Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo Thiết kế tính toán hệ thống treo khí nén có diều khiển EMS
Lời nói đầu Sau 5 năm học tập đó là một quá trình rèn luyện nghiên cứu mang tính chất phục vụ cho chuyên môn .Đề tài tốt nghiệp sẽ là cơ sở để đánh giá một cách tổng quan về những kiến thức mà chúng ta đã thu nhận đợc trong suốt quá trình học tập , nó giúp sinh viên hiểu đợc cặn kẽ và sâu rộng về chuyên nghành của mình .Và qua đề tài sinh viên sẽ có một cái nhìn tổng quát về công việc thực tế của ngời kĩ s ôtô . Việc nắm bắt những tiến bộ về khoa học kĩ thuật không chỉ bó gọn trong chuyên ngành đã học mà yêu cầu thực tế là chúng ta phải tìm hiểu cả những lĩnh vực có liên quan .Hiện nay do đời sống con ngời ngày càng cao ,nhu cầu đi lại của con ngời ngày càng lớn thì ôtô vẫn là phơng tiện cha thể thay thế , nhất là trong vận chuyển nội địa . Chính vì lí do đó mà chiếc ôtô ngày càng đợc hoàn thiện để thoả mãn nhu cầu ngày càng cao của con ngời. Trên ôtô, hệ thống treo có vai trò hết sức quan trọng, nó quyết định đến độ ổn định của bánh xe trên đuuờng.Đối với xe trở khách nó còn phải đảm bảo sự tiện nghi thoải mái khi đi trên xe. Đề tài này có nhiệm vụ là thiết kế tính toán hệ thống treo khí nén có điều khiển EMS (xe tham khảo là xe minibus 12 chỗ ngồi PREGIO của hãng KIA) cũng nh thiết kế mô hình thử nghiệm hệ thống treo. Sau gần 3 tháng làm việc cố gắng, dới sự hớng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của thầy ĐINH NGọC ÂN và toàn thể các thầy trong bộ môn ôtô đã giúp em hoàn thành đợc đồ án của mình . Mặc dù vậy cũng không tránh khỏi những thiếu sót do trình độ còn hạn chế , nhng em tin tởng đã làm việc hết sức để hoàn thành các yêu cầu mà đồ án đã đặt ra. Em xin chân thành cảm ơn thầy Ân cũng nh các thầy trong bộ môn ô tô - ĐHBK Hà Nội Sinh viên Nguyễn Hoài Nam 1 PhÇn I Tỉng quan vỊ §é ªm dÞu-dao ®éng xe « t« vµ hƯ thèng treo 1.1 §é ªm dÞu chun ®éng 1.1.1 Kh¸I niƯm chung vỊ ®é ªm dÞu chun ®éng Hệ thống treo của ôtô là treo đàn hồi, liên kết giữa phần treo (khung xe) với phần không treo (bánh xe và cầu xe). Do đó, khi chuyển động trên những con đường không bằng phẳng, ôtô sẽ bò dao động dưới tác động kích thích của mặt đường. Trong những điều kiện cụ thể, dao động đó là có hại. Để đánh giá dao động của ôtô trong quá trình chuyển động, người ta dùng khái niệm độ êm dòu khi chuyển động. Vậy độ êm dòu khi chuyển động của ôtô là khả năng xe chuyển động trên đường ở những tốc độ sử dụng xác đònh mà không xảy ra va đập cứng, có thể ảnh hưởng xấu tới sức khỏe của người, của lái xe, hàng hóa chuyên chở trên xe và đến độ chính xác của các chi tiết trên ôtô. Do ôtô là một hệ đàn hồi nên độ êm dòu chuyển động của nó gắn với hai hiện tượng khác nhau về bản chất nhưng có ảnh hưởng tương tác với nhau. Một mặt, do có hệ thống treo đàn hồi nên thùng xe sẽ dao động trong quá trình sử dụng. Dao động luôn thay đổi sẽ ảnh hưởng tới cơ quan tiền đình của con người và ở những điều kiện cụ thể nó có thể gây nên căn bệnh thần kinh. 2 Ngoài ra, bản thân các thông số đặc trưng cho quá trình dao động (như biên độ, tần số và đặc biệt là gia tốc dao động, chúng gây tác động trực tiếp đến khung