Đồ án Thiết kế hệ thống treo cho xe UAZ

Mục lục Trang Lời nói đầu 3 Chương 1: Tổng quan hệ thống treo 5 1.1. Lịch sử hình thành: 5 1.2. Công dụng và phân loại hệ thống treo: 5 Chương 2: Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế hệ thốngtreo 8 2.1. Phân tích các phương án bố trí hệ thống treo: 8 2.2. Phân tích lựa chọn thiết kế bộ phận đàn hồi 10 2.3. Phân tích lựa chọn thiết kế giảm chấn 12 2.4. Các thông số cơ bản 13 Chương 3: Tính toán hệ thống treo trước 14 3.1.Tính toán nhíp 14 3.2.Tính toán giảm chấn 34 Chương 4: Tính toán hệ thống treo sau 47 4.1.Tính toán nhíp 47 4.2.Tính toán giảm chấn 62 Chương 5: Thiết kế quy trình công nghệ gia công một chi tiết cơ bản 69 5.1. Mục đích, yêu cầu của piston 69 5.2. Vật liệu làm piston 69 5.3. Những yêu cầu kĩ thuật cơ bản gia công piston 70 5.4. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết 70 5.5. Quy trình công nghệ khi gia công piston 71 5.6. Xác định chế độ cắt cho các nguyên công: 72 Kết luận 80 Tài liệu tham khảo 81 Lời nói đầu Trong sự phát triển kinh tế chung hiện nay, ôtô ngày càng đóng một vai trò hết sức quan trọng. Nhu cầu về xe du lịch, xe tư nhân trong nước ngày một cao, chính vì vậy đã xuất hiện rất nhiều các doanh nghiệp tư nhân, liên doanh,… Tuy nhiên trước thực trạng mới chỉ là nhập linh kiện, phụ tùng lắp ráp từ nước ngoài cùng với đó là thuế nhập khẩu, … Đã làm cho giá xe tăng cao, gây khó khăn cho người tiêu dùng. Một yêu cầu đặt ra là phải tăng được tỷ lệ nội địa hóa trong ngành ôtô, nhằm giảm được giá thành của một chiếc xe bán ra và thúc đẩy được các ngành công nghiệp chế tạo máy trong nước. Hệ thống treo là một hệ thống rất quan trọng trên ôtô, nó góp phần tạo nên độ êm dịu, ổn định và tính tiện nghi của xe, giúp người ngồi có cảm giác thoải mái dễ chịu. Đối với đồ án tốt nghiệp được giao: “ Thiết kế hệ thống treo cho xe UAZ ” và trước những yêu cầu thực tế của ngành ôtô trong nước chương 1 Tổng quan hệ thống treo 1.1. Lịch sử hình thành: Xã hội loài người khi bắt đầu xuất hiện những phương tiện vận tải đầu tiên đã quan tâm đến vấn đề dao động của chúng. Ngay từ khi xuất hiện những phương tiện giao thông là xe kéo, ban đầu người ta nối cứng bánh xe với khung xe. Việc di chuyển chỉ thích hợp cho việc thồ hàng mà không tiện cho người ngồi trên xe. Về sau con người tìm ra xăm lốp có thể giảm bớt được các chấn động trên xe. Và khi khoa học phát triển đã tìm được nguyên tắc dập tắt các dao động qua đó hình thành nên các hệ thống treo của các xe như hiện nay. 1.2. Công dụng và phân loại hệ thống treo: 1.2.1. Công dụng: Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ô tô với bánh xe, có tác dụng làm êm dịu cho quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe. Trong trường hợp hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo nối khung vỏ với bánh thông qua dầm cầu, (hoặc vỏ cầu). Để đơn giản chúng ta coi hệ thống treo nối đàn hồi với khung vỏ với bánh xe. Xe chuyển động có êm dịu hay không phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng của hệ thống treo. Để đảm bảo công dụng như đã nêu ở trên hệ thống treo thường có 3 bộ phận chủ yếu: - Bộ phận hướng. - Bộ phận đàn hồi. - Bộ phận giảm chấn. Bộ phận đàn hồi: nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe, tiếp nhận lực thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ tới bánh xe và ngược lại. Bộ phận đàn hồi có cấu tạo chủ yếu là một chi tiết (hoặc 1 cụm nhi tiết) đàn hồi bằng kim loại (nhíp, lò xo xoắn, thanh xoắn) hoặc bằng khí (trong trường hợp hệ thống treo bằng khí hoặc thuỷ khí). Bộ phận giảm chấn: Có tác dụng dập tắt nhanh chóng các dao động bằng cách biến năng lượng dao động thành nhiệt năng toả ra ngoài. Việc biến năng lượng dao động thành nhiệt năng nhờ ma sát. Giảm chấn trên ô tô là giảm chấn thuỷ lực, khi xe dao động, chất lỏng trong giảm chấn được pittông giảm chấn dồn từ buồng nọ sang buồng kia qua các lỗ tiết lưu. Ma sát giữa chất lỏng với thành lỗ tiết lưu và giữa các lớp chất lỏng với nhau biến thành nhiệt nung nóng vỏ giảm chấn toả ra ngoài. Bộ phận hướng: Có tác dụng đảm bảo động học bánh xe, tức là đảm bảo cho bánh xe chỉ dao động trong mặt phẳng đứng, bộ phận hướng còn làm nhiệm vụ truyền lực dọc, lực ngang, mô men giữa khung vỏ và bánh xe. 1.2.2. Phân loại: Hệ thống treo ôtô thường được phân loại dựa vào cấu tạo của bộ phận đàn hồi, bộ phận dẫn hướng và theo phương pháp dập tắt dao động. 1.2.2.1. Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo bộ phận dẫn hướng: - Hệ thống treo phụ thuộc: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên phải được liên kết với nhau bằng dầm cứng (liên kết dầm cầu liền), cho nên khi một bánh xe bị chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc thẳng đứng) thì bánh xe bên kia cũng bị dịch chuyển. Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc là cấu tạo đơn giản. rẻ tiền, và bảo đảm độ êm dịu chuyển động cần thiết cho các xe có tốc độ chuyển động không cao lắm. Nếu ở hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi là nhíp thì nó làm được cả nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng. - Hệ thống treo độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên phải và bánh xe bên trái không có liên kết cứng. Do đó sự dịch chuyển của một bánh xe không gây nên sự dịch chuyển của bánh xe kia. Tùy theo mặt phẳng dịch chuyển của bánh xe mà người ta phân ra hệ thống treo độc lập có sự dịch chuyển bánh xe trong mặt phẳng ngang, trong mặt phẳng dọc và đồng thời trong cả hai mặt phẳng dọc và ngang.Hệ thống treo độc lập chỉ sử dụng ở những xe có kết cấu rời, có độ êm dịu của cả xe cao, tuy nhiên kết cấu của bộ phận hướng phức tạp, giá thành đắt. - Hệ thống treo cân bằng: dùng ở những xe có tính năng thông qua cao với 3 hoặc 4 cầu chủ động để tạo mối quan hệ phụ thuộc giữa hai hàng bánh xe ở hai cầu liền nhau. Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống treo a) Hệ thống treo phụ thuộc b) Hệ thống treo độc lập 1.2.2.2. Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo của phần tử đàn hồi: -Phần tử đàn hồi là kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn. -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 làm cốt; dạng màng phân chia và dạng liên hợp. - Phần tử đàn hồi là thủy khí có loại kháng áp và không kháng áp. - Phần tử đàn hồi là cao su có loại làm việc ở chế độ nén và làm việc ở chế độ xoắn. 1.2.2.3. Phân loại hệ thống treo theo phương pháp dập tắt dao động: - Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn thủy lực gồm giảm chấn dạng đòn và dạng ống. - Dập tắt dao động nhờ ma sát cơ học ở trong phần tử đàn hồi và trong phần tử hướng. Chương 2 Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế hệ thốngtreo 2.1. Phân tích các phương án bố trí hệ thống treo: 2.1.1. Các phương án bố trí: Hình 2.2. Một số phương án lựa chọn a) Hệ thống treo phụ thuộc (nhíp) b) Hệ thống treo độc lập đặt nghiêng c)Hệ thông treo độc lập thanh xoắn lọai 2 đòn d) Hệ thống treo McPheson (Treo kiểu nến) 2.1.2. Phân tích ưu, nhược điểm của các phương án bố trí: 2.1.2.1. Ưu điểm của hệ theo phụ thuộc: Khi bánh xe dịch chuyển theo phương thẳng đứng, khoảng cách hai bánh xe (được nối cứng) không thay đổi. Điều nàylàm cho mòn lốp giảm đối với trường hợp treo độc lập. Do hai bánh xe được nối cứng nên khi có lực bên tác dụng thì lực này đựơc chia đều cho hai bánh xe làm tăng khả năng truyền lực bên của xe, nâng cao khả năng chống trượt bên. Hệ treo phụ thuộc được dùng cho cầu bị động có cấu tạo đơn giản so với hệ treo độc lập. Giá thành chế tạo thấp, kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp, sửa chữa, bảo dưỡng. 2.1.2.2. Nhược điểm của hệ treo phụ thuộc: Do đặc điểm kết cấu của hệ thống treo phụ thuộc nên chúng có khối lượng không được treo rất lớn. Trên cầu bị động khối lượngnày bao gồm khối lượng rầm thép, khối lượng cụm bánh xe, một phần nhíp hoặc lò xo và giảm chấn. Nếu là cầu chủ động thì nó gồm vỏ cầu và toàn bộ phần truyền lực bên trong cầu cộng với một nửa khối lượng đoạn các đăng nối với cầu. Trong truờng hợp là cầu dẫn hướng thì khối lượng của nó còn thêm phần các đòn kéo ngang, đòn kéo dọc của hệ thống lái. Khối lượng không được treo lớn sẽ làm cho độ êm dịu chuyển động không được cao và khi di chuyển trên các đoạn đường gồ ghề sẽ sinh ra các va đập lớn làm khả năng bám của bánh xe kém đi. Kết cấu của hệ treo phụ thuộc khá cồng kềnh, lớn và chiếm chỗ dưới gầm xe. Co hai bánh xe được lắp trên dầm cầu cứng nên khi dao động thì cả hệ dầm cầu cũng dao động theo cho nên dưới gầm xe phải có khoảng không gian đủ lớn. Do đó thùng xe cần phải nâng cao lên, làm cho trọng tâm xe nâng lên, điều này không có lợi cho sự ổn định chuyển động của ôtô. Về mặt động học, hệ treo phụ thuộc còn gây ra một bất lợi khác là khi một bên bánh xe dao động thì bánh bên kia cũng dao động theo, chuyển dịch của bánh bên này phụ thuộc bánh bên kia và ngược lại. Điều đó gây mất ổn định khi xe quay vòng. 2.1.2.3. Ưu điểm của hệ thống treo độc lập: Khác với hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo độc lập có đặc điểm là hai bánh xe hai bên ít phụ thuộc vào nhau, do đó mà độ ổn định chuyển động cao. Hai bánh xe được liên kết bởi các đòn ngang hoặc đòn dọc, phần không được treo nhỏ, ôtô chuyển động đạt được độ êm dịu cao. Hệ treo không cần sử dụng dầm ngang, khoảng không gian cho nó dịch chuyển chủ yếu là hai bên sườn xe. Đặc điểm này cho phép hạ thấp trọng tâm xe, do đó nâng cao được tốc độ của xe. 2.1.2.4. Nhược điểm