C Z f t G K Z t O 1 2 3 Mục lục Mở đầu 2 Chương 1: Tổng quan 4 1.1 Đặt vấn đề 4 1.2 Ảnh hưởng của dao động ôtô tới con người 9 1.3 Dao động của ôtô – Các thông số và chỉ tiêu đánh giá 15 Chương 2: Thiết kế chế tạo thiết bị 25 2.1 Mục đích thiết kế 25 2.2 Cơ sở thiết kế 25 2.3 Lựa chọn phương án thiết kế 27 2.4 Tính toán thiết kế thiết bị 30 2.5 Lắp đặt thiết bị 47 2.6 Thao tác vận hành 55 2.7 Bảo dưỡng và hiệu chuẩn 55 Chương 3: Thí nghiệm 57 3.1. Cơ sở lý thuyết đo giá trị dao động tới hạn – eVDV 57 3.2. Các thiết bị thí nghiệm đo eVDV 63 3.3. Quy trình thí nghiệm 68 Kết luận 74 Tài liệu tham khảo 75 Bản vẽ Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45 11 1 Mở đầu Ôtô là một trong những phương tiện giao thông quan trọng, chiếm tỷ trọng cao trong các ngành kinh tế vận tải như vận tải hành khách, vận tải hàng hoá và không thể thiếu được trong đời sống con người. Ở các nước công nghiệp trên thế giới, ôtô là ngành kinh tế mũi nhọn. Cùng với sự tăng trưởng về kinh tế nói chung, ngành công nghiệp ôtô ở nước ta đã và đang được sự quan tâm của các cấp, các ngành và của toàn xã hội. Ngày nay, khi mạng lưới giao thông đường bộ rộng lớn, bên cạnh việc quan tâm phát triển số lượng và chủng loại ôtô cho phù hợp với nhu cầu vận tải thì sự ảnh hưởng dao động của ôtô tới con người được đặc biệt quan tâm và nghiên cứu bởi nó quyết định đến tiêu chí mà người ta mong muốn hướng tới đó là chất lượng cũng như độ tiện nghi, độ êm dịu chuyển động của ôtô. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ôtô tới con người trước hết người ta nghiên cứu lý thuyết dao động ôtô, sau đó bằng thực nghiệm xác định các ra các mức giới hạn ảnh hưởng đến sức khoẻ và cảm giác êm dịu của con người khi ngồi trên ôtô. Các phép đo này được thực hiện chủ yếu theo mô hình ôtô chuyển động trên đường, nơi mà do tác động của nhiều yếu tố như biên dạng đường thử, độ ổn định dao động của ôtô, điều kiện ngoại cảnh sẽ ảnh hưởng đến ngưỡng cảm nhận của người tham gia thử nghiệm. Như vậy cần thiết phải có một thiết bị tạo ra một nguồn dao động ổn định để có thể thử nghiệm với nhiều người ngay trong phòng thí nghiệm. Qua thời gian thực tập nghiên cứu tài liệu tại Trung tâm thử nghiệm xe cơ giới - Cục Đăng Kiểm Việt Nam, để hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình em đã chọn đề tài: Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45 22 2 Thiết kế, chế tạo thiết bị mô phỏng dao động theo phương thẳng đứng của ôtô Nội dung của đồ án gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Thiết kế chế tạo thiết bị. Chương 3: Thí nghiệm. Để hoàn thành đồ án này em đã nhận được sự hướng dẫn rất tận tình của Th.s Đặng Việt Hà - Giám đốc trung tâm thử nghiệm xe cơ giới cùng với các anh chị cán bộ - kỹ sư trong trung tâm. Em gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc! Em rất cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Văn Bang cùng các thầy cô giáo trong bộ môn đã nhiệt tình hướng dẫn, tạo điều kiện và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Trong quá trình làm đồ án, mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do đề tài này có liên quan rất nhiều tới những kiến thức khá là mới mẻ mà lần đầu tiên em được tiếp xúc, mặt khác thời gian nghiên cứu chưa dài và trình độ bản thân có hạn nên đồ án tốt nghiệp của em chắc chắn có rất nhiều thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo đóng góp của các thầy cô giáo trong bộ môn và các cán bộ trong trung tâm. Hà nội, ngày 17 tháng 5 năm 2009 Sinh viên Đoàn Trung Du CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề. 1.1.1. Quan hệ đường – ô tô – con người. Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45 33 3 Ôtô là một hệ thống nằm trong mối quan hệ chặt chẽ với đường có biên dạng phức tạp. Mặt khác, dao động của ôtô ảnh hưởng tới con người (lái xe và hành khách) và ảnh hưởng tới sự đảm bảo của hàng hoá chuyên chở. Đồng thời con người cũng có ảnh hưởng tới dao động của ôtô. Mối quan hệ đó được thể hiện trên hình 1.1. Trong hình, các mối liên hệ chủ yếu được vẽ bằng các đường liền. Đường Hệ thống lái Con người Động cơ HHTL,HT Phanh Hệ thống treo Thân xe Lực khí động Hình 1.1: Sơ đồ chức năng hệ thống “Đường –Ô tô –Con người" Ngày nay việc nghiên cứu dao động của ôtô cũng đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể. Dao động ôtô được nghiên cứu trong tổng thể của hệ thống “Đường - ôtô - con người”. Như vậy sẽ tạo điều kiện gần đúng với điều kiện thực tế nhưng đòi hỏi phải quan tâm đến biên dạng thực tế của đường và tính chất của các cơ quan trên cơ thể con người chịu tác động. Vì vậy nghiên cứu hệ thống “đường - ôtô - con người” về mặt lôgic phân thành 3 hướng: Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường, nghiên cứu dao động của ôtô, nghiên cứu cảm giác của con người và sự an toàn của hàng hoá chuyên chở. Hướng nghiên cứu thứ nhất, nghiên cứu về biên dạng mặt đường cả bằng thực nghiệm và bằng lý thuyết nhằm xác định quy luật kích thích dao động ô tô. Bằng các phương pháp đo ghi biên dạng đường khác nhau, tiến hành xử lý các kết quả nhận được nhờ xác xuất thống kê. Khi chuyển động, ôtô dao động cưỡng bức với nguồn kích thích là mấp mô mặt đường. Mấp mô của mặt Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45 44 4 đường thường là ngẫu nhiên, để mô tả được người ta dùng các phương pháp toán học đặc trưng thống kê gồm: kì vọng toán học, phương sai.v.v Bằng các số liệu của đặc tính thống kê về biên dạng đuờng người ta xây dựng mô hình về biên dạng đuờng và nó là cơ sở cho các tính toán sau này. Hướng nghiên cứu thứ hai, nghiên cứu về dao động của ô tô với mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng, độ bền và độ tin cậy của ôtô… Vì vậy, nghiên cứu dao động của ôtô là xác lập mối quan hệ giữa dao động của ô tô với các chỉ tiêu chất lượng khai thác kể trên. Ôtô với các dạng khác nhau có những đặc điểm riêng của mình. Ví dụ: các thông số đặc trưng cho hệ thống treo của ôtô du lịch sẽ khác với ôtô vận tải, hoặc dao động của ôtô vận tải sẽ khác dao động của xe kéo (dạng sơmi rơ mooc) cùng chiều dài cơ sở… Vì vậy cần thiết phải đo đạc thu thập các số liệu của