xe và truyền đến hành khách, hàng hóa các cụm chi tiết của xe) cũng có thể vượt quá giới hạn cho phép. Mặc khác, độ đàn hồi của hệ thống treo có thể không đủ để tiếp nhận các xung va đập (xung năng lượng) tác động lên bánh xe khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng hoặc tác động lên thùng khi xe có chuyển động không đều (khi tăng tốc hoặc khi phanh). Khi đó sẽ xảy ra va đập cứng giữa các chi tiết phần không được treo với chi tiết phần được treo (thùng xe). Lúc xảy ra va đập cứng, gia tốc của thùng xe tăng lên rất lớn (bò quá tải). Trò số của gia tốc thùng xe có thể gấp 3,4 lần gia tốc trọng trường hoặc lớn hơn. Va đập cứng xảy ra trước hết do tăng tốc độ chuyển động cho ôtô. Để tránh xảy ra va đập cứng buộc lòng phải giảm tốc độ chuyển động của xe. Nếu như lựa chọn các thông số của hệ thống treo không đúng, sẽ phát sinh cộng hưởng ở một số vùng tốc độ, do đó sẽ làm tăng biên độ dao động của thùng xe, cuối cùng lại cũng xảy ra va đập cứng. Để tránh xảy ra va đập cứng, buộc lái xe phải giảm tốc độ khi đi trên đường không tốt và gồ ghề. Điều đó làm giảm tốc độ trung bình của xe, giảm tốc độ và giảm cả khả năng chất tải sẽ làm tăng năng lượng tiêu hao nhiên liệu. Ngoài ra, nhiên liệu còn bò tiêu tốn cho việc hấp thụ các tải trọng động và dập tắt dao động. 3 Vì vậy, độ êm dòu chuyển động của ôtô không tốt sẽ làm giảm cả tính kinh tế. Tải trọng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng luôn bò thay đổi, khi có dao động sẽ ảnh hưởng xấu đến điều kiện chuyển động ổn đònh và đặc tính lái của xe. Điều này càng đặc biệt nguy hiểm khi có bánh xe bò nhấc lên khỏi mặt đường, nhất là với xe nhiều cầu có chiều dài cơ sở lớn. Vì vậy, độ êm dòu chuyển động của ôtô là một chỉ tiêu rất quan trọng. Đặc biệt với xe quân sự, độ êm dòu chuyển động trở thành một nhân tố xác đònh vùng tốc độ có thể hoạt động của xe cũng như để xác đònh độ tin cậy và tuổi thọ của một loạt các chi tiết quan trọng của ôtô. Như vậy, khảo sát độ êm dòu chuyển động của ôtô chính là việc khảo sát ảnh hưởng của dao động ôtô trong điều kiện đường sá khác nhau đến người, hàng hóa chuyên chở trên xe và đến chính ôtô đó. Có thể mô hình hóa bài toán trên bằng sơ đồ sau: Trong đó: Ôtô được coi như một hệ dao động, chòu tác động của hành khách, hàng hóa (tải trọng tác dụng) và của mặt đường (là tác nhân kích thích). Hành khách, lái xe, hàng hóa vừa là đối tượng chòu tác động do dao động của ôtô sinh ra, vừa là tác nhân gây dao động (khối lượng của ôtô được tính vào khối lượng phần được treo khi khảo sát dao động của ôtô). 4 Lái xe còn là tác nhân điều khiển. Nó sẽ làm tăng hoặc hạn chế ảnh hưởng của dao động đến đối tượng chòu tác động của dao động. Mặt đường được coi là tác nhân kích thích gây ra dao động. Điều kiện đường sá thay đổi thì trạng thái dao động cũng thay đổi theo. Hệ “Lái xe – ôtô – đường” có tác động tương hỗ với nhau. Tùy điều kiện cụ thể của từng đối tượng, tác động tương hỗ giữa chúng cũng khác nhau. Khảo sát độ êm dòu chuyển động của ôtô trên quan điểm nhằm cải thiện điều kiện đi lại (bằng phương tiện ôtô) của con người; điều kiện chuyên chở hàng hóa. Các phần tử của mô hình nêu trên sẽ được khảo