của hệ thống treo độc lập: ở hệ thống treo độc lập các bộ phận đàn hồi, bộ phận hướng là riêng biệt nên không tránh khỏi sự phức tạp về mặt kết cấu. Sự phức tạp trong kết cấu cũng gây khó khăn cho việc bố trí các hệ thống khác trên ôtô. Hệ thống treo độc lập dầm cầu thường là dầm cầu rời nên khi xe chuyển động trên các đoạn đường gồ ghề rất dễ làm thay đổi các góc đặt bánh xe, dẫm đến sự mất ổn định của xe. Giá thành của một hệ thống treo độc lập cũng đắt hơn rất nhiều so với hệ thống treo phụ thuộc. 2.2. Phân tích lựa chọn thiết kế bộ phận đàn hồi: - Bộ phận đần hồi kim loại: Bộ phận đần hồi kim loại thường có 3 dạng chính để lựa chọn: nhíp lá, lò xo xoắn và thanh xoắn. Hình 2.2. Các dạng phần tử đàn hồi kim loại a) Nhíp; b) Lò xo trụ; c) thanh xoắn Nhíp lá thường được dùng trên hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo thăng bằng. Khi chọn bộ phận đàn hồi là nhíp lá, nếu kết cấu và lắp ghép hợp lý thì bản thân bộ phận đàn hồi có thể làm luôn nhiệm vụ của bộ phận hướng. Điều này làm cho kết cấu của hệ thống treo trở nên đơn giản, lắp ghép dễ dàng. Vì thế nhíp lá được sử dụng rộng rãi trên nhiều loại xe kể cả xe du lịch. Nhíp lá ngoài nhược điểm chung của bộ phận đần hồi kim loại còn có nhược điểm là khối lượng lớn. Lò xo xoắn thường được sử dụng trên nhiều hệ thống treo độc lập. Lò xo xoắn chỉ chịu được lực thẳng đứng do đó hệ thống treo có bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn phải có bộ phận hướng riêng biệt. So với nhíp lá, lò xo xoắn có trọng lượng nhỏ hơn. Bộ phận đàn hồi là thanh xoắn cũng được sủ dụng trên một số hệ thống treo độc lập của ôtô. So với nhíp lá, lò xo xoắn có thế năng đàn hồi lớn hơn, trọng lượng nhỏ và lắp đặt dễ dàng. Bộ phận đàn hồi kim loại có ưu điểm là kết cấu đơn giản, giá thành hạ. Nhược điểm của loại này là độ cứng không đổi (C=const). Độ êm dịu của xe chỉ được đảm bảo một vùng tải trọng nhất định, không thích hợp với những xe có tải trọng thường xuyên thay đổi. Mặc dù vậy bộ phận đàn hồi kim loại được sử dụng phổ biến chủ yếu trên các loại xe hiện nay. - Bộ phận đàn hồi bằng khí: Loại này có ưu điểm là độ cứng của phần tử đàn hồi (lò xo khí) không phải là hằng số do vậy có đường đặc tính đàn hồi phi tuyến rất thích hợp khi sủ dụng trên ôtô. Mặt khác tuy theo tải trọng có thể điều chỉnh độ cứng của phần tử đàn hồi (bằng cách thay đổi áp suất của lò xo khí) cho phù hợp. Vì thế hệ thống treo loại này có độ êm dịu cao. Tuy nhiên bộ phận đần hồi này có kết cấu phức tạp, giá thành cao, trọng lượng lớn (vì có thêm nguồn cung cấp khí, các van và phải có bộ phận hướng riêng). Trên xe du lịch thường chỉ trang bị cho các dòng xe đắt tiền, sang trọng. Còn đối với xe tải, cũng được sử dụng đối với các xe có tải trọng lớn. Các loại xe đua bộ phận đàn hồi dạng này được sử dụng nhiều dưới dạng hệ thống treo thủy khí điều khiển được. - Lựa chọn: Trong xu thế phát triển kinh tế chung hiện nay, nhu cầu nội địa hóa ngành ôtô ngày càng được chú trọng. Yêu cầu đặt ra cho người thiết kế trước hết phải nhắm vào mục tiêu này. Một vấn đề không kém phần quan trọng đó là giá thành của một chiếc xe bán ra, một mức giá phù hợp nhưng phải