Thiết kế mô hình giảm chấn 2 bậc tự do

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼBẢNG 1 PHÂN LOẠI GIẢM CHẤN BẢNG 2 MỐI QUAN HỆ CỦA S VÀ S’ BẢNG 3 CỠ TIÊU CHUẨN CỦA DÂY LÒ XO BẢNG 4 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA GANG XÁM BẢNG 5 BẢNG TÍNH LƯỢNG DƯ H

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Mã sinh viên: 1711504110122 Lớp: 17CTM1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Mã sinh viên: 1711504110122 Lớp: 17CTM1

Đà Nẵng,10/08/2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người hướng dẫn)

1 Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tấn Trị; Nguyễn Tấn Phát

2 Lớp: 17 CTM1 Mã SV: 1711504110141; 1711504110122

3 Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH GIẢM CHẤN 2 BẬC TỰ DO

4 Người hướng dẫn: Nguyễn Xuân Bảo Học hàm/ học vị: Tiến sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: (điểm tối đa là 1đ)

Để thuận tiện cho việc tìm hiểu, nghiên cứu, và thiết kế về hệ thống giảm chấn

(giảm chấn trên phương tiện giao thông) nên đồ án này sẽ thực hiện việc nghiên cứu vàthiết kế hệ thống bàn rung giảm chấn 2 bậc tự do

2 Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là 4đ)

Các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án đã được hoản thành:

-Tập thuyến mình dài 50 trang trình bày đầy đủ nội dung của đề tài

- 07 Bản vẽ gồm: 1 bản vẽ 3D, 1 A0 bản vẽ lắp, 1 A0 bản vẽ nguyên công,4 A3bản vẽ chi tiết Các bản còn sai sót về đường nét

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm tối đa là 2đ)

Hình thức đạt yêu cầu, cấu trúc logic, văn phong phù hợp với nội dung đồ án

4 Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là 1đ)

Đồ án có thể được tham khảo trong việc thiết kế, chế tạo, và thực nghiệm hệ thốnggiảm chấn

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

Cần nâng cao kĩ năng thiết kế, mô phỏng động các kết cấu máy, trình bày văn bản

III Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm tối đa 2đ)

Sinh viên có tinh thần cầu thị, thái độ học tập nghiêm túc, ham học hỏi Tuy nhiên

kiến thức và kĩ năng còn nhiều hạn chế

Người hướng dẫn

{Trang trắng này dùng để dán bản Nhận xét của người phản biện, hoặc thay

trang này bằng Nhận xét của người phản biện}

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế thực nghiệm mô hình giảm chấm 2 bậc tự do

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tấn Trị

Thuyết minh chi tiết

Tiếp thu, tổng hợp được một khối lượng lớn các kiến thức thực tiễn cũng như lýthuyết

Tìm ra phương án thiết kế phần cơ khí

Chế tạo thành công mô hình máy

Tìm hiểu cơ sở lý thuyết, các định nghĩa, kiến thức chuyên ngành đã có liênquan như chế tạo máy, dung sai, đồ án chi tiết máy, đồ án chế tạo máy, đồ án cad camcnc

Tính toán và thiết kế các bộ phận của máy

Chế tạo phần cơ khí của máy và kiểm nghiệm kết quả

Tìm hiểu các loại máy liên quan đến đề tài trong nghiên cứu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Xuân Bảo

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tấn Trị Mã SV: 1711504110141

Nguyễn Tấn Phát Mã SV: 1711504110122

1 Tên đề tài:

Thiết Kế Mô Hình Giảm Chấn 2 Bậc Tự Do

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Kích thước máy 600mm,4 tấm nhôm có kích thước 250×300 chiều dày 8mm

3 Nội dung chính của đồ án:

Lý thuyết:

- Tổng quan về hệ thống giảm chấn 2 bậc tự do

- Thiết kế cơ cấu cơ khí

- Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết gối đỡ

Bảng thuyết minh tổng hợp về thiết kế hệ thống giảm chấn 2 bậc tự do

Mô hình 3D vẽ trên phần mềm Inventor

Bảng vẽ chế tạo của máy giảm chấn 2 bậc tự do

Mô hình thực tế máy giảm chấn 2 bậc tự do

LỜI NÓI ĐẦU

Quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra từng ngày từnggiờ ở nước ta Để thực hiện tốt mục tiêu đã đề ra để tiến lên công nghiệp hóa hiện đạihóa đất nước trong thời gian ngắn nhất nhà nước ta đang thúc đẩy phát triển một sôngành như công nghiệp thông tin, điện tử viễn thông, công nghệ chế tạo máy…

Trong đó ngành công nghệ chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong ngànhkinh tế quốc dân, cơ khí được ví như quả tim của ngành công nghiệp nặng và thực tếtrong những năm gần đây lien tục xuất hiện các khu công nghiệp vừa và nhỏ được xâydựng và mở rộng trên cả nước

Việc chế tạo ra một sản phẩm cơ khí có chất lượng cao và giá thành hạ có ýnghĩa rất quan trọng đối với mỗi quốc gia, mỗi vùng lãnh thổ, cũng như các công ty, xínghiệp Nó ảnh hưởng đến sự tồn tại và hung thịnh của các công ty, ở các nước pháttriển có nền công nghiệp tiên tiến họ đã tiến hành từ lâu còn ở nước ta hiện vẫn còn rấtmới mẽ

Trước yêu cầu đó, với nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chếtạo cơ khí mà em được giao nhiệm vụ là: “ Thiết kế chế tạo thực nghiệm mô hình giảmchấn 2 bậc tự do” Tức là , giải quyết một bài toán công nghệ để đưa ra phương án giacông tối ưu nhất

Đề tài nghiên cứu có tính chất tổng hợp cao, đòi hỏi phải có kiến thức và khảnăng tư duy, tìm tòi học hỏi mới đưa ra được đường lối công nghệ tối ưu và đúng đắnnhất.Trong thời gian làm đề tài được sự giúp đỡ tận tình của thầy cô bộ môn và đặcbiệt là TS Nguyễn Xuân Bảo là người trực tiếp hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tàinghiên đồ án tốt nghiệp

Do khả năng hiểu biết và kiến thức cũng như kinh nghiệm bản thân của chúng

e còn nhiều hạn chế do vậy không thể tránh khỏi các thiếu sót

Chúng em kính mong các thầy cô đóng góp ý kiến, nhận xét và tận tình chỉ bảo

để chúng em không bị lúng túng,bỡ ngỡ khi bắt tay vào công việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

GVHD:TS Nguyễn Xuân Bảo SVTH:Nguyễn Tấn Trị, Nguyễn Tấn Phát

CAM ĐOAN

Nhóm em xin được cam đoan Đề tài đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế thực nghiệm

mô hình giảm chấn 2 bậc tự do” được tiến hành minh bạch với sự nổ lực tìm hiểu, họchỏi thêm từ kiến thức thực tế và vận dụng kiến thức đã học để thiết kế máy Các kếtquả nêu trong đồ án là trung thực, đảm bảo độ chuẩn xác cao nhất có thể, các tài liệutham khảo có trích dẫn có xuất xứ rõ ràng Nhóm em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

về quá trình nghiên cứu thiết kế sản phẩm của mình

MỤC LỤC

Nhận xét của người hướng dẫn:

Nhận xét của người phản biện:

Tóm tắt:

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu i

i

Lời cam đoan ii

ii

Mục lục iii

GVHD:TS Nguyễn Xuân Bảo SVTH:Nguyễn Tấn Trị, Nguyễn Tấn Phát

iii

Danh sách các bảng, hình vẽ v

Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắt vi

Trang MỞ ĐẦU 1

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 2

1.1 Cấu tạo và chức năng của hệ thống giảm chân 2

1.1.1 Cấu tạo 2

1.1.2 Chức năng của hệ thống giảm chấn 3

1.1.3 Các yếu tố đánh giá chất lượng hệ thống giảm chấn 4

1.2 Phân loại hệ thống giảm chấn 5

1.3 Đặc trương 5

1.4 Kết luận chương 1 5

Chương 2 Mô hình của hệ thống giảm chấn 11

2.1 Xây dựng mô hình hệ thống giảm chấn 11

2.1.1 Mô hình ¼ xe 11

2.1.2 Lựa chọn mô hình hệ thống giảm chấn 13

GVHD:TS Nguyễn Xuân Bảo SVTH:Nguyễn Tấn Trị, Nguyễn Tấn Phát

2.2 Sơ đồ động 14

Chương 3 Thiết kế mô hình hệ thống giảm chấn 2 bậc tự do 15

3.1 Khái quát 15

3.2 Nguyên lý hoạt độn 17

3.3 Khảo sát rung trên mô hình 17

3.4 Kết cấu sơ bộ 19

3.5 Tính toán đối trọng 21

3.7 Tính toán bộ truyền cam 25

Chương 4 Phân tích tác dụng và kiểm tra độ bền của lò xo 26

4.1 Giới thiệu chung 26

4.2 Áp dụng tính toán độ cứng và kiểm tra độ bền cho loxo 28

Chương 5 Thiết kế quy trình cồng nghệ gia công gối đỡ 30

GVHD:TS Nguyễn Xuân Bảo SVTH:Nguyễn Tấn Trị, Nguyễn Tấn Phát

vii

5.1Phân tích điều kiện làm việc của sản xuât 30

5.2 Định dạng sản xuất 33

5.3 Thiết kế qui trình gia công chi tiết 35

KẾT LUẬN 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

BẢNG 1 PHÂN LOẠI GIẢM CHẤN

BẢNG 2 MỐI QUAN HỆ CỦA S VÀ S’

