thiết kế HỆ THỐNG TREO - ĐỘC LẬP - MỘT ĐÒN - LÒ XO(kèm bản vẽ)

Trờng Đại học Giao thông vận tải
môn cơ khí ôtô

Bộ

Trờng Đại Học giao thông vận tải
Khoa cơ khí
Bộ môn cơ khí ôtô

Thiết kế
Hệ thống treo - độc lập - một đòn - Lò xo

Phơng án thiết kế (1) - với các số liệu
Loại xe
Con

Ga1 (kg)
1155

Ga2 (kg)
1345

L (mm)
2725

Lốp xe
31 - R15

Giáo viên hớng dẫn: TS. Nguyền Văn Bang
Sinh viên thực hiện : Phạm Anh Tuấn
Lớp

: Cơ khí ôtô K - 39

Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo
1. Hệ thống phân bố khối lợng phần treo
Phạm Anh Tuấn
môn học

Thiết kế

1


Trờng Đại học Giao thông vận tải
môn cơ khí ôtô

Bộ

y =
Trong đó:

+ M: Khối lợng phần treo của ôtô (Ns2/m)
+ a, b: Khoảng cách từ trọng tâm khối lợng đợc treo đến cầu trớc,

cầu sau (L = a + b)
+ Jy: Mômen quán tính khối lợng của phần đợc treo đối với trục đi
qua trọng tâm của nó và vuông góc với mặt phẳng thẳng đứng dọc xe.
đối với xe con, thông thờng y = 0,85 ữ 1,05. Vì vậy có thể coi dao động
của khối lợng đợc treo đặt lên cầu trớc và cầu sau là độc lập.
2. Tính độ cứng của hệ thống treo

Độ cứng của hệ thống treo là tải trọng cần đặt lên hệ thống để biến dạng
của nó là một đơn vị
G=
Trong đó:

+ Zt: Tải trọng tác dụng lên hệ thống treo ở trạng thái tĩnh (tải trọng

tĩnh)
+ ft: Độ vòng tĩnh của hệ thống treo (hành trình tĩnh của bánh xe)
- Tải trọng tĩnh tác dụng lên hệ thống treo ở cầu trớc:
Zt1 = = = 577.5 (KG) = 566.3(N)
- Tải trọng tĩnh tác dụng lên hệ thống treo ở cầu sau:
Zt2 = = = 672.5(KG) = 6597.5 (N)
- Độ vòng tĩnh của hệ thống treo ở cầu trớc (chọn theo kinh nghiệm và tài liệu hớng dẫn)
ft1 = 150 (mm)
- Độ vòng tĩnh của hệ thống treo ở cầu sau: để đảm bảo ôtô chuyển động êm dịu
không có dao động lắc dọc thì ta chọn:
ft2 = 1,1ftđ = 1,1 ì 150 = 165 (mm)
Từ đó ta có:
Phạm Anh Tuấn
môn học

Thiết kế

2


Trờng Đại học Giao thông vận tải
môn cơ khí ôtô

Bộ

- Độ cứng của hệ thống treo ở cầu trớc:
Ct1 = =

5665.3
= 37.8 (N/mm)
150

- Độ cứng của hệ thống treo ở cầu sau:
Ct2 = =

6597.2
= 39.98 (N/mm)
165

3. Tính hành trình động của bánh xe
Là dịch chuyển của bánh xe từ vị trí tĩnh đến vị trí giới hạn khi ụ hạn chế
hành trình biến dạng hết:
fđ = (0,7 ữ 1,5)ft = 0,85 ft
- ở cầu trớc:
fđ1 = 0,85 ft1 = 0,85 ì 150= 127.5 (mm)
- ở cầu sau:
fđ2 = 0,85 ft2 = 0,85 ì 165 = 140.25 (mm)

