Giáo trình Thiết kê ô tô (Phần 2)

152 trang cucquyet12 4660

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thiết kê ô tô (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_thiet_ke_o_to_phan_2.pdf

Nội dung text: Giáo trình Thiết kê ô tô (Phần 2)

Truong DH SPKT TP. HCM CHÖÔNG IX TRUYEÀN ÑOÄNG ÑEÁN CAÙC BAÙNH XE CHUÛ ÑOÄNG I. COÂNG DUÏNG, YEÂU CAÀU, PHAÂN LOAÏI: 1. Coâng duïng: Duøng ñeå truyeàn moâmen xoaén töø truyeàn löïc chính ñeán caùc baùnh xe chuû ñoäng. Neáu caàu chuû ñoäng laø loaïi caàu lieàn (ñi keøm vôùi heä thoáng treo phuï thuoäc) thì truyeàn ñoäng ñeán caùc baùnh xe nhôø caùc nöûa truïc. Neáu caàu chuû ñoäng laø caàu rôøi (ñi keøm vôùi heä thoáng treo ñoäc laäp) hoaëc truyeàn moâmen ñeán caùc baùnh daãn höôùng laø baùnh chuû ñoäng thì coù theâm khôùp caùc ñaêng ñoàng toác. 2. Yeâu caàu:  Vôùi baát kyø loaïi heä thoáng treo naøo, truyeàn ñoäng ñeán caùc baùnh xe chuû ñoäng phaûi ñaûm baûo truyeàn keát moâmen xoaén.  Khi truyeàn moâmen xoaén, vaän toác goùc cuûa caùc baùnh xe chuû ñoäng hoaëc baùnh xe daãn höôùng vöøa laø chuû ñoäng ñeàu khoâng thay ñoåi. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM 3. Phaân loaïi: a) Theo keát caáu cuûa caàu chia ra 2 loaïi: Caàu lieàn. Caàu rôøi. b) Theo möùc ñoä chòu löïc höôùng kính vaø löïc chieàu truïc chia ra 4 loaïi: Loaïi nöûa truïc khoâng giaûm taûi ( Hình 9.1-a). ÔÛ loaïi naøy baïc ñaïn trong vaø ngoaøi ñeàu ñaët tröïc tieáp leân nöûa truïc. Luùc naøy nöûa truïc chòu toaøn boä caùc löïc, caùc phaûn löïc töø phía ñöôøng vaø löïc voøng cuûa baùnh raêng chaäu. Loaïi nöûa truïc khoâng giaûm taûi ôû caùc xe hieän ñaïi khoâng duøng. Loaïi nöûa truïc giaûm taûi moät nöûa (Hình 9.1-b). ÔÛ loaïi naøy baïc ñaïn trong ñaët treân voû vi sai, coøn baïc ñaïn ngoaøi ñaët ngay treân nöûa truïc. Loaïi nöûa truïc giaûm taûi ba phaàn tö (hình 9.1-c). ÔÛ loaïi naøy baïc ñaïn trong ñaët leân voû vi sai, coøn baïc ñaïn ngoaøi ñaët treân voû caàu vaø loàng vaøo trong moayô cuûa baùnh xe. Loaïi nöûa truïc giaûm taûi hoaøn toaøn (Hình 9.1-d). ÔÛ loaïi naøy baïc ñaïn trong ñaët leân voû vi sai, coøn ôû beân ngoaøi goàm coù hai baïc ñaïn ñaët gaàn nhau (coù theå laø moät baïc ñaïn coân, moät baïc ñaïn caàu). Chuùng ñöôïc ñaët leân daàm caàu vaø loàng vaøo trong moayô cuûa baùnh xe. 132 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Y a) m2 G2 R1 rbx b a O R'1 Y1 B/2 X1k X1p Z1 Z1 Y b) m2 G2 hg R1 R2 b a a b rbx O Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM R'2 R'1 Y1 Y2 B/2 B/2 X1k X1p Z1 Z1 Z2 Hình 9.1: Sô ñoà caùc loaïi nöûa truïc vaø caùc löïc taùc duïng. a) Nöûa truïc khoâng giaûm taûi. b) Nöûa truïc giaûm taûi moät nöûa. 133 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Y m2 G2 c) g c c h R2 R1 rbx b a a b O R'2 Y1 R'1 Y2 B/2 B/2 X1k X1p Z1 Z1 Z2 Y m2 G2 d) l n R1 rbx O Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM R'1 R''1 Y1 X1k X1p B/2 Z1 Z1 Hình 9.1: Sô ñoà caùc loaïi nöûa truïc vaø caùc löïc taùc duïng. c) Nöûa truïc giaûm taûi ba phaàn tö. d) Nöûa truïc giaûm taûi hoaøn toaøn. 134 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM II. TÍNH TOAÙN NÖÛA TRUÏC THEO ÑOÄ BEÀN: 1. Xaùc ñònh caùc löïc taùc duïng leân nöûa truïc: Ñeå tính toaùn caùc nöûa truïc, tröôùc heát phaûi xaùc ñònh ñoä lôùn cuûa caùc löïc taùc duïng leân nöûa truïc. Tuøy theo töøng tröôøng hôïp, caùc nöûa truïc coù theå chòu toaøn boä hay moät phaàn löïc taùc duïng leân caùc baùnh xe cuûa caàu chuû ñoäng. Sô ñoà caùc löïc taùc duïng leân caàu sau chuû ñoäng ôû treân hình 9.2 . YÙ nghóa caùc kyù hieäu treân hình veõ nhö sau: Z1, Z2 – Phaûn löïc thaúng ñöùng taùc duïng leân baùnh xe traùi vaø phaûi. Y1,Y2 – Phaûn löïc ngang taùc duïng leân baùnh xe traùi vaø phaûi. X1, X2 – Phaûn löïc cuûa löïc voøng truyeàn qua caùc baùnh xe chuû ñoäng. Löïc X1,X2 seõ thay ñoåi chieàu phuï thuoäc vaøo baùnh xe ñang chòu löïc keùo hay löïc phanh ( Xk hay Xp). löïc X= Xmax öùng vôùi luùc xe chaïy thaúng. m2G2 – Löïc thaúng ñöùng taùc duïng leân caàu sau. Y m2G2 hg Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM F' E' O gbx gbx rbx B/2 Y1 E Y2 F B Z1 Z2 X1 X2 Hình 9.2: Sô ñoà caùc löïc taùc duïng leân caàu sau chuû ñoäng G2 – phaàn troïng löôïng cuûa xe taùc duïng leân caàu sau khi xe ñöùng yeân treân maët phaúng naèm ngang. m2 – heä soá thay ñoåi troïng löôïng taùc duïng leân caàu sau phuï thuoäc vaøo ñieàu kieän chuyeån ñoäng. Tröôøng hôïp ñang truyeàn löïc keùo: m2 = m2k vaø coù theå laáy theo giaù trò trung bình sau:  Cho xe du lòch: m2k = 1,2  1,4  Cho xe taûi: m2k = 1,1  1,2 135 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Tröôøng hôïp xe ñang phanh: m2 = m2p vaø coù theå laáy theo giaù trò trung bình sau :  Cho xe du lòch: m2p = 0,8  0,85  Cho xe taûi: m2p = 0,9  0,95 Y – Löïc quaùn tính phaùt sinh khi xe chuyeån ñoäng treân ñöôøng nghieâng hoaëc ñang quay voøng. Löïc naøy ñaët ôû ñoä cao cuûa troïng taâm xe. ÔÛ traïng thaùi caân baèng ta coù: Y = Y1 + Y2 Ngoaøi caùc löïc keå treân, nöûa truïc coøn chòu uoán bôûi löïc sinh ra do maù phanh eùp leân troáng phanh. Khi löïc eùp ôû troáng phanh beân traùi vaø beân phaûi khoâng ñeàu nhau seõ sinh ra löïc phuï laøm taêng theâm (hoaëc giaûm) moâmen uoán phuï leân nöûa truïc. Khi tính toaùn ta boû qua löïc naøy vì giaù trò nhoû. B – chieàu roäng cô sôû cuûa xe (m) gbx – troïng löôïng cuûa baùnh xe (N) hg – chieàu cao cuûa troïng taâm xe (m) rbx – baùn kính baùnh xe coù tính caû ñoä bieán daïng (m) Khi xe chuyeån ñoäng treân ñöôøng thaúng, maët ñöôøng khoâng nghieâng vaø vôùi giaû thieát haøng hoaù treân xe chaát ñeàu caû beân traùi vaø phaûi, ta coù: m G ZZ 2 2 (9.1) 1 2 2 Khi xe chuyeån ñoäng treân ñöôøng cong hoaëc maët ñöôøng nghieâng, laäp töùc xuaát hieän löïc Y vaø luùc naøy Z1 Z2. Theo hình 9.2, neáu vieát phöông trình caân baèng moâmen taïi F vaø E ta coù: Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM m G h Z 2 2 Y g 1 2 B (9.2) m G h Z 2 2 Y g 2 2 B Nöûa truïc beân traùi taïi E’ chæ chòu löïc: Z1t = Z1 - gbx Nöûa truïc beân phaûi taïi F’ chæ chòu löïc: Z2t = Z2 - gbx Trong ñoù: B – chieàu roäng cô sôû cuûa xe. Neáu baùnh xe laø baùnh ñoâi ôû 1 beân thì B seõ laø khoaûng caùch giöõa hai baùnh xe ngoaøi. Ñeå taêng döï tröõ beàn coù theå tính gaàn ñuùng: Z1t = Z1; Z2t = Z2 (9.3) Z1 ñaït giaù trò cöïc ñaïi khi Y ñaït giaù trò Ymax, töùc laø khi xe bò tröôït ngang: Ymax = m2G2 1 (9.4) Trong ñoù: 1 – heä soá baùm ngang giöõa loáp vaø ñöôøng, coù theå laáy 1 = 1 khi tính toaùn Thay (9.4) vaøo (9.2) ta coù: 136 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM m G 2h 2 2 g 1 Z1 1 2 B (9.5) m G 2h 2 2 g 1 Z2 1 2 B Khi xuaát hieän löïc Y, ñaëc bieät khi Y = Ymax (xe tröôït ngang) thì caùc baùnh xe khoâng theå truyeàn ñöôïc löïc voøng X lôùn. Söï phaân boá laïi troïng löôïng xe leân caùc caàu theo heä soá m2 1 seõ xaûy ra khi caùc baùnh xe coù löïc voøng khaù lôùn. Cho neân khi Y Ymax chuùng ta coù theå thöøa nhaän m2 =1 ñeå tính Z1 vaø Z2: G2 2hg 1 Z1 1 2 B (9.6) G2 2hg 1 Z2 1 2 B Caùc löïc Y1, Y2 tæ leä thuaän vôùi Z1, Z2 vaø phuï thuoäc vaøo heä soá baùm ngang 1: G  2h 2 1 g 1 YZ1 1  1 1 2 B (9.7) G  2h YZ  2 1 1 g 1 2 2 1 Ban quyen © Truong2 DH Su phamB Ky thuat TP. HCM Caùc löïc voøng X1, X2 chæ ñaït giaù trò cöïc ñaïi khi Y= 0. Caùc löïc voøng X1, X2 ñaït giaù trò X1max, X2max khi caàu ñang truyeàn löïc keùo hoaëc ñang phanh. Khi ñang truyeàn löïc keùo ta coù: Memaxi h i 0 x1k max x 2k max (9.8) r2 bx Khi ñang truyeàn löïc phanh: m  G  XX 2p 2 (9.9) 1p max 2 p max 2 Caùc giaù trò Ximax ôû (9.8) vaø (9.9) ñöôïc tính trong tröôøng hôïp xe chuyeån ñoäng thaúng vaø troïng löôïng phaân boá ñeàu treân 2 baùnh xe. ÖÙng suaát cöïc ñaïi trong caùc nöûa truïc cuûa caàu chuû ñoäng sinh ra do caùc löïc voøng treân caùc baùnh xe khi truyeàn löïc keùo hoaëc khi phanh. Khi phanh xe caùc phaûn löïc X1p vaø X2p raát lôùn. Khi phanh ñoät ngoät baùnh xe coù theå bò sieát cöùng vaø tröôït leát treân ñöôøng (luùc naøy heä soá baùm doïc coù theå coi gaàn baèng 1). Khi truyeàn löïc keùo, caû khi truyeàn ôû soá truyeàn thaáp nhaát cuûa hoäp soá chính vaø phuï löcï X1k vaø X2k vaãn nhoû hôn X1p vaø X2p. Khi tính nöûa truïc khi phanh chæ tính vôùi X1, X2, Z1, Z2. 137 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Sau cuøng öùng suaát trong nöûa truïc seõ taêng leân khi xe ñi qua caùc oå gaø vaø khi maët ñöôøng loài, loõm khoâng baúng phaúng. Khi ñoù Z1, Z2 seõ ñaït giaù trò Z1max, Z2.max. Nhö vaäy, khi xe chuyeån ñoäng, caùc nöûa truïc, daàm caàu vaø voû caàu coù theå gaëp 1 trong 3 cheá ñoä taûi troïng ñaëc bieät sau. Ñoù laø cô sôû ñeå tính toaùn caùc nöûa truïc, daàm caàu vaø voû caàu: a/ Tröôøng hôïp 1: Xi = Ximax ; Y=0 ,. Z1 = Z2. Khi truyeàn löïc keùo cöïc ñaïi: Memax i h i 0 XX1 2 r2 bx Y1=Y2 = 0 (9.10) m G ZZ 2k 2 1 2 2 Khi ñang phanh vôùi löïc phanh cöïc ñaïi: m G XX 2p 2 1 2 2 Y1=Y2 = 0 (9.11) m G ZZ 2p 2 1 2 2 ÔÛ ñaây: - heä soá baùm doïc : 0,7 0,8 ih – tæ soá truyeàn cuûa hoäp soá Neáu xe chæ coùBan hoäp quyen soá chính © Truong thì: iDHh = Suih1 pham Ky thuat TP. HCM Neáu xe vöøa coù hoäp soá chính vöøa coù hoäp soá phuï thì ih = ih1. ip1 b/ Tröôøng hôïp 2 : Xi= 0, Y=Ymax = m2G2 1 ; Z1 Z2 (xe bò tröôït ngang ) X1= X2 = 0 G 2h 2 g 1 Z1 1 2 B (9.12) G 2h 2 g 1 Z2 1 2 B G  2h 2 1 g 1 Y1 1 2 B (9.13) G  2h 2 1 g 1 Y2 1 2 B ÔÛ ñaây: 138 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 1 – heä soá baùm ngang, coù theå laáy 1 1 m2 =1 khi xe bò tröôït ngang. c / Tröôøng hôïp 3: Xi = 0, Y=0, Zi = Zimax X1= X2 =0 Y1=Y2 = 0 G Z Z k 2 (9.14) 1max 2max ñ 2 Trong ñoù: kñ – heä soá ñoäng khi xe chuyeån ñoäng treân ñöôøng loài loõm vaø xe bò xoùc maïnh  Vôùi xe du lòch vaø xe buyùt: kñ 2  Vôùi xe taûi: kñ = 3 4 Taát caû caùc löïc ñaõ neâu ôû treân seõ gaây ra öùng suaát uoán, xoaén, neùn, vaø caét trong caùc nöûa truïc. Nhöng vì öùng suaát neùn vaø caét khaù nhoû neân chuùng ta boû qua khi tính toaùn. 