BẢNG 3 CỠ TIÊU CHUẨN CỦA DÂY LÒ XO

BẢNG 4 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA GANG XÁM

BẢNG 5 BẢNG TÍNH LƯỢNG DƯ

HÌNH 1.1 MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG GIẢM CHẤN ĐIỂN HÌNH

HÌNH 1.2 MINH HỌA SỰ DAO ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GIẢM CHẤN VỚI TÁCDỤNG CỦA XGT

HÌNH 1.3 CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG KHI THAY ĐỔI KS VÀ BS

HÌNH 1.4 ĐÁP ỨNG TẦN CỦA HỆ KHI THAY ĐỔI HỆ THỐNG CĂN DỊU

HÌNH 1.5 XẤP XỈ MẬT ĐỖ XÁC SUẤT FDY CỦA 1 LOẠI ĐƯỜNG

HÌNH 3.2 KẾT CẤU CỦA ĐỐI TƯỢNG

HÌNH 5.1 BẢN VẼ CHI TIẾT GỐI ĐỠ

HÌNH 5.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CỦA NGUYÊN CÔNG PHAY RÃNH

GVHD:TS Nguyễn Xuân Bảo SVTH:Nguyễn Tấn Trị, Nguyễn Tấn Phát

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:

m s: khung xe , sàn xe, khối lượng hành khách hoặc hang hóa trên xe

m us: lốp xe, bánh xe, phanh và các cơ cấu gắn với bánh xe

x g (t ):tác dụng dao động của hệ thống giảm chấn

MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài.

Ngày nay hệ thống giảm chấn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như xây dựng nhà, xây dựng cầu đường và đặc biệt trong sản xuất công nghiệp phương tiện giao thông vận tải ( oto, xe máy , tàu hỏa ) Mục đích của giảm chấn là dập tắt nhanh dao động để hệ thống làm việc không phụ thuộc lực tác động từ bên ngoài nhằm duy trì trạng thái cân bằng cho hệ thống Để thuận tiện cho việc tìm hiểu và nghiên cứu về hệ thống giảm chấn (giảm chấn trên phương tiện giao thông) nên đồ án này sẽ thực hiện việc nghiên cứu và thiết kế hệ thống bàn rung giảm chấn 2 bậc tự do.

2.Mục tiêu nghiên cứu

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Cấu tạo và chức năng của hệ thống giảm chấn.

1.1.1Cấu tạo.

Ngày nay hệ thống giảm chấn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như xây dựng nhà,xây dựng cầu đường và đặc biệt trong ngành công nghiệp sản xuất phương tiện giaothông vận tải (phạm vi nghiên cứu của đồ án liên quan đến giảm chấn của phương tiệngiao thông vận tải) Cấu tạo của hệ thống giảm chấn thường được gọi là hệ thống treođược minh họa như hình 1.1 Trong đó bao gồm khối treo (suspension mass) có khốilượng mus ( đặc trung cho lốp xe , bánh xe, phanh, và các khối lượng của bánh xe) , khốithân trên (body mass) có khối lượng ms đặc trưng cho khối lượng khung xe ( gồm khách

và hàng hóa) Hệ thống treo dùng để nối 2 thành phần thân trên và khối treo được tạo bởi

1 lò xo mắc song song với khối cản dịu

Hình 1.1 Mô hình của hệ thống giảm chấn điển hình

Trong hình trên xg biểu diễn cho các tác động gây dao động từ bên ngoài vào hệthống ( tác động từ mặt đường) không biết trước với 1 dải tần số xác định , tác động nàytruyển đến cho khối treo thông qua lốp xe đặc trưng bởi 1 phần tử có đặc tính lò xo kt vàkhối cản dịu bt Khi bị tác động , khối treo sẽ dao động , mức độ dao động này đượcđánh giá thông qua xus , dao động xus tiếp tác động lên khối thân trên thông qua cặp phần

tử có đặc tính lò xo ks và khối cản dịu có đặc tính bs Mức độ dao động của khối thân trênđược biểu thị bằng xs Với hệ giảm chấn thụ động các hệ số về độ cứng của lò xo và hệ

số cản dịu được lựa chọn theo chỉ tiêu chất lượng cho trước và không điều chỉnh đượctrong quá trình hoạt động