đảm bảo tối ưu các yêu cầu kỹ thuật. Đây chính là 2 tiêu chí cơ bản cho việc tính chọn và thiết kế hệ thống treo cho xe ôtô. Qua những phân tich ưu nhựơc điểm của các loại bộ phận đàn hồi, thêm vào đó việc chọn thiết kế hệ thống treo cho xe du lịch dựa trên xe cơ sở là xe UAZ31512. Đây là sản phẩm kết hợp độc đáo giữa khả năng vượt đường trường của xe quân đội và tính tiện nghi của loại xe di chuyển trong thành phố. Xe có khả năng di chuyển trên các loại địa hình phức tạp, do đó chọn thiết kế bộ phận đàn hồi là nhíp. Trước hết với tình hình kinh tế hiện nay, các ngành chế tạo trong nước có thể đảm nhận đựơc sản xuất nhíp. Nhíp được sản xuất không cần những vật liệu quá phức tạp, cầu kỳ do đó sẽ đảm bảo được tiêu chí đầu tiên là tăng nội địa hóa ngành ôtô. Xe UAZ31512 hiện tại đang đựơc nhà máy cơ khí THANH XUÂN lắp ráp và bán ra, việc chọn thiết kế bộ phận đàn hồi nhíp sẽ góp phần giúp giá thành của xe bán ra có khả năng cạnh tranh. Nhíp còn có thêm ưu điểm là trong quá trình vận hành xe ít bị hư hỏng và phải sửa chữa, tuổi thọ lâu do đó rất phù hợp việc sử dụng ôtô trên địa hình giao thông phức tạp của nước ta hiện nay. 2.3. Phân tích lựa chọn thiết kế giảm chấn: Giảm chấn sử dụng trên ôtô dựa theo nguyên tắc bằng cách tạo ra sức cản nhớt và sức cản quán tính của chất lỏng công tác khi đi qua lỗ tiết lưu nhỏ để hấp thụ năng lượng dao động do phần tử đàn hồi gây ra. Về mặt tác dụng có thể có loại giảm chấn 1 chiều hoặc 2 chiều. Loại tác dụng 2 chiều có loại tác dụng đối xứng hoặc không đối xứng. Đối với giảm chấn tác dụng đơn thì có nghĩa trong 2 hành trình (nén và trả) thì chỉ có một hành trình giảm chấn có tác dụng (thường là ở hành trình trả). Còn đối với giảm chấn 2 chiều, do cấu tạo của pittông giảm chấn loại này bao gồm hai lỗ với hai nắp van (dạng van một chiều) với kích thước lỗ khác nhau. Lỗ nhỏ có tác dụng ở hành trình trả còn lỗ lớn có tác dụng ở hành trình nén. Như vậy lực cản của giảm chấn ở hành trình trả sẽ lớn hơn ở hành trình nén, phù hợp với yêu cầu làm việc của hệ thống treo. Do đó ta chọn thiết kế giảm chấn trên xe là loại thủy lực 2 chiều không đối xứng. 2.4. Các thông số cơ bản Các thông số kỹ thuật của xe UAZ Công thức bánh xe 4x4 Chiều dài cơ sở 4025mm Chiều cao tổng thể 1990mm Chiều rộng tổng thể 1805mm Trọng tải 7 người và 100kg Khối lượng xe toàn phần 2150 kg Phân bố khối lượng xe toàn phần (đủ tải) lên cầu trước lên cầu sau 920 kg 1230 kg khối lượng bản thân phân ra cầu trước phân ra cầu sau 850 kg 740 kg Khoảng sáng gầm xe 220 mm Vận tốc tối đa khi toàn tải 115 km/h Công suất cực đại (theo SAE ở 4000v/ph) 92HP Lốp 8,4-15 Chương 3 tính toán hệ thống treo trước Trên các ôtô hiện đại thường sử dụng nhíp bán elíp, thực hiện chức năng của bộ phận đàn hồi và bộ phận dẫn hướng. Ngoài ra nhíp bán elíp còn thực hiện một chức năng hết sức quan trọng là khả năng phân bố tải trọng lên khung xe. 3.1.Tính toán nhíp 3.1.1.Tính toán và chọn thông số chính của lá nhíp: Hình 3.1. Sơ đồ để tính nhíp Lực tác dụng lên nhíp là phản lực của đất Z tác dụng lên nhíp tại điểm tiếp xúc của nhíp với dầm cầu. Quang nhíp thường được đặt dưới một góc α, vì vậy trên nhíp