các thông số dao động của các loại ô tô khác nhau. Nói cách khác là cần biết qui luật phân bố của các thông số đặc trưng cho dao động của ôtô. Nghiên cứu lý thuyết dao động của ô tô hoặc các bộ phận của nó thường được tiến hành như sau: Thay thế ôtô bằng hệ dao động tương đương, sau đó tiến hành lập phương trình chuyển động của hệ trên cơ sở sử dụng các phương pháp cơ học giải tích như nguyên lý D’Amble, phương trình La-grăng. Các phương trình này được giải bằng phương pháp tích phân số trên máy tính. Từ đó có thể làm rõ ảnh hưởng của sự thay đổi các thông số của hệ (các hệ số của phương trình) đến dao động của ô tô. Trên cơ sở nghiên cứu như vậy, kết hợp với số liệu thử nghiệm và kinh nghiệm sử dụng tiến hành chuyển bài toán phân tích sang bài toán tối ưu các thông số của hệ khảo sát. Kinh nghiệm lớn trong quá trình chế tạo và thử nghiệm hệ thống treo chỉ ra rằng việc chọn các thông số của hệ thống treo không làm giảm dao động Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45 55 5 của ô tô đến giới hạn mong muốn. Cho nên người ta tiến hành sử dụng biện pháp điều chỉnh các thông số của hệ dao động, nghĩa là tiến hành liên hệ ngược và biến hệ dao động thành hệ tự động điều chỉnh. Việc áp dụng mô hình của hệ tự động điều chỉnh cho phép rút ngắn quá trình thiết kế chế tạo hệ dao động, nhất là khi thiết kế nhờ máy tính điện tử. Hiện nay việc nghiên cứu thực nghiệm dao động ô tô có ý nghĩa lớn, bởi vì khi tiến hành thử nghiệm cần giải quyết hàng loạt các vấn đề như: Bằng phương pháp nào kích thích cho ôtô dao động, đo ghi và xử lý gia công số liệu ra sao… Trong thực tế ôtô dao động tự nhiên do chuyển động trên đường không bằng phẳng. Khi thử nghiệm có thể tạo kích thích nhân tạo trên băng thử hoặc tạo ra các đoạn đường bằng phẳng nhưng các mấp mô nhân tạo. Ngày nay, với nền khoa học kỹ thuật phát triển đặc biệt là điện tử và công nghệ thông tin, việc ghi các số liệu thử nghiệm trở nên dễ dàng khi đưa vào máy tính, tiện lợi cho việc lưu trữ và xử lý thông tin. Dao động của ôtô bao gồm dải tần số rộng. Có thể phân ra dao động của khối lượng được treo ở tần số thấp và dao động của khối lượng không được treo ở tần số cao (rung động). Dao động của thân, vỏ xe và của bánh xe cũng có ít nhiều liên hệ với rung động và tiếng ồn của chúng. Các nguồn gây rung động là: Động cơ, hệ thống truyền lực, bánh xe, mặt đường… Tóm lại, nghiên cứu dao động của ôtô là quá trình xác định các thông số của hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử của chúng: Phần tử đàn hồi, phần tử giảm chấn, phần tử dẫn hướng. Hướng nghiên cứu thứ 3, đó là nghiên cứu cảm giác của con người (hành khách và lái xe) trên ôtô. Thường thì khi đi ôtô con người sẽ thấy mệt mỏi nhất là thần kinh. Vì vậy, cần thiết nghiên cứu sự mệt mỏi về thể xác, xác định các chỉ tiêu đánh giá cho từng nhóm người theo từng lứa tuổi khác nhau. Ngoài ra còn phải nghiên cứu sự phản ứng của các cơ quan hoặc bộ phận trên Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45 66 6 cơ thể con người liên quan tới việc điều khiển xe, từ đó tạo cơ sở cho công việc tuyển chọn lái xe ôtô. Hiện nay người ta đã tập trung vào hai hướng nghiên cứu (mô hình) con người: Lái xe điều khiển ô tô chuyển động trên đường bằng và con người chịu dao động. Việc nghiên cứu cả hai hướng trên cần được hoàn thiện vì dao động làm con người mỏi mệt, dẫn đến mất phản ứng linh hoạt và điều khiển mất chính xác, gây tai nạn giao thông. Việc nghiên cứu tình trạng của các cơ quan bộ phận con người khi chịu dao động tạo cơ sở cho việc nghiên cứu bệnh nghề nghiệp của các lái xe, việc chuyên chở bệnh nhân… Sơ đồ cấu trúc hệ thống “Đường – Ôtô – Con người” trong nghiên cứu dao động ôtô được thể hiện trên hình 1.2. Nghiên cứu thực nghiệm: - Kích thích dao động - Đo ghi dao động, gia công xử lý số liệu Nghiên cứu lý thuyết: - Hệ dao động tương đương và phương trình dao động; - Giải phương trình dao động trên máy tính; - Phân tích dao động; - Ảnh hưởng của các thông số; Nghiên cứu lý thuyết: - Đặc tính lý thuyết; - Biểu diễn toán học biên dạng. Bệnh nghề nghiệp của lái xe, khả năng chuyên chở bệnh nhân Rung động, tiếng ồn: - Nguồn phát tiếng ồn, rung động. Thiết kế hệ thống treo: - Thiết kế phần tử đàn hồi, giảm chấn, dẫn hướng Khả năng chịu đựng của lái xe - Chỉ tiêu đánh giá Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45 77 7 - Yêu cầu đối với lái xe Các cơ quan của con người khi chịu dao động Nghiên cứu thực nghiệm: - Đo ghi biên dạng đường; - Xử lý số liệu - Đặc tính thống kê - Ảnh hưởng của điều kiện sử dụng. Liên hệ với chất lượng khai thác: Độ êm dịu, chất lượng kéo, tính dẫn hướng, tính kinh tế, độ tin cậy Đặc điểm dao động ô tô khác nhau: ô tô con, ô tô tải, ô tô khách, ôtô nhiều trục, đoàn ôtô, ôtô chuyên dùng Bảo vệ: -Từ dao động - Từ rung động, tiếng ồn Mô hình hoá : - Lái xe - Hàng hoá chuyên chở - Hệ “đường- ôtô con người Đường (Nguồn kích thích) Ôtô (dao động) Con người (cảm giác) Hàng hoá (bảo quản) Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc hệ thống “Đường – Ôtô – Con người” trong nghiên cứu dao động ôtô Để có thể tạo ra một hệ thống dao động có chất lượng tốt cần phải nghiên cứu dao động của ôtô trong mối liên hệ tổng thể “đường – ô tô – con người”. Các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao chất lượng thiết kế chế tạo ô tô, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và năng suất vận chuyển của ôtô trong nền kinh tế quốc dân. 1.1.2. Lựa chọn đề tài tốt nghiệp và hướng nghiên cứu. Như vậy, qua phân tích ở trên, nghiên cứu hệ thống “đường – ôtô – con người” có 3 hướng. Trong đồ án tốt nghiệp của mình, em chọn đề tài: Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45 88 8 Thiết kế chế tạo thiết bị mô phỏng dao động theo phương thẳng đứng của ôtô. Thiết bị này được thiết kế và chế tạo nhằm phục vụ cho hướng nghiên cứu thứ 3, đó là nghiên cứu ảnh hưởng dao động của ô tô đối với sức khoẻ của người ngồi trên xe đặc biệt là người lái. Sau đây là những phân tích về ảnh hưởng của dao động ôtô tới con người, các thông số và chỉ tiêu chủ yếu đánh giá dao động của ôtô. Từ đó lựa chọn thông số đầu vào để thiết kế thiết bị tạo dao động phục vụ cho công tác thí nghiệm. 