2. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 2
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, phương tiện giao thông đóng vai trò quan trọng trong đời sống
hằng ngày. Nó phục vụ nhu cầu đi lại của con người. Bên cạnh đó nó đóng góp
một phần vào sự phát triển của xã hội. Nhờ có các phương tiện giao thông mà
hàng hóa được vận chuyển dễ dàng hơn.
Xe máy là phương tiện giao thông phổ biến nhất ở nước ta. Để giảm lực tác
động lên xe và người điều khiển thì hệ thống giảm xóc đóng một vai trò hết sức
quan trọng. Nhận thấy tính cần thiết của hệ thống giảm xóc nên đề tài thiết kế hệ
thống giảm xóc được đề xuất trong học phần “ đề án thiết kế”. Đây là một trong
những đề án sinh viên ngành Kỹ Thuật Cơ Khí phải thực hiện trong chương
trình đào tạo. Nhằm giúp sinh viên làm quen với công việc của một kỹ sư thiết
kế cơ khí. Để hiểu rõ các công việc, phương pháp tiếp cận và thiết kế một thiết
bị trong thực tế.
Với sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thày Th.s Nguyễn Hoàng Nghị và
Ks Nguyễn Quang Hưng trong suốt thời gian qua đến nay em đã hoàn thành đề
án thiết kế. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu
sót, em rất mong nhận được những ý kiến góp ý của các thầy, cô để đề tài của
em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên thực hiện:
Thân Văn Cam
3. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 3
MỤC LỤC
Phần 1. GIỚI THIỆU CHUNG………………………………………………3
1.1. Khái niệm ……………………………………………………….. 3
1.2. Cấu tạo của hệ thống giảm xóc .…………………………………..3
1.3. Phân loại hệ thống giảm xóc ……………………………………..3
1.4. Chức năng của hệ thống giảm xóc ……………………………… 4
1.5. Ứng dụng……………………………… …………………………4
1.6. Đối tượng nghiên cứu….……………… …………………………4
1.7. Nội dung nghiên cứu………………………………………………5
1.8. Phương pháp nghiên cứu…………………………………………..6
Phần 2. HỆ THỐNG GIẢM XÓC SAU XE WAVE 110…………………. 5
2.1. Giới thiệu ………….……………...……………………………. 5
2.2. Nguyên lý hoạt động……………...……………………………… 6
2.3. So sánh khi xe không có hệ thống giảm xóc và khi xe có hệ thống
giảm xóc ……………. ……………………………………………………..7
2.4. Quy trình tháo lắp thiết bị………..………..……………………8
2.5. Cấu tạo, chức năng của các chi tiết chính…………………………9
2.6. Dung dịch thủy lực cho hệ thống giảm xóc …………………….10
2.7. Sử dụng và bảo dưỡng thiết bị ……………………………………12
Phần 3. KHẢO SÁT ĐO ĐẠC VÀ XÂY DỰNG BẢN VẼ……………….14
3.1. Dụng cụ sử dụng trong quá trình đo đạc…………………………14
3.2. Bản vẽ lắp và bản vẽ chế tạo……………………………………..14
Phần 4. PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG & KIỂM TRA BỀN CHO LÒ XO…20
4.1. Giới thiệu chung ………………………………………………
4.2. Tính toán độ cứng và kiểm tra bền cho lò xo ………………
4.3. Mối quan hệ giữa độ cứng k của lò xo với độ cản nhớt B của dung
dịch ………………………………………………………………………..
4.4. Hướng cải tiến ………………………………………………………………………………………….
Phần 5. KẾT LUẬN………………………………………………………...32
Phần 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………....33
4. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 4
PHẦN 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Khái niệm.
Hệ thống giảm xóc là một thiết bị cơ khí được thiết kế để làm êm dịu những
rung động hoặc những va đập và để làm tiêu tan năng lượng động lực.
1.2. Cấu tạo của hệ thống giảm xóc.
Hệ thống giảm xóc có cấu tạo gồm: Lò xo, hệ thống giảm chấn và các chi
tiết phụ như ống lọc lò xo, ống che bụi, đệm cao su giảm va...
Quan trọng nhất trong giảm xóc là lò xo và hệ thống giảm chấn (ti giảm
xóc); bộ giảm chấn gồm xylanh, piston và dung dịch thủy lực hay khí nén. Lò xo
có tác dụng đàn hồi, biến dao động va đập ở bánh xe thành dao động điều hòa
cho phần khung xe. Còn hệ thống giảm chấn có tác dụng dập tắt nhanh các dao
động của khung xe, bảo đảm tốt hơn cho sự êm ái của khung cũng như người
ngồi trên xe.
1.3. Phân loại hệ thống giảm xóc
Hệ thống giảm xóc thường được chia làm hai loại:
* Giảm xóc dầu hay giảm xóc thủy lực
Hình 1.1. Giảm xóc thủy lực
Bao gồm hệ thống giảm chấn và lò xo, hoạt động trong hai chu kỳ, chu kỳ mở
rộng và chu kỳ nén. Trong cả hai chu kỳ chức năng giảm xóc bởi sự thay đổi lớp
chất lỏng ở bên trong xylanh. Giảm xóc thủy lực không chỉ giúp loại bỏ rung
động mà còn hấp thụ năng lượng nổi bật trong thời gian ngắn, giảm tiếng ồn,
làm cho xe di chuyển một cách êm dịu, nâng cao năng suất sản xuất và kéo dài
tuổi thọ của máy.
5. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 5
* Giảm xóc khí nén
Hình 1.2. Giảm xóc khí nén
Giảm xóc khí nén là một hệ thống giảm chấn quan trọng với chức năng sử
dụng một cơ cấu giảm chấn khí cho hệ thống giảm xóc. Hệ thống giảm xóc khí
nén bao gồm một xylanh và một piston trong đó được xác định một buồng khí
trong xylanh. Nhưng giảm xóc bao gồm cửa vào và cửa ra. Cửa ra được kết nối
với buồng áp suất, cửa vào được kết nối với nguồn không khí nén bên ngoài.
Đầu vào và đầu ra có chứa một van kiểm tra và một van cứu trợ tương ứng.
Giảm xóc khí nén , khí nén hoạt động giống như một lò xo như áp suất không
khí xây dựng để chống lại lực cản trên nó. Một giảm xóc khí hoạt động như
giảm xóc thủy lực, một khi áp suất không khí đạt tới tối đa cần thiết. Giảm xóc
khí nén có một số tính năng như sau:
Những giảm giảm xóc được xây dựng của vật liệu bền .
Dễ dàng bảo dưỡng và cài đặt.
Hoạt động tốt đảm bảo cho xe an toàn và độ tin cậy.
1.4. Chức năng của hệ thống giảm xóc
Hệ thống giảm xóc gồm một số chức năng cơ bản sau:
- Giới hạn sự di chuyển của thân xe .
- Ổn định hệ thống lái .
- Hạn chế mòn bánh xe.
- Giảm mòn toàn bộ hệ thống treo của xe.
6. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 6
1.5. Ứng dụng
Hệ thống giảm xóc được sử dụng chủ yếu trong xe gắn máy và ô tô, bộ
phận hạ cánh cho máy bay và cũng là một phần của hệ thống đỡ trong các nhà
máy công nghiệp. Một loại giảm xóc lớn đôi khi được sử dụng trong kỹ thuật kết
cấu để tăng thêm tính bền vững và giảm bớt thiệt hại từ chấn động đất và thiên
tai khác.
1.6. Đối tượng nghiên cứu
Giảm xóc sau xe Wave 110
Hình 1.3. Giảm xóc sau xe Wave 110
7. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 7
1.7. Nội dung nghiên cứu
- Thiết kế lại giảm xóc.
- Phân tích cấu tạo, chức năng của các chi tiết và nguyên lý làm việc của hệ
thống.
- Tiến hành tháo rời hoặc tìm thông tin để dựng lại bản vẽ sơ đồ nguyên lý,
bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp.
- Phân tích lực tác dụng và kiểm tra bền cho lò xo.
- Phân tích và bình luận về mức độ phù hợp và đề xuất cải tiến cho chi tiết
hoặc toàn hệ thống.
1.8. Phương pháp nghiên cứu
- Mua một bộ giảm xóc sau xe máy trên thị trường, tiến hành tháo các bộ
phận đế tìm hiểu và nghiên cứu.Tháo rời các bộ phận
- Sử dụng thước panme, thước cặp đo kích thước của từng chi tiết. sử dụng
các phần mềm vẽ hình ảnh 3D của chi tiết và đưa ra bản vẽ chế tạo.
- Kết hợp các kiến thức đã học như sức bền, chi tiết máy và nguyên lý máy,
để tính toán và kiểm tra bền cho những chi tiết quan trọng.
8. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 8
PHẦN 2. HỆ THỐNG GIẢM XÓC SAU XE WAVE 110
2.1. Giới thiệu
Giảm xóc sau là bộ phận nối giữa càng và khung sau của xe.
Giảm xóc sau đảm nhiệm chức năng giảm chấn động lên thân xe theo phương
thẳng đứng từ mặt đường lên thân sau của xe. Khác với giảm xóc trước thiên về
tính "an toàn" thì giảm xóc sau thiên về hướng "chịu tải" khi bản thân nó phải
chịu 2/3 toàn bộ trọng lượng của xe, người ngồi, hàng hóa...
Cùng với săm lốp, yên xe, thụt sau đóng vai trò quan trọng trong việc giảm chấn
trong quá trình vận hành trên đường không bằng phẳng, giúp cho toàn bộ thân
xe và người điều khiển, người ngồi sau... chuyển động theo phương thẳng đứng
một cách mềm mại bằng cách đồng thời triệt tiêu các xung lực hoặc biến chúng
thành lực đàn hồi mềm mại.
Ngoài ra, giảm xóc sau còn đóng góp vai trò vô cùng quan trọng trong việc giữ
thăng bằng của xe khi vào cua úp vỉa đặc biệt với tốc độ cao.