2. Tính toaùn nöûa truïc giaûm taûi moät nöûa: Sô ñoà nöûa truïc giaûm taûi moät nöûa ôû hình 9.1 – b a/ Tröôøng hôïp 1: Xi = Ximax; Y= 0; Z1=Z2 Moâmen uoán do X1, X2 gaây neân trong maët phaúng ngang: Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Mux 1 =Mux 2 = X1b = X2b Moâmen xoaén do X1, X2 gaây neân: Mx 1 =Mx 2 = X1rbx = X2rbx Neáu ñaët giöõa beân ngoaøi nöûa truïc vaø voû caàu khoâng phaûi 1 maø laø 2 baïc ñaïn caïnh nhau thì khoaûng caùch b seõ laáy ñeán giöõa oå bi ngoaøi. Moâmen uoán do Z1, Z2 gaây leân trong maët phaúng thaúng ñöùng. Muz1 =Muz 2 = Z1b = Z2b Khi truyeàn löïc keùo cöïc ñaïi: ÖÙng suaát uoán taïi tieát dieän ñaët baïc ñaïn ngoaøi vôùi taùc duïng ñoàng thôøi caùc löïc X1 vaø Z2 (töông töï nhö vaäy cho nöûa truïc beân phaûi) 2 2 2 2 2 2 MM b X Z 1 b X Z 2  ux1 uz1 1 2 (9.15) u 3 3 Wu d1,0 d1,0 Trong ñoù: d – ñöôøng kính cuûa nöûa truïc taïi tieát dieän tính [m] X1, X2, Z1, Z2 tính baèng MN Thay caùc giaù trò X1, X2, Z1, Z2 töø (9.10) vaøo bieåu thöùc treân ta coù : 139 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 2 b M i i  m G 2 e max h o [MN/m2] (9.16) u 3 2k 2 d2,0 rbx ÖÙng suaát toång hôïp caû uoán vaø xoaén laø: M 1 2 2 2  th MMM th d1,0 3d1,0 3 ux1 uz1 1k 2 2 2 [MN/m ] (9.17) b 2 M i i M i i m G emax h o emax h o 3 2k 2 d2,0 rbx b Ñoái vôùi nöûa truïc beân phaûi cuõng tính töông töï nhö nöûa truïc beân traùi Khi truyeàn löïc phanh cöïc ñaïi: ÖÙng suaát uoán ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình (9.15). Thay caùc giaù trò töø (9.11) vaøo (9.15) ta coù: bm G  2p 2 1 2 [MN/m2] (9.18) u 0,2d3 b/ Tröôøng hôïp 2 : Xi = 0; Y = Ymax = m2G2 1 (xe bò tröôït ngang; m2 = 1; 1 1) Luùc naøy nöûa truïc chòu uoán, neùn vaø keùo. Nhöng vì öùng suaát neùn, keùo töông ñoái nhoû, neân khi tính toaùn ta boû qua. Nöûa truïc beân phaûi seõ chòu toång soá hai moâmen uoán sinh ra do Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM löïc Z2, Y2. Nöûa truïc beân traùi seõ chòu hieäu soá hai moâmen uoán sinh ra do Z1 vaø Y1 Mu1 = Y1rbx – Z1b (9.19) Mu2 = Y1rbx + Z2b (9.20) Trong ñoù: Mu1 – Moâmen uoán cuûa nöûa truïc beân traùi taïi vò trí ñaët baïc ñaïn ngoaøi. Mu2 – Moâmen uoán cuûa nöûa truïc beân phaûi taïi vò trí ñaët baïc ñaïn ngoaøi. Thay caùc giaù trò Y1, Y2, Z1, Z2 töø caùc bieåu thöùc (9.12) vaø (9.13) vaøo (9.19) vaø (9.20). M 1u Sau ñoù laäp tæ soá ñeå tìm xem Mu1 > Mu2 hay Mu1 Mu2 thì nöûa truïc seõ tính toaùn theo Mu1. Ngöôïc laïi neáu Mu1 < Mu2 thì nöûa truïc seõ tính theo Mu2. M B 2h r b u1 g 1  1 bx Mu 2 B 2h g 1 1r bx b Vì 1 1 neân: M B 2h r b 1u g  bx Mu2 B 2hg rbx b Trong thöïc teá b raát nhoû so vôùi rbx vaø hg. Bôûi vaäy deã daøng thaáy raèng: 140 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM M u1 1 Mu1 M u 2 M u 2 Cho neân ôû tröôøng hôïp naøy ta tính theo Mu1: M Y r Z b Z r b  u1 1 bx 1 1 1 bx u 3 3 Wu d1,0 d1,0 (MN/m2) (9.21) G 2h 2 1 g 1 r b 3 1 bx 0,2d B c/ Tröôøng hôïp 3: G 2 Xi = 0; Y = 0; Zi = Zimax = k ñ 2 Luùc naøy caùc nöûa truïc chæ chòu uoán: G2 Mu1 = Mu2 = Z1max.b = k b (9.22) ñ 2 ÖÙng suaát uoán taïi tieát dieän ñaët baïc ñaïn ngoaøi: M G b  u1 k 2 [MN/m2] (9.23) u d1,0 3 ñ 0,2d3 3. Tính toaùn nöûa truïcBan giaûm quyen taûi ©ba Truong phaàn DHtö: Su pham Ky thuat TP. HCM Sô ñoà nöûa truïc giaûm taûi ba phaàn tö ôû (hình 9.1 – c) Tröôøng hôïp naøy tieát dieän nguy hieåm cuûa nöûa truïc ôû ñaàu ngoaøi gaén vôùi moayô baùnh xe. Khoaûng caùch töø tieát dieän naøy ñeán ñieåm ñaët phaûn löïc R1, R2 cuûa baïc ñaïn trong laø c. a/ Tröôøng hôïp 1: Xi = Ximax ; Y = 0 ; Yi = 0; Z1 = Z2 Luùc naøy caùc löïc taùc duïng leân baùnh xe beân traùi vaø phaûi laø nhö nhau, neân chuùng ta chæ caàn tính toaùn cho nöûa truïc beân traùi. Khi truyeàn löïc keùo cöïc ñaïi: Moâmen uoán taïi tieát dieän nguy hieåm beân traùi Mu1 do R1 gaây neân. Vaäy tröôùc heát phaûi tính R1. Löïc R1 ñöôïc tính nhôø ñieàu kieän caân baèng moâmen taïi vò trí ñaët baïc ñaïn ngoaøi: b R a X2 Z2 .b R XZ2 2 [MN] 1 1 1 1a 1 1 bc M R c XZ2 2 u1 1a 1 1 ÖÙng suaát uoán taïi tieát dieän nguy hieåm: 141 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM M bc  1u XZ2 2 (9.24) u d1,0 30,1d 3 a 1 1 Thay caùc giaù trò X1, X2 ôû (9.10) vaøo (9.24) ta coù: 2 bc M i i  emax h o m G 2 [MN/m2] (9.25) u 3 2k 2 0,2d a rbx Taïi tieát dieän nguy hieåm vöøa chòu öùng suaát uoán vöøa chòu öùng suaát xoaén, neân öùng suaát toång hôïp th seõ laø: M MM2 2 R c 2 X r 2  th 1u 1k 1 1k bx th d1,0 3 d1,0 3 d1,0 3 Thay caùc giaù trò X1,Z1 ôû (9.10) vaøo bieåu thöùc tính th ta coù : 2 2 bc 2 M i i M i i a  m G emax h o emax h o [MN/m2] (9.26) th 3 2k 2 0,2d a rbx bc Khi truyeàn löïc phanh cöïc ñaïi: Öùng suaát uoán luùc naøy vaãn ñöôïc tính theo coâng thöùc (9.24), nhöng X1 vaø Z1 ñöôïc thay baèng caùc giaù trò tính theo bieåu thöùc (9.11): bcm G  2p 2 1 2 [MN/m2] (9.27) u 0,2d3 a Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM b/ Tröôøng hôïp 2: Xi = 0; Y = Ymax = m2G2 1; Z1 Z2 (xe bò tröôït ngang ; m2 = 1; 1 1) Luùc naøy moâmen uoán taïi tieát dieän nguy hieåm beân traùi do R1 gaây neân, coøn beân phaûi do R2 gaây neân. Ñeå quyeát ñònh caùc nöûa truïc tính toaùn theo R1 hay R2, chuùng ta phaûi xaùc ñònh ñöôïc R1 > R2 hay R1 < R2, R1 ñöôïc xaùc ñònh nhôø ñieàu kieän caân baèng moâmen taïi vò trí ñaët baïc ñaïn ngoaøi beân traùi: Y r Z b R a Y r Z b R 1 bx 1 1 1 bx 1 1 a Töông töï nhö vaäy cho beân phaûi: Y r Z b R a Y r Z b R 2 bx 2 2 2 bx 2 2 a Chuùng ta laäp tyû soá: R Y r Z b B 2h r b 1 1 bx 1 g 1  1 bx R2 Y2 r bx Z 2 b B 2hg 1 1r bx b R M Deã thaáy raèng 1 coù giaù trò nhö 1u ôû tröôøng hôïp nöûa truïc giaûm taûi moät nöûa. R2 Mu2 142 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM R1 Laäp luaän nhö tröôùc ta coù 1 töùc laø R1 > R2 R2 Vaäy öùng suaát uoán ñöôïc tính theo R1 Mu R1 c Y1 r bx Z 1 b c u 3 3 (9.28) Wu d1,0 0,1d a Thay caùc giaù trò Y1,Z1 töø (9.12) vaø (9.13) vaøo (9.28) ta coù : G c h2  2 1 g 1 r b 2 u 3 1 bx [MN/m ] (9.29) 0,2d a B Khi ôû moãi beân laø baùnh ñôn, thì ñieåm ñaët cuûa caùc phaûn löïc töø maët ñöôøng ôû giöõa beà maët tieáp xuùc giöõa baùnh xe vôùi ñöôøng. Tröôøng hôïp moãi beân laø baùnh ñoâi, thì ñieåm ñaët cuûa caùc phaûn löïc seõ ôû giöõa beà maët tieáp xuùc cuûa baùnh xe beân ngoaøi vôùi maët ñöôøng. 4. Tính toaùn nöûa truïc giaûm taûi hoaøn toaøn: Sô ñoà nöûa truïc giaûm taûi hoaøn toaøn ôû hình 9.1 – d. Tröôøng hôïp naøy caùc nöûa truïc chæ chòu moâmen xoaén Mk1 = X1krbx vaø Mk2 = X2krbx Öùng suaát xoaén seõ laø: Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM M 1k Mk 2 X1k r bx Memax i h max i o 2  3 3 [MN/m ] (9.30) Wx Wx d2,0 d4,0 Heä soá döï tröõ beàn cuûa caùc nöûa truïc trong ñieàu kieän chuyeån ñoäng ôû tay soá 1 vaø vôùi Memax cuûa ñoäng cô laáy töø 2 ñeán 3. Caùc tính toaùn treân ñaây ñeàu tính vôùi ñieàu kieän taûi troïng tónh khoâng thay ñoåi theo ñaïi löôïng vaø chieàu. Trong thöïc teá chæ coù moâmen xoaén laø ñuùng vôùi ñieàu kieän treân. Coøn moâmen do löïc keùo Xik vaø moâ men do löïc ngang Yi cuõng nhö do taûi troïng cuûa xe gaây ra trong nöûa truïc öùng suaát ñoåi chieàu. Cho neân, khi tính vôùi moâmen tónh thöôøng phaûi laáy döï tröõ beàn lôùn. Veà phöông dieän thieát keá cheá taïo phaûi traùnh nhöõng choã coù theå taäp trung öùng suaát ñoåi chieàu. 5. Vaät lieäu cheá taïo caùc nöûa truïc: Nöûa truïc ñöôïc laøm baèng theùp thanh hay theùp reøn. Vaät lieäu thöôøng laø theùp cacbon, theùp hôïp kim cacbon trung bình, theùp 40X, 40XHM hay theùp cacbon 35; 40. Sau khi 143 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM thöôøng hoaù phoâi ñöôïc toâi trong daàu roài ram. Ñoä cöùng cuûa nöûa truïc cheá taïo baèng theùp hôïp kim phaûi baûo ñaûm HB 350  420, cuûa theùp hôïp kim cao caáp croâm – moâlipñen phaûi coù HB 440 vaø caùc nöûa truïc naøy ñöôïc gia coâng treân caùc maùy coâng cuï. Öùng suaát cho pheùp cuûa caùc nöûa truïc nhö sau: Khi nöûa truïc chòu uoán vaø xoaén, thì öùng suaát toång hôïp cho pheùp seõ laø: 2 [th] = 600  750 MN/m Khi nöûa truïc chæ chòu xoaén thì öùng suaát xoaén cho pheùp laø: [] = 500  650 MN/m2 Goùc xoaén treân 1m chieàu daøi cuûa nöûa truïc laø  = 9o  15o. III. BAÙNH XE VAØ LOÁP CUÛA OÂTOÂ: 1. Baùnh xe oâtoâ: Baùnh xe ñeå truyeàn caùc löïc vaø caùc moâmen taùc duïng giöõa caàu xe vaø ñöôøng, ñaûm baûo höôùng chuyeån ñoäng, giaûm taûi troïng cho xe khi chuyeån ñoäng treân ñöôøng khoâng baèng phaúng. Baùnh xe theo coâng duïng coù theå chia ra caùc loaïi sau: - Baùnh xe chuû ñoäng. - Baùnh xe bò ñoäng. - Baùnh xe daãn höôùng. Yeâu caàu chuû yeáu ñoái vôùi baùnh xe laø Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM chi phí naêng löôïng cho laên laø ít nhaát vaø giöõ ñöôïc höôùng chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ. Caáu taïo cuûa vaønh baùnh xe phaûi ñaûm baûo laép vaø giöõ ñöôïc loáp. Vaønh baùnh xe (hình 9.3) coù khoùa 3 nhaèm thaùo laép loáp ñöôïc deã daøng. Vaønh baùnh xe vaø troáng phanh ñöôïc noái gheùp vôùi moayô baèng caùc bu loâng vaø ñóa baùnh xe. ÔÛ caùc xe taûi haïng naëng, ñóa baùnh xe ñöôïc thay theá baèng caùc nan hoa, nhôø theá troïng löôïng baùnh xe ñöôïc giaûm ñi khoaûng 1015so vôùi loaïi baùnh xe coù ñóa baùnh xe. Hình 9.3: Baùnh xe oâ toâ. 2. Loáp oâ toâ: Theo phöông phaùp bao kín loáp xe coù hai loaïi: 144 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Loáp thöôøng vaø loáp khoâng xaêm. Theo hình daùng ngoaøi coù caùc loaïi nhö loáp thöôøng, loáp roäng baûn, loáp voøng cung, loáp kieåu con laên, loáp coù hoa, loáp thaùo rôøi PC. Caùc yeâu caàu cô baûn cuûa loáp oâ toâ laø phaûi baûo ñaûm chaát löôïng baùm cao (giöõa oâ toâ vaø ñöôøng) aùp suaát treân neàn ñaát nhoû, coù tính choáng moøn vaø chòu nhieät ñoä cao. a. Loáp thöôøng: (loaïi loáp coù xaêm) Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 9.4: Loáp daïng toâroâit a, loaïi coù saêm; b, loaïi khoâng saêm 1. Maët loáp , 2. Phaàn giaûm chaán , 3. Khung loáp , 4. Phaàn beân 5. Thaønh loáp, 6. Tanh loáp, 7. Lôùp bao kín , 8. Lôùp cao su bao kín, 9. Vaønh , 10. Van. Coøn goïi laø loaïi toâroâit, ñöôïc söû duïng roäng raõi hieän nay. Theo hình 9.4a caáu taïo cuûa loaïi loáp naøy coù phaàn chaïy 1, cheá taïo baèng cao su coù tính beàn vaø tính choáng moøn cao. Treân maët loáp coù hoa loáp nhaèm taêng ñoä baùm cuûa loáp vôùi maët ñöôøng. 