4. Xác định tần số dao động riêng của khối lợng phần treo
ft =
=

g

=
ft

Phạm Anh Tuấn
môn học

9,81
= 8.09 (rad/s)
0.15

Thiết kế

3


Trờng Đại học Giao thông vận tải
môn cơ khí ôtô

Bộ

II. Xây dựng đờng đặc tính của hệ thống treo
Là đồ thị biểu diễn quan hệ hàm số giữa hành trình thẳng đứng cuae bánh
xe (h) và biến dạng của lò xo
1. Đặc tính động học của hệ thống treo
Sử dụng thông số đồ hoạ
Các thông số chọn trớc:
- Chiều dài đòn dọc dới 650 (mm)
- Đờng kính thiết kế của lốp xe: d0 = 762 (mm)
Khi xe vợt chớng ngại vật (xét bánh xe sau - bánh xe chủ), bánh xe bị nâng
lên một khoảng là h. Chọn các thanh dẫn là các đòn dọc O1A hoặc O2B. Khi đó

Phạm Anh Tuấn
môn học

Thiết kế

4


Trờng Đại học Giao thông vận tải
môn cơ khí ôtô

Bộ

ngoài chuyển vị thẳng đứng là hd. Tâm trục bánh xe nằm trên đờng thẳng nối
tâm 2 khớp quay A và B chuyển động song phẳng. Điểm C là điểm gắn lòỗ
trên đòn dọc dới. Điểm D là tâm trục bánh xe. Thanh O 1A chuyển động những vị
trí, ta có A1, A2, A3... và C1, C2, C3,... Do tơng quan động học ta cũng có các vị trí
B1, B2, B3,... và D1, D2, D3,...
Từ sơ đồ động học ta xác định các giá trị hành trình h2, h3, h4,... và f2,
f3,... Sau đó lập đồ thị h -f.
2. Xây dựng đờng đặc tính của hệ thống treo Z - h
- Phơng trình quan hệ giữa Z, P, h, f:
Zi = (Pi - Pi-1)
Trong đó:

f i
+ Zi-1
hi

(1)

+ Phản lực thẳng đứng tác dụng lên lên bánh xe.
+ Lực tác dụng lên lò xo.
+ h: Hành trình thẳng đứng của bánh xe.
+ f: Biến dạng của lò xo.
+ C: độ cứng cuả lò xo (C = 25,64 N/mm)

Khi đó ta có:
P1 = 0
n

Pi = C f i
i=2

Thay các giá trị của Pi vào (1)
Z1 = 0
Zi = Zi = (Pi - Pi-1)

f i
+ Zi-1
hi

Từ đó ta lập bảng giá trị tơng quan và xây dựng đờng cong Z - h
fi (mm)
Phạm Anh Tuấn
môn học

hi (mm)

Pi (N)

Zi (N)
Thiết kế

5


Trêng §¹i häc Giao th«ng vËn t¶i
m«n c¬ khÝ «t«
∆h1 = 0
∆h2 = 20
∆h3 = 20
∆h4 = 20
∆h5 = 20
∆h6 = 20

P1 = 0
P2 = 256,4
P3 = 512,8
P4 = 769,2
P5 = 1025,6
P6 = 1282

HK

∆f1 = 0
∆f2 = 10
∆f3 = 10
∆f4 = 10
∆f5 = 10

∆f6 = 10

Bé

Z1 = 0
Z2 = 128,2
Z3 = 256,4
Z4 = 384,6
Z5 = 512,8
Z6 = 641

π /2

π/ 2

Ph¹m Anh TuÊn
m«n häc

ThiÕt kÕ

6


Trờng Đại học Giao thông vận tải
môn cơ khí ôtô

Bộ

III. Tính lò xo
Lò xo đóng vai trò là phần tử đàn hồi trong hệ thống treo.

- Chọn lò xo hình trụ có đờng kính trung bình D(mm), tiết diện dây lò xo hình
tròn có đờng kính d (mm)
- Chọn vật liệu chế tạo lò xo lá thép hợp kim 60C2XA, có ứng suất xoắn giới hạn
[] = 750 (N/mm2)
- Chọn hệ số tải trọng động Kđ = 1,5; tính lò xo ở hệ thống treo cầu sau)
- Chọn sơ bộ hệ số đờng kính của lò xo = 8=
Tra bảng ta có: Hệ số hình dạng tiết diện và độ cong của lò xo K = 1,24.
- Tính đờng kính dây lò xo:
d 1,6

K ì Pmax ì
[ ]

(mm)

Pmax: lực tác dụng lớn nhất lên lò xo
Pmax = Zt2 ì Kđ = 6597.2 ì1,5 = 9895.8 (N)
d 1,6