sát theo các mặt: · Khả năng chòu đựng của con người; của hàng hóa chuyên chở trên xe khi ôtô chuyển động trên đường. · Những thông số kết cấu của ôtô ảnh hưởng đến trạng thái của con người (hàng hóa .). · Tác động của mặt đường đến ôtô, qua đó ảnh hưởng đến hành khách, hàng hóa chuyên chở trên xe 1.1.2 CÁC THÔNG SỐ TƯƠNG ĐƯƠNG Kết cấu hệ dao động ôtô gồm 3 phần chính : Phần được treo: 5 Là bộ phận chủ yếu của ôtô, bao gồm khung, thùng, hệ thống động lực và các cơ phận khác liên kết với nhau. Toàn bộ khối lượng của các bộ phận này được đặt lên hệ thống đàn hồi và dẫn hướng gọi là hệ thống treo. Phần không được treo: Gồm có cầu - dầm cầu, hệ thống chuyển động (bánh xe), cơ cấu dẫn động lái … Trọng lượng này không tác dụng lên hệ thống treo. Có một số cơ phận của ôtô vừa được lắp lên phần được treo vừa được lắp lên phần không được treo như nhíp, giảm chấn, trục cardan … do đó, một phần khối lượng của chúng được xem như thuộc phần được treo và nửa kia thuộc phần không được treo. Hệ thống treo: Là bộ phận bao gồm các phần tử đàn hồi, giảm chấn, liên kết và dẫn hướng. Các bộ phận này nối bánh xe với các cầu và bánh xe ôtô, từng bộ phận thực hiện nhiệm vụ sau đây : * Bộ phận đàn hồi giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ mặt đường, đảm bảo tính êm dòu cần thiết. * Bộ phận giảm chấn để dập tắt các dao động của phần được treo của ôtô. * Bộ phận dẫn hướng để truyền lực dọc và mômen từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe. Động học của bộ phận dẫn hướng xác đònh tính chất dòch chuyển tương đối giữa bánh xe và khung xe. 6 * Lốp là thành phần đàn hồi thực hiện việc nâng đỡ và truyền lực cho ôtô, đảm bảo cho bánh xe tiếp xúc tốt với mặt đường và làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng lên phần không được treo. * Khái niệm về các thông số tương đương: Ôtô là một hệ dao động bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau. Mỗi bộ phận có khối lượng và các thông số đặc trưng riêng của nó. Bộ phận có tác dụng làm giảm chấn động từ mặt đường lên là hệ thống treo. Hệ thống treo là đối tượng chính khi nghiên cứu dao động. Bản thân hệ thống treo cũng có các thông số đặc trưng. Các thông số của hệ thống treo luôn luôn đi kèm với một bộ các thông số khác của ôtôâ như khối lượng được treo, khối lượng các phần tử không được treo, tỷ lệ phân phối khối lượng trên các cầu … hình thành một thể thống nhất quyết đònh đến các chỉ tiêu về độ êm dòu, ổn đònh chuyển động của ôtô. Để khảo sát dao động ôtô và tính toán nó, thông thường ta phải mô tả ôtôâ bằng một sơ đồ dao động tương đương, trong sơ đồ tương đương phải có đầy đủ các đại lượng chủ yếu liên quan đến dao động ôtôâ như: Khối lượng được treo M, khối lượng không được treo m, hệ thống treo. . Khối lượng được treo M. Khối lượng được treo M gồm những cụm chi tiết mà trọng lượng của chúng tác dụng lên hệ thống treo. Đó là khung vỏ xe, hành khách, hàng hóa và một số chi tiết khác. Giữa chúng được nối với nhau một cách đàn hồi nhờ các đệm đàn hồi. Khối lượng treo thực ra là một nhóm khối lượng được liên kết đàn hồi thành một hệ thống. Tùy sơ đồ bố trí cụ thể của ôtô 7 mà có thể chia khối lượng được treo thành hai