145 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 9.5: Hoa loáp a. Hoa loáp nhoû, b. hoa loáp vöøa, c. hoa loáp to. 146 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Loaïi hoa loáp nhoû (hình 9.5a) söû duïng cho xe chaïy treân caùc loaïi ñöôøng phuû cöùng. Loaïi hoa loáp (hình 9.5b) söû duïng cho xe chaïy ñöôøng hoãn hôïp. Loaïi hoa loáp to (hình 9.5c) söû duïng cho xe chaïy treân ñöôøng ñaát xaáu. Phaàn khung loáp 3 (hình 9.4a) laøm baèng vaøi lôùp vaûi boïc cao su , moãi lôùp daøy khoaûng 1,01,5 mm, xeáp ñan cheùo nhau. Ñoái vôùi loáp duøng cho xe con coù khoaûng 46 loáp, coøn trong loáp duøng cho xe taûi vaø xe khaùch coù khoaûng 614 lôùp. Khung loáp laø phaàn chòu taûi troïng chính cuûa loáp vaø chaát löôïng cuûa noù phuï thuoäc vaøo ñoä beàn, ñoä ñaøn hoài, ñoä choáng moøn vaø caùc chaát löôïng khaùc cuûa loáp. Caùc sôïi vaûi cuûa khung loáp laøm baèng vaûi boâng hoaëc vaûi toång hôïp (Kaproân, perloân ) Phaàn giaûm chaán 2 daøy khoaûng 37mm coù taùc duïng giaûm va ñaäp leân khung loáp.Trong quaù trình xe chaïy, nhieät ñoä cuûa phaàn naøy coù theå tôùi 1101200C, do ñoù noù ñöôïc cheá taïo baèng vaät lieäu chòu nhieät, phaàn beân 4 baûo veä cho khung loáp. Trong thaønh 5 coù tanh 6. b. Loáp khoâng xaêm: Loáp khoâng xaêm ngaøy caøng ñöôïc söû duïng nhieàu vì keát caáu ñôn giaûn vaø an toaøn cao. Lôùp bao kín 7 (hình 9.4 b) daøy 1,53mm ñöôïc boïc ngoaøi baèng lôùp cao su 8 laép treân vaønh xe 9 coù then 10.Lôùp bao kín ñöôïc cheá taïo baèng caùc hôïp chaát cao su coù chaát löôïng cao. Cheá ñoä nhieät cuûa loaïi loáp naøy thaáp, do ñoù noù coù tuoåi thoï cao. c. Loáp loaïi PC: Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Ñaây laø loaïi loáp coù hoa loáp 2 (hình 9.6a) thaùo rôøi, khi hoa loáp bò moøn coù theå thay theá ñöôïc.Trong phaàn khung loáp 1 caùc sôïi vaûi boá trí theo höôùng kính vôùi moät vaøi lôùp moûng laøm taêng tính ñaøn hoài cuûa loáp.Keát quaû thí nghieäm cho thaáy loaïi loáp naøy coù caûn laên thaáp vaø chi phí nhieân lieäu thaáp (giaûm ñöôïc 812%) vì cheá ñoä nhieät thaáp(20300C). 147 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Hình 9.6: Caùc loaïi loáp a. Loáp PC, b. Loáp roäng baûn, c. Loáp voøng cung, d. Loáp con laên. d. Loáp roäng baûn: (hình 9.6b) Duøng ñeå thay theá cho hai loáp sau cuûa xe taûi nhaèm taêng chaát löôïng söû duïng cuûa loáp vaø cuûa xe. So vôùi loáp bình thöôøng, troïng löôïng cuûa loáp roäng baûn giaûm khoaûng 1015%. Söû duïng loaïi loáp naøy seõ giaûm ñöôïc heä soá caûn laên, giaûm chi phí nhieân lieäu, tính cô ñoäng taêng leân cho pheùp taêng toác ñoä trung bình cuûa oâ toâ. e. Loáp voøng cung:(hình 9.6c) Thöôøng ñöôïc duøng cho caùc loaïi oâ toâ coù tính cô ñoäng cao, chieàu cao cuûa gaân hoa loáp khoaûng 3060 mm, khoaûng caùch giöõa caùc gaân hoa loáp khoaûng 100200 mm, aùp suaát trong cuûa loáp voøng cung thaáp. f. Loáp kieåu con laên :(hình 9.6d) Duøng cho oâ toâ coù tính cô ñoäng cao, chaïy treân ñöôøng ñaát öôùt. AÙp suaát trong cuûa loáp thaáp (2070 kN/m2 ) ñaûm baûo cho loáp baùm ñöôøng raát toát. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM 148 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM E6CHÖÔNG X DAÀM CAÀU – VOÛ CAÀU I. COÂNG DUÏNG, YEÂU CAÀU, PHAÂN LOAÏI: 1. Coâng duïng: Daàm caàu (hoaëc voû caàu) duøng ñeå ñôõ toaøn boä troïng löôïng phaàn ñöôïc treo (bao goàm: ñoäng cô, ly hôïp, hoäp soá, khung, thaân xe, heä thoáng treo, thuøng chôû haøng vaø buoàng laùi ). Ngoaøi ra voû caàu coøn coù chöùc naêng baûo veä caùc chi tieát beân trong (goàm coù: truyeàn löïc chính, vi sai, caùc baùn truïc ) 2. Phaân loïai: a. Theo loaïi caàu coù theå chia ra:  Caàu khoâng daãn höôùng, khoâng chuû ñoäng.  Caàu daãn höôùng, khoâng chuû ñoäng.  Caàu khoâng daãn höôùng, chuû ñoäng.  Caàu daãn höôùng, Banchuû quyenñoäng. © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM b. Theo phöông phaùp cheá taïo voû caàu chia ra:  Loaïi daäp vaø haøn.  Loaïi cheá taïo baèng phöông phaùp choàn.  Loaïi ñuùc.  Loaïi lieân hôïp. c. Theo keát caáu chia ra:  Loaïi caàu lieàn.  Loaïi caàu rôøi. 3. Yeâu caàu:  Phaûi coù hình daïng vaø tieát dieän ñaûm baûo chòu ñöôïc löïc thaúng ñöùng, löïc naèm ngang, löïc chieàu truïc vaø moâmen xoaén khi laøm vieäc.  Coù ñoä cöùng lôùn vaø troïng löôïng nhoû. 149 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM  Coù ñoä kín toát ñeå ngaên khoâng cho nöôùc, buïi, ñaát loït vaøo laøm hoûng caùc chi tieát beân trong.  Ñoái vôùi caàu daãn höôùng coøn phaûi ñaûm baûo ñaët baùnh daãn höôùng ñuùng goùc ñoä quy ñònh. II. TÍNH VOÛ CAÀU CHUÛ ÑOÄNG KHOÂNG DAÃN HÖÔÙNG: Chuùng ta xeùt tröôøng hôïp voû caàu ôû caàu sau. 1. Tính voû caàu sau chuû ñoäng khoâng daãn höôùng theo beàn: Voû caàu seõ chòu uoán vaø xoaén do taùc duïng cuûa caùc ngoaïi löïc. Sô ñoà caùc löïc taùc duïng ñöôïc bieåu dieãn hình 10.1. Caùc phaûn löïc X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2 vaø caùc löïc Y, m2.G2 ñaõ ñöôïc xaùc ñònh ôû chöông IX. S1 vaø S2 laø caùc löïc taùc duïng thaúng ñöùng töø thaân xe thoâng qua nhíp leân voû caàu taïi caùc / / / / ñieåm A vaø C. Y1 vaø Y2 laø caùc löïc ngang taùc duïng giöõa nhíp vaø voû caàu (Y1 + Y2 =Y1+Y2). Caùc löïc naøy naèm saùt voû caàu neân moâmen uoán do chuùng gaây neân khoâng ñaùng keå. Bôûi vaäy khi tính toaùn coù theå boû qua. Y Ban quyenm2G ©2 Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM l l d hg S2 A S1 Y'1 Y'2 C A' C' O B/2 bx r Y1 Y2 B Z1 Z2 X1 X2 Hình 10.1: Sô ñoà caùc löïc taùc duïng leân caàu sau chuû ñoäng khoâng daãn höôùng. Khi tính phaûn löïc thaúng ñöùng Z1 vaø Z2 ngöôøi ta khoâng tính troïng löôïng baùnh xe vaø moayô vì phaàn troïng löôïng naøy truyeàn leân ñaát maø khoâng ñeø leân caàu. Ngoaøi caùc löïc keå treân coøn coù moâmen xoaén taùc duïng leân voû caàu khi phanh hoaëc khi truyeàn löïc keùo. 150 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Theo (hình 10.1): caùc phaûn löïc Z1, Z2 laøm caàu bò keùo ôû phaàn döôùi vaø bò neùn ôû phaàn treân. Caùc phaûn löïc Y1 vaø Y2 taùc duïng khaùc nhau ôû phía traùi vaø phaûi cuûa caàu. Löïc phanh X1, X2 laøm maët tröôùc voû caàu bò keùo vaø maët sau bò neùn. Thöù töï tính toaùn coù theå laøm rieâng vôùi töøng löïc vaø phaûn löïc.Sau ñoù coäng caùc öùng suaát ôû töøng tieát dieän nguy hieåm laïi vôùi nhau. Tuøy theo keát caáu, caùch boá trí caùc baùn truïc vaø caùc oå bi ôû beân trong voû caàu maø öùng suaát sinh ra trong voû caàu seõ khaùc nhau. Tröôøng hôïp baùn truïc ôû beân trong boá trí theo kieåu giaûm taûi moät nöûa thì voû caàu chæ chòu moät phaàn moâmen uoán do caùc löïc vaø caùc phaûn löïc X1, X2, Z1, Z2 vaø chòu hoaøn toaøn moâmen uoán do Y1, Y2 gaây neân. Tröôøng hôïp baùn truïc beân trong boá trí theo kieåu giaûm taûi ba phaàn tö vaø giaûm taûi hoaøn toaøn thì caùc löïc X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2 truyeàn tröïc tieáp töø baùnh xe leân voû caàu vaø gaây uoán voû caàu trong maët phaúng thaúng ñöùng vaø trong maët phaúng naèm ngang. Sô ñoà löïc ôû hình 10.1 öùng vôùi löïc ngang Y taùc duïng töø phaûi sang traùi. Neáu löïc Y taùc duïng theo chieàu ngöôïc laïi thì caùc pheùp tính seõ vaãn nhö cuõ, nhöng ta laáy keát quûa tính cuûa nöûa caàu beân phaûi chuyeån sang nöûa caàu beân traùi vaø ngöôïc laïi. 1 2 3 4 5 N Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM N l l1 l2 Hình 10.2: Sô ñoà caàu sau chuû ñoäng chòu moâmen xoaén. Hình 10.2 laø hình chieáu baèng cuûa caàu sau chuû ñoäng. Trong baùnh xe 1 coù cô caáu phanh. Khi baùnh xe 1 bò phanh, moâmen phanh Mp1 taùc duïng leân maët bích 2 (vì choát cuûa maù phanh gaén treân maët bích 2). Maët khaùc do maët bích 2 gaén lieàn vôùi voû caàu, bôûi vaäy moâmen phanh seõ truyeàn leân voû caàu vaø laøm cho voû caàu bò xoaén. Trong tröôøng hôïp nhíp 3 chòu moâmen Mp1, thì phaàn voû caàu naèm giöõa maët bích 2 vaø nhíp 3 seõ bò xoaén. Tröôøng hôïp neáu nhíp 3 khoâng chòu moâmen Mp1, thì oáng boïc truïc caùc ñaêng 5 seõ chòu Mp1, luùc ñoù phaàn voû caàu töø maët bích 2 ñeán tieát dieän N-N seõ bò xoaén. 151 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Giaù trò moâmen xoaén khi phanh chính laø giaù trò moâmen phanh Mp1: m .G M X .r 2p 2 r (10.1) p1 p1max bx 2 bx Khi xe ñang truyeàn löïc keùo ñeán caàu sau (cuõng vôùi keát caáu nhö hình 10.2). Neáu nhíp 3 chòu moâmen xoaén Mk1, thì phaàn voû caàu töø giöõa caàu cho ñeán nhíp 3 seõ bò xoaén. Trong tröôøng hôïp caàu xe coù oáng boïc truïc caùc ñaêng hoaëc moät thanh chòu xoaén rieâng (thanh 4), thì voû caàu khoâng chòu moâmen xoaén Mk1 nöõa. Giaù trò moâmen xoaén khi ñang truyeàn löïc keùo laø: M i .i M X .r emax h 0 (10.2) k1 k1 bx 2 Vì hai nöûa caàu xe ñoái xöùng qua maët phaúng ñoái xöùng cuûa xe. Cho neân ñoái vôùi nöûa caàu beân phaûi coøn laïi chuùng ta cuõng xeùt töông töï nhö nöûa beân traùi. Khi tính toaùn voû caàu sau theo beàn, chuùng ta cuõng giaû thieát laø caàu xe chòu caùc löïc, caùc phaûn löïc vaø cuõng tính laàn löôït caùc tröôøng hôïp caàu chòu taûi nhö ôû chöông IX. a. Tính voû caàu sau theo beàn khi nöûa truïc beân trong boá trí theo kieåu giaûm taûi 3 hoaëc giaûm taûi hoaøn toaøn. 4 a1). Tröôøng hôïp 1: Xi =Ximax ; Y = 0 (Yi = 0) ; Z1 =Z2 . Khi ñang truyeànBan löïc quyen keùo: © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Theo hình 10.1: moâmen uoán do Z1, Z2 gaây neân ñaït giaù trò cöïc ñaïi taïiA vaø C. m2k G 2 MuzA = MuzC = Z1 .l = Z2 .l = l. (10.3) 2 Neáu moãi beân laø baùnh ñoâi thì l seõ tính töø giöõa nhíp (ñieåm A hoaëc ñieåmC) ñeán giöõa baùnh xe beân ngoaøi. Bieåu ñoà moâmen uoán tónh Muz xem ôû bieåu ñoà 1 hình 10.3. Moâmen uoán do X1, X2 gaây neân taïi A vaø C coù giaù trò: Memax .i h .i 0 MuxA=MuxC = X1.l = X2.l = l. (10.4) r2 bx Bieåu ñoà moâmen uoán cuûa Mux trong tröôøng hôïp naøy laø ñöôøng neùt lieàn ôû bieåu ñoà 2 hình 10.3. Tröôøng hôïp neáu löïc keùo truyeàn töø caàu sau leân khung nhôø oáng boïc truïc caùc ñaêng 5 thì tieát dieän nguy hieåm seõ laø N-N. Luùc ñoù giaù trò moâmen uoán seõ laø: Memax .i h .i 0 MuxN = l. 2 (10.5) r2 bx Vì l2 lôùn hôn l nhieàu neân moâmen uoán taïi N-N coù giaù trò raát lôùn (ñöôøng neùt ñöùt ôû bieåu ñoà 2, (hình 10.3). Cho neân, ñeå giaûm bôùt Mux, treân moät soá xe ngöôøi ta laøm theâm thanh giaûm taûi 4 (xem hình 10.2). Trong tröôøng hôïp naøy Mux ñöôïc tính ôû tieát dieän ñi qua thaân thanh 4: 152 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Memax .i h .i 0 Mux = l. 1 (10.6) r2 bx Moâmen choáng uoán caøng vaøo giöõa caàu caøng taêng, neân tieát dieän nguy hieåm thöôøng choïn laø taïi A vaø C (ôû choå ñaët nhíp). Moâmen choáng uoán hoaëc choáng xoaén cuûa voû caàu sau ñöôïc xaùc ñònh treân cô sôû tieát dieän voû caàu cho saün. Keát hôïp vôùi giaù trò moâmen uoán hoaëc xoaén tính ñöôïc, chuùng ta seõ xaùc ñònh ñöôïc öùng suaát uoán hoaëc xoaén trong taát caû caùc tieát dieän cuûa voû caàu. ÖÙng suaát toång hôïp uoán vaø xoaén chæ xaùc ñònh trong tröôøng hôïp voû caàu coù tieát dieän troøn roãng. Neáu voû caàu coù tieát dieän chöõ nhaät roãng thì öùng suaát do Muzvaø Mux seõ coäng soá hoïc vôùi nhau, coøn öùng suaát xoaén thì tính rieâng. Khi xe ñang phanh vôùi löïc phanh cöïc ñaïi: Khi phanh giaù trò moâmen uoán taïi A vaø C laø: m 2p.G 2 MuZA =MuZC = Z1.l=Z2.l = l. (10.7) 2 m2P.G 2 MuXA =MuXC =X1.l = X2.l = l. (10.8) 2 a2). Tröôøng hôïp 2: Xi=0; Y=Ymax=m2.G2. 