sẽ có lực dọc X tác dụng. Muốn giảm lực X góc α phải làm càng nhỏ nếu có thể. Nhưng góc α phải có trị số giới hạn nhất định để đảm bảo cho quang nhíp không vượt quá trị giá trị trung gian (vị trí thẳng đứng). Khi ôtô chuyển động không tải thì góc α thường chọn không bé hơn 5o. Khi tải trọng đầy góc α có thể đạt trị số 40á50o. Để đơn giản tính toán chúng ta sẽ không tính đến ảnh hưởng của lực X. Hệ thống treo là đối xứng hai bên, vì vậy khi tính toán hệ thống treo ta chỉ cần tính toán cho một bên. Tải trọng tác dụng lên một bên của hệ thống treo trước Khối lượng không được treo: - Khối lượng cầu trước: mct = 140 kg - Khối lượng một bánh xe có lắp lốp: mbx = 38 kg - Khối lượng 1 bên nhíp: mnhíp = 19 kg ị Khối lượng không được treo: Mctt = mct + 2.mbx +2.mnhíp =140 + 2.38 + 2.19 = 254 (kg) ị Khối lượng treo trước: Mtt = Mt - Mctt = 920 - 254 = 666 (kg) ị Trọng lượng được treo (Gtt) phân bố lên một bên nhíp: Gtt = 6660/2 = 3330 (N) Hệ thống treo thiết kế ra phải đảm bảo cho xe đạt độ êm dịu theo các chỉ tiêu đã đề ra. Hiện nay có rất nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động như tần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động...... Trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp, Em xin lựa chọn một chỉ tiêu, đó là chỉ tiêu tần số dao động. Chỉ tiêu này được lựa chọn như sau: Tần số dao động của xe: n=60á120(lần/phút). Với số lần như vậy thì người khoẻ mạnh có thể chịu được đồng thời hệ treo đủ cứng vững. Ta có: ft: độ võng tĩnh của hệ thống treo (m) Nếu n<60 (lần/phút) thì càng tốt đối với sức khoẻ con người nhưng độ võng tĩnh của hệ thống treo rất lớn nên khi kiểm nghiệm thì lại không đủ cứng vững. Nếu n>120 (lần/phút) không phù hợp với hệ thần kinh của con người dẫn đến mệt mỏi, ảnh hưởng đến sức khoẻ và an toàn khi lái xe. Chọn sơ bộ tần số dao động của hệ thống treo trước: ntr= 75 (lần/phút). Vậy độ võng tĩnh: Độ cứng sơ bộ của hệ thống treo: ị Độ võng động (fđ) của hệ treo được chọn theo kinh nghiệm, đối với xe tải nhỏ ta chọn độ võng động lớn thì độ êm dịu khi chuyển động sẽ tăng lên đảm bảo sự tiếp xúc của lốp và mặt đường nhưng lại ảnh hưởng tới tính năng ổn định và tính năng thông qua. Chọn: fd = 0.75ft = 0.75 . 16 =12 cm. Hình 3.2 . Độ võng tổng cộng : fo = fd + ft = 12 +16 = 28 cm. Phản lực từ mặt đường tác dụng lên một bánh xe phía trước: Chọn chiều dài lá nhíp chính: Đối với xe du lịch: Chiều dài hiệu dụng lá nhíp chính được chọn: L=(0,35á0,5)Lx Lx: chiều dài cơ sở của xe (402,5cm). Chọn L=140cm Mô men quán tính tổng cộng của nhíp theo [3]: Dựa trên công thức của sức bền vật liệu: Trong đó: ft: độ võng tĩnh của hệ thống treo (ft=16 cm) L: chiều dài hiệu dụng lá nhíp chính (140 cm) Gtt=3330(N) d: hệ số dạng nhíp (d=1,4 đối với trường hợp tai nhíp không được gia cường) I: mô men quán tính của tiết diện tại chỗ bắt nhíp với dầm cầu E: mô đuyn đàn hồi trượt của vật liệu. E=2,1.107(N/cm2) Vậy: Sau khi xác định mômen quán tính I ta cần xác định số lượng và chiều dày lá nhíp theo điều kiện sau: Độ êm dịu của ôtô phụ thuộc nhiều vào độ võng tĩnh và độ võng động của nhíp. Khi xác định các đại lượng này để thiết kế hệ thống treo