1.1.2 Chức năng của hệ thống giảm chấn

Chức năng cơ bản của hệ thống giảm chấn là dập tắt dao động của khối thân trên

và nhanh chóng duy trì ổn định của hệ thống Hệ thống giảm chấn làm giảm ảnh hưởngcủa lực tác động ở bề mặt đường lên khối thân trên tạo cảm giác thoải mái khi đi xe Yêucầu của hệ thống giảm chấn là đòi hỏi phải có đặc tính nhanh chóng dập tắt dao động tuynhiên cũng cần đòi hỏi độ nhạy đối với nhưng dao động dù là nhỏ , trong thực tế bao giờ

2 đặc tính này cũng không thõa mãn đồng thời , nó chỉ đảm bảo 1 yếu tố cân nhắc nào đógiữa 2 yếu tố này

Hình 1.2 Minh họa sự dao dộng của hệ thống giảm chấn với tác dụng của xgt

Hình minh hoạ sự tác động của xg lên khối treo và khối thân trên với các số liệu:

ms = 256 kg, ks = 20200 N/m, bs = 1140 Ns/m, mus = 31 kg, kt = 128000 N/m và bt = 0[1] Ban đầu giả thiết tất cả xg, xs, xus đều bằng không, tại thời điểm 1 giây, xg thay đổidưới dạng xung vuông với biên độ 30 cm Kết quả là khối treo và khối thân trên daođộng Đến thời gian 3 giây xg hết tác động, xs và xus sẽ dao động thêm một khoảng thờigian nữa, 4 giây sau thì xs và xus về 0 Trong khoảng thời gian từ 1-5 giây khối trân trên

và khối treo dao động với tần số lớn, điều này gây ra cảm giác khó chịu cho người đi xe.Khoảng thời gian của hệ giảm chấn hết dao động trở về vị trí ban đầu (cân bằng) này phụthuộc vào các hệ số kt, bt, ks , bs khối lượng khối treo cũng như khối lượng khối thântrên, biên độ và tần số của xg Các chỉ số kt, bt đặc trưng cho tham số của lốp, thường thayđổi trong phạm vi hẹp nên với hệ có ms và mus xác định thì thời gian dao động của hệ chủyếu phụ thuộc vào các hệ số ks, bs Để giảm nhỏ khoảng thời gian này cũng như biên độdao động xs, ta cần phải tính toán, lựa chọn cặp hệ số của lò xo và cơ cấu cản dịu (ks, bs)phù hợp Khi độ cứng của các phần tử lò xo tăng lên thì dạng dao động của xs và xus sẽcàng gần với dạng dao động của xg, chất lượng của hệ thống giảm chấn càng giảm Nếu

độ cứng của các phần tử lò xo càng giảm thì thời gian dao động sẽ tăng lên, chất lượnggiảm chấn cũng sẽ giảm Khối lượng của các khối treo và khối thân trên cũng ảnh hưởngrất nhiều đến dạng dao động của xs và xus, khi khối lượng tăng lên cả hệ thống sẽ dần trởthành một khâu cứng, khi khối lượng giảm thì cả hệ thống sẽ trở thành một khâu daođộng v.v.

Đối với một hệ thống giảm chấn lý tưởng, người ta mong muốn với bất kỳ tácđộng nào của xg, tác động này sẽ được dập tắt qua hệ thống lò xo và cơ cấu cản dịu để xs

luôn luôn bằng không (kể cả vận tốc và gia tốc), tức là không chịu tác động của xg

1.1.3 Các yếu tố đánh giá chất lượng hệ thống giảm chấn

Một biện pháp đo lường đơn giản để đánh giá mức độ thoải mái khi đi xe là gia tốcvuông góc với khung xe x , nếu gia tốc thấp sẽ mang lại cảm giác thoải mái khi đi

xe Để tạo ra sự an toàn lốp xe phải có khả năng di chuyển lực dọc , ngang giữa xe vàđường , điều đó tạo được khi nếu bánh xe có lực tải Fdyn , lực này bị giới hạn tức là đểbánh xe vẫn tiếp xúc mặt đường Điều này có thể đạt được trong điểu kiện ràng buộc giátrị x và Fdyn

Hình 1.3 mô tả mối quan hệ ch tiêu độ thoải mái và chỉ tiêu an toàn của các hệ

thống giảm chấn thụ động khác nhau với sự thay đổi các hệ số ks, bs ở trên Kết quả thu

được từ mô phỏng hệ giảm chấn với kích thích là các loại đường mẫu và các giá trị của

x và Fdyn Cả hai đại lượng này càng thấp càng tạo cảm giác thoải mái và an toàn khi

Hình 1.3 chất lượng của hệ thống khi thay đổi ks và bs

Hệ thống giảm chấn bán tích cực có thể điều chỉnh hệ số cản dịu do đó cải thiện được cảm giác đi xe và độ an toàn của hệ thống Trong hình vẽ mô tả sự biến thiên của độ cứng lò xo và hệ số cản dịu, tức là ngay cả khi độ cứng của lò xo được điều chỉnh giảm xuống thì các nhà thiết kế phải lựa chọn để tạo sự thoải

mái đi xe hoặc an toàn, điều đó dẫn tới định hướng tăng yếu tố này thì yếu tố kia bị giảm.

