Giới thiệu lựa chọn phương án thiết kế hệ thông treo

ChơngI
Giới thiệu và lựa chọn phơng án thiết kế hệ thông treo

I, Công dụng phân loại hệ thống treo.
1,Công dụng:
- Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi giữa khung hoặc vỏ xe với các cầu( các
bánh xe) của ôtô. Nhiệm vụ của hệ thống treo làm giảm tải trọng động và dập
tắt các dao động của bộ phận đợc treo.
Hệ thống treo của ôto bao gồm:
- Bộ phận dẫn hớng: Xác định động học chuyển động của bánh xe, và
truyền các lực kéo, lực phanh, lực bên và các mô men phản lực của chúng lên
khung và vỏ xe.
- Các phần tử đàn hồi nhận và truyền lên khung (vỏ ) các lực thẳng đứng
của đờng. Làm giảm tải trọng động khi xe chạy trên đờng không bằng phẳng
đảm bảo tính năng êm dịu của ôtô.
- Bộ phận giảm chấn dùng để dập tắt các dao động thẳng đứng của khung
vỏ sinh ra do mặt đơng không bằng phẳng.
2,Phân loại:
a, Theo sơ đồ bố trí bộ phận dẫn hớng:
- Loại treo phụ thuộc với cầu liền( loại đơn giản, loại thăng bằng).
- Loại treo độc lập với cầu cắt( loại bánh xe dịch chuyển trong mặt phẳng
dọc, mặt phẳng ngang, trong hai mặt phẳng và loại nến).
b,Theo phần tử đàn hồi.
- Bằng kim loại (lá nhíp, lò so xoắn, thanh xoắn).
- Loại khí (bầu cao su sợi, bầu màng, loại ống).
- Loại thuỷ lực, thuỷ khí.
- Loại cao su (nén, xoắn) .
c,Theo phơng pháp dập tắt dao động.
- Loại giảm chấn thuỷ lực (tác dụng một chiều và hai chiều).
- Loại giảm chấn ma sát.
3,Yêu cầu :

- Đảm bảo cho ôtô có tính năng êm dịu tốt khi chạy trên đờng cứng và
bằng phẳng.
- Đảm bảo cho xe chạy với tốc độ giới hạn khi chạy trên đờng sấu mà
không có va đập lên các ụ đỡ.
- Đảm bảo đúng động học của bánh xe dẫn hớng khi chúng dao động trong
mặt phẳng thẳng đứng.
- Dập tắt nhanh các dao động của thùng và vỏ xe.
- Giảm độ nghiêng bên của thùng xe khi xe quay vòng.
II,Tải trọng thiết kế:
+ Loại ôtô con.
+ Tải trọng tác dụng lên cầu trớc: Ga1=6670 N.
+ Tải trọng tác dụng lên cầusau: Ga2=6670 N.
+ Chiều dài cơ sở:
La =2424(mm).
+ Lốp xe: 7.00-16-10PR.
1


- Dựa trên cơ sở phân loại và các yêu cầu trên ta chọn phơng án cho xe trên
là loại hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp có giảm chấn thuỷ lực. Vì phơng án
này đơn giản đảm bảo đợc độ êm dịu tốt cho ôtô con, dập tắt nhanh các dao
động của khung và vỏ xe. Dễ trong việc thiết kế và chế tạo.
Chơng II
Tính toán thiết kế sơ bộ hệ thống treo của cầu sau.

I, Chiều dài tổng quát của bộ nhíp L:
- Đợc tính theo chiều dài cơ sở theo công thức kinh nghiệm:
- Đối với ôtô con L = (0.35 - 0.55)La;
L = 0.5*2424 = 1212(mm)
II,Mô men quán tính tổng cộng J .

-Chọn loại nhíp là loại nhíp đối xứng:
* C * L3
J =
;
48 * E

-Trong đó
-Đối với xe con:
: Hệ số dạng nhíp 1.35- 1.46; Chọn 1.43.
C: độ cứng của nhíp (N/m).
- Đợc chọn thông qua tần số dao động cho phép của hệ thống nhíp đảm bảo
độ êm dịu vận hành [n ] = 80 120 dđ/ phút. Chọn [ n] = 76.
3.14[ n] Ga 2
=


30 2 g
2

C=

2

3.14 * 76 6670
= 21103 (N/m)

*
30 2 *10

E: Mô duyn đàn hồi của vật liệu chế tạo nhíp 2.15 . 10 5 MN/m2.