Phạm Anh Tuấn
môn học

1,24 ì 9895.8 ì 8
= 18.3(mm)
750
Thiết kế

7

Trờng Đại học Giao thông vận tải
môn cơ khí ôtô

Bộ

Chọn d = 19(mm)
- Đờng kính trung bình của lò xo:
D = d = 8ì 19= 152 (mm)
- Tính số vòng làm việc của lò xo:
n=
Trong đó:

+ Môđun cản trợt (Môđun đàn hồi khi xoắn)
+ P = Zt2 = 6597.2 (N)
+ ft = ft2 = 165 (mm)

Ta có:
G = 8 ì 104 MN/m2 = 8 ì 104 N/m2

8 ì 104 ì 19 ì 165
n=
= 9.28 (vòng)
8 ì 83 ì 6597.2
n 10 (vòng)
- Kiểm tra sức bền của lò xo
ứng suất soắn của lò xo khi chịu tải trọng lớn nhất

=K

8 ì Pmax ì D

8 ì 9895.8 ì152
= 1,24
= 692.8 (N/mm2)
3
3
d
ì 19
< [] = 750 N/mm2 (Đảm bảo điều kiện bền)

- Đờng kính ngoài của lò xo:
Dn = D + = 152 +

19
= 161.5(mm)
2

- Đờng kính trong của lò xo:
Dt = D - = 152 -

19
= 142.5 (mm)
2

- Số vòng của lò xo kể cả vòng không biến dạng:
n0 = n + 0,75 = 10 +0,75 = 10.75 (vòng)
- Khe hở giữa hai vòng của lò xo ứng với Pmax:
Phạm Anh Tuấn
môn học

Thiết kế

8


Trờng Đại học Giao thông vận tải
môn cơ khí ôtô

Bộ

min = (0,1 ữ 0,3)d = 1.6 ữ 4.8 (mm)
Chọn min = 3 (mm)
- Chiều cao nhỏ nhất của lò xo (lúc các vòng xít nhau)
Hmin = (n0 - 0,5)d = (10,75 - 0,5)19= 10,25 ì 19 = 194.75 (mm)
(Vì mỗi đầu lò xo chịu nén đợc mài bằng 3/4vòng)
- Chiều dài của lò xo ứng với Pmax
Hp = Hmin + min ì n = 194.75 + 3 ì10 = 224.75 (mm)
- Chiều dài tự do của lò xo :
H0 = HP + ft = 224.75 + 165 = 389.75 (mm)
- Bớc của lò xo khi ở trạng thái tự do:
t = d + 1,1

ft
165
= 19 + 1,1
= 37.15 (mm)
n
10

- Để lò xo làm việc ổn định thì điều kiện
Ta có: =

H

0

D

3 phải đợc thoả mãn.

389.75
= 2.56 < 3
152

Vậy lò xo đủ khả năng làm việc ổn định.

Phạm Anh Tuấn
môn học

Thiết kế

9


Trờng Đại học Giao thông vận tải
môn cơ khí ôtô

Bộ

IV. Tính giảm chấn
Chọn giảm chấn thuỷ lực dạng ống

1. Chọn các đờng kích thớc cơ bản của giảm chấn
- Đờng kính trong của xilanh công tác dlv = dP = 30 (mm)
dP: Đờng kính pítông
- Đờng kính ngoài của xilanh công tác dx = dlv + 2a
a: Chiều dài thành xilanh
dx = 30 + 2ì2 = 34 (mm)
- Đờng kính thanh đẩy píttông:
dt = 0,5 dP = 0,5 ì 30 = 15 (mm)
- Đờng kính ống ngoài xilanh:
dn =

( 2 ữ 4) dt2 + dx2 =

dn =

3dt2 + dx2

3,152 + 34 2 = 42,8 (mm)

- Chiều dài phần chứa dầu: lg = (3 ữ 5)dx
lg = 4dx = 4 ì 34 = 132 (mm)
- Chọn hành trình dịch chuyển của pítyông:
HP > f = ft2 + fđ2 = 132 + 112,2 = 244,2 (mm)
Chọn HP = 250 (mm)