với việc kể đến tần số dao động cần thiết của nhíp và bắt chúng vào cầu, người ta chuyển sang xác định kích thước chung của nhíp và các lá nhíp. Độ bền và chu kỳ bảo dưỡng của nhíp phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn chiều dài của nhíp, bề dày nhíp trên cơ sở tải trọng, ứng suất, độ võng tĩnh đã biết. Ta biết rằng ứng suất tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài nhíp, vì vậy khi tăng một chút chiều dài nhíp, ta phải tăng đáng kể bề dày các lá nhíp. Điều này rất quan trọng với lá nhíp gốc vì nó phải chịu thêm cả tải trọng ngang, dọc và mômen xoắn. Nếu chiều dài nhíp bé ta không thể tăng bề dày lá nhíp gốc mặc dù đã thoả mãn các yêu cầu về tỷ lệ tải trọng, độ võng, ứng suất. Nếu nhíp dài quá làm cho độ cứng của nhíp giảm, nhíp làm việc nặng nhọc hơn, gây nên các va đập giữa ụ nhíp và khung xe. Tóm lại, ta không thể lấy chiều dài nhíp quá bé hoặc quá lớn mà còn kết hợp cả bề dày và bề rộng của nhíp để xác định kích thước hình học của nhíp. Đối vứi nhíp nửa elíp đối xứng: Trong đó: d: hệ số dạng nhíp (d=1,4) l: một phần hai chiều dài hiệu dụng lá nhíp chính.l=70(cm) dc: khoảng cách giữa hai bulông bắt nhíp. dc=14(cm) smax=là ứng suất lớn nhất. smax=100(MN/cm2) E=2,1.107(N/cm2). Môdum đàn hồi của vật liệu f0: độ võng tổng cộng. f0= 28(cm) Suy ra: Chọn tất cả các lá nhíp có bề rộng bằng nhau và trong khoảng: 6.h≤b≤10.h Û 4,2≤b≤7(cm) Chọn b=6(cm) Nếu chiều rộng của lá nhíp quá nhỏ thì nhíp sẽ không đủ bền, còn nếu chiều rộng của lá nhíp quá lớn thì khi thân ôtô bị nghiêng ứng suất xoắn ở lá nhíp chính và các lá tiếp theo sẽ tăng lên. Số lá nhíp: Từ công thức (9.8 trong [3]) ta có: ịSố lá nhíp: (lá) Chọn số lá nhíp là 5, chiều rộng b = 6 cm; chiều dày các lá đều bằng 0,7 cm Xác định chiều dài lá nhíp: Hệ phương trình dùng để xác định chiều dài nhíp có dạng: Trong đó: li: chiều dài lá nhíp thứ i ji: mô men quán tính mặt cắt ngang của lá nhíp thứ i j = b.h3/12 = 6.0,73/12 = 0,1715 (cm3) Biết l1 = 140 cm Đặt x1 = l2; x2 = l3; x3 = l4; x4 = l5; Ta có hệ phương trình: Đặt U = l 2/l3; P = l3/l4; V = l4/l5. J1=J2=…=J5. Thay các giá trị vào hệ trên. Giải phương trình bằng phương pháp thế ta có các kết quả như sau: l1 = 140 cm, l2 = 116 cm, l3 = 90 cm, l4 = 66 cm, l5= 40 cm 3.1.2.Tính độ cứng thực tế của nhíp Có nhiều phương pháp tính độ cứng của nhíp. Ta sử dụng phương pháp tính độ cứng theo thế năng biến dạng đàn hồi. Hình 3.3 Xét một thanh như hình 3.3. khi chịu lực P, thanh biến dạng một đoạn là f. Gọi U là thế năng biến dạng đàn hồi của thanhthì ta có: Nếu thanh có tiết diện không đổi thì: Sử dụng sơ đồ hình 2 để tính nhíp. Các lá nhíp chồng khít lên nhau, một đầu được ngàm chặt, đầu còn lại chịu tác dụng của lực P. Ta có: Vậy độ cứng nhíp là: Trong đó: E=2,1.107(N/cm2) a: hệ số thực nghiệm a: lấy trong khoảng 0, 83 á 0, 87 ( Chọn a = 0, 86) ak=(l1-lk)/2 li: chiều dài hiệu dụng lá nhíp thứ i , I1 = J1; I2 = J1 + J2; Ik = J1 + J2 +…+ Jk Jk: tổng mô men quán tính của mặt cắt ngang từ lá nhíp thứ nhất đến lá nhíp thứ k Để tìm ra đư ợc độ cứng của nhíp ta lập bảng như sau: STT lk (cm) ak+1 (cm) Jk (cm)4 Ik Yk Yk-Yk+1 ak+13(Yk-Yk+1) 1 140 0 0.1715 