1.2. Ảnh hưởng của dao động ôtô tới con người. Những rung động cơ học của thân thể con người hay của những bộ phận riêng lẻ của con người là những tác động phức tạp và có thể gây nên hàng loạt những thay đổi trong cơ thể, trạng thái chức năng, khả năng làm việc, sức khoẻ. Tác động của sự rung động cơ học đến cơ thể phụ thuộc vào những nguyên nhân sau đây: Tần số rung động, cường độ rung động (biên độ), độ liên tục của tác động và phương hướng của nó. Những rung động, tác động liên tục thậm chí với cường độ vừa phải cũng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến cơ thể con người, nếu như tần số tác động không thuận lợi. Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45 99 9 Hình 1.3: Tần số dao động riêng đối với từng bộ phận của con người - Những rung động với tần số từ 3 đến 5 Hz gây nên phản ứng ở tuyến tiền đình và có thể gây nên rối loạn, liên quan đến sự dịch chuyển máu trong các mạch máu, có nghĩa là sự rối loạn mạch và triệu chứng say. - Khi rung động với tần số từ 5 đến 11 Hz thì có sự rối loạn gây nên bởi sự kích động của bộ phận tai trong và bởi sự rung động cộng hưỏng của toàn thân cũng như của một vài bộ phận của cơ thể (đầu, dạ dày, gan, ruột). - Những rung động của con người với tần số từ 11 đến 45 Hz có thể kéo theo sự rối loạn chức năng của hàng loạt cơ quan nội tạng (trong đó có cơ quan niệu quản), làm cho thị lực giảm liên quan tới nhãn cầu, gây buồn nôn và ù tai. Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45 1010 10 [...]... thụng s dao ng gm: tn s dao ng riờng; h s dp tt dao ng; dch chuyn v gia tc khi lng c treo 1.3.1 Ch tiờu v tn s dao ng ây l ch tiêu quan trng đánh giá dao động Tn s dao ng l s ln dao ng trong khong thi gian 1 giõy, n v l héc (Hz) V mt lý thuyt đi vi tô, các khối lợng đợc treo và không đợc treo có 6 bậc tự do trong không gian Dao động của tô dới tác dụng của nguồn kích thích là mặt đờng chủ yếu theo. .. tỏc ng, biờn dao ng ca ngi ngi (z), tn s dao ng (f) v thi gian tỏc ng (t) Biờn dao ng cng ln v thi gian dao ng cng lõu thỡ cng gõy cm giỏc khú chu i vi tn s dao ng thỡ con ngi c bit nhy cm vi tn s t 4 8 (Hz) - Qua phõn tớch cỏc ch tiờu ỏnh giỏ dao ng ca ụ tụ (Mc 1.3 Chng 1) ta thy ngoi cỏc thụng s c trng ca dao ng nh biờn , tn s dao ng thỡ da vo cm giỏc ca con ngi, ngi ta s dng mt ngun dao ng thng... u im ca phng phỏp to dao ng ny l n gin nhng khụng thay i c biờn dao ng v tn s ca dao ng mt cỏch riờng bit Nh vy to ra dao ng theo mt phng cú biờn dao ng v tn s cú th thay i mt cỏch riờng bit theo yờu cu, ta la chn thit b to dao ng cú nguyờn lý lm vic kiu tay quay thanh truyn, cú th bin i chuyn ng quay thnh chuyn ng tnh tin tun hon theo phng thng ng 29... t mt ng lờn xe v qua h thng treo gõy ra dao ng cho xe Mt khỏc gh ngi c bt lờn xe nờn ngi ngi cng dao ng theo Ngi ngi trong trng thỏi dao ng theo cỏc phng: phng tnh tin theo phng thng ng Z nguyờn nhõn ch yu do mp mụ mt ng, phng dc xe X do hin tng tng tc v phanh, phng ngang Y do mp mụ mt ng v hin tng lc ngang xe gõy ra; 3 