Tính sẵn có: Hiện nay trên thị trường có rất nhiều công ty và hiệu sửa chữa,
bao dưỡng xe máy. Như công ty xe máy honda, yamaha, suzuki vì vậy việc mua
hay thay thế một bộ giảm xóc cho xe máy là rất dễ dàng. Với nhiều mẫu mã và
kiểu dáng đẹp mắt đặc biệt giá cả phù hợp với thu nhập của người dân. Ví dụ
như một đôi giảm xóc sau xe máy wave110 giá bán trên thị trường khoảng
500000đ
Trong giảm xóc sau gồm có lò xo, pít-tông, xilanh thủy lực và các chi tiết
phụ như ống lọc lò xo, ống che bụi, đệm cao su giảm va...
Quan trọng nhất trong giảm xóc là lò xo và cặp pít-tông thủy lực (ti giảm xóc).
9. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo giảm xóc sau
Cấu tạo gồm các bộ phận chính:
1, 18. Cao su giảm va
2, 19. Bạc lót
3. Ống ty
4. Ống lọc lò xo ngoài
5. Ống lọc lò xo trong
6. Van piston
7. Xec măng
8,9. Vòng đệm piston
10. Lò xo piston
11. Ống che
12. Lò xo chính
13. Cần piston
14. Cao su trên cần piston
15. Đai ốc
16. Đệm lòxo
17.Chân thụt
10. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 10
2.2. Nguyên lý làm việc
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.3. Dầu dịch chuyển trong xylanh
Khi có một lực tác dụng lên giảm xóc ( khối lượng của người, hàng hoá,…)
hoặc khi xe đi vào vị trí mặt đường gồ ghề:
Bộ giảm xóc làm chậm và giảm độ rung bằng cách biến năng lượng động lực
của hoạt động cản thành năng lượng nhiệt, và sau đó phân tán năng lượng nhiệt
này thông qua dầu giảm chấn.
Bộ giảm xóc làm việc trong hai chu kỳ: Chu kỳ nén và chu kỳ phần giãn nở.
11. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 11
- Chu kỳ nén: Khi bánh xe di chuyển lên trên làm cho lò xo bị nén và cần
pittông chuyển động lên trên làm cho áp suất trong buồng trên cao hơn áp suất
trong buồng dưới. Vì vậy chất lỏng trong buồng trên bị ép xuống buồng dưới
qua van pittông. Lúc này lực giảm chấn được sinh ra do sức cản dòng chảy của
van.
- Chu kỳ giãn nở: Khi bánh xe bắt đầu di chuyển trở lại xuống, cần pittông
chuyển động xuống làm cho áp suất trong buồng dưới cao hơn áp suất trong
buồng trên. Vì vậy chất lỏng trong buồng dưới bị ép lên buồng trên qua van pit-
tông và sức cản dòng chảy của van có tác dụng như lực giảmchấn.
2.3. So sánh khi xe không có hệ thống giảm xóc và khi xe có hệ thống giảm
xóc
+ Khi xe không có hệ thống giảm xóc: nếu xe máy chuyển động trên
đường gồ ghề thì lực chấn động làm cho thân xe dao động với biên độ lớn và
thời gian dập tắt hoàn toàn dao động kéo dài.
+ Khi xe có hệ thống giảm xóc: Biên độ dao động và thời gian dập tắt
hoàn toàn dao động được rút ngắn.
Hình 2.4. Biểu đồ so sánh
2.4. Quy trình tháo, lắp thiết bị.
* Dụng cụ tháo lắp
Dụng cụ thường được sử dụng để tháo lắp hệ thống giảm xóc bao gồm một
số dụng cụ cơ bản sau:
Cờ lê dẹt: Để tháo các đai ốc của hệ thống giảm xóc thường dùng cờ lê có
kích thước từ 8 mm đến 23 mm, khi siết mở phải kéo cờ lê về phía mình.
12. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 12
Mỏ lết : Ngoài cờ lê sử dụng để vạn các đai ốc chung ta co thể sư dụng
mỏ lết.Mỏ lết có thể điều chỉnh to ,nhỏ được nhờ cỏ cấu bánh vít và trục
vít. Mỏ lết thường dùng có chiều dài 15, 20, 25 cm.
Vam tháo giảm xóc: Là dụng cụ quan trọng nhất để tháo hệ thống
giảm xóc.
13. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 13
Tua vít: được sử dụng để đóng tháo đệm lót cao su, thường dùng hai loại
tua vít đầu bằng và tua vít hình chữ thập.
Búa: Dùng để hỗ trợ trong quá trình đóng tháo các vòng cao su giảm chấn
đầu trên và đầu dưới của hệ thống giảm xóc. Thông thường dùng búa sắt
đầu tròn, ngoài ra còn dùng búa cao su.
* Quy trình tháo, lắp
Bước 1. Đưa đầu trên của giảm xóc vào khoảng giữa hai má trên bàn vam.
Lấy tua vít hay thanh sắt tròn nhỏ chốt ngang qua hai lỗ trên hai má của bàn
vam. Dùng tay giữ và điều chỉnh đầu dưới của giảm xóc luôn ở khoảng giữa lỗ
đầu trên của vam, tiến hành vặn trục vít cùng chiều kim đồng hồ để di chuyển
bàn vam đi lên. Khi vam đi lên nén lò xo giảm xóc một khoảng 3cm – 5cm thì
dừng lại.
Bước 2: Sử dụng cờ lê nới đai ốc giữa chân thụt và cần piston của lò xo.