Hình 1.3 cho thấy, đi xe thoải mái và an toàn là yếu tố quan trọng có thể nâng caođược bởi hệ thống giảm chấn cơ điện tử (nếu hoạt động hoàn toàn tích cực) Hệ thốnggiảm chấn tích cực cho phép tạo ra hệ thống giảm chấn có độ an toàn và độ thoải máihơn hẳn so với hệ giảm chán thụ động và hệ giảm chấn bán tích cực Trong đó, hệ giảmchấn tích cực bao gồm thiết bị truyền động với tần số cao đủ để chủ động giảm giao độnggiữa khung gầm và bánh xe Để có thể điều chỉnh hoàn toàn chủ động (đường mầu xám)thì đi kèm theo nó phải cần bộ điều khiển trên hệ giảm chấn hoàn toàn chủ động

Điều quan trọng nhất của hệ thống giảm chấn tích cực đạt được là tạo ra sự thay đổilinh động của lực tác động Nếu không tạo ra được điều này, ví dụ như nếu bộ điều khiểnkhông hoạt động linh hoạt theo thời gian thì việc điều chỉnh của hệ thống giảm chấn cóthể không mang lại kết quả tối ưu khi đi xe Khả năng đáp ứng yêu cầu cao của hệ thốnggiảm chấn không thể đạt được nếu chỉ thiết kế bộ điều khiển với một số loại đường chotrước Do đó, cần áp dụng các bộ điều khiển thích nghi theo sự thay đổi không biết trước

từ mặt đường (cái tạo ra xg(t))

Vậy tóm lại, yếu tố đánh giá chất lượng của hệ thống giảm chấn thệ hiện bằng chỉtiêu độ thoải mái khi đi xe và chỉ tiêu độ an toàn khi đi xe

a Độ thoải mái khi đi xe.

Để tạo sự thoải mái khi đi xe là hạn chế lực vuông góc với khung xe Một hệ thốnggiảm chấn tạo cảm giác thoải mái khi đi xe sẽ cách ly khối khung gầm khi có những rungđộng gây ra bởi đường hay động năng của xe Như vậy, trong điều kiện rung động thẳngđứng, độ thoải mái khi đi xe có thể định lượng bởi gia tốc của khung xe Tuy nhiên, conngười nhạy cảm với các tần số dao động kích thích cơ học theo hướng dọc (4 - 8Hz), nêncác tần số này cần được đưa vào tính toán Thực tế này được xem xét trong việc thiết kếcác hệ thống giảm chấn, lựa chọn độ cứng của lò xo, hệ số cản dịu, lốp sao cho tần số daođộng nằm giữa tần số dao động tự nhiên của lò xo và khối treo, qua đó nâng cao được tácdụng cách ly Tuy nhiên, đáp ứng tần số phụ thuộc vào hệ số cản dịu, nếu cơ cấu cản dịu

có hệ số cản dịu thấp sẽ dẫn đến cách ly tốt giữa khung và gầm xe, tăng độ thoải mái khi

đi xe nhưng tăng đỉnh cộng hưởng Vì vậy, độ an toàn khi đi xe giảm đi

Tần Số:[Hz]

Hình 1 4 Đáp ứng tần của hệ khi thay đổi hệ số cản dịu [1]

b. Độ an toàn khi đi xe.

Để đi xe an toàn thì các tác động lái của người lái phải được truyền xuống đườngtheo chiều dọc qua lốp xe và mặt đường Đây là yêu cầu quan trọng để người lái xe có thểđiều khiển được khi lái Một tiêu chí để đáp ứng yêu cầu về an toàn là tải trọng của bánh

xe động không được vượt quá tải trọng của bánh xe tĩnh, điều này có thể đạt được nếuđiều kiện bánh xe động được giới hạn Để xây dựng điều kiện ràng buộc, giả định sựnhấp nhô của bề mặt đường ngẫu nhiên và bánh xe có tải động Fdny có mật độ xác suấtGausian Một ràng buộc về Fdny có thể được xây dựng bằng cách sử dụng độ lệch chuẩntrong một khoảng thời gian T