0.1715 5.831 0 0 2 160 12 0.1715 0.343 2.915 2.916 5038.848 3 90 25 0.1715 0.515 1.917 0.998 1559.75 4 66 37 0.1715 0.686 1.458 0.459 23249.727 5 40 50 70 0.1715 0.858 1.166 0.292 1.166 36500 399938 480320.325 Ta có độ cứng của nhíp là: Kết quả là: Cn=225.6(N/cm) Như vậy độ cứng thực tế của nhíp Cn=225.6(N/cm) Độ võng tĩnh thực tế của nhíp: Số lần dao động trong một phút: (lần/phút) Như vậy hệ thống treo thiết kế thoả mãn về độ êm dịu khi đầy tải. Xác định bán kính cong ở trạng thái tự do của các lá nhíp: Khi thiết kế nhíp, tất cả các lá nhíp đều bị uốn cong đi với các bán kính cong khác nhau. Nếu chúng ta xiết nhíp bằng bu lông trung tâm thì bán kính cong của tất cả các lá nhíp và độ võng của các lá nhíp đều bị thay đổi. Đối với các lá nhíp có bề dày như nhau cần có độ cong sơ bộ để đảm bảo cho các lá nhíp được đưa vào sẽ làm việc ngay cả với tải trọng bé nhất, có nghĩa là ở trong mọi trường hợp đầu các lá nhíp dưới được tỳ vào các lá phía trên, sự cần thiết phải uốn sơ bộ các lá nhíp với các bán kính cong khác nhau là một điều cần thiết khi chúng ta lưu ý đến một điều là đối với mỗi lá nhíp ở tải trọng thử nghiệm đầu tiên sẽ nhận được biến dạng dư làm giảm độ võng của nhíp. Bán kính cong của các lá nhíp được xác định theo công thức sau: Trong đó: : Bán kính lựa chọn của nhíp (xác định theo lá nhíp cơ sở ). : Khoảng cách từ đường trung hoà của mặt cắt lá nhíp tới thớ phía ngoài (nhánh chịu kéo), ở đây do biên dạng nhíp đối xứng nên . : ứng suất xuất hiện khi xiết nhíp bằng bu lông trung tâm. Do các lá nhíp có bề dày như nhau nên lấy trong khoảng: : Được xác định theo công thức sau: Trong đó: L: Chiều dài cơ sở của nhíp. : Biến dạng của nhíp dưới tác dụng của tải trọng tĩnh. : Biến dạng dư của nhíp sau khi lắp. Độ võng toàn bộ của nhíp. : Độ võng tĩnh của nhíp. Trong quá trình tính toán bán kính cong ta phải lựa chọn ứng suất siết cho các lá nhíp thoả mãn điều kiện bền . Ta nhận thấy rằng nửa số lá nhíp phía trên bắt buộc phải có bán kính cong lớn hơn và các bán kính này phải giảm dần tức là các theo chiều hướng là các lá nhíp trên âm nhiều nhất. Nửa còn lại bán kính cong nhỏ hơn và các bán kính này giảm dần tức là các , lá cuối cùng là dương nhiều nhất Kết quả tính toán như bảng: TT R0(mm) E(MN/m2) Zic=h/2(mm) R 1 1466 2,1.105 3,5 -30 1559 2 1466 2,1.105 3,5 -24 1789 3 1466 2,1.105 3,5 20 1410 4 1466 2,1.105 3,5 24 1400 5 1466 2,1.105 3,5 30 1383 3.1.3. Kiểm tra độ êm dịu khi xe chuyển động không tải Trọng lượng được treo(Gdt): Trọng lượng không được treo(Got): Độ võng tĩnh thực tế của nhíp: Số lần dao động trong một phút: (lần/phút) Như vậy hệ thống treo đảm bảo về độ êm dịu (cho người trong Cabin) trong tất cả thời gian hoạt động của xe (cả khi xe chạy không tải và khi xe chạy có tải). 3.1.4. Xác định các phản lực tác dụng tại các đầu mút của lá nhíp: Khi tính toán chỉ tính cho 1/2 lá nhíp nên có các giả thiết: Coi nhíp là loại 1/4 elíp với 1 đầu được gắn chặt, một đầu chịu lực Bán kính cong của các lá nhíp bằng nhau, các lá nhíp chỉ tiếp xúc với nhau ở các đầu mút và lực chỉ truyền qua các đầu mút. Biến dạng ở vị trí tiếp xúc giữa 2 lá nhíp cạnh nhau thì bằng nhau.