1.4 * 21103 *1212 3
J =
= 5206(mm4)
48 * 2.15 *10 5

3,Tiết diện của lá nhíp:
Các giả thiết để thiết kế lá nhíp:
- Tổng đại số mô men quán tính của các lá nhíp bằng mô men quán tính
tổng cộng:
n

J =

J
i =1

i

- Số lá nhíp n chọn đối với xe con 3 lá.
- Tỉ số bề rộng b và chiều cao h chọn

b
= 10;
h

Dựa trên các giả thiết đã nêu trên và gía trị J tính đợc h,b theo công thức:
J

b * h3
=n

12

2




h =

4

J * 12
=
n * 10

4

5206 *12
= 6.8(mm).
3 *10

b = h*10 = 68(mm).
IV,Chiều dài từng lá nhíp
Li = li d/2.
- Chiều dài lá nhíp đợc tính chọn sao cho biểu đồ phân bố ứng suất của
nó là hợp lý nhất. xét lá thứ i trong bộ nhíp đối xứng, có thể xảy ra ba trờng
hợp sau:
Pi> Pi+1

Li

xi

i= >1
i

Pi
Pi+1

Pi> Pi+1

Pi= Pi+1

xi

i= <1
i

xi

x
i



x
i

x
i

i= =1
i



Hệ số chọn theo kinh nghiệm

Sơ đồ phân bố ứng
suất

- Chọn hệ số 1 =0.6, 2=0.8, 3= 1;
- Tính chiều dài lá thứ hai khi đã biết chiều dài lá cái
3

L1


L1=L/2 0.5d=1212/2- 0.5*10= 601(mm)
- Xét lá thứ nhất:
- ứng suất tại tiết diện x:

P1 ( L1 L2 )
=
W1
1 1W1
= L1
P1

x1 =
L2

11

Mô men nội lực tại tiết diện ngàm
1W1= P1L1 P2L2
P2

=

- Xét lá thứ 2:
- ứng suất tại tiết diện x:

P1 L1 1W1
L2

P2 ( L2 L3 )
=
W2
2 2W2
= L2
P2

x2 =
L3

22

-Khi sử dụng phơng pháp này để xác định chiều dài mỗi lá nhíp ngoài số
P1 và L1 cần phải biết giá trị i . ứng suất i đó đợc tính nh sau :
i =

kP1 L1 hci
J

Trong đó :
hci - Khoảng cách từ đờng trung hoà của tiết diện ngàm mỗi lá nhíp
đến tiết diện là hình chữ nhật : hci = hi/2 = 5/2=2.5(mm).
k: Là hệ số ảnh hởng của lá nhíp thứ hai đến sự phân chia không đều của
ứng suất của lá 1 công thức kinh nghiệm k nh sau:
k = (1-Jn/J) J/( J - Jn)
Jn: Mô men quán tính lá cuối cùng(thứ 2).
:Hệ số xét đến sự gia tăng ứng suất lá cuối cùng, = (1.2 1.3 ).
Chọn = 1.25.
k = (1 1.25/3)*3/2 = 0.875
1 =

0.875 * (6670 / 4) * 601 * (6.8 / 2)
21103

= 568.93(MN/m2)
W1 = J *2/(3*h1)
= 21103*2/(3*6.8)
=513.77(mm4)
L2= L1

1 1W1
P1

4


= 601

0.6 * 522.16 * 568.93
(6670 / 4)

= 496(mm)

P1 L1 1W1
L2
(6670 / 4)601 568.93 * 513.77
=
496

P2 =

= 1432(N)
Do 1= 2 L3 = L2

2 2W2
P2

= 504.47

0.8 * 568.93 * 513.77
1432

= 333 (mm)
V.Đờng đặc tính đàn hồi thực tế đợc xây dựng từ các số liệu ban đầu nh sau:
- Độ cứng bộ nhíp C = 21103(N/m).
- Tải trọng tĩnh
ZT =Ga2/2 = 6670/2 = 3335(kg);
- Khe hở giữa nhíp và ụ hạn chế của khung xe f0 =79 (mm);
- Biến dạng tĩnh fT = ZT/C = 3335/21103 =0.158 (m)= 158(mm).
- Biến dạng động của hệ thống fđ = 0.5 fT = 0.079 (m ) =79(mm)
- Đờng đặc tính hệ thống nhíp