hoặc nhiều khối lượng, giữa các khối lượng liên kết với nhau bằng các phần tử đàn hồi. Giữa các thành phần của khối lượng được treo có biến dạng rất nhỏ so với biến dạng của hệ thống treo và lốp, cho nên trong trường hợp đơn giản có thể coi khối lượng được treo M là một khối đồng nhất. . Khối lượng không được treo m. Khối lượng không được treo m gồm những cụm mà trọng lượng của chúng không tác động lên hệ thống treo mà chỉ tác động lên lốp và truyền xuống mặt đường. Đó là bán trục, dầm, cầu, bánh xe, một phần chi tiết của hệ thống treo, truyền động lái, nhíp, giảm chấn, một phần của trục các đăng. Coi khối lượng không được treo là một vật thể đồng nhất cứng tuyệt đối có khối lượng m tập trung vào tâm các bánh xe. Ngoài tác dụng là hệ thống di chuyển và đỡ toàn bộ trọng lượng của ôtô, bánh xe còn là hình ảnh thu nhỏ của hệ thống treo, nghóa là nó cũng bao gồm một thành phần đàn hồi và một thành phần giảm chấn. . Hệ thống treo. Hệ thống treo trên ôtôâ có nhiệm vụ nối phần được treo M và phần không được treo m một cách đàn hồi. Hệ thống treo cùng với lốp làm giảm những chấn động gây nên do những mấp mô của mặt đường khi xe chuyển động. 8 Hệ thống treo gồm những thành phần sau: Thành phần đàn hồi: Lò xo, nhíp, thanh xoắn, bình khí . Nó được biểu hiện bằng một lò xo có độ cứng C. Độ võng tónh f t : Là thông số mang tính quyết đònh đến độ êm dòu chuyển động, nói chung ft không nên ít hơn 150-300mm ®ối với xe du lòch và không bé hơn 100-200mm đối với ôtôâ buýt. Theo tài liệu thiết kế ôtôâ, để đảm bảo độ êm dòu chuyển động thì tỉ số độ võng tónh của hệ thống treo sau và độ võng tónh của hệ thống treo trước phải nằm trong các giới hạn sau : Ôtôâ du lòch : f ts /f tt = 0.8-0.9 Độ võng động f đ của hệ thống treo: Ôtôâ du lòch : f đ = (0.8-0.9)f t Ôtôâ buýt : f đ = (0.7-0.8)f t Ôtôâ tải : f đ = 1.0f t . Thành phần giảm chấn: Có nhiệm vụ dập tắt những chấn động. Nó được đặc trưng bằng hệ số cản giảm chấn K. 9 3. Mô hình dao động ôtô. . Mô hình dao động dọc ôtô. Đang ở trạng thái thăng bằng. Khi ôtô ở trạng thái bò nghiêng ngang. Mô hình khi ôtô dao động ngang. 10 [...]... nhµng 1.2.2 PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG TREO THÔNG DỤNG Mô hình các hệ thống treo trên ôtô 1 Hệ thống treo phụ thuộc 2 1.2.2.1 Hệ thống treo độc lập Hệ thống treo phụ thuộc 12 Hệ thống treo loại Nhíp sử dụng dầm cầu liền bằng thép chữ I 1 Bánh xe 2 Dầm cầu liền đựơc chế tạo bằng thép chữ I 3 Khung xe 4 Nhíp bộ Đặc trưng kết cấu của hệ thống treo phụ thuộc là dầm cầu cứng liên kết giữa hai bánh xe Khi ôtô... ôtô có tính việt dã cao Hệ thống treo độc lập kiểu Mac – Pherson được sử dụng rộng rãi nhất ở hệ thống treo phía trước của các ôtô du lòch nhỏ và trung bình Đặc điểm: Có kết cấu tương đối đơn giản 31 Do ít chi tiết nên nhẹ vì vậy có thể giảm khối lượng phần không được treo Do hệ thống treo chiếm ít không gian nên có thể tăng không gian sử dụng của khoang động cơ Do khoảng cách giữa các điểm đỡ hệ thống. .. ngang làm nhiệm vụ là của bộ phận dẫn hướng Ưu điểm: Hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo và khí nén này chiếm ít không gian hơn loại nhíp, so với hệ thống treo loại nhíp thì loại lò xo