Khi giá trị trung bình tải động của bánh xe bằng không , giữ Fdyn = Fdynms để quytắc 3 đảm bảo 1 phân bố ngẫu nhiên trung bình vẫn nằm trong giới hạn +-Fstar xấp xỉ99,7 % trong 1 chu kì T

Vì vậy điều kiện ràng buộc về giá trị trung bình tải động của bánh xe là bánh

xe không vượt quá 1/3 giá trị tải tĩnh

(1.2)

Với Fstat = g(ms+mus) là tải trọng của bánh xe tĩnh, g = 9.81m/s2 là gia tốc trọngtrường Trong hình 1.6, mật độ xác suất Gausian của một tải bánh xe động của hệ giảmchấn thụ động khi đi trên 1 đoạn đường cụ thể với vận tốc 50km/h , tải trọng động củabánh xe động là 1 chỉ tiêu rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến ma sát giữa xe với mặtđất

Tải trọng động Fdyn

(N)

Hình 1.5 Xấp xỉ mật độ xác suất Fdyn của một loại đường [1]

1.2 Phân loại hệ giảm chấn.

Mô hình nghiên cứu về hệ thống giảm chấn gồm ba loại sau:

Mô hình đầy đủ (Full-car) có tính toán động lực của một chiếc xe hoàn chỉnh

Mô hình 1/2 (Half-car) phân tích chuyển động lên xuống và chuyển động quay vớihình thức đơn giảng

Mô hình 1/4 (A Quarter-vehicle) chỉ mô tả chuyển động của phần khối lượng tươngđương tác động lên một bánh xe

Nếu chuyển động của bốn bánh xe được coi là tách riêng, thì mô hình 1/4 là một môhình phù hợp để nghiên cứu trong phạm vi tần số dao động từ 0 – 25Hz

Hình 1.6 mô tả mô hình 1/4 cho ba loại giảm chấn khác nhau: Hệ thống thụ động, hệthống bán tích cực (ở giữa) và hệ thống tích cực Trong hệ thống bán tích cực, phần tửcản dịu (damping) bs = bs(t) có thể điều chỉnh được Trong hệ thống giảm chấn tích cực,lực giảm chấn Fe(t) có thể được thay đổi bằng cơ cấu chấp hành giữa khối treo và khốithân trên Để tìm hiểu những tác động theo chiều dọc của hệ thống và đánh giá tác độngđiều khiển thì mô hình 1/4 thích hợp do cấu trúc đơn giản và có thể mô phỏng các thànhphần phi tuyến của hệ thống

Khối thân trên

m s

m

u s

Hệ thống giảm chấn tích cực được phân loại theo thiết bị truyền động bao gồm: tần

số hệ truyền động, loại năng lượng thiết bị truyền động sử dụng và phạm vi điều khiển.Theo đó, hệ thống giảm chấn tích cực được chia thành:

Hệ thống điều khiển tự động theo mức: Hệ thống được thiết lập để giữ khoảng cáchgiữa khung và đường với khoảng cách cố định tuỳ theo trọng tải của xe Hệ thống này sửdụng đệm không khí và máy nén khí Do vậy, tạo ra sự mềm mại và thoải mái theo cácthiết lập phụ thuộc vào tải trọng của xe Nhu cầu năng lượng của loại này khoảng 100 –200W

Hệ thống giảm chấn thích nghi: Hệ thống này có thể thay đổi chậm các đặc tính của

lò xo và cơ cấu cản dịu theo vận tốc của xe để hạ trọng tâm của xe, đảm bảo bám đườnghơn Nhu cầu năng lượng phụ thuộc chủ yếu vào năng lượng cần thiết cho việc thay đổi

độ cứng của lò xo

Hệ thống giảm chấn bán tích cực: Hệ thống này có khả năng điều chỉnh nhanhchóng hệ số cản dịu hoặc độ cứng của lò xo Một thuộc tính của hệ thống này là các lựcsinh ra bởi hệ thống điều khiển phụ thuộc vào hướng của các chuyển động thành phần Mức tiêu hao năng lượng khoãng 20-40 W Tần số hoạt động của hệ có thể đạt 40Hz.