Tiếp tục dùng mỏ lết để cặp chặt cần piston và rất dễ dàng dùng tay vặn tháo rời
chân thụt của giảm xóc ra khỏi cần piston.
Bước 3: Tiến hành vặn trục vít của vam ra để nới lỏng lò xo, rút chốt giữa
hai má của vam và đầu trên của giảm xóc ta tháo rời được lò xo, ống lọc lò xo,
ống che và ty giảm xóc.
14. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 14
Bước 4: Sử dụng búa và tua vít để đóng tháo vòng cao su giảm chấn và bạc
lót rời khỏi đầu trên xylanh và của chân thụt.
+ Quy trình lắp giảm xóc thực hiện ngược lại với quy trình tháo.
2.5. Cấu tạo, chức năng của các chi tiết chính
Giảm xóc sau của một xe máy gồm có 3 chi tiết chính : Cặp pít-tông thủy
lực, lò xo, chân thụt.
2.5. 1. Cặp pít-tông thủy lực
Xylanh thủy lực gồm có 3 phần chính:
* Ống ty ( vỏ xylanh )
15. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 15
Được làm bằng thép hợp kim gồm có 3 phần
- Phần đầu: Có nhiệm vụ kết nối hệ thống giảm giảm xóc với phần khung
xe và cố định đầu trên của lò xo.
- Phân thân: Là một ống trụ tròn có nhiệm vụ chứa dầu thủy lực, dẫn
hướng, bảo vệ piston và truyền nhiệt độ bên trong xylanh ra ngoài môi trường.
- Phần cuối của xy lanh: Gồm phớt cao su chắn dầu, vòng đệm. Có nhiệm
vụ bịt kít không cho dầu thủy lực chảy ra ngoài, và dẫn hướng cho cần piston.
* Van piston và cần piston
Van piston nằm bên trong vỏ xylanh, có dạng hình trụ tròn và thường làm
bằng thép. Được lắp ở phần đầu của cần piston, vặn chặt bởi chính nó hoặc
bằng đai ốc. Piston gồm có phần thân và phần đế, chia phần thân của xylanh
thành hai khoang trên và dưới, dung dịch thủy lực di chuyển qua lại giữa hai
khoang nhờ các lỗ nhỏ khoan trên bề mặt thân piston và khe hở giữa phần thân
và phần đế.
Chức năng chính của piston là nén và điều chỉnh dung dịch thủy lực, di
chuyển giữa hai khoang để dập tắt hoàn toàn dao động gây ra.
16. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 16
Cần piston là một thanh tròn hình trụ, thường được chế tạo từ thép cán
nguội và được phủ một lớp chrome bên ngoài để chống ăn mòn, mài mòn. Cần
piston được chia làm ba phần, phần đầu, phần thân và phần đuôi. Cả hai phần
đầu và phần đuôi của cần piston đều có ren, phần đầu được lắp với piston và
phần đuôi được kết nối với dầu dưới của giảm xóc, vặn chặt bởi đai ốc. Trên
phần thân của cần piston có một lò xo nhỏ và một đệm cao su hình côn trụ. Kết
với phần đuôi của vỏ xylanh thủy lực tạo hành trình của piston như hình 4.2.1.
2.5. 2. Lò xo giảm xóc
Lò xo giảm xóc sau xe máy là loại lò xo xoắn nén và biên dạng vòng dây
chế tạo có dạng tròn. Vật liệu chế tạo lò xo là loại thép đàn hổi có hàm lượng
carbon( 0,62÷0,7 )% , Si (0.17÷0.37), Mn(0.90 ÷ 1.20). Mác thép thường được
sử dụng để chế tạo lò xo là mác 65Mn. Chức năng chính của lò xo tiếp nhận dao
động từ bánh xe thông qua chân thụt và biến những dao động này thành những
dao động điều hòa ổn định của khung xe.
2.5. 2. Chân thụt
Chân thụt giảm xóc có dạng hình trụ, phần đầu của chi tiết có lỗ ren để kết
nối với cần piston và cố định đầu dưới của lò xo. Phần dưới của chi tiết được
nối với hệ thống treo bánh xe thông qua đệm cao su và ống lót. Ngoài ra, đầu
dưới giảm xóc còn có nhiệm vụ truyền những chần động từ bánh xe tới lò xo và
cặp piston thủy lực.
2.6. Dung dịch thủy lực cho hệ thống giảm xóc
Chức năng chính của dung dịch thủy lực ( hydraulic fluid) là để truyền năng
lượng trong các thiết bị thủy lực. Những thiết bị có thể sử dụng dung dich thủy
lực gồm có : Máy xúc, hệ thống phanh, hệ thống truyền tải, hệ thống trợ lực lái,
thang máy, hệ thống kiểm soát máy bay và trong công nghiệp máy móc.
17. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 17
Dầu hệ thống giảm chấn (damper oil) luôn luôn được chọn là dầu khoáng nhẹ (
light mineral oil ), đôi khi thay thế cho dầu tổng hợp ( synthetic oil ) những loại
dầu có giá đắt hơn, nhưng có thể làm giảm sự biến đổi độ nhớt với nhiệt độ.