1 ; Z1 Z2 ; xe bò tröôït ngang (m2=1; 1 1) Khi xe bò tröôït ngang, caùc phaûn löïc cuûa maët ñöôøng laø Z1, Y1 (beân traùi); Z2, Y2 ( beân phaûi) ( xem hình 10.1). Caùc moâmen uoán do Z1 vaø Y1 taùc duïng leân caàu ngöôïc chieàu nhau, trong khi ñoù moâmen do Z2 vaøY2 gaây neânBan laïi quyen cuøng ©chieàu Truong vôùi DH nhau. Su pham Bôûi vaäy, Ky thuat moâmen TP. uoánHCM lôùn nhaát coù theå ôû caùc tieát dieän khaùc nhau. Moâmen uoán toång coäng ôû tieát dieän A vaø C laø: MuA= Z1.l –Y1.rbx (10.9) MuC= Z2.l +Y2.rbx (10.10) Thay caùc giaù trò Z1, Y1, Z2, Y2 ñaõ tính ôû chöông IX vaøo(10.9) vaø (10.10) ta coù : G 2h M 2 1( g 1 )(l .r ) (10.11) uA 2 B 1 bx G 2h M 2 1( g 1 )(l .r ) (10.12). uC 2 B 1 bx Neáu xeùt veà giaù trò tuyeät ñoái cuûa moâmen thì MuA ñaïi giaù trò cöïc ñaïi khi l=0 (taïi ñieåm A/ ). / G 2 2hg. 1 MuA =Y1.rbx = 1( ) .r (10.13) 2 B 1 bx Trong tröôøng hôïp ñaëc bieät: neáu l = 1.rbx thì MuA = 0 vaø neáu B = 2hg. 1 thì MuC = 0. 153 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM A' C' 1 l l Z1 B Z2 2 X1 X2 l l 3 Z1 l l Z2 4Ban quyen © TruongY1 DH Su pham Ky thuatY2 TP. HCM l l l l 5 l l 6 b b Hình 10.3: Caùc bieåu ñoà moâmen uoán cuûa caàu sau chuû ñoäng khoâng daãn höôùng trong nhöõng tröôøng hôïp caàu chòu taûi khaùc nhau. 154 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Treân hình 10.3 trình baøy caùc bieåu ñoà moâmen do caùc löïc Z1, Z2 (bieåu ñoà 3) vaø do caùc löïc Y1, Y2 (bieåu ñoà 4). Bieåu ñoà moâmen phoái hôïp caû hai löïc Z1 vôùi Y1; Z2 vôùi Y2 ôû bieåu ñoà 5. ÔÛ tröôøng hôïp naøy moâmen uoán ñaït giaù trò cöïc ñaïi ôû maët töïa baùnh xe vôùi voû caàu (beân traùi), coøn ôû nöûa beân phaûi laø tieát dieän ñi qua C. G2 a3) Tröôøng hôïp 3: Xi = 0;Y = 0;Yi = 0; Zi = Zimax = kñ. . 2 Moâmen uoán do Z1max vaø Z2max gaây neân ñaït giaù trò cöïc ñaïi taïi A vaø C: G2 MuzA = MuzC = Z1max.l = kñ. .l (10.14) 2 ÔÛ phaàn treân, öùng suaát sinh ra do troïng löôïng cuûa chính baûn thaân caàu xe chuùng ta chöa xeùt ñeán, maø seõ ñeà caäp thaønh moät muïc rieâng. b. Tính voû caàu sau theo beàn khi nöûa truïc beân trong boá trí theo kieåu giaûm taûi moät nöûa. b1). Tröôøng hôïp 1: XI = Ximax,Y = 0 (YI = 0);Z1 = Z2. Ñeå xaùc ñònh ñuùng caùc löïc taùc duïng leân voû caàu, chuùng ta phaûi xem laïi hình 9.1-b laø sô / / ñoà nöûa truïc giaûm taûi moät nöûa: giöõa voû caàu vaø nöûa truïc coù löïc R1 vaøR2 , caùc löïc naøy seõ laøm voû caàu bò uoán. ÔÛ treân hình 10.4 ta thaáy ôû caùc baùnh xe coù taùc duïng caùc löïc Z1, Y1, Z2, Y2, X1, X2. Caùc / / löïc naøy sinh ra caùc löïc R1 vaøR2 taùc duïng vaøo ñaàu voû caàu. Y Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM m2G2 b a a b d 2 R'1 R' R2 R1 hg S1 2 Y'1 Y'2 S O A C bx l B/2 l r Y2 Y1 Z2 Z1 B X1 X2 Hình 10.4: Sô ñoà löïc taùc duïng leân caàu sau vôùi nöûa truïc giaûm taûi moät nöûa. 155 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Caùc löïc R1, R2 truyeàn töø baùnh raêng nöûa truïc qua voû vi sai taùc duïng leân voû caàu. Trong tröôøng hôïp 1 naøy caàu sau bò uoán ôû caùc tieát dieän A vaø C do caùc löïc X1, X2, Z1, Z2 (vì luùc naøy Y1 = Y2 = 0). Luùc naøy caùc löïc taùc duïng leân beân traùi vaø phaûi cuûa caàu laø nhö nhau, neân ta chæ caàn tính cho moät beân: Moâmen uoán taïi A cuûa löïc Z1: / Muz = R 1z(l – b) (10.15) ÔÛ ñaây: / R 1z - phaûn löïc xuaát hieän do taùc duïng cuûa löïc Z1. / Theo sô ñoà hình 10.4 ta tìm ñöôïc giaù trò R 1z: / a b R 1z = Z1 a Thay vaøo (10.15) ta coù: (a b) Muz =Z1. (l b) a Qua bieán ñoåi ta nhaän ñöôïc: b Muz = Z1.l – Z1 (a b l) (10.16). a Chöùng minh töông töï ta coù moâmen uoán taïi A do X1 gaây neân laø: b MuX = X1.l – X1 (a b l) (10.17) a Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Moâmen xoaén sinh ra do X1,X2 trong tröôøng hôïp naøy vaãn tính theo caùc coâng thöùc (10.1) vaø (10.2). Neáu chuùng ta so saùnh caùc giaù trò Muz ôû coâng thöùc (10.16) vôùi (10.3) vaø MuX ôû coâng thöùc (10.17) vôùi (10.4), chuùng ta seõ thaáy chuùng khoâng khaùc nhau bao nhieâu, vì giaù trò b raát nhoû. Vì vaäy khi tính voû caàu sau coù nöûa truïc giaûm taûi moät nöûa ôû tröôøng hôïp 1 naøy coù theå söû duïng caùc coâng thöùc khi tính voû caàu sau coù nöûa truïc giaûm taûi ba phaàn tö vaø giaûm taûi hoaøn toaøn. b2). Tröôøng hôïp 2: Xi= 0;Y = Ymax = m2.G2. 1; Z1 Z2 Xe bò tröôït ngang (m2 = 1, 1 1). Moâmen uoán MuA taùc duïng ôû tieát dieän A do caùc phaûn löïc Y1 vaø Z1 gaây neân (löu yù moâmen uoán do Z1 vaø Y1 sinh ra seõ ngöôïc daáu): / MuA = R 1YZ.(l –b ) (10.18) ÔÛ ñaây: / / R 1YZ laø löïc R 1 (h.10.4) taùc duïng leân caàu. / R 1YZ ñöôïc tính nhö sau: / a b rbx R 1YZ = Z Y (10.19) 1a 1 a / Thay R 1YZ vaøo (10.18) ta coù: 156 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM a b rbx MuA = Z (l b) Y (l b) (10.20) 1a 1 a Vì Y1 = Z1. 1 neân suy ra: (a b 1 r bx ) MuA = Z (l b) 1 a G 2h (a b r ) = 2 1( g 1 )(l b) 1 bx (10.21) 2 B a Moâmen uoán MuC taùc duïng taïi C do Z2 vaø Y2 gaây neân seõ laø toång moâmen cuûa hai löïc naøy. Chöùng minh töông töï tröôøng hôïp treân ta coù: (a b 1 r bx ) MuC = Z2 (l – b ) a G h2 (a b r ) = 2 1( g 1 )(l b) 1 bx (10.22) 2 B a Bieåu ñoà moâmen uoán cuûa tröôøng hôïp 2 laø bieåu ñoà 6 treân hình 10.3. G2 b3). Tröôøng hôïp 3: Xi = 0;Y = 0;Yi = 0;Zi = Zimax = kñ. . (10.23) 2 Trong tröôøng hôïp naøy moâmen uoán tính theo coâng thöùc ( 10.16 ) nhöng thay Z1 = Z1max G2 = kñ . 2 Vaäy ta seõ coù coâng thöùcBan gaàn quyen gioáng © Truong coâng thöùc DH (10.14).BôûiSu pham Ky vaäythuat coù TP. theå HCM duøng ( 10.14 ) ñeå tính cho tröôøng hôïp naøy. Luùc naøy Z1max = Z2max neân MuA = MuC. Trong caùc coâng thöùc treân heä soá beàn döï tröõ laáy gaàn baèng 2. 2. Tính voû caàu sau theo taûi troïng ñoäng do troïng löôïng baûn thaân cuûa caàu: Khi xe chuyeån ñoäng treân ñöôøng khoâng baèng phaúng, löïc thaúng ñöùng truyeàn töø nhíp leân caàu luoân thay ñoåi vaø chính troïng löôïng cuûa caàu cuõng baét ñaàu gaây taùc duïng lôùn. Phaûn löïc thaúng ñöùng giöõa baùnh xe vaø maët ñöôøng khi qua choå maáp moâ coù theå lôùn hôn nhieàu so vôùi taûi troïng tónh. Khi xe ñi qua caùc choå maáp moâ, caàu sau coù theå coù gia toác raát lôùn, neân trong moät soá tröôøng hôïp chính troïng löôïng cuûa baûn thaân caàu ñaõ laøm gaõy voû caàu. Ñeå tìm ñoä lôùn öùng suaát do troïng löôïng baûn thaân caàu gaây ra, ta chia caàu ra i phaàn (thoâng thöôøng i = 812) vaø xaùc ñònh khoái löôïng cuûa töøng phaàn mi. Tieáp theo cho gia toác coá ñònh ñoái vôùi caàu khi ñi qua choå maáp moâ, ta coù theå xaùc ñònh moâmen uoán sinh ra do taûi troïng ñoäng cuûa chính caàu sau. Treân hình 10.5-a laø sô ñoà löïc taùc duïng leân voû caàu trong maët phaúng thaúng ñöùng khi xe chuyeån ñoäng thaúng treân maët ñöôøng khoâng baèng phaúng. 157 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Caùc hình 10.5-b, 10.5-c, 10.5-d trình baøy bieåu ñoà moâmen uoán, moâmen quaùn tính choáng uoán vaø öùng suaát uoán. l3 l3 Muñ =S3.l3 l a) l S3 S4 Muñ =S1.l S1 A C S2 ñ1 ñ3 ñ4 ñ6 ñ7 bx P Pñ2 P P P P Pñ8 bx z Pñ9 z Pñ5 M uoán b) W uoán c) Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM uoán d) Hình 10.5: Sô ñoà löïc taùc duïng leân voû caàu chuû ñoäng trong maët phaúng thaúng ñöùng. a – Sô ñoà löïc taùc duïng . b – Bieåu ñoà moâmen uoán . c – Bieåu ñoà moâmen choáng uoán . d – Bieåu ñoà öùng suaát uoán . Trong maët phaúng thaúng ñöùng voû caàu chòu taùc duïng cuûa caùc löïc ñoäng S1, S2 (giaû thieát haøng hoaù ñöôïc chaát ñeàu beân traùi vaø beân phaûi, neân S1 = S2), do troïng löôïng phaàn ñöôïc treo 158 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM gaây neân ñöôïc truyeàn qua nhíp ñeán voû caàu. Ngoaøi ra voû caàu coøn chòu taùc duïng cuûa löïc quaùn tính do troïng löôïng baûn thaân caàu gaây ra khi xe chuyeån ñoäng treân ñöôøng maáp moâ. Caùc löïc ñoäng S1, S2 ñöôïclaáy vôùi tröôøng hôïp khi nhíp vöøa chaïm vaøo uï ñôõ cao su (khoâng va ñaäp). Taàn soá dao ñoäng cuûa phaàn ñöôïc treo cuûa xe phuï thuoäc vaøo loaïi troïng taûi cuûa oâ toâ : töø 1  3 Hz. Taàn soá dao ñoäng cuûa phaàn khoâng ñöôïc treo (caùc caàu) töø 8  10 Hz. Taûi troïng ñoäng do moåi phaàn mi cuûa caàu gaây ra coù giaù trò: dv Pñi = m (10.24) i dt ÔÛ ñaây: mi – khoái löôïng cuûa phaàn töû thöù i cuûa caàu. dv - gia toác thaúng ñöùng cuûa caàu sau. dt ÖÙng suaát cao trong maët phaúng thaúng ñöùng laø luùc uï ñôõ cao su ñaäp vaøo caàu, laøm xuaát hieän caùc löïc S3,S4. Giaù trò cöïc ñaïi cuûa heä soá ñoäng kñ ñöôïc tính nhö sau: t  z  x Kñ = (10.25) t Trong ñoù: t – öùng suaát tónh. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM z – öùng suaát ñoäng do dao ñoäng cuûa phaàn ñöôïc treo. x – öùng suaát ñoäng do dao ñoäng cuûa baûn thaân caàu. Khi xe chuyeån ñoäng treân ñöôøng baèng phaúng, phaàn ñöôïc treo aûnh höôûng nhieàu ñeán öùng suaát voû caàu. Khi xe chuyeån ñoäng treân ñöôøng maáp moâ, phaàn khoâng ñöôïc treo aûnh höôûng nhieàu ñeáùn giaù trò öùng suaát cuûa voû caàu. ÖÙng suaát toång hôïp cuûa voû caàu cheá taïo baèng gang reøn khoâng ñöôïc quaù 300 kN/m2 vaø khi cheá taïo töø theùp oáng khoâng ñöôïc quaù 500kN/m2. III. TÍNH DAÀM CAÀU TRÖÔÙC DAÃN HÖÔÙNG THEO BEÀN: Chuùng ta xeùt caàu tröôùc vôùi loaïi daàm caàu lieàn. Sô ñoà löïc taùc duïng leân caàu tröôùc ôû hình 10.6. Caàu tröôùc daãn höôùng ñöôïc tính toaùn treân cô sôû caùc coâng thöùc ñöôïc tính ôû caàu sau. Phaàn taûi troïng taùc duïng leân caàu tröôùc m1.G1 goàm hai thaønh phaàn: G1 – Taûi troïng taùc duïng leân caàu tröôùc khi xe ñöùng yeân treân maët phaúng naèm ngang. m1 – Heä soá phaân boá laïi taûi troïng taùc duïng leân caàu tröôùc, m1 phuï thuoäc vaøo ñieàu kieän chuyeån ñoäng. Khi xe ñang truyeàn löïc keùo ñeán caàu sau chuû ñoäng thì m1 seõ laø m1k 1. 