Chơng III
Tính toán kiểm tra độ bền các lá nhíp bằng phơng pháp đờng
cong chung

I,Các giả thiết :
-Khi bộ nhíp biến dạng do tác dụng bất kỳ một tải trọng nào đó, tất cả các
nhíp ôm sát với nhau suốt tất cả chiều dai, tạo thành một đờng cong chung,
giữa các lá nhíp không có khe hở.
- ở mỗi tiết diện ngang của bộ nhíp tổng mô men nội lực bằng tổng mô
men ngoại lực :
5


k

M
i =1

i

=M

Trong đó
Mi :là mô men nội lực lá thứ i tại tiết diên nghiên cứu.
k :Số lá nhíp trong tiết diện.
M :Mô men ngoại lực.
II,Kiểm tra độ bền:
-Xét tại tiết diện B-B nh hình vẽ
-Theo giả thiết thứ nhất tất cả các lá
l1-x
nhíp đều có cùng biến dạng cong:
1/( trong đó là bán kính cong)

l1
x

k



1 M B1 M B1
=
=
=
EJ 1
EJ 1

M
i =1

Bi

k

E J i

-Theo giả thiết thứ hai:

i =1
k

M
i =1

Bi

= P.X

-Từ đó ta xác đinh đợc mô men nội lực của từng lá nhíp
-áp dụng với tiết diện nguy hiểm nhất:
J =3 J1
J 1 PL1

M1max= M2max= J



J 1 PL1
3J 1
1

= PL1
3
1
= *(6670/4)* 601
3

=

= 334.06(Nm)
imax = M1max/Wi
= ( M1max *6)/(b*h2)
= (334.06*6)/(68 *6.82*0.001) = 650.2(MN/m2);
- Thoả mãn điều kiện bền
imax<[imax] = 700 (MN/m2)
-Khi thiết kế để giảm tải cho lá nhíp chính,làm lá chính có bán kính R 1 lá
nhíp thứ hai có bán kính R2 (R2>R1) mục đích để giảm tải cho lá nhíp chính,
khi lắp các lá nhíp , thì hai lá nhíp có cùng một bán kính cong R,
(R2>R>R1) dới tác dụng của tải trọng thì lá nhíp chính chịu một ứng suất nén
ban đầu, khi có tải trọng tác dụng thì lá nhíp duỗi ra giảm đợc ứng suất uốn.
Chơng IV

Tính các phần tử của nhíp

I, Tai nhíp:
6


- Tai nhíp thờng đợc tính theo ứng suất tổng hợp bao gồm ứng suất uấn
ứng suất nén hay ứng suất kéo.ứng suất uấn tai nhíp sẽ là:
u =

Mu
Wu

u = X max

D + hc bhc2
:
2
6

- Trong đó:
Xkmax:lực kéo tiếp tuyến cực đại
Xkmax = *Zbx
= 0.6*667/2
= 2334.5 (N)
hc: chiều dầy lá nhíp chính 6.8(mm)
D:đờng kính trong của tai nhíp(mm)
b: bề rộng lá nhíp 68 (mm)
- ứng suất nén ở tai nhíp
n =

X xmzx
bhc

- ứng suất tổng hợp ở tai nhíp tính theo
D + hc
1

th = X k max 3

+
2
bh
bh
c
c


- Với đờng kính chọn D = 50(mm)
50 + 6.8
1
+
2
68 * 6.8
68 * 6.8

th = 2334.5 3

th = 134(MN/m2).

2
- Thoả mãn điều kiện bền th < [ gh ] = 350( MN / m )

II, Chốt nhíp:
-Chốt nhíp đợc kiểm tra theo ứng suất dập
Z 1 6670 / 4
=
= 0.49( MN / m)
Db 50 * 68
2

- Thoả mãn điều kiện bền d < gh = 3( MN / m )

d =

[ ]

Chơng V

Cơ sở tính toán giảm chấn

I,Nguyên lý làm việc chung
II,Sơ đồ nguyên lý làm việc giảm chấn ống:

7


-Nguyên lý làm việc giảm chấn thuỷ lực: chất lỏng bị dồn từ buồng chứa
này sang buồng chứa khác qua các van tiết lu rất bé nên chất lỏng chịu sức
cản chuyển động rất lớn. Sức cản làm dập tắt nhanh các chấn động và năng lợng dao động dao động bị mất biến thành nhiệt năng nung nóng chất lỏng
chứa trong giảm chấn.
1, Đầu nối với khung xe;9, Lỗ trả nhẹ
2,Vỏ ngoài giảm chấn ;11,Lỗ nén mạnh
3,Phớt cao su
;12, Lỗ trả mạnh
4,Vỏ trong
;13,Lỗ nén nhẹ
5,Pittông
;14, Van một chiều
6,10, Van một chiều
;15,Lỗ trả nhẹ