Sử dụng dầu : “ SINOPEC Motorcycle ShockAbsorberOi ”
Hình 2.5. Các thùng dầu SINOPEC
2.7. Sử dụng và bảo dưỡng thiết bị
- Tránh để nước mưa, cát bụi, bùn đất lọt vào bên trong gây hư hại cho
giảm xóc.
- Có chế độ bảo dưỡng định kỳ nhưng phải lựa chọn địa điểm và người thợ
bảo dưỡng uy tín và chuyên nghiệp tránh bị đổi đồ… nên thay dầu định kỳ giảm
xóc khoảng 20.000 km / 1 lần.
- Việc sửa chữa, bảo dưỡng... nên được tiến hành đồng thời với cả hai bên
thụt trái và phải. Sửa giảm xóc càng sớm càng tốt khi có hiện tượng chảy dầu để
tránh làm cho giảm xóc hỏng nặng hơn.
- Có thể dùng trọng lực cơ thể nhấn xuống phần đuôi xe. Nếu thấy êm,
giảm xóc không có tiếng kêu là tạm ổn. Cẩn thận thì tháo giảm xóc rời xe. Dùng
hai tay cùng trọng lực cơ thể nhấn từ trên xuống dưới từng chiếc một. Nếu
không có tiếng kêu, khi giảm xóc hồi về êm là được. Chú ý là cả hai giảm xóc ta
nhấn đều cảm thấy ‘’ nặng ‘’ như nhau. Tức là hai giảm xóc chịu lực bằng nhau
thì xe mới không bị lệch nhất là khi tải nặng ( cách này cũng dùng cho cả hai
giảm xóc trước).
- Thường xuyên kiểm tra cao su giảm chấn ở 2 đầu thụt nơi thụt gắn với
càng sau và thân xe và nên thay thế khi vòng cao su giảm chấn này quá cứng
hoặc bị biến dạng.
18. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 18
PHẦN 3. KHẢO SÁT ĐO ĐẠC VÀ XÂY DỰNG BẢN VẼ
3.1. Dụng cụ sử dụng trong quá trình đo đạc
Các chi tiết của bộ giảm xóc sau xe máy đơn giản, kích thước nhỏ và yêu
cầu độ chính xác khác nhau vì vậy thước cặp là dụng cụ đo lý tưởng. Đây là
dụng cụ đo thông dụng trong cơ khí và dễ sử dụng.
Một số loại thước cặp đang lưu hành trên thị trường hiện nay:
Hình 3.1. Các loại thước cặp
Thước cặp được sử dụng thông dụng nhất là thước VERNIERCALIPER
Hình 3. 2. Thước cặp VERNIERCALIPER
* Cấu tạo.
Hình 3.3. Cấu tạo của thước cặp
* Cách đo:
Khi đo cần kiểm tra xem thước co chính xác không .
Phải kiểm tra xem mặt vật đo có sạch không.
Khi đo phải giữ cho hai mặt phẳng của thước song song với nhau
Trường hợp phải lấy thước ra khỏi vị trí đo thì vặn đai ốc hãm để cố định
hàm động với thang thước chính .
24. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 24
PHẦN 4
PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG VÀ KIỂM TRA BỀN CHO LÒ XO
4.1. Giới thiệu chung
4.1.1. Yêu cầutính toán
Nhiệm vụ chính của hệ thống giảm xóc sau xe máy là dập tắt hoàn toàn
dao động đến từ phía sau xe khi xe hoạt động trên đường. Trong đó lò xo giảm
xóc ty giảm xóc và (cặp piston thủy lực ) là hai bộ phận quan trọng nhất. Lò xo
có nhiệm vụ biến các dao động nhận được từ bánh xe khi xe đi trên đường thành
những dao động điều hòa của thân xe. Ty giảm xóc có tác dụng dập tắt nhanh
các dao động của khung xe.
Vì vậy yêu cầu của bài toán thiết kế giảm xóc sau xe máy phải giải quyết
hai vấn đề:
+ Xác định độ cứng và kiểm tra bền cho lo xo.
+ Tìm quan hệ giữa độ cứng K của lò xo với độ cản nhớt B của dầu trong xy
lanh để hệ không dao động.
4.1.2. Phương pháp tính toán
* Phương pháp tính toán trên lý thuyết
Từ yêu cầu của vật lệu chế tạo lò xo là thép carbon có hàm lượng (
0,62 0,7) carbon và điều kiện làm việc. Từ bảng tra chúng ta cũng xác định
được ứng suất cho phép, modul đàn hồi và modul độ cứng của vật liệu chế tạo lò
xo. Từ các thông số tra được áp dụng các công thức đã học tìm được được độ
cứng của lò xo và ứng suất cắt gây ra trong quận dây chế tạo lò xo.
*Phương pháp tính toàn trên thực tế
Tiến hành thí nghiệm xác định độ dịch chuyển của lò xo bằng cách đặt
một khối lượng trực tiếp lên lo xo, từ đó sử dụng công thức quan hệ giữa lực và
biến dạng xác định được độ cứng của lò xo, ứng suất cắt trên dây chế tạo lò xo.
4.1.3. Vậtliệu cho lò xo
Vật liệu chế tạo lò xo vào phải có độ mỏi cao, tính dễ uốn cao, tính đàn hồi
cao và phải chống rão, trườn. Lò xo phụ thuộc lớn mục đích sử dụng.