hng quay quanh trc X, Y, Z Tng hp cỏc dao ng ny gõy ri lon cm giỏc, gõy khú chu... 1 Hỡnh 1.7: Mụ hỡnh xỏc nh tn c dao ng riờng Tỏc dng lc nộn vt khi v trớ cõn bng tnh mt on l Z vt dao ng Khi ú phng trỡnh vi phõn dao ng t do ca h trờn cú dng: Z + 2h Z + 2 Z = 0 Trong ú: h= = K 2m C m l h s cn ca h thng treo; l tn s ca dao ng riờng; Nghim ca phng trỡnh cú dng: Z = Z max e ht sin 0t Trong ú: Zmax - biờn dao ng cc i; t - thi gian dao ng; 0 - tn s dao ng t do khi cú cn; 0 = 2 ... nghiờn cu cm giỏc ca con ngi do vy phi to ra c dao ng cú di tn s cha di tn s nhy cm ca con ngi l t 4 8 Hz - Biờn dao ng: Theo cỏc phộp o v biờn ca ng thỡ di biờn cho phộp l 10 mm [3] Do vy biờn dao ng ca thit b cú th thay i c trong khong 10 mm Nh vy m bo cỏc iu kin nh trờn thỡ thit b c ch to phi m bo c cỏc yờu cu sau: Dao ng theo phng thng ng vi tn s dao ng t 1 (Hz) n 8 (Hz) Khong tn s ny l khong... (Hz) n 8 (Hz) Khong tn s ny l khong tn s nhy cm nht i vi con ngi Thit b cú th to ra dao ng cho vt th cú khi lng 150 (Kg) (tng ng vi 2 ngi) theo phng thng ng Biờn dao ng ca thit b cú th thay i t 0 n 15 (mm) 2.3.2 Phng phỏp to dao ng Cú nhiu phng phỏp to ra dao ng tun hon vi biờn v tn s theo yờu cu Mt phng phỏp to ra dao ng n gin ú l s dng mt ng c in t trờn giỏ trc quay ca ng c cú gn trng vt lch tõm... -Trong ú: = h K = 2 m.C - h s dp tt dao ng tng i; Nu trong h thng treo khụng cú lc cn ( = 0) thỡ: = 0 V: Z = ZmaxSint Z = Z max cos t Tc dao ng: Z = Z max 2 sin t Gia tc dao ng: Tc tng gia tc: Z = Z max 3 cos t Tn s dao ng k thut n (s dao ng trong 1 phỳt): n= 60 30 30 C = = T m Nh vy, trong trng hp dao ng t do khụng cú cn, tn s dao ng riờng ca khi lng c treo trờn 1 trc cú th... V(t) Vn tc dao ng; Con ngi cú th xem l mt h dao ng v cm giỏc ca con ngi ph thuc vo tn s dao ng, do ú ta cú th a vo h s hp th Ky cú tớnh n nh hng ca tn s lc kớch ng v hng tỏc dng ca nú Khi tỏc ng n thnh phn vi cỏc giỏ tr bỡnh phng trung bỡnh ca gia tc RMS( ai ) thỡ cụng sut dao ng cú th xỏc nh theo cụng thc: n K Nc = i =1 yi ( ).RMS (ai ) 2 u im ca ch tiờu ny cho phộp cng tỏc dng ca cỏc dao ng vi cỏc... dao ng vi cỏc tn s khỏc nhau theo cỏc phng khỏc nhau Vớ d: Gh ngi ca con ngi trờn xe chu dao ng vi bn thnh phn: Z RMS( ) Giỏ tr bỡnh phng trung bỡnh gia tc dao ng thng ng truyn qua chõn Zg RMS( ) Giỏ tr bỡnh phng trung bỡnh gia tc dao ng thng ng truyn qua gh ngi RMS( X ) - Giỏ tr bỡnh phng trung bỡnh gia tc theo phng dc Y RMS( ) - Giỏ tr bỡnh phng trung bỡnh gia tc theo phng ngang Cụng sut tng . độ tin cậy Đặc điểm dao động ô tô khác nhau: ô tô con, ô tô tải, ô tô khách, tô nhiều trục, đoàn tô, tô chuyên dùng Bảo vệ: -Từ dao động - Từ rung động, tiếng ồn Mô hình hoá : - Lái xe -. nghiệp của mình em đã chọn đề tài: Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45 22 2 Thiết kế, chế tạo thiết bị mô phỏng dao động theo phương thẳng đứng của tô Nội dung của đồ án. Ảnh hưởng của dao động tô tới con người 9 1.3 Dao động của tô – Các thông số và chỉ tiêu đánh giá 15 Chương 2: Thiết kế chế tạo thiết bị 25 2.1 Mục đích thiết kế 25 2.2 Cơ sở thiết kế 25 2.3