8,17, Lò xo
;6,đầu nối với cầu

- Nguyên lý làm việc :
- Gồm có bốn thời kỳ:
1,Nén nhẹ:
- Trong hành trình nén nhẹ cán pittông và pittông đi vào trong xi lanh làm
việc, van nén 6 bị lò so mềm mở ra dễ dàng chất lỏng chảy qua buồng dới
pittông lên buồng trên một cách tự do, nhng chất lỏng không thể vào hết
buồng trên pittông vì thể tích cán pittông chiếm chỗ nên một phần chất lỏng
( bằng thể tích choán chỗ của cán pittông) sẽ chẩy qua lỗ van 14 vào buồng
điền đầy làm tăng áp suất không khí trong buồng này lên một ít. Lỗ 14 sinh
ra sức cản tỉ lệ với bình phơng vận tốc chất lỏng chẩy qua lỗ. áp suất chất
lỏng khi nén ở buồng trên và buông dới gần nh nhau nên lực cản nén
Z2= pnFt.
2,Nén mạnh
- Khi nén mạnh chất lỏng không kịp chẩy qua lỗ 14 áp suất trong xi lanh
làm việc tăng dẫn đến van giảm tải 10 mở. Diện tích thông qua tăng đột ngột
lực cản nén tiếp tục tăng nhng chậm đi một vài lần so với nén nhẹ.
3,Trả nhẹ
- Trong hành trình trả cán pittông và pittông đi lên trên, van 6 đóng lại và áp
suất buồng trên tăng lên, chất lỏng chẩy xuống buồng dới pittông qua các lỗ
15. Thể tích trên pittông sẽ lớn hơn thể tích chất lỏng chảy xuống buồng dới pittông vì thể tích này gồm cả một phần thể tích cán. Nh vậy chất lỏng
chẩy xuống dới xẽ thiếu và buông điền đầy sẽ bù vào phần này qua van trả.
Van này sẽ mở ra khi áp suất giảm một ít vì thực tế áp suất trong buồng
điền đầy và buồng dới là nh nhau.
4,Trả mạnh
- Khi trả mạnh chất lỏng không kịp chẩy qua lỗ 15 áp suất trong buồng
trên xi lanh làm việc tăng dẫn đến van giảm tải 7 mở. Diện tích thông qua
tăng đột ngột lực cản trả tiếp tục tăng nhng chậm đi một vài lần so với nén

nhẹ.
.
8


II,Tính toán giảm chấn
-Phơng trình dao động của phần đợc treo.
..
.
m Z +k Z +CZ = F(t)
-Trong đó
k=

Gbx
(Ns/m)
0.313 f

Chọn = 0.15 0.25 ; chọn = 0.2
m : Khối lợng đợc treo trên một xe 667(kg)
Gbx: Trọng lợng đợc treo trên một xe 6670(kg)
fT :Độ võng tĩnh trên một bánh xe của hệ thống treo 0.158 (m)
k : Hệ số cản hệ thống treo (Ns/m)
kg : Hệ số cản của giảm chấn kg=k
:Hệ số kể đến cách bố trí giảm chấn
C : độ cứng lò xo
- Với giảm chấn đặt nghiêng so với phơng thẳng đứng một góc
= 1/cos; chọn = 300; = 1.15.
Z1:lực cản hành trình trả.
Z2: lực cản hành trình nén
v:vận tốc chuyển động của pittông trong giảm chấn

Z1 = k1*v
Z2 = k2*v
k1,k2:hệ số cản hành trình trả và hành trình nén
kg = 0.5(k1+k2) ; chọn k1/k2=3
kg =
=

Gbx

0.313 f
1.15 * 0.2 * 6670
0.313 0.158

= 6188.8 (Ns/m)
k1 = kg/2
= 6188.8/2
= 3094.4(Ns/m)
k2 = k1*3
= 3094.4*3
= 9283.2 (Ns/m)
a,Tính toán kích thớc(vỏ ngoài)
Dựa vào sự cân bằng năng lợng, công của lực cản biến thành nhiệt
- Công suất làm việc của 1 chu kỳ dao động
NT = Z1 v/2 + Z2v/2 =(k1+k2)v2/2
v: tốc độ pittông giảm chấn 0.25 m/s
- Công : L = NTt
- Toàn bộ công năng biến thành nhiệt nung nóng giảm chấn và toả ra môi
trờng
9

L =F(Tmax T0)t
- Trong đó
F: Diện tích vỏ giảm chấn (m2).
Tmax : nhiệt độ cực đại cho phép của vỏ ngoài giảm chấn=(120-130) 0C ,
khi giảm chấn ,làm việc liên tục trong vòng một giờ chọn 1250C
T0 nhiệt độ môi trờng 200C
t:là thời gian làm việc (h).
:Hệ số truyền nhiệt (60 70)1.16 Ws/m2

( k1 + k 2) v 2
F = 2 ( T T )
max
0
=
=

kgv2

( Tmax T0 )
6188.8 * 0.25 2
(125 20) * 69.6

= 0.0529m2
- Với giảm chấn ống
F = 3.14D lg
- Trong đó lg/D =3 5; chọn l/D = 4
- Đờng kính xy lanh giảm chấn
D=
=

F
3.14 * 4
0.0529
3.14 * 4

= 0.0649( m)
- Chiều dài giảm chấn
lg = 4*D
= 4*0.0649
= 0.2597( m)
b, Tính toán thiết kế lỗ van giảm chấn
Tính lỗ van giảm chấn trong quá trình trả
- Để tính toán lỗ van làm việc của giảm chấn phải đi tính lu lợng đi qua lỗ
dầu trong một giây.
.
Qp = (Fp -Ft) Z
- Trong đó
.
Z : vận tốc pittông 0.25(m/s)
FP: diện tích pittông (m2)
Ft: diện tích cán pittông (m2)
D
FP = 3.14*
2

2

0.0649
=3.14*

2

2

= 0.0033(m2)

10


- Đờng kính cán pittông
d = 0.4D
= 0.4*0.0649
= 0.026(m2)
- Diện tích cán pittông
d
Ft= 3.14*

2

2

0.026
=3.14*

2

2

= 0.0005(m2)

- Lu lợng chất lỏng đi qua trong một giâyQv = àFV
-Trong đó

2 gp
(m3/s)

à - hệ số cản của lỗ chọn 0.6
Fv-Diên tích lỗ van (m2)
- Trọng lợng riêng chất lỏng 9*103(N/m3)
p-áp suất chất lỏng (MN/m2).
g-gia tốc trọng trờng.
Lực cản giảm chấn
Zg = (Fp Ft) p
. 2

3
.
= ( Fp Ft ) Z = k1 Z
2
2
2 gà Fv

- Chọn số lỗ van 5(lỗ) diện tích mỗi lỗ
.

3
t) Z
Fv = 1 ( F p F
5
2 gà 2 k1

=

1 9 * 10 3 * (0.0033 0.0005) 3 0.25
5
2 * 9.81 * 0.6 2 * 3094.4

= 8*10-6 m2
- Đờng kính lỗ tiết lu quá trình trả
d = 4 Fv / 3.14
= 4 * 7 *10 6 / 3.14
= 0.003(m).
Tính lỗ van giảm chấn trong quá trình trả
- Để tính toán lỗ van làm việc của giảm chấn phải đi tính lu lợng đi qua lỗ
dầu trong một giây.
.
Qt= Ft Z
- Trong đó
11


.

Z : vận tốc pittông 0.25(m/s)

Ft: diện tích cán pittông (m2)
- Lu lợng chất lỏng đi qua trong một giây
2 gp
(m3/s)

Qv = àFV
-Trong đó
à - hệ số cản của lỗ chọn 0.6
Fv-Diên tích lỗ van (m2)
- Độ đậm đặc chất lỏng 9*10-7(kg/m3)
p-áp suất chất lỏng (MN/m2).
g-gia tốc trọng trờng.

Lực cản giảm chấn
Zg = Ft p
.

=

Ft 3 Z
2 gà 2 k 2

- Chọn số lỗ van 1(5lỗ) diện tích
.

Fv = 1 Ft 2 Z
5 2 gà k 2
3

=

1 9000 * 0.0005 3 * 0.25
5 2 * 9.81 * 0.6 2 * 9283.2

= 4*10-6 m2

- Đờng kính lỗ tiết lu quá trình nén
d = 4 Fv / 3.14
= 4 * 4 *10 6 / 3.14
= 0.001(m).

12