xin chân thành cảm ơn!

                                    …., ngày…tháng…năm 20…

                                     Học viên thực hiện

                                    ………………

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Hướng dẫn thiết kế môn học KCTT ô tô quân sự.

- Nguyễn Phúc Hiểu - HVKTQS 1986.

[2] Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo (tập 2).

- Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên - NXB Đại học và trung học CN 1971.

[3] Lý thuyết ô tô quân sự.

- Nguyễn Phúc Hiểu, Vũ Đức Lập - HVKTQS 2002.

[4] Dao động ôtô.

- Vũ Đức Lập - HVKTQS 1994.

[5] Cấu tạo ô tô quân sự (tập hai).

- Vũ Đức Lập, Phạm Đình Vy - HVKTQS 1995.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"