Những lò xo phần lớn được làm từ những dây thép cacborngồm từ
(0,62 0,7)% carbonvà (0,9 1,2) mangan.
Bảng 4.1 trình bày những giá trị của ứng suất cắt cho phép, modul của độ
cứng và modul đàn hồi cho những vật liệu khác nhau được sử dụng cho những
lò xo.
25. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 25
Bảng 4.1
4.1.4. Cỡ tiêu chuẩn của dây lò xo
Bảng 4.2. Cỡ tiêu chuẩn của dây lò xo
4.1.5. Ứng suất trong lò xo
Thông số của lò xo:
26. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 26
D = Đường kính trung bình của
cuộn dây lò xo,
d = Đường kính của dây lò xo,
p = Bước của lò xo
n = Số vòng dây làm việc ,
G = Modul đàn hồi trượt cho vật
liệu chế tạo lò xo,
C = Chỉ số lò xo =
D
d
Độ dịch chuyển của lò xo.
Ta có nội lực trên mặt cắt của lò xo:
+ Lực cắt Qy = P
+ Mômen xoắn Mx =
.
2
P D
Ứng suất trong lò xo:
+ Lực cắt Qy gây nên ứng suất tiếp trong lò xo, coinhư phân bố đều
2
4
Q Q P P
F F d
+ Mômen xoắn Mx gây nên ứng suất có giá trị cực đại tai chu vi vòng tròn, có
giá trị: ax 3 3
.
8 .
2
W
16
M x
m
p
P D
M P D
d d
Hình 4.2. Biểu đồ phân bố ứng suất
27. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 27
Qua hình vẽ biểu đồ phân bố Q
và M
nhận thấy điểm A là điểm nguy
hiểm vì tại đó ứng suất tiếp do lực cắt và mômen xoắn gây nên cùng chiều. Khi
đó ứng suất tổng là:
ax 3 2 3
8 . 4 8 .
(1 )
2
M A
P D P P D d
d d d D
Vì
2
d
D
<< 1 nên có thể bỏ qua, nhưng khi đó ta đã bỏ qua ảnh hưởng của
lực cắt . Để kể đến ảnh hưởng của lực cắt và nặt cắt không tròn người ta sẽ nhân
thêm hệ số k.
Công thức được viết lại là: ax 3
8 .
M
P D
k
d
(*)
Trong đó k được xác định bằng tra bảng theo tỷ số D/d hoặc theo công thức thực
nghiệm :
0,25
1
D
d
k
D
d
Những giá trị của k đã cho một chỉ số lò xo (C) có thể nhận được từ đồ thị như
hình vẽ dưới đây.
Hình 4.3. Biểu đồ quam hệ k-C
Từ biểu đồ 4.3 nhận thấy rằng hệ số ứng suất ( k ) mà tăng thì chỉ số lò xo (C)
lại giảm và ngược lại. Lò xo được sử dụng chủ yếu chế tạo có chỉ số trên 3.
4.1.6. Biến dạng của lò xo xoắn dây tròn
Khi lò xo chịu kéo nén đúng tâm bởi một lực P nó sẽ tích lũy năng lượng dưới
dạng thế năng biến dạng đàn hồi U
U=
2
.
2 .
z
p
M l
G J
Dây lò xo, một cách gần đúng coi như một thanh tròn chịu xoắn có:
+ Chiều dài hoạt động của dây : l = П.D.n
28. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 28
+ Momen xoắn:
2
z
PD
M
+ Momen quán tính của dây lò xo:
4
32
p
d
J
Vậy : U=
2 3
4
4.P D n
Gd
Mặt khác khi lực P chuyển dời trên biến dạng δ của lò xo, nó sinh công biến
dạng: A=
.
2
P
Theo định luật bảo toàn năng lượng: A = U
.
2
P
=
2 3
4
4.P D n
Gd
δ =
3
4
8.PD n
Gd
4
3
8
P Gd
K
D n
= K = độ cứng của lò xo
4.2. Áp dụng tính toán độ cứng và kiểm tra bền cho lò xo giảm xóc sau xe
máy
4.2.1. Tính toán trên bề mặt lý thuyết.
* Chọn vật liệu:
Vật liệu thường dùng để chế tạo lò xo là các loại thép đàn hồi có hàm lượng
cacbon (0,62÷0,7 )% cacbon và ( 0,9÷1,2 )% mangan. Bên cạnh đó lò xo trong
hệ thống giảm xóc xe máy chịu những ứng suất, tải trọng gián đoạn, không liên
tục và hầu hết các được sử dụng trong máy móc có chỉ số lò xo lơn hơn 3. Ở
phần khảo sát đo đạc chúng ta đã đo đường kính d của dây làm lò xo là 6mm và
D = 36 mm. Sử dụng bảng 4.1 giá trị ứng suất cắt cho phép, modul đàn hồi và
modul độ cứng của những vật liệu cho những lò xo khác nhau. Vật liệu, thép
carbon đường kính của dây chế tạo lò xo ( 4,625 ÷ 8,0 )mm trong điều kiện
trung bình ta tra được. Ứng suất cắt cho phép τ = 420 MPa , modul độ cứng G =
2
80
KN
mm
và modul đàn hồi E = 2
210
KN
mm
.