159 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM Caùc phaûn löïc X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2 laø caùc phaûn löïc tieáp tuyeán, phaûn löïc caûn tröôït ngang vaø phaûn löïc thaúng ñöùng cuûa maët ñöôøng. S1, S2: Caùc löïc thaúng ñöùng taùc duïng töø nhíp leân daàm caàu. / / Y 1, Y 2: caùc löïc ngang taùc duïng giöõa nhíp vaødaàm caàu. Khi tính toaùn chuùng ta boû qua troïng löôïng cuûa baùnh xe gbx, vì gbx raát nhoû so vôùi Z1, Z2. Y m1G1 S1 2 hg S Y'2 A ' A Y'1 C C ' O rbx l l Y2 B/2 Y1 Z1 Z2 B X1 X2 Hình 10.6: Sô ñoà löïc taùc duïng leân daàm caàu tröôùc daãn höôùng. ÔÛ caàu tröôùc daãn höôùng töø ñaàu caàu ñeán choã ñaët nhíp caàu chòu uoán vaø xoaén do löïc Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM phanh (vì caàu bò ñoäng neân khoâng xuaát hieän löïc keùo). ÔÛ ñoaïn giöõa hai nhíp caàu chòu uoán trong maët phaúng thaúng ñöùng do Z1, Z2, Y1 vaø Y2 (hình 10.6). Ngoaøi ra caàu coøn bò uoán trong maët phaúng naèm ngang do X1p vaø X2p. Do moâmen uoán trong maët phaúng thaúng ñöùng lôùn hôn moâmen uoán trong maët phaúng naèm ngang neân daàm caàu coù tieát dieän chöõ I. Bôûi vì tieát dieän chöõ I coù khaû naêng choáng uoán trong maët phaúng thaúng ñöùng toát hôn trong maët phaúng naèm ngang. Caàu tröôùc bò ñoäng daãn höôùng cuõng ñöôïc tính theo ba cheá ñoä taûi troïng ñaëc bieät nhö ôû caàu sau. Caùc coâng thöùc xaùc ñònh moâ men uoán vaø xoaén ôû caàu sau ñeàu öùng duïng ñöôïc cho caàu tröôùc, chæ caàn thay m2G2 baèng m1G1. 1. Tröôøng hôïp 1: Xi=Ximax; Y= 0; Yi= 0; Z1= Z2. Moâmen uoán do Z1, Z2 gaây neân trong maët phaúng thaúng ñöùng: m1p.G 1 MuZA= MuZC =Z1l= l. (10.26) 2 Moâmen uoán do X1p, X2p gaây neân trong maët phaúng naèm ngang: 160 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM m1p .G 1 MuXA =MuXC= X1p.l = l (10.27) 2 Tieát dieän nguy hieåm hoaëc laø ôû choã ñaët nhíp hoaëc laø ôû giöõa caàu (vì giöõa caàu thöôøng cheá taïo moûng hôn ôû hai ñaàu). Do ngay choã ñaët nhíp thöôøng coù tieát dieän khaù lôùn, neân tieát dieän kieåm tra öùng suaát uoán thöôøng laáy ôû beân caïnh nhíp. Moâ men xoaén do X1p vaø X2p gaây neân : m1p.G 1 Mp1=Mp2=X1p.rbx= . .r (10.28) 2 bx Tieát dieän ñeå kieåm tra öùng suaát xoaén seõ laáy taïi nôi coù moâ men quaùn tính choáng xoaén nhoû nhaát tính töø cam quay ñeán choã ñaët nhíp. 2. Tröôøng hôïp 2: Xi=0; Y= Ymax =m1G1 1; Z1 Z2. Xe bò tröôït ngang (m1=1, 1 1). Luùc naøy caùc phaûn löïc cuûa maët ñöôøng seõ laø: G1 2hg 1 Z1 = 1( ) (10.29) 2 B G1 2hg 1 Z2 = 1( ) (10.30) 2 B Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM G1 2hg 1 Y1= Z1. 1= 1( ). 1 (10.31) 2 B G1 2hg 1 Y2= Z2. 1= 1( ) . 1 (10.32) 2 B Moâmen uoán trong maët phaúng thaúng ñöùng ñoái vôùi nöûa caàu beân traùi seõ ñaït giaù trò tuyeät ñoái lôùn nhaát taïi vò trí A/ (xem hình 10.3 –5 vaø coâng thöùc 10.13). / G1 2hg 1 MuA = Y1.rbx= 1( ). 1.rbx (10.33). 2 B Ñoái vôùi nöûa caàu beân phaûi, moâmen uoán trong maët phaúng thaúng ñöùng seõ ñaït giaù trò cöïc ñaïi taïi vò trí C (xem hình 10.3 –5vaø coâng thöùc 10.12): G1 2hg 1 MuC = 1( )(l .r ) (10.34) 2 B 1 bx Trong tröôøng hôïp naøy, tieát dieän nguy hieåm ñeå kieåm tra öùng suaát uoán cho nöûa caàu beân phaûi laø ôû caïnh nhíp (ñieåm C) vaø ñoái vôùi nöûa caàu beân traùi laø ôû tieát dieän caïnh cam quay (ôû ñaàu ngoaøi cuøng cuûa daàm caàu caïnh ñieåm A/). 161 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 3. Tröôøng hôïp 3: G1 Xi=0;Y= 0; Yi = 0; Zi=Zimax= kñ . 2 Moâmen uoán trong maët phaúng thaúng ñöùng taïi A vaø C seõ laø: G1 MuZA =MuZC = Z1maxl=Z2maxl = kñ l 2 Ñoái vôùi daàm caàu tröôùc kñ naèm trong khoaûngtöø 2 ñeán 3. Neáu kñ choïn baèng 2 ta seõ coù: MuZA =MuZC =G1l (10.35) Tieát dieän nguy hieåm ñeå kieåm tra öùng suaát uoán trong tröôøng hôïp naøy laø ôû choã ñaët nhíp (beân caïnh ñieåm A vaø ñieåm C) vaø caàn kieåm tra theâm ôû giöõa caàu. Ñeå tìm ñöôïc öùng suaát trong töøng tieát dieän cuûa daàm caàu, caàn phaûi bieát giaù trò moâmen choáng uoán vaø choáng xoaén. B b/2 b/2 t h H t Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 10.7: Sô ñoà tieát dieän daàm caàu chöõ I. Neáu daàm caàu tröôùc coù tieát dieän hình chöõ I thì caùc giaù trò Wu vaø WX ñöôïc tính nhö sau: Moâmen choáng uoán trong maët phaúng thaúng ñöùng: BH3 bh 3 Wuñ = 6H Moâmen choáng uoán trong maët phaúng naèm ngang: (H h)B3 h(B b) 3 Wun = 6H Moâmen choáng xoaén coù theå xaùc ñònh gaàn ñuùng nhö sau: 162 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Truong DH SPKT TP. HCM 2 2 Wx t (H 2b) 9 ÖÙng suaát uoán vaø xoaén cöïc ñaïi xuaát hieän taïi caùc vò trí khaùc nhau cuûa daàm caàu coù tieát dieän chöõ I neân khoâng theå coäng chuùng laïi vôùi nhau ñöôïc. Tröôøng hôïp neáu daàm caàu coù tieát dieän eâlip, thì coù theå coäng öùng suaát uoán vôùi xoaén vaø chuùng ta tính öùng suaát toång hôïp. Ngoaøi caùc löïc ñaõ neâu treân, daàm caàu daãn höôùng coøn bò caùc löïc quaùn tính cuûa chính baûn thaân caàu khi ñi qua choã maáp moâ taùc duïng leân. Coù theå tính löïc quaùn tính nhö ôû caàu sau chuû ñoäng. Nhöng vì troïng löôïng caàu tröôùc daãn höôùng bò ñoäng töông ñoái nhoû, nhaát laø ôû phaàn giöõa caàu neân coù theå khoâng caàn tính caùc löïc naøy. Daàm caàu daãn höôùng thöôøng ñöôïc cheá taïo baèng theùp cacbon trung bình 30, 35, 40, 30X vôùi cheá ñoä nhieät luyeän toâi vaø ram. ÖÙng suaát uoán toång hôïp ôû trong maët phaúng ñöùng vaø ngang khoâng ñöôïc quaù 300kN/m2. ÖÙng suaát xoaén khoâng ñöôïc quaù 125kN/m2. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM 163 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
CHÖÔNG XI HEÄ THOÁNG TREO I. COÂNG DUÏNG, PHAÂN LOAÏI, YEÂU CAÀU. 1. Coâng duïng. Caùc boä phaän cuûa heä thoáng treo duøng ñeå noái khung hay thaân xe vôùi caùc caàu (baùnh xe) oâ toâ vaø töøng boä phaän thöïc hieän caùc nhieäm vuï sau ñaây: - Boä phaän ñaøn hoài laøm giaûm nheï caùc taûi troïng ñoäng taùc duïng töø baùnh xe leân khung, ñaûm baûo ñoä eâm dòu caàn thieát khi di chuyeån vaø truyeàn löïc, moâmen töø ñöôøng leân khung xe. - Boä phaän daãn höôùng ñeå truyeàn löïc doïc, ngang vaø moâmen töø ñöôøng leân khung xe. Ñoäng hoïc cuûa boä phaän daãn höôùng xaùc ñònh tính chaát dòch chuyeån töông ñoái cuûa baùnh xe ñoái vôùi khung. - Boä phaän giaûm chaán ñeå daäp taét caùc dao ñoäng cuûa phaàn ñöôïc treo vaø khoâng ñöôïc treo cuûa oâ toâ. ÔÛ chöông IX ta ñaõ nghieân cöùu löïc phaùt sinh giöõa baùnh xe vaø ñöôøng coù theå goäp laïi thaønh ba phaûn löïc chính: löïc thaúng ñöùng Z, löïc doïc X vaø löïc ngang Y (hình 11.1). Z2 M1z Z1 M2x bx Z α γbx Y1 Y2 Y X y δbx x X1 X2 M1z M2z a) Y1 Y2 M1y M2y b) Hình 11.1: Löïc taùc duïng leân caùc baùnh xe trong maët phaúng tieáp xuùc vôùi maët töïa. a) Caùc phaûn löïc thaønh phaàn taùc duïng töø ñöôøng leân baùnh xe. b) Löïc vaø moâmen truyeàn töø baùnh xe leân khung. 164
Caùc moâmen do caùc löïc X, Y, Z gaây neân moâmen MX, MY, MZ, coù theå coù giaù trò khaùc nhau ñoái vôùi baùnh xe beân traùi hoaëc beân phaûi. Caùc chi tieát cuûa heä thoáng treo truyeàn nhöõng phaûn löïc vaø moâmen treân leân khung. Ñöôøng maáp moâ phaùt sinh löïc ñoäng Z vaø moâmen ñoäng MX truyeàn leân thuøng xe nhôø boä phaän ñaøn hoài cuûa heä thoáng treo. Löïc doïc X, löïc ngang Y vaø caùc momen MY, MZ truyeàn qua boä phaän daãn höôùng cuûa heä thoáng treo. 2. Phaân loaïi. a) Theo boä phaän ñaøn hoài chia ra: - Loaïi baèng kim loaïi (goàm coù nhíp laù, loø xo xoaén oác, thanh xoaén). - Loaïi khí (goàm loaïi boïc baèng cao su – sôïi, loaïi boïc baèng maøng, loaïi oáng). - Loaïi thuûy löïc (loaïi oáng). - Loaïi cao su (goàm loaïi chòu neùn vaø loaïi chòu xoaén ). b) Theo sô ñoà boä phaän daãn höôùng chia ra: -Loaïi phuï thuoäc vôùi caàu lieàn (goàm coù loaïi rieâng, loaïi thaêng baèng). -Loaïi ñoäc laäp vôùi caàu caét (goàm loaïi dòch chuyeån baùnh xe trong maët phaúng doïc, loaïi dòch chuyeån baùnh xe trong maët phaúng ngang, loaïi neán vôùi baùnh xe dòch chuyeån trong maët phaúng thaúng ñöùng ). c) Theo phöông phaùp daäp taét chaán ñoäng chia ra: - Loaïi giaûm chaán thuûy löïc (goàm loaïi taùc duïng moät chieàu vaø loaïi taùc duïng hai chieàu). - Loaïi ma saùt cô (goàm ma saùt trong boä phaän ñaøn hoài vaø trong boä phaän daãn höôùng ). 3. Yeâu caàu. a) Ñoä voõng tónh ft (ñoä voõng sinh ra do taùc duïng cuûa taûi troïng tónh) phaûi naèm trong giôùi haïn ñuû ñaûm baûo ñöôïc caùc taàn soá dao ñoäng rieâng cuûa voû xe vaø ñoä voõng ñoäng fñ (ñoä voõng sinh ra khi oâ toâ chuyeån ñoäng) phaûi ñuû ñeå ñaûm baûo vaän toác chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ treân ñöôøng xaáu naèm trong giôùi haïn cho pheùp. ÔÛ giôùi haïn naøy khoâng coù söï va ñaäp leân boä phaän haïn cheá. b) Ñoäng hoïc cuûa caùc baùnh xe daãn höôùng vaãn giöõ ñuùng khi caùc baùnh xe daãn höôùng dòch chuyeån trong maët phaúng thaúng ñöùng (nghóa laø khoaûng caùch hai veát baùnh tröôùc vaø caùc goùc ñaët truï ñöùng vaø baùnh daãn höôùng khoâng thay ñoåi). c) Daäp taét nhanh caùc dao ñoäng cuûa voû vaø caùc baùnh xe. d) Giaûm taûi troïng ñoäng khi oâ toâ qua nhöõng ñöôøng goà gheà. 165
II. PHAÂN TÍCH KEÁT CAÁU CUÛA HEÄ THOÁNG TREO. 1. Heä thoáng treo phuï thuoäc: a) Nhíp ñaët doïc: Treân hình 11.2 trình baøy sô ñoà keát caáu caùc loaïi heä thoáng treo phuï thuoäc. a) Nhíp doïc 1 nöûa eâlíp, b) loaïi eâlíp laéc qua laéc laïi treân ñieåm töïa 1 vaø noái vôùi khung nhôø quang nhíp 2 4 vaø noái vôùi caàu nhôø quang nhíp 3. 1 3 2 a) b) Hình 11.2: Sô ñoà keát caáu heä thoáng treo phuï thuoäc. a) Nhíp doïc nöûa eâlíp. 1 b) Nhíp eâlíp. 4 Nhíp laø moät daàm gheùp caùc taám theùp laù moûng ñeå coù ñoä ñaøn hoài cao. Hình 11.3 trình baøy nhíp trong daïng rôøi vaø daïng gheùp. 2 4 1 3 Hình 11.3 : Daïng toång quaùt cuûa nhíp. Kích thöôùc caùc laù nhíp nhoû daàn töø laù lôùn nhaát goïi laø laù nhíp chính hay laù nhíp goác. Hai ñaàu laù nhíp chính ñöôïc uoán thaønh hai tai 1 ñeå noái vôùi khung. Phaàn giöõa nhíp coù buloâng caêng 166