Phạm Anh Tuấn
môn học

Thiết kế

10


Trờng Đại học Giao thông vận tải
môn cơ khí ôtô

Bộ

2. Tính hệ số lực cản của bộ giảm chấn
K
Cì M

=
Trong đó:

+ K: Hệ số lực cản quy dẫn về bánh xe của giảm chấn đặt trong hệ

thống treo (Ns/m)
+ : Hệ số dập tắt dao động tơng đối.
+ C: Độ cứng của hệ thống treo (Nm-1)
+ M: Khối lợng phần đợc treo
Từ đó ta có:
K=2

C ì Zt
39.98 ì103 ì 6597.2
= 2 ì 0,2
= 2074.08 (Ns/m)
g
9,81

Chọn bộ giảm tốc không đối xứng
- Hệ số lực cản tính cho hành trình nén:
Kn =

2K
;
1+

Kn =

2 ì 2074.08
= 1185.19 (Ns/m)
1 + 2,5

( là hệ số tỷ lệ; chọn = 2,5)

- Hệ số lực cản tính cho hành trình trả:
Ktr = Kn = 2,5 ì 1185.19 = 2962.98 (Ns/m)
3. Đặc tính của giảm chấn
Là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tác dụng lên píttông của bộ giảm
chấn Pa và tốc độ chuyển dịch tơng đối của píttông với xilanh Va.
Pa = Ka V na
Trong đó:

+ Ka: Hệ số lực cản thực tế của giảm chấn (Ns/m)
+ n: Số mũ trạng thái; n = 1 ữ 2; xét chọn n = 1

Phạm Anh Tuấn
môn học

Thiết kế

11


Trờng Đại học Giao thông vận tải
môn cơ khí ôtô

Bộ

Đặc tính của giảm chấn thuỷ lực tuyến tính không đối xứng. Nghĩa là hệ số
lực cản khác nhau ở hành trình trả và nén.
Pan = Kan ì Van
Patr = Katr ì Vatr
Tốc đọ Van, Vatr lấy trong giới hạn 0,3 ữ 0,52 m/s
Chọn Van = Vatr = 0,45 m/s
4. Xác định tiết diện lỗ tiết lu dầu
- Lợng chất lỏng píttông đẩy đi trong một giây
Q = FP ì Zt
Trong đó:

+ FP: Diện tích píttông làm việc
+ Zt: Vận tốc của píttông

- Lợng chất lỏng qua van tiết lu trong một giây
Qv = à0 ì fv ì
Trong đó:

2 ì gì P

+ à0: Hệ số lu lợng (à0 = 0,65)
+ fv: Diện tích lỗ van
+ P: áp suet của chất lỏng ( = 9 ì 10-7 kg/m3)

Cân bằng lợng chất lỏng píttông đẩy trong 1 giây và chất lỏng qua van tiết
lu ta có:
FP ì Zt = à0 ì fv ì

2 ì gì P


ì Fp2 ì Zt2
P=
2g ì à 0 ì fv2
- Lực cản của giảm chấn:

Phạm Anh Tuấn
môn học

Thiết kế

12


Trờng Đại học Giao thông vận tải
môn cơ khí ôtô

Bộ

ì Fp3 ì Zt2
2
Zg = FP ì P =
2 = A ì Zt
2 g ì à 0 ì fv
Để đảm bảo đờng đặc tính là tuyến tính:
Zg = K ì Zt = A ì Z t

2

K = A ì Zt

ì Fp3 ì Zt2
K=
2g ì à 0 ì fv2
Suy ra:
fv =

ì Fp3 ì Zt
2g ì à 0 ì K

Thay số ta có:
K = 1189,68 (Ns/m)
à0 = 0,65
g = 9,81

ì dP2 ì 0,032
Fp =
=

4
4
Zt = 0,45 m/s
= 9 ì 10-7 kg/m3
Thay vào công thức tính fv ta có:
fv =

ì Fp3 ì Zt
9 ì 10 7 ì ( ì 0,032 ) 3 ì 0,45
-10
=
(M2)
2
3 = 2,4 ì 10
2g ì à 0 ì K 2 ì 9,81ì 0,65 ì 1189,68 ì 4

Phạm Anh Tuấn
môn học

Thiết kế

13