+ Áp dụng công thức xác định độ cứng của lò xo:
K =
P
=
4
3
8
Gd
D n
Trong đó: D = 36mm, d = 6mm, n = số vòng hoạt động của lò xo = 23.
Thay các giá trị của G, D, d và n vào phương trình ta có:
K =
4 6 4
3 3
8.10 .0,6
121
8 8.3,6 .23
Gd N
D n cm
Ứng suất cắt cho phép của vật liệu chế tạo lò xo : .
Áp dụng côngthức:
ax 3
8 .
M
P D
k
d
29. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 29
Trong đó
36
0,25 0,25
6 1,25
36
1 1
6
D
d
k
D
d
Tải trọng cho phép lớn nhất tác dụng lên lò xo:
Pmax =
3 6 3
ax . 420.10 . .0,006
791,68( )
8 8.1,25.0,036
M d
N
kD
= 80,7 (kg)
Biến dạng cho phép lớn nhất lên lò xo:
3 3
4 4
8 8.791,68.36 .23
65,6
80000.6
PD n
mm
Gd
4.2.2. Tính toán dựa vào thực nghiệm
4.2.2.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm.
* Dụng cụ thí nghiệm:
Một lò xo giảm xóc xe máy Wave110, một thước nhựa thẳng có chiều dài
30cm, một quả tạ hoặc một vật có khối lượng khoảng ( 30÷50 )kg
* Tiến hành thí nghiệm:
Đặt lò xo giảm xóc sau xe Wave110 lên nền nhà cứng và phẳng, theo
chiều thẳng đứng sao cho mặt đầu dưới của lò xo chạm với nền nhà. Đặt một
thước có giới hạn đo 30cm, đặt thẳng đứng song song với lò xo, sao cho một đầu
của thước cũng chạm với nền nhà. Đánh dấu vị trí đầu trên của lò xo vào thước.
Sau đó tiến hành đặt vật có khối lượng 47kg lên đầu trên của lò xo, xem đầu trên
của lò xo trùng với vạch nào trên thước thẳng đứng ta sẽ thu được khoảng dịch
chuyển của lò xo. Cụ thể lò xo đã dịch 1 khoảng δ = 36mm.
+ Xác định độ cứng K của lò xo.
Áp dụng côngthức: K =
P
với P = 47 kg và δ = 36mm
K =
47.9,81
128
3,6
N
cm
= 12800
N
m
+ Kiểm tra cho lò xo.
- Điều kiện bền:
Áp dụng côngthức (*)
Ứng suất cắt cho phép lớn nhất gây ra trong dây:
ax 3 3 2
8 . 8.47.9,81.3,6
1,25 24472,9( )
0,6
M
P D N
k
d cm
6
2
244,73.10 ( )
N
m
< [ ] = 420 (MPa)
- Điều kiện cứng:
3
4
8
[ ]
PD n
Gd
3 3
4 4
8 8.47.9,81.36 .23
38,2( )
80000.6
PD n
mm
Gd
≤ [ ]
= 65,6 ( mm)
Như vậy lò xo đảm bảo bền
30. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 30
4.3. Mối quan hệ giữa độ cứng k của lò xo với độ cản nhớt B của dung dịch
4.3.1. Mô hình động học của hệ thống giảm xóc sau xe máy
M
B K
F(t)
y(t)
v(t)
Trong đó:
M : Là khối lượng tác động lên xe,
B : Hệ số cản nhớt,
K : Độ cứng của lò xo,
F(t) : Là lực do xóc (là tín hiệu vào),
Y(t) : Là dịch chuyển của thân xe (là tín hiệu ra ),
v(t) : Vận tốc của xe.
4.3.2. Xây dựng phương trình vi phân chuyển động của hệ thống
Áp dụng phương trình Lagrange để thiết lập phương trình vi phân chuyển
động của cơ hệ.
Phương trình Lagrange có dạng :
Trong đó:
T : Thế năng của cơ hệ,
: Năng lượng cản gây ra bởi bộ cản nhớt,
: Thế năng gây ra bởi lò xo,
Q*: Lực suy rộng.
Hệ thống giảm xóc sau xe máy là một cơ hệ có một bậc tự do.Dưới tác
dụng của lực kích động F(t) khối M dịch chuyển xuống.
Chọn hệ tọa độ suy rộng, y như hình vẽ.
+ Động năng của cơ hệ: T =
+ Thế năng gây ra bởi lò xo :
+ Năng lượng cản do bộ cản nhớt: 2
1
2
by
&
+ Lực suy rộng : Q*= F(t).
31. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 31
Ta có: ; ; ; .