4 ñeå sieát caùc laù nhíp laïi vôùi nhau. Caùc quang nhíp 3 giöõ cho nhíp khoâng bò xoâ leäch veà hai beân. b) Nhíp ñaët ngang: Trong heä thoáng treo phuï thuoäc vôùi nhíp ñaët doïc thöôøng nhíp laøm nhieäm vuï daãn höôùng, truyeàn löïc ñaåy hoaëc löïc phanh leân khung. ÔÛ oâ toâ coù caàu tröôùc loaïi lieàn nhíp ñöôïc boá trí ngang (hình 11.4 ). Hình 11.4: Nhíp ñaët ngang . Tröôøng hôïp naøy khung chæ noái vôùi caàu coù ba ñieåm: moät ñieåm ôû caàu tröôùc vaø hai ñieåm ôû caàu sau. Vì vaäy phaàn ñöôïc treo cuûa oâ toâ seõ khoâng chuyeån ñoäng oån ñònh vaø toác ñoä oâ toâ bò haïn cheá. Moät nhöôïc ñieåm nöõa laø nhíp ngang khoâng theå laøm nhieäm vuï truyeàn löïc ñaåy töø khung xuoáng ñeán caàu tröôùc ñöôïc. Muoán truyeàn löïc ñaåy, trong tröôøng hôïp naøy phaûi laøm caùc thanh rieâng. 2. Heä thoáng treo ñoäc laäp: Treân hình 11.5 laø keát caáu heä thoáng treo ñoäc laäp thöôøng ñöôïc söû duïng treân xe du lòch. ÔÛ heä thoáng treo naøy boä phaän daãn höôùng goàm ñoøn treân 1 vaø ñoøn döôùi 4, chuùng keát noái vôùi ñoøn ñöùng vaø daàm caàu daãn höôùng 5 baèng caùc khôùp quay. Trong tröôøng hôïp naøy loø xo 3 laø boä phaän ñaøn hoài coøn giaûm chaán oáng 2 ñöôïc luoàn vaøo beân trong loø xo 3 neân keát caáu raát goïn. Do caùc ñoøn coù hình naïng, neân löïc taùc duïng leân khôùp quay khi coù löïc ngang vaø moâmen cuûa baûn thaân löïc ngang seõ giaûm. 167
Hình 11.5: Heä thoáng treo ñoäc laäp. 1.Ñoøn treân; 2. Giaûm chaán; 3. Loø xo; 4. Ñoøn döôùi; 5. Daàm caàu daãn höôùng ; 6. UÏ cao su haïn cheá haønh trình dao ñoäng. A.BOÄ PHAÄN DAÃN HÖÔÙNG I. COÂNG DUÏNG, PHAÂN LOAÏI, YEÂU CAÀU. 1. Coâng duïng. Boä phaän daãn höôùng cuûa heä thoáng treo coù muïc ñích: xaùc ñònh tích chaát chuyeån ñoäng (ñoäng hoïc) cuûa baùnh xe ñoái vôùi maët töïa vaø voû xe, ñoàng thôøi goùp phaàn vaøo vieäc truyeàn löïc vaø moâmen giöõa baùnh xe vaø voû. 2. Phaân loaïi. a) Heä thoáng treo phuï thuoäc: Trong heä thoáng treo phuï thuoäc hai baùnh xe traùi vaø phaûi ñöôïc noái nhau baèng moät daàm cöùng neân khi dòch chuyeån moät baùnh xe trong maët phaúng ngang thì baùnh xe coøn laïi cuõng dòch chuyeån. Heä thoáng treo phuï thuoäc khoâng theå ñaûm baûo ñuùng hoaøn toaøn ñoäng hoïc cuûa baùnh xe daãn höôùng. b) Heä thoáng treo ñoäc laäp: Trong heä thoáng treo ñoäc laäp hai baùnh xe traùi vaø phaûi khoâng coù quan heä tröïc tieáp vôùi nhau. Vì vaäy trong khi dòch chuyeån baùnh xe naøy trong maët phaúng ngang, baùnh xe kia vaãn 168
ñöùng nguyeân. Do ñoù ñoäng hoïc cuûa baùnh xe daãn höôùng giöõ ñuùng hôn. Nhöng khoâng phaûi ôû taát caû caùc loaïi heä thoáng treo ñoäc laäp ñoäng hoïc cuûa baùnh xe daãn höôùng ñeàu ñuùng. Boä phaän höôùng vaø phaàn töû ñaøn hoài khoâng phuï thuoäc vaøo nhau. Ví duï nhö heä thoáng treo phuï thuoäc coù theå laø loaïi nhíp, loaïi thanh xoaén, loaïi treo khí. Ngöôïc laïi heä thoáng treo loaïi thanh xoaén coù theå laø ñoäc laäp hoaëc phuï thuoäc. 3. Yeâu caàu. Caùc yeâu caàu cô baûn maø boä phaän höôùng phaûi thoaû maûn cuï theå nhö sau: a) Giöõ nguyeân ñoäng hoïc cuûa caùc baùnh xe khi oâ toâ chuyeån ñoäng. Ñieàu naøy coù nghóa laø khi baùnh xe dòch chuyeån thaúng ñöùng caùc goùc ñaët baùnh xe, caùc chieàu roäng, chieàu daøi cô sôû phaûi giöõ nguyeân. Dòch chuyeån baùnh xe theo chieàu ngang Ybx (thay ñoåi chieàu roäng cô sôû) seõ laøm loáp moøn nhanh vaø taêng söùc caûn chuyeån ñoäng oâ toâ treân caùc loaïi ñaát meàm. Dòch chuyeån baùnh xe theo chieàu doïc Xbx tuy coù giaù trò thöù yeáu nhöng cuõng gaây neân söï thay ñoåi ñoäng hoïc cuûa truyeàn ñoäng laùi. Thay ñoåi goùc doaõng α cuûa baùnh xe daãn höôùng laø ñieàu neân traùnh nhaát vì noù keøm theo hieän töôïng moâmen do hieäu öùng con quay laøm cho loáp bò “vaãy” (laéc qua laéc laïi nhanh). Ngoaøi ra khi baùnh xe laên vôùi goùc nghieâng lôùn seõ laøm moøn loáp, sinh ra phaûn löïc ngang Y lôùn vaø laøm oâ toâ khoù baùm vôùi ñöôøng. b) Ñoái vôùi caùc baùnh daãn höôùng neân traùnh söï thay ñoåi goùc nghieâng γ, vì thay ñoåi γ laø laøm truï ñöùng nghieâng veà phía sau neân ñoä oån ñònh cuûa oâ toâ seõ keùm ñi. Khi baùnh xe dòch chuyeån thaúng ñöùng cuõng laøm thay ñoåi ñoä chuïm A-B ( thay ñoåi goùc δ). Goùc δ thay ñoåi seõ laøm thay ñoåi quó ñaïo chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ laøm cho oâ toâ khoâng “baùm” ñuùng ñöôøng. c) Ñaûm baûo truyeàn caùc löïc X, Y vaø caùc moâmen My, Mz töø baùnh xe leân khung maø khoâng gaây neân bieán daïng roõ reät, hay khoâng laøm dòch chuyeån caùc chi tieát cuûa heä thoáng treo. d) Giöõ ñöôïc ñuùng ñoäng hoïc cuûa truyeàn ñoäng laùi. Ñoäng hoïc cuûa truyeàn ñoäng laùi ñöôïc giöõ ñuùng neáu söï dòch chuyeån thaúng ñöùng vaø söï quay quanh truï ñöùng cuûa baùnh xe khoâng phuï thuoäc vaøo nhau. e) Ñoä nghieâng cuûa thuøng xe trong maët phaúng ngang phaûi beù. Boä phaän höôùng coù aûnh höôûng ñeán khoaûng caùch giöõa caùc phaàn töû ñaøn hoài (goïi taét laø khoaûng caùch nhíp). Do boä phaän höôùng ta coù khoaûng caùch naøy lôùn hay beù. Boä phaän höôùng coøn aûnh höôûng ñeán vò trí taâm cuûa ñoä nghieâng beân. f) Boä phaän höôùng phaûi ñaûm baûo boá trí heä thoáng treo treân oâtoâ thuaän tieän vaø khoâng ngaên caûn vieäc dòch chuyeån ñoäng cô veà phía tröôùc. Nhö theá coù theå söû duïng khoaûng khoâng gian trong khung xe. Boä phaän höôùng coù theå taêng ñoä eâm dòu chuyeån ñoäng neáu boá trí laïi caùc phaàn ñöôïc treo moät caùch hôïp lí thì laøm taêng moâmen quaùn tính ñoái vôùi truïc ngang ñi qua troïng taâm phaàn ñöôïc treo. Loaïi boä phaän höôùng cuõng aûnh höôûng ñeán söï dòch chuyeån truïc caùc ñaêng chính ñoái vôùi saøn oâ toâ vaø chieàu roäng cuûa saøn giöõa caùc vaønh chaén buøn. g) Boä phaän höôùng phaûi coù keát caáu ñôn giaûn vaø deã söû duïng. Ñieàu naøy phuï thuoäc nhieàu ôû soá khôùp, soá ñieåm phaûi boâi trôn cuûa heä thoáng treo vaø soá caùcñaêng (ñoái vôùi baùnh chuû ñoäng). 169
h) Troïng löôïng boä phaän höôùng vaø ñaëc bieät laø phaàn khoâng ñöôïc treo phaûi beù. II. KEÁT CAÁU CUÛA BOÄ PHAÄN DAÃN HÖÔÙNG. 1. Keát caáu boä phaän höôùng trong heä thoáng treo phuï thuoäc: Sô ñoà ñôn giaûn nhaát cuûa heä thoáng treo phuï thuoäc laø hai nhíp coù daïng nöûa eâlip (hình 11.2a). Tính chaát dòch chuyeån cuûa caàu ñoái vôùi voû phuï thuoäc vaøo thoâng soá cuûa nhíp, nghóa laø nhíp khoâng phaûi chæ laø boä phaän ñaøn hoài maø coøn laø moät thaønh phaàn cuûa boä phaän höôùng. Heä thoáng treo phuï thuoäc, loaïi thöôøng thaáy hieän nay (hình 11.2a) coù öu ñieåm laø keát caáu ñôn giaûn vaø reû tieàn: nhíp vöøa laøm caû nhieäm vuï ñaøn hoài, daãn höôùng vaø giaûm chaán. Heä thoáng treo phuï thuoäc deã chaêm soùc, nhaát laø khi soá khôùp quay ngaøy caøng ít vaø söû duïng roäng raõi loaïi cao su trong khôùp quay vì cao su khoâng caàn phaûi boâi trôn. Söû duïng loaïi heä thoáng treo phuï thuoäc loáp cuõng ít moøn vì khi oâ toâ quay voøng chæ coù thuøng xe nghieâng coøn caàu vaãn thaêng baèng. Heä thoáng treo phuï thuoäc coù moät loaït nhöôïc ñieåm. Khi naâng moät beân baùnh xe leân, veát baùnh xe seõ thay ñoåi (∆B treân hình 11.6) phaùt sinh löïc ngang Y laøm tính chaát “ baùm ñöôøng “ cuûa oâ toâ keùm ñi vaø oâ toâ deã bò tröôït ngang. Heä thoáng treo ôû caùc baùnh xe, ñaëc bieät laø baùnh xe chuû ñoäng coù troïng löôïng phaàn khoâng ñöôïc treo raát lôùn. αbx ∆B ∆Β Hình 11.6: Aûnh höôûng taùc ñoäng heä thoáng treo leân ñoä dòch chuyeån goùc cuûa caùc baùnh xe. 2. Keát caáu boä phaän höôùng trong heä thoáng treo ñoäc laäp moät ñoøn. Sô ñoà heä thoáng treo ñoäc laäp vôùi söï dòch chuyeån baùnh xe trong maët phaúng ngang vaø coù boä phaän höôùng treân moät ñoøn ñöôïc trình baøy treân hình 11.7. 170
o α b p h ∆B B/2 B Hình 11.7: Heä thoáng treo ñoäc laäp moät ñoøn. Khi baùnh xe dòch chuyeån veà phía treân hay phía döôùi thì goùc nghieâng α cuûa baùnh xe thay ñoåi nhieàu do ñoù phaùt sinh moâmen hieäu öùng con quay. Nhöôïc ñieåm veà ñoäng hoïc cuûa caàu caét loaïi heä thoáng treo ñoäc laäp laø chieàu daøi caàu ngaén vì vaäy söï thay ñoåi chieàu roäng cô sôû ∆B vaø goùc nghieâng α töông ñoái lôùn (hình 11.7). Neáu ñaët heä thoáng treo naøy ôû baùnh daãn höôùng thì caùc nhöôïc ñieåm cuûa noù caøng roõ. Vì vaäy trong nhöõng naêm gaàn ñaây ít khi ngöôøi ta ñaët boä phaän höôùng loaïi naøy treân baùnh daãn höôùng . 3. Keát caáu boä phaän höôùng trong heä thoáng treo ñoäc laäp vôùi cô caáu höôùng hai ñoøn. Sô ñoà cô caáu höôùng cuûa heä thoáng treo ñoäc laäp coù hai ñoøn ngang coù chieàu daøi baèng nhau (cô caáu höôùng hình bình haønh), coù hai ñoøn ngang coù chieàu daøi khaùc nhau (cô caáu höôùng hình thang) ñöôïc trình baøy treân hình 11.8 a,b. Khi söû duïng loaïi cô caáu höôùng hình bình haønh, luùc ta naâng hay haï baùnh xe moät ñoaïn h thì maët phaúng quay cuûa baùnh xe seõ chuyeån dòch nhöng luoân song song vôùi nhau (do tính chaát cuûa hình bình haønh). Do ñoù khaéc phuïc hoaøn toaøn söï phaùt sinh moâmen hieäu öùng con quay vaø trieät tieâu ñöôïc söï rung cuûa baùnh xe ñoái vôùi truïc ñöùng cuûa heä thoáng laùi. Tröôøng hôïp naøy coù theå hoaøn toaøn khaéc phuïc ñöôïc söï thay ñoåi ñoä nghieâng maët phaúng quay cuûa baùnh xe, nhöng söï thay ñoåi ∆B töông ñoái lôùn. Do ñoù loáp choáng moøn vaø ñoä oån ñònh ngang cuûa baùnh xe seõ keùm ñi. Theo caùc keát caáu hieän coù heä thoáng treo ñoäc laäp coù cô caáu höôùng hình thang, khi naâng, haï baùnh xe moät ñoaïn h goùc quay α cuûa baùnh xe seõ giôùi haïn trong khoaûng 5o÷6o (hình 11.8b). 171
r3 α 2 r a. b. h h r1 Zbx Zbx ∆Β. ∆Β . a) b) Hình 11.8: Sô ñoà ñoäng hoïc heä thoáng treo ñoäc laäp cuûa baùnh xe vôùi cô caáu höôùng hai ñoøn hình bình haønh vaø hình thang. Vôùi trò soá α nhö vaäy moâmen hieäu öùng con quay seõ töï trieät tieâu do löïc ma saùt trong heä thoáng. Ñoàng thôøi söï thay ñoåi chieàu roäng veát baùnh xe seõ ñöôïc buø laïi do ñoä ñaøn hoài cuûa loáp, neân loáp khoâng bò tröôït treân maët töïa. Ñoái vôùi caùc loáp hieän nay ∆B khoâng neân vöôït quaù 4÷ r 5mm. Thöôøng laáy 3 = 0,55 ÷ 0,65 (hình 11.8 b). r1 4. Cô caáu höôùng trong heä thoáng treo ñoäc laäp loaïi neán. Cô caáu höôùng loaïi neán ñaûm baûo khi dòch chuyeån baùnh xe khoâng laøm thay ñoåi caùc goùc ñaët baùnhxe α, γ, δ. Chieàu roäng cô sôû B coù theå seõ thay ñoåi moät ít nhöng nhôø ñoä nghieâng ngang cuûa baùnh daãn höôùng buø laïi neân coi nhö khoâng ñoåi. Troïng löôïng phaàn khoâng ñöôïc treo loaïi naøy beù nhaát. (hình 11.9). Boä phaän höôùng loaïi neán cuõng laøm trieät tieâu hoaøn toaøn söï laéc cuûa baùnh xe (hieän töôïng “vaåy” baùnh xe) ñoái vôùi truï ñöùng; vì vaäy seõ laøm maát khaû naêng phaùt sinh moâmen hieäu öùng con quay khi caùc baùnh xe dòch chuyeån thaúng ñöùng. Hình 11.9: Sô ñoà heä thoáng treo loaïi neán Nhöôïc ñieåm cuûa boä phaän höôùng loaïi neán laø: 1.Vì thu goïn keát caáu cuûa boä phaän höôùng neân löïc ngang vaø moâmen do löïc ngang ôû baùnh xe taùc duïng leân cô caáu ñoøn coù giaù trò lôùn, neân tuoåi thoï cuûa cô caáu giaûm. 172