Hệ thống giảm chấn tích cực chậm: Đây là một loại hệ thống giảm chấn tích cực sửdụng cơ cấu chấp hành bổ sung (ví dụ động cơ điện tuyến tính hoặc xi lanh thủy lực)được tích hợp vào hệ thống và có thể tạo ra lực độc lập không phụ thuộc vào chuyểnđộng tương đối của khung và bánh xe Tần số hoặt động của hệ thống này khoảng 5Hz

Hệ thống này thường được tích hợp trong cơ cấu cản dịu và có xu hướng tăng thêm nếutần số vượt quá giới hạn Nhu cầu năng lượng của hệ trong phạm vi 1 – 5kW

Hệ thống giảm chấn tích cực chậm: Đây là một loại hệ thống giảm chấn tích cực sửdụng cơ cấu chấp hành bổ sung (ví dụ động cơ điện tuyến tính hoặc xi lanh thủy lực)được tích hợp vào hệ thống và có thể tạo ra lực độc lập không phụ thuộc vào chuyểnđộng tương đối của khung và bánh xe Tần số hoặt động của hệ thống này khoảng 5Hz

Hệ thống này thường được tích hợp trong cơ cấu cản dịu và có xu hướng tăng thêm nếutần số vượt quá giới hạn Nhu cầu năng lượng của hệ trong phạm vi 1 – 5kW

Hệ thống giảm chấn hoàn toàn chủ động (hệ hoạt động với tần số cao): Trong hệnày, cơ cấu cản dịu được thay thế hoặc bổ sung bằng một cơ cấu chấp hành với tần số20Hz hoặc cao hơn Cơ cấu này được tích hợp song song với việc điều chỉnh hệ số cảndịu Hạn chế chính của hệ thống này là nhu cầu năng lượng cao khoảng 4 -20kW Tuynhiên ưu điểm của hệ là có thể điều khiển linh hoạt về chiều và lực giảm chấn, do đó cóthể nâng cao độ thoải mái và độ an toàn khi đi xe (theo 1.1.3)

Các hệ thống giảm chấn tích cực được phân loại như bảng 1

Bảng 1 Phân loại loại giảm chấnTóm lại có thể thấy sự mâu thuẫn giữa chất lượng hệ thống giảm chấn và nhu cầu nănglượng của cơ cấu chấp hành Với hệ không cần thời gian đáp ứng nhanh, khối lượng lớnthường áp dụng hệ giảm chấn điều khiển tự động theo mức Ngược lại, hệ cần chất lượngcao, thời gian dập tắt dao động nhanh thì hệ giảm chấn phải phản ứng nhanh với lực từ

1.3 Cấu tạo và chức năng của hệ thống giảm chấn.

` Chiếc xe chịu rung động từ nhiều nguồn khác nhau Bản thân xe tạo ra rung động một cách thường xuyên (ví dụ các động cơ hoạt động hoặc các khối không cân bằng) và độ nhấp nhô của mặt đường tạo ra rung động ngẫu nhiên thêm vào Cường độ rung động ngẫu nhiên này tạo nên phụ thuộc vào chất lượng đường và vận tốc xe Vì vậy, khi thiết kế bất kỳ hệ giảm chấn nào cũng phải xét đến các đặc

tính của tín hiệu kích thích xg này Khảo sát đặc trưng của hệ giảm chấn với hai loại kích thích xg dạng xung vuông và tín hiệu ngẫu nhiên Ta có thể thấy phổ tần

số tương ứng của nó như hình 1.7

Hình 1.7 Tín hiệu kích thích từ đương và phân tích phổ tần của nó

1.4 Kết luận.

Tìm hiểu được khái niệm về hệ thống giảm chấn (hệ thống treo ¼ ô tô) , chứcnăng nhiệm vụ của hệ thống giảm chấn, phân loại hệ thống giảm chấn và ưu nhược điểmcủa từng loại

Tìm hiểu được một số giảm chấn trong loại giảm chấn tích cực, hiểu được cấu tạo vànguyên lý làm việc của từng bộ giảm chấn, cách thay đổi hệ số cản (c) để thay đổi lựcgiảm chấn tạo độ êm dịu và độ an toàn cho xe Từ đó để có thể đưa ra các phương phápđiều khiển hệ thống treo hợp lý và tối ưu

Chương 2: MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG GIẢM CHẤN

2.1.Xây dựng mô hình hệ thống giảm chấn

2.1.1.Mô hình ¼ xe.