Áp dụng phương trình Lagrange ta thu được phương trình vi phân mô tả chuyển
động của hệ:
(t) = F(t) (2)
Ta có: 2
0 2
12800 1
27,76( )
47.9,81
K
m s
; 2
B
m
Thì phương trình (1) có dạng:
2
0
( ) 2 ( ) ( ) ( )
y t y t y t F t
&
& & (3)
Ta có độ cản Lehr (D): D =
0 0
2 2
B B
m mc
Phương trình vi phân dao động (3) có dạng:
2
0 0
( ) 2 ( ) ( ) ( )
y t D y t y t F t
&
& &
Để hệ thống giảm chấn có tác dụng dập tắt nhanh các dao động của khung xe
(trạng thái không nẩy) thì độ cản Lehr D > 1 (hay 0
). Chọn D = 1,1
B = 1,1.2. mc = 2,2 47.9,81.12800 5344,55 (
N
s
m
)
Thay các giá trị vào ta được phương trình vi phân dao động của hệ là:
( ) 2.1,1. 27,76 ( ) 27,76 ( ) ( )
y t y t y t F t
&
& &
( ) 11,59 ( ) 27,76 ( ) ( )
y t y t y t F t
&
& &
4.4.Hướng cảitiến
32. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 32
Chuyển từ giảm xóc đứng sang nằm ngang, ngoài việc hành thêm bát nối
gắp (càng sau) với giảm xóc thì tại vị trí này phải gắn thêm một cụm chuyển
hướng lực (bộ dên chuyển hướng lực). Để chế tạo giảm xóc ngang, bộ dên
chuyển hướng lực và cây dên truyền lực đến đầu giảm xóc nằm ngang, với 2 bạc
đạn nối vào tay dên và kết nối vào giảm xóc ngang để thanh truyền này sẽ tác
động lực vào ống nhún.
Với tính toán kích thước của bộ dên chuyển hướng lực, chiếc xe vẫn sử dụng lại
giảm xóc "zin" theo xe ban đầu. Tuy nhiên với vị trí nằm ngang, phải gia công
thêm bộ phận piston đẩy dầu và thay loại dầu thủy lực mới cho giảm xóc, để
piston giảm xóc luôn trong tình trạng bị ép. Điều này, cho thấy khi chiếc xe "ôm
cua" êm và ngọt, không bị tình trạng bị "bê" phần đuôi(đuôi xe dịch chuyển
ngang khi vào cua).
Với hệ thống giảm xóc nằm ngang, lực tác động lên xe mỗi khi thắng
(phanh) sẽ tác động "ghì" chiếc xe xuống, tay lái đầm hơn, đặc biệt khi lưu
thông vào các đoạn cua, đường vòng chiếc xe lưu thông ổn định hơn, và đặc biệt
khi đi qua ổ gà không còn tình trạng gây khó chịu cho người ngồi sau vì lực tác
động từ bánh xe qua giảm xóc đã được chuyển hướng.
33. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 33
PHẦN 5. KẾT LUẬN
Hiện nay, xe máy là phương tiện giao thông phổ biến nhất ở nước ta. Nó
đóng vai trò quan trọng trong đời sống hằng ngày cũng như phục vụ tốt nhu cầu
đi lại của con người.
Hệ thống giảm xóc xe máy đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc
giảm lực tác động lên xe và người điều khiển. Việc tìm hiểu và nghiên cứu giảm
xóc xe máy đem lại nhiều ý nghĩa cả về mặt lý thuyết và thực tế.
Xác định tải trọng cho phép để từ đó tính toán khối lượng đặt lên xe. Đảm
bảo an toàn, độ bền lâu cho hệ thống giảm xóc nói riêng và xe máy nói chung.
Xác định được ý nghĩa và tầm quan trọng thiết thực của hệ thống giảm xóc
đối với xe máy cũng như các phương tiện giao thông khác. Từ đó có chế độ vận
hành, sử dụng và bảo dưỡng hợp lý.
Hệ thống có kết cấu nhỏ gọn, công nghệ chế tạo đơn giản, sử dụng những
vật liệu thông dụng, sẵn có trên thị trường, đang và sẽ là sản phẩm thương mại
tiềm năng. Nó đã có vị trí xứng đáng trong lòng người tiêu dùng.
Đẩy nhanh việc nghiên cứu đổi mới và hỗ trợ công tác nghiên cứu phát
triển, triển khai đưa tiến bộ khoa học kỹ thuật công nghệ vào việc chế tạo sản
phẩm. Đưa các ứng dụng của hệ thống giảm xóc nói chung và của dao động nói
riêng vào các sản phẩm, thiết bị, máy móc…ngày càng rộng rãi và thiết thực.
34. EBOOKBKMT.COM
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp 34
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bộ môn Kỹ thuật cơ khí, khoa cơ khí, trường đại học kỹ thuật công nghiệp
Thái Nguyên- Bài giảng rung động và va đập
[2] Bộ môn Kỹ thuật cơ khí, khoa cơ khí, trường đại học kỹ thuật công nghiệp
Thái Nguyên- Bài giảng sức bền vật liệu
Internet
[3] http://www.meslab.org/mes/threads/29213-Xin-hoi-ve-thep-lam-lo-xo-
giam-xoc-sau-cua-xe-may.html
[4]
http://www.misaco.com/default.aspx?P=ProductDetail&T=Products&CategoryI
D=57&ArticleID=252
[5] - http://tim.vietbao.vn/gi%E1%BA%A3m_x%C3%B3c/
[6] - http://www.indyoil.co.za/index.php/products/Lub
ricants/automtive/speciality-products/item/170-indy-shock- oil.