2. Ñoä dòch chuyeån tònh tieán hai chieàu cuûa boä phaän höôùng lôùn neân khoù giaûm ma saùt trong boä phaän höôùng cuõng nhö khoù ñaûm baûo ñoä kín. 3. Khoù boá trí ñöôïc heä thoáng treo leân oâ toâ ñaëc bieät laø khi baùnh xe coù ñoä dòch chuyeån lôùn, nhaát laø ñoái vôùi phaàn töû ñaøn hoài laø loaïi loø xo xoaén oác. Loø xo xoaén oác seõ laøm taêng ñoä daøi cuûa neán. 5. Keát caáu boä phaän höôùng trong heä thoáng treo loaïi thaêng baèng. Trong caùc oâ toâ ba caàu, caàu thöù hai vaø thöù ba thöôøng ñaët gaàn nhau. Heä thoáng treo cuûa hai caàu naøy thöôøng laøm loaïi thaêng baèng ñeå ñaûm baûo taûi troïng thaúng ñöùng baèng nhau ôû hai baùnh xe giöõa vaø baùnh xe sau beân traùi cuõng nhö beân phaûi. Heä thoáng treo töông töï nhö vaäy ñoâi khi cuõng öùng duïng treân oâ toâ boán caàu vaø nhieàu rômoùoc. Heä thoáng treo trong tröôøng hôïp naøy coù theå laø loaïi heä thoáng treo phuï thuoäc hay ñoäc laäp maø ta ñaõ khaûo saùt ôû treân. Trong nhieàu tröôøng hôïp, heä thoáng treo thaêng baèng thöôøng laø loaïi nhíp. Nhö vaäy chæ caàn duøng moät nhíp cho caû hai baùnh xe ôû cuøng moät phía (hình 11.10). 2 1 3 4 Hình 11.10: Heä thoáng treo thaêng baèng. 1. Boä nhíp. 2, 3. Ñoøn daãn höôùng. 4. Truïc. Nhíp ñoùng vai troø ñoøn thaêng baèng, noù khoâng chòu caùc löïc doïc vaø caùc moâmen phaûn löïc. Caùc caàu ñöôïc noái vôùi khung baèng heä ñoøn daãn höôùng 2 vaø 3 (thöôøng moät ñoøn 2 vaø hai ñoøn 3 cho moät caàu). Caùc löïc doïc vaø moâmen phaûn löïc truyeàn leân khung qua caùc ñoøn naøy. Ñaëc tính dòch chuyeån cuûa caùc baùnh xe trong maët phaúng doïc seõ phuï thuoäc vaøo boán khaâu baûn leà taïo bôûi taâm caùc khôùp noái cuûa caùc ñoøn daãn höôùng. Phaàn giöõa cuûa nhíp noái vôùi khung baèng truïc laéc 4, hai ñaàu nhíp tyø leân hai daàm caàu. Trong tröôøng hôïp khoaûng caùch hai caàu giöõa vaø sau lôùn maø trong saûn xuaát chæ coù loaïi nhíp ngaén coù theå treo rieâng töøng caàu vaø laøm ñoøn noái giöõa hai nhíp, ta cuõng bieán heä thoáng treo thaønh heä thoáng treo thaêng baèng. Ví duï treân hình 11.1 coù caùc ñoøn 1, 3 vaø thanh 2 coù tính chaát nhö ñoøn thaêng baèng cöùng, nghóa laø neáu naâng moät baùnh xe cuûa caàu sau leân thì baùnh xe caàu giöõa seõ haï xuoáng vaø ngöôïc laïi. Ñieàu khaùc nhau so vôùi loaïi caàu thaêng baèng tröôùc ñaây laø moâmen phaûn löïc taùc duïng leân caùc baùnh xe seõ baèng nhau. Nhö vaäy ñoä dòch chuyeån cuûa caàu 173
döôùi taùc duïng cuûa moâmen phaûn löïc seõ beù ñi. Nhöng heä thoáng treo thaêng baèng kieåu gheùp naøy chæ neân duøng ôû ñöôøng baèng phaúng. v 2 3 1 Hình 11.11: Heä thoáng treo thaêng baèng ñaûm baûo caân baèng caùc moâmen phaûn löïc. III. TÍNH TOAÙN BOÄ PHAÄN DAÃN HÖÔÙNG ÔÛ phaàn lôùn keát caáu cuûa heä thoáng treo ñoäc laäp, boä phaän ñaøn hoài chæ chòu taûi troïng thaúng ñöùng coøn löïc beân vaø tieáp tuyeán laø do caùc chi tieát cuûa boä phaän daãn höôùng chòu. Khi tính ñoä beàn caùc chi tieát cuûa boä phaän daãn höôùng coù theå laáy heä soá ñoäng töông ñöông nhö khi tính toaùn caàu oâ toâ. Heä thoáng treo ñoäc laäp vôùi cô caáu höôùng hai ñoøn ( hình 11.5) ñöôïc söû duïng ôû oâ toâ du lòch vaø oâ toâ taûi nhieàu caàu coù tính naêng thoâng qua cao. Ñeå xaùc ñònh caùc kích thöôùc cô baûn cuûa boä phaän daãn höôùng ta tính toaùn taûi troïng theo ba tröôøng hôïp ñaõ tính vôùi nöûa truïc vaø caàu chuû ñoäng. • Tröôøng hôïp I: Löïc keùo hay löïc phanh cöïc ñaïi : Xi = Xi max X1 max =Z1.ϕ ; ϕ =0,7 ÷ 0,8: heä soá baùm doïc. Löïc ngang Y = 0. • Tröôøng hôïp II: Löïc ngang cöïc ñaïi : Y= Ymax = m1 G1 ϕ1; ϕ1 = 1 heä soá baùm ngang, heä soá m1 = 1. Löïc doïc Xi = 0. • Tröôøng hôïp III: Löïc thaúng ñöùng cöïc ñaïi : Zi = Zi max G1 Zi max = Kñ ; Kñ : heä soá taûi troïng ñoäng. 2 Kñ = 2 ÷ 3 ñoái vôùi oâ toâ coù tính naêng thoâng qua thaáp; Kñ = 3 ÷ 4 ñoái vôùi oâ toâ coù tính naêng thoâng qua cao. Sau ñaây laø tính toaùn caùc tröôøng hôïp cuï theå: 1. Tröôøng hôïp I: Coù taùc duïng ñoàng thôøi cuûa caùc löïc: Z1p = Z1t = Z1 vaø X1p = X1t = X1 (hình 11.12) 174
m .G m .G .ϕ m .G Z = 1P 1 − g ; X = 1P 1 ; coù theå tính Z = 1P 1 . 1 2 bx 1 2 1 2 Z1 töø cam cuûa truï quay taùc duïng leân thanh ñöùng cuûa boä phaän daãn höôùng (hình 11.12a). Treân ñoaïn caùnh tay ñoaøn (b1 –r1) löïc naøy seõ gaây momen Z1 (b1 –r1) caân baèng vôùi moâmen Fr2. Laáy moâmen ñoái vôùi ñieåm A 1, ta coù Fr2 = Z1 (b1 –r1) b1 − r1 Do ñoù: F = Z1 r2 Löïc phanh X1 gaây neân taûi troïng leân khôùp treân vaø döôùi: Xt vaø Xd b a X t = X1 vaø X d = X1 r2 r2 Moâmen phanh Mp = X1rbx qua ñóa tì cuûa phanh coù khuynh höôùng quay thanh ñöùng cuûa boä phaän daãn höôùng. Trong maët phaúng chöùa baùnh xe Mp caân baèng vôùi moâmen Sr2. Nhôø ñoù ta tính ñöôïc giaù trò cuûa S; rbx S = X1 r2 Do ñoù hôïp löïc cuûa khôùp quay treân vaø khôùp quay döôùi ta coù: rbx − b rbx + a S − X t = X1 ; S + X d = X1 r2 r2 l Löïc do U = X1 do löïc X1 gaây ra trong thanh keùo ngang cuûa hình thang laùi (hình l1 11.12a) l - khoaûng caùch töø giöõa veát baùnh xe ñeán truï ñöùng; l1 - khoaûng caùch töø coå ngoãng quay ñeán truïc thanh keùo ngang. U sinh ra caùc löïc Ut vaø Ud ; baèng caùch laàn löôït laáy moâmen vôùi ñieåm A1 vaø B1 cuûa löïc U ta coù: l b l a U t = X1 . ; U d = X1 . l1 r2 l1 r2 Nhö vaäy trong tröôøng hôïp naøy ñoøn treân chòu neùn hay keùo do löïc (F -Ut ) vaø uoán do löïc (S –Xt). Ñoøn döôùi chòu uoán trong maët phaúng vuoâng goùc vôùi truïc oâ toâ do löïc Z2, Z1 (Z2 löïc r1 neùn loø xo phía traùi: Z2 = Z1 ) vaø uoán trong maët phaúng naèm song song vôùi khung do löïc a1 (S+Xd) cuõng nhö chòu keùo do caùc löïc (F + Ud). 175
T1 m1G1 Ut A1 F S A1 Xt l a C C X1 r2 hg b B1 Ud F Xd rbx B1 a Z1 S Z1 r1 Z2 X1 E b1 Z1 Z1 E C a) l l1 X1 U Hình thang laùi T1 Y m1G1 Qt F1t F1p Qp l hg Y1t F1t Qt F1p Qp Y1p Z1t Z2p Z1p rbx-b Z2t Y1t Y1p B/2 Z1p Z1t B b) Hình 11.12: Sô ñoà tính toaùn ñeå choïn caùc kích thöôùc cô baûn cuûa boä phaän höôùng ôû heä thoáng treo ñoäc laäp. 2. Tröôøng hôïp II: Treân hình 11-12b caùc löïc Z1p vaø Z1t ñöôïc tính theo caùc coâng thöùc: G1 ⎛ 2hgϕ1 ⎞ Z1t = ⎜1+ ⎟ − gbx 2 ⎝ B ⎠ 176
G1 ⎛ 2hgϕ1 ⎞ Z1p = ⎜1− ⎟ − gbx 2 ⎝ B ⎠ Ñeå taêng ñoä döï tröõ beàn, coù theå tính Z1p , Z1t khoâng tröø ñi troïng löôïng gbx: G1 ⎛ 2hgϕ1 ⎞ Z1t = ⎜1+ ⎟ 2 ⎝ B ⎠ G1 ⎛ 2hgϕ1 ⎞ Z1p = ⎜1− ⎟ 2 ⎝ B ⎠ Coøn caùc löïc: G1 ⎛ 2hgϕ1 ⎞ Y1t = ⎜1+ ⎟ϕ1 2 ⎝ B ⎠ G1 ⎛ 2hgϕ1 ⎞ Y1p = ⎜1− ⎟ϕ1 2 ⎝ B ⎠ Phaûn löïc tröôït ngang Y1 taùc duïng leân caùnh tay ñoøn (rbx – b) sinh ra moâmen Y1(rbx –b) caân baèng vôùi moâ men do löïc Q taùc duïng leân ñoøn döôùi cuûa boä phaän höôùng. ÔÛ ñaây laø löïc chæ chung cho caû hai beân traùi vaø phaûi. Do ñoù: rbx − b rbx − b Q t = Y1t ; Q p = Y1p r2 r2 Trong tröôøng hôïp II, taûi troïng taùc duïng leân ñoøn treân cuûa ngoãng quay beân phaûi laøm ñoøn treân chòu neùn hay uoán doïc do löïc (F1p+Qp). Ñoøn döôùi ngoãng quay phaûi chòu uoán do löïc Z1p, Z2p vaø chòu keùo do löïc (F1p+ Qp + Y1p). Ñoøn treân cuûa ngoãng quay beân traùi chòu neùn hay chòu keùo do löïc (F1t –Qt). Ñoøn döôùi ngoãng quay traùi chòu neùn hay chòu keùo do löïc (Y1t + Qt – F1t ) vaøbò uoán do löïc Z1t, Z2t . 3. Tröôøng hôïp III: Löïc F1t = F1p = F ñöôïc xaùc ñònh khi: G1 G1 r1 Z1t = Z1p = Kñ ⇒ Z2t =Z2p = Kñ . 2 2 a1 G1 (b1 − r1 ) Do ñoù: F = Kñ 2 r2 Löïc Z1t = Z1p neùn loø xo vöøa neâu trong tröôøng hôïp II. Ñoøn treân trong tröôøng hôïp naøy chòu neùn hay uoán doïc do löïc F. Ñoøn döôùi traùi chòu uoán do löïc Z2t, ñoøn döôùi phaûi chòu uoán do Z2p; caû hai ñoøn chòu keùo do löïc F. Tröôøng hôïp caùc ñoøn cuûa heä thoáng treo ñaët nghieâng theo maët phaúng ngang hay maët phaúng doïc khi tính phaûi keå ñeán caùc goùc nghieâng. Caùc ñoøn cuûa heä thoáng treo thöôøng cheá taïo baèng theùp 30, 35 hay 40. Ñoâi khi thanh ñöùng ôû giöõa cheá taïo baèng theùp 30X hay 40X, caùc ñoøn cuûa heä thoáng treo ñoâi khi daäp töø theùp ít caùcbon 10 hay 15. 177
B.BOÄ PHAÄN ÑAØN HOÀI I. PHAÂN LOAÏI. 1. Phaàn töû ñaøn hoài baèng kim loaïi: a) Nhíp: söû duïng ôû heä thoáng treo ñoäc laäp vaø phuï thuoäc. b) Loø xo xoaén oác: söû duïng ôû heä thoáng treo ñoäc laäp. c) Thanh xoaén: söû duïng ôû heä thoáng treo ñoäc laäp. 2. Phaàn töû ñaøn hoài phi kim loaïi: a) Loaïi ñaøn hoài baèng cao su b) Loaïi ñaøn hoài nhôø khí eùp c) Loaïi thuyû löïc Lôïi duïng öu ñieåm cuûa töøng loaïi ngöôøi ta söû duïng loaïi boä phaän ñaøn hoài lieân hôïp goàm hai hay nhieàu loaïi phaàn töû ñaøn hoài. II. ÑÖÔØNG ÑAËC TÍNH ÑAØN HOÀI CUÛA HEÄ THOÁNG TREO. Nhôø ñöôøng ñaëc tính ñaøn hoài ta ñaùnh giaù ñöôïc cô caáu ñaøn hoài cuûa heä thoáng treo. Ñöôøng ñaëc tính ñaøn hoài bieåu thò quan heä giöõa löïc Z thaúng ñöùng taùc duïng leân baùnh xe vaø ñoä bieán daïng cuûa heä thoáng treo f ño ngay treân truïc baùnh xe. Treân hình 11.13 trình baøy hai loaïi ñöôøng ñaëc tính cuûa heä thoáng treo: ñöôøng thaúng 1 öùng vôùi heä thoáng treo coù ñoä cöùng khoâng ñoåi coøn ñöôøng cong 2 öùng vôùi loaïi heä thoáng treo coù ñoä cöùng thay ñoåi. Truïc hoaønh bieåu dieãn ñoä voõng f, truïc tung bieåu dieãn löïc Z thaúng ñöùng taùc duïng leân baùnh xe. Muoán coù ñoä voõng ft cuûa moät ñieåm baát kyø treân ñöôøng cong (ví duï ôû ñieåm D) ta veõ ñöôøng tieáp tuyeán taïi ñieãm ñoù (ñieåm D) vaø haï ñöôøng thaúng goùc vôùi truïc hoaønh. Hoaønh ñoä AB laø ñoä voõng tónh ft cuûa heä thoáng treo coù ñoä cöùng thay ñoåi (ñöôøng cong 2) vaø hoaønh ñoä OB seõ laø ñoä voõng tónh cuûa heä thoáng treo coù ñoä cöùng khoâng ñoåi (ñöôøng thaúng 1). Taàn soá dao ñoäng rieâng ôû caùc bieân ñoä beù ñöôïc xaùc ñònh baèng ñoä voõng hieäu duïng (hay ñoä voõng tónh) öùng vôùi taûi troïng tónh Zt = G. Tuy cuøng moät ñoä voõng toång quaùt OC nhöng heä thoáng treo coù ñoä cöùng thay ñoåi coù ñoä voõng hieäu duïng AB lôùn hôn ñoä voõng hieäu duïng cuûa heä thoáng treo coù ñoä cöùng khoâng thay ñoåi (ñoaïn OB). 178