có trọng lượng nhỏ có tuổi thọ cao 22 Nhược điểm: Phải thêm các bộ phận giảm chấn, dẫn hướng và hệ thống tạo khí nén ü Loại sử dụng nhíp Bộ phận dẫn hướng trong hệ thống treo phụ thuộc 1 Bánh xe 2 Dầm cầu 3 Khung xe 4 Khớp... đây đòn đứng có chức năng như trụ đứng của hệ thống treo phụ thuộc, bánh xe có thể quay quanh đường của hai khớp cầu ngoài Bộ phận đàn hồi có thể nối giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới, giảm chấn cũng có thể nối với đòn trên hay đòn dưới Hai bên bánh xe này đều dùng hệ thống treo loại này và được đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc giữa ôtô 24 Kết cấu hệ thống treo hai đòn ngang Trên hệ thống treo hai đòn... trên, hệ thống treo phụ thuộc thường được dùng chủ yếu trên ôtô tải, buýt, dùng cho cầu sau của ôtô con Đối với hững ôtô có tính việt dã cao, với tốc độ không lớn lắm thường dùng hệ thống treo phụ thuộc cho cả hai cầu trước và cầu sau 1.2.2.2 Hệ thống treo độc lập 14 a Khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng b Khi một bánh xe trong hệ thống treo độc lập được nâng lên và hạ xuống Hệ thống treo. .. các hệ thống treo độc lập đều có động học của các bánh xe dẫn hướng là đúng 15 Ưu điểm của hệ thống treo độc lập: * Khối lượng phần không được treo là nhỏ, đặc tính bám đường của bánh xe là tốt, vì vậy sẽ êm dòu trong khi di chuyển và có tính ổn đònh tốt * Các lò xo trong hệ thống treo độc lập chỉ làm nhiệm vụ đỡ thân ôtô mà không có tác dụng đònh vò các bánh xe (Đó là chức năng của các thanh liên kết),... chủ yếu được sử dụng trong hệ thống treo độc lập, nó có thể đặt ở đòn trên hay đòn dưới của loại treo có hai đòn hay bọc chung quanh ống giảm chấn của treo MacPherson trên ôtô du lòch hay trên một số hệ thống treo phụ thuộc của ôtô tải nhẹ dùng làm bộ phận đàn hồi cho hệ thống * Thanh xoắn Chức năng: 19 Giống như lò xo xoắn loại này cũng chỉ có chức năng làm đàn hồi khi có lực từ mặt đường tác dụng... của nến 29 Loại Mac Pherson Sơ đồ hệ thống treo phía trước loại Mac Pherson Hệ thống treo phía trước loại Mac Pherson của ôtô BUICK – LACROSSE 30 1 Đòn nối 2 Khớp trụ nối đòn dưới với khung xe 3 Đòn cân bằng 4 Ống giảm chấn 5.Khung liên kết với các đòn của hệ thống treo 6 Đòn dưới 7 Lò xo 8 Mặt bích đêû lắp với khung xe 9 Khớp nối cố đònh giữa đòn dưới của hệ thống treo 10 Khớp B Bao gồm một đòn ngang... mà không có tác dụng đònh vò các bánh xe (Đó là chức năng của các thanh liên kết), điều có có nghóa là có thể dùng các lò xo mềm hơn * Do không có sự nối cứng giữa các bánh xe phía trái và phía phải nên có thể hạ thấp sàn ôtô và vò trí lắp động cơ, do đó có thể hạ thấp được trọng tâm của ôtô * Kết cấu của hệ thống treo phức tạp hơn * Khoảng cách bánh xe và các vò trí đặt bánh xe thay đổi cùng với sự... nhíp với dầm cầu Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá sử dụng quang treo nhíp thường xãy ra hiện tượng “tự xoay cầu của ôtô” Hiện tượng này nếu xãy ra đối với cầu dẫn hướng thì không có lợi, còn đối với cầu sau hiện tượng này thường dẫn đến dòch chuyển tâm quay vòng theo hướng thu nhỏ bán kính quay vòng v Kết cấu bộ phận dẫn hướng trong hệ thống treo độc lập 23 ü Cơ cấu hướng hai đòn Kết cấu bộ phận