Mô hình thụ động (passive)

Mô hình:

Hình 2.1: Mô hình ¼ xe thụ động Các ký hiệu trên mô hình:

ms - khối lượng phần được treo (sprung mass);

mu - khối lượng phần không được treo (unsprung mass);

ks - độ cứng lò xo trên bộ giảm chấn;

kt - độ cứng giả thiết của lốp xe; C - hệ số bộ giảm chấn;

Zs - độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng của ms;

Zu - độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng của mu;

Zr - độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng của bánh xe so với mặt đường:

Phương trình vi phân của hệ :

2.2.Lựa chọn mô hinh thiết kế hệ thống giảm chấn

Mục đích của hệ thống giảm chấn là dập tắt nhanh chóng dao động của hệ thốngthân trên và duy trì tính ổn định của hệ thống Mà hiện nay trên các phương tiện thường

sử dụng mô hình giảm chấn thụ động, và thuận tiện cho việc nghiên cứu chế tạo nênnhóm chúng em chọn mô hình giảm chấn thụ động thiêt kế mô hình giảm chấn 2 bâc tựdo

2.2 Sơ đồ động:

Chương3:THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THÓNG RUNG

3.1.Khái quát

Trong các ví dụ điển hình về lực rung trên xe, có các loại sau: Dao động của áp suấtcháy hoặc mômen trong động cơ, các lốp không cân bằng, đường gồ ghề, sự không cân bằnghoặc góc nối ở trục các đăng, sự ăn khớp của các bánh răng trong hộp số hoặc bộ vi sai, và cácdao động của lực ma sát trong li hợp hoặc các phanh Nếu có thể giảm hết mọi nguyên nhânnày, thì rung động và tiếng ồn sẽ không xuất hiện Tuy nhiên, không thể khử hết một số trongnhững nguyên nhân này như áp suất cháy trong động cơ, hoặc lực ở bên ngoài từ mặt đường

gồ ghề Sau đây là phần trình bày về cơ chế tạo ra các lực rung điển hình trong các xe và xephản ứng với chúng như thế nào

Lực rung do áp suất cháy gây ra dao động mômen ở trục khuỷu, được truyền đến hệthống truyền lực Nó cũng tác động lên thân máy như là một phản lực và làm cho động cơ bịrung áp suất cháy dao động ít hơn khi số vòng quay của động cơ cao và khi động cơ có số xilanh nhiều hơn Dao động mômen trở nên lớn hơn khi góc mở của bướm ga lớn (khi tải trọngcủa động cơ lớn, vì áp suất cháy tăng lên) Do cấu tạo của động cơ, không thể tránh được daođộng mômen Nếu nguyên nhân rung động và tiếng ồn là sự dao động mômen, thì việc khắcphục rất khó

3.2.Nguyên lí hoạt động

Động cơ quay truyền chuyển động qua cơ cấu cam quay, cam quay chạm vào vòng biđược gắn trên cố định trên tấm nhôm thứ nhất theo 1 quy luật nhất định nâng tấm thứ nhất lên(gây ra các dao động) Thông qua các lò xo gắn trên các thanh trượt nên các dao động giảmdần qua các tấm nhôm

3.3.Khảo sát rung trên mô hình

Trên thực, tế nếu một hệ không được cách ly hoặc lọc nhiễu tốt, các tần số nhiễu sẽ xuấthiện trong tín hiệu đo Chính vì vậy, việc loại bỏ các rung động gây nhiễu này có ý nghĩa quantrọng Ngoài các yếu tố về rung động hệ thống còn có ảnh hưởng rất nhiều bởi các yếu tố nhưnhiễu của môi trường, tiếng ồn, và nhiệt độ Trên cơ sở đó, việc xử lý để phân tách được tínhiệu đo là rất khó khăn Thông thường đối với các hệ hoạt động này được đánh giá bởi tỷ sốnhiễu trên tín hiệu (Signal to Noise Ratio-SNR) Nếu tỷ số này càng nhỏ cho thấy mức độ ảnh

hưởng của nhiễu rất ít Với hệ thống này, ngoài việc tách bỏ các nhiễu do môi trường, một loạinhiễu quan trọng đó là các lực kích động từ việc tác động của rung động xung quanh như ảnhhưởng bởi xe cộ máy móc xung quanh thiết bị Chính vì vậy, giải pháp cách ly dao động bằng

lò xo sợi được ứng dụng cho hệ thống này Hệ thống được phân tách cách ly 2 cấp như hình 3.Như sơ đồ bố trí của hệ giảm chấnđặt tĩnh do đó bỏ qua tác động theo hai phương trong mặtphẳng ngang, chỉ còn lại các lực tác động theo phương thẳng đứng

Hình 3.1: Mô hình 3d vẽ bằng inventor

GVHD:TS Nguyễn Xuân Bảo SVTH:Nguyễn Tấn Trị, Nguyễn Tấn Phát 17

Chọn ổ đỡ theo tiêu chuẩn có đường kính trong 13 (2 ổ đỡ )

Hình 3.3 Gối ĐỡChọn motor:

Hình 3.4: Bản vẻ chân đế

Cấu tạo máy.

1 giá đỡ máy

2 động cơ

GVHD:TS Nguyễn Xuân Bảo SVTH:Nguyễn Tấn Trị, Nguyễn Tấn Phát 21