Z Zmax E H Theå tích 2 ñoäng naêng Taûi troïng Zt D K 1 f A C 0 B Hình 11.13: Caùc daïng ñöôøng ñaëc tính cuûa heä thoáng treo. Theå tích ñoäng naêng goïi taét laø theå ñoäng nghóa laø theá naêng lôùn nhaát cuûa heä thoáng treo khi oâ toâ qua choã loài loõm ñöôïc bieåu thò baèng dieän tích coù gaïch EKD öùng vôùi heä thoáng treo coù ñoä cöùng thay ñoåi vaø bieåu thò baèng dieän tích HKD öùng vôùi heä thoáng treo coù ñoä cöùng khoâng ñoåi. Vôùi nhöõng ñoä voõng haïn cheá theå ñoäng caàn thieát cuûa heä thoáng treo coù ñöôøng ñaëc Zmax tính phi tuyeán coù theå theå hieän baèng heä soá ñoäng Kñ = maø ta seõ khaûo saùt kyõ hôn sau ñaây. G Treân hình 11.14 laø daïng ñöôøng ñaëc tính ñaøn hoài cuûa heä thoáng treo khi chaát taûi vaø khi giaûm taûi. Treân truïc hoaønh ta coù ñieåm O laø ñieåm töïa cuûa boä phaän haïn cheá döôùi, ñieåm C laø ñieåm töïa cuûa boä phaän haïn cheá treân, neân ta goïi BO laø giaù trò cuûa ñoä voõng ñoäng döôùi fñd, BC laø giaù trò cuûa ñoä voõng ñoäng treân fñt. Ngoaøi ra ta coøn coù ñieåm L laø ñieåm töïa cuûa vuù cao su phía döôùi, ñieåm M laø ñieåm töïa cuûa vuù cao su phía treân vaø töông öùng vôùi hai ñieåm L, M ta coù ñoä voõng f1, f2 . Khi chaát taûi vaø giaûm taûi caùc thoâng soá cuûa boä phaän ñaøn hoài laø ñoä voõng tónh ft , ñoä voõng ñoäng treân fñt vaø ñoä voõng ñoäng döôùi fñd öùng vôùi haønh trình ñoäng ñeán giôùi haïn cuûa boä phaän haïn cheá phía treân vaø boä phaän haïn cheá phía döôùi, ñoä cöùng Ct cuûa heä thoáng treo, heä soá ñoäng Kñ vaø löïc ma saùt 2F . Ñöôøng cong chaát taûi vaø giaûm taûi khoâng truøng nhau do ma saùt trong heä thoáng treo. Ngöôøi ta qui öôùc laáy ñöôøng ñaëc tính ñaøn hoài cuûa nhíp laø ñöôøng trung bình (ñöôøng neùt ñöùt) (nghóa laø coù tính ñeán löïc ma saùt 2F) . 179
Z i ïn cheá döôù döôùi Zmax ha n ä a h p ûa uï cao su boä ûa ng ïn cheá treân cu troï a ûi n ha aä Ta m töï eå Ñieåm töïa cu chaát taûi ph Ñi boä ûa u 1 c Z coù taûi a f2 cuûa f1 m töï eå giaûm taûi i Ñ m töïa eå i uï cao su treân A α L Gaøi boä phaän haïn cheá Ñ f 0 fñd B M C Ñoä voõng ft fñt Traû Neùn Hình 11.14: Ñöôøng ñaëc tính ñaøn hoài cuûa heä thoáng treo. Khi tính ñoä eâm dòu chuyeån ñoäng (caùc dao ñoäng) taàn soá dao ñoäng rieâng caàn thieát n phaûi ño ñoä voõng tónh hieäu duïng ft quyeát ñònh. Quan heä giöõa ft vaø n theo coâng thöùc taàn soá 300 dao ñoäng rieâng cuûa heä thoáng treo n ≈ vaø theå hieän treân giaûn ñoà (hình 11.15). f t Nhö vaäy coù theå xaùc ñònh ñoä voõng tónh theo taàn soá dao ñoäng rieâng n cuûa heä thoáng treo. Ñoä voõng tónh ft veà giaù trò khaùc vôùi ñoä voõng ñoäng fñd. Noùi chung ft khoâng neân ít hôn 150÷300mm ñoái vôùi oâtoâ du lòch vaø ft khoâng beù hôn 100÷200mm ñoái vôùi oâtoâ buyùt. Caû hai loaïi naøy coù taàn soá dao ñoäng rieâng n = 60÷85 laàn/ph. Trong oâtoâ taûi ft khoâng neân beù hôn 60÷120mm öùng vôùi taàn soá dao ñoäng rieâng n = 80÷100 laàn/ph. Ñeå ñaûm baûo ñoä eâm dòu chuyeån ñoäng thì tæ soá ñoä voõng tónh fts cuûa heä thoáng treo sau vaø ñoä voõng tónh ftt cuûa heä thoáng treo tröôùc phaûi naèm trong caùc giôùi haïn sau: f -Trong oâ toâ du lòch ts = 0,8 ÷ 0,9 f tt f -Trong oâ toâ taûi vaø oâ toâ buyùt ts = 1÷1,2 . f tt 180
n (laàn/phuùt) Ñoä cöùng Ct cuûa heä thoáng treo baèng tang goùc nghieâng cuûa tieáp tuyeán cuûa ñöôøng trung bình 130 (ñöôøng neùt ñöùt) C = tgα. Tröôøng hôïp toång quaùt t 120 ñöôøng ñaëc tính cuûa heä thoáng treo khoâng phaûi laø 110 ñöôøng thaúng vaø ñoä cöùng Ct thay ñoåi. dz 100 C t = df 90 Ñeå ñaùnh giaù sô boä ngöôøi ta thöôøng tính ñoä 80 cöùng heä thoáng treo chòu taûi troïng tónh: G Z 70 C = = t t 60 f t f t 50 f (cm) Töø ñaây ta thaáy ñoä cöùng vaø ñoä voõng tónh laø 5 10 15 20 25 caùc ñaïi löôïng coù quan heä vôùi nhau, nhöng ñoä voõng tónh cho ta hình dung ñaày ñuû veà heä thoáng treo hôn Hình 11.15: Quan heä cuûa taàn soá laø ñoä cöùng vì noù noùi leân taûi troïng tónh Zt = G taùc taàn soá dao ñoäng rieâng cuûa phaàn duïng leân heä thoáng treo. ñöôïc treo h vôùi ñoä voõng hieäu duïng f Heä soá ñoäng löïc hoïc goïi taét laø heä soá ñoäng laø tyû soá giöõa taûi troïng lôùn nhaát Zmax coù theå truyeàn qua heä thoáng treo vôùi taûi troïng tónh. Zmax Zmax K ñ = = G Zt Khi Kñ beù thì seõ coù söï va ñaäp lieân tuïc leân boä phaän haïn cheá cuûa nhíp, laøm cho nhíp bò uoán ngöôïc laïi vaø bò “goõ”. Khi Kñ quaù lôùn, trong tröôøng hôïp dao ñoäng vôùi bieân ñoä lôùn vaø giôùi haïn giaù trò fñ, heä thoáng treo seõ raát cöùng. Thöïc teá chöùng toû raèng choïn Kñ thích hôïp thì khi oâtoâ chuyeån ñoäng treân ñöôøng khoâng baèng phaúng, taûi troïng ñoäng truyeàn qua heä thoáng treo seõ gaây va ñaäp raát ít leân boä phaän haïn cheá. Khi tính heä thoáng treo coù theå choïn Kñ = 1,7÷1,8. ÔÛ CHLB Nga vôùi caùc oâ toâ coù khaû naêng thoâng qua thaáp choïn Kñ = 2÷3 vaø ôû oâtoâ coù khaû naêng thoâng qua cao choïn Kñ = 3÷4. Ñoä voõng ñoäng fñ cuûa heä thoáng treo (goàm caû ñoä bieán daïng cuûa caùc vuù cao su) phuï thuoäc vaøo ñöôøng ñaëc tính cuûa heä thoáng treo vaø vaøo ñoä voõng tónh ft. -Trong oâ toâ du lòch fñ = (0,5÷0,6).ft - Trong oâ toâ buyùt fñ = (0,7÷0,8).ft -Trong oâ toâ taûi fñ = 1,0.ft Ñoä voõng ñoäng fñ quan heä chaët cheõ vôùi heä soá ñoäng Kñ. Ñoä voõng ñoäng fñ caøng lôùn thì ñoä eâm dòu chuyeån ñoäng taêng vaø deã phoái hôïp vôùi heä soá ñoäng Kñ lôùn, ñaûm baûo söï tieáp xuùc cuûa loáp vôùi maët ñöôøng toát. Tuy nhieân luùc aáy ñoä dòch chuyeån töông ñoái cuûa thuøng xe vôùi loáp laïi lôùn laøm cho tính oån ñònh keùm, vaø yeâu caàu ñoái vôùi boä phaän höôùng cuûa heä thoáng treo coù chaát löôïng cao hôn, laøm phöùc taïp theâm daãn ñoäng laùi caùc baùnh tröôùc, vaø taêng giôùi haïn khoaûng saùng gaàm xe trong heä thoáng treo ñoäc laäp. 181
Ñöôøng caøng maáp moâ vaø vaän toác caøng lôùn thì haønh trình ñoäng cuûa heä thoáng treo caøng phaûi lôùn. Ñoái vôùi oâ toâ coù khaû naêng thoâng qua thaáp thì ñoä cöùng cuûa heä thoáng treo thay ñoåi ít fñt = 70÷140mm. Ñoái vôùi oâ toâ coù khaû naêng thoâng qua cao fñt = 120÷160mm. III. TÍNH TOAÙN PHAÀN TÖÛ ÑAØN HOÀI KIM LOAÏI: 1. Tính toaùn nhíp ñaët doïc: Khi tính toaùn nhíp ta phaân bieät ra: a) Tính toaùn kieåm tra: Trong tính toaùn kieåm tra ta ñaõ bieát taát caû kích thöôùc cuûa nhíp caàn phaûi tìm öùng suaát vaø ñoä voõng xem coù phuø hôïp vôùi öùng suaát vaø ñoä voõng cho pheùp hay khoâng. b) Tính toaùn thieát keá: Khi caàn phaûi choïn caùc kích thöôùc cuûa nhíp ví duï nhö soá laù nhíp, ñoä daøy cuûa laù vaø vaø caùc thoâng soá khaùc ñeå ñaûm baûo caùc giaù trò cuûa ñoä voõng vaø öùng suaát ñaõ cho. Choïn caùc kích thöôùc cuûa nhíp xuaát phaùt töø ñoâï voõng tónh ft vaø öùng suaát tónh σt (ñoä voõng vaø öùng suaát öùng vôùi taûi troïng tónh) vôùi ñoä voõng ñoäng fñ vaø öùng suaát ñoäng σñ (ñoä voõng vaø öùng suaát öùng vôùi taûi troïng ñoäng). Nhíp coù theå coi gaàn ñuùng laø moät caùi daàm coù tính choáng uoán ñeàu. Thöïc ra muoán daàm coù tính choáùng uoán ñeàu phaûi caét laù nhíp thaønh caùc maåu coù b chieàu roäng , chieàu cao h vaø saép xeáp nhö hình11.16 a,b. Nhöng nhö vaäy thì laù nhíp chính 2 seõ coù ñaàu hình tam giaùc maø khoâng coù tai nhíp ñeå truyeàn löïc leân khung. Vì theá ñeå ñaûm baûo truyeàn ñöôïc löïc leân khung, ñaûm baûo ñoä beàn cuûa tai khi laù nhíp chính coù ñoä voõng tónh cöïc ñaïi phaûi laøm laù nhíp chính khaù daøy vaø moät soá löôïng lôùn caùc laù coù chieàu cao h giaûm daàn khi caøng xa laù nhíp chính. Khi tính toaùn ñoä beàn caùc laù nhíp thoâng thöôøng ngöôøi ta tính uoán ôû choã gaén chaët nhíp. ÔÛ ñaây raát khoù tính chính xaùc vì khi sieát chaët caùc laù nhíp laïi vôùi nhau vaø laép vaøo oâtoâ thì trong nhíp ñaõ phaùt sinh caùc öùng suaát ban ñaàu. Laù nhíp chính naèm treân cuøng chòu löïc uoán sô boä beù nhaát, caùc laù nhíp thöù hai, thöù ba do cöù ngaén daàn neân chòu uoán caøng lôùn. Coù khi treân moät laù nhíp ngöôøi ta cheá taïo coù nhöõng cung cong khaùc nhau. Khi nhíp bò keùo caêng caùc laù nhíp seõ bò uoán thaúng ra. Luùc aáy laù nhíp treân chòu öùng suaát sô boä ngöôïc laïi vôùi öùng suaát luùc laù nhíp laøm vieäc chòu taûi. Caùc baùn kính cong cuûa töøng laù nhíp rieâng reõ caàn choïn theá naøo ñeå öùng suaát trong caùc laù nhíp ñoù gaàn baèng nhau khi nhíp chòu taûi troïng. Ñeå ñôn giaûn trong tính toaùn ngöôøi ta giaû thieát laø moâmen uoán seõ phaân phoái ñeàu theo caùc laù nhíp neáu chieàu cao caùc laù nhíp baèng nhau. 182
l Z/2 l1 l2 Z/2 Z c) 6 4 5 1 2 3 b/2 B 1 2 3 4 5 6 a) d) 6 5 3 4 1 2 h ñ) 1 2 3 4 5 6 b) Hình 11.16: Nhíp ñöôïc coi nhö moät daàm coù tính choáng uoán ñeàu: a), b) - Loaïi nöûa eâlíp; c), d), ñ) - Sô ñoà caùc ñaàu laù nhíp. Döôùi ñaây ta seõ khaûo saùt quan heä giöõa ñoä voõng tónh cuûa nhíp vaø löïc taùc duïng leân nhíp. Löïc taùc duïng leân nhíp Zn baèng hieäu soá cuûa löïc taùc duïng leân caùc baùnh xe Zbx vaø troïng löôïng phaàn khoâng ñöôïc treo g goàm coù caàu vaø caùc baùnh xe. g Z = Z − n bx 2 Döôùi taùc duïng cuûa löïc Zn ôû hai choát nhíp seõ phaùt sinh hai phaûn löïc NB höôùng theo chieàu moùc treo nhíp vaø NA theo höôùng AO ñeå ñaûm baûo ña giaùc löïc ñoàng qui (ñieàu kieän heä löïc caân baèng, hình 11.17a). Muoán heä löïc caân baèng thì ΣX = 0 nghóa laø XA =XB. ΣZ = 0 nghóa laø ZA + ZB = Zn. Moùc nhíp sinh ra löïc doïc X B = ZB tgα (α: goùc nghieâng cuûa moùc nhíp). Muoán cho löïc doïc ban ñaàu XB khoâng lôùn thì α phaûi choïn nhoû, nhöng nhoû quaù seõ deã laøm cho moùc nhíp quay theo chieàu ngöôïc laïi khi oâtoâ chuyeån ñoäng khoâng taûi, vì luùc aáy oâtoâ bò xoùc nhieàu hôn. Vì vaäy α khoâng choïn beù quaù 5o. Ñaàu laù nhíp thöôøng laøm theo goùc vuoâng (h.11.16c), hình thang (h. 11.16d) vaø theo hình traùi xoan (h 11.16ñ). 183
l . O .l1 .l2 .l1h .l2h a) XA A B XB NB NA ZA ZB Zn ZA=Zn.l2/(l1+l2) Zn=Zbx-g/2 ZB=Zn.l1/(l1+l2) B XB b) XA A o l . NA NB l.1 l.2 Zn l. Zn c) M=Zn.lx lo . l.x Zn m1G1 d) A B lo . l.1 l.2 ZA ZB l. ñ) l. Hình 11.17: Sô ñoà caùc loaïi nhíp: a) Nhíp nöûa eâlíp; b) Nhíp coângxoân; c) Nhíp moät phaàn tö eâlíp. d) Nhíp ñaët ngang; ñ) Nhíp nöûa eâlíp vôùi nhíp phuï. Ñeå taêng ñoä ñaøn hoài ñaàu laù nhíp thöôøng laøm moûng hôn thaân. Nhö vaäy öùng suaát trong nhíp seõ phaân boá ñeàu hôn vaø ma saùt giöõa caùc laù nhíp ít ñi. Laù nhíp laøm theo ñaàu vuoâng deã saûn xuaát nhöng öùng suaát tieáp ôû ñaàu seõ raát lôùn. Khi tính toaùn nhíp ngöôøi ta boû qua aûnh höôûng cuûa löïc doïc XA , XB. 184
Theo coâng thöùc cuûa söùc beàn vaät lieäu, trong tröôøng hôïp nhíp laù khoâng ñoái xöùng döôùi taùc duïng cuûa löïc Zn, ñoä voõng tónh ft seõ ñöôïc tính gaàn ñuùng theo coâng thöùc: 2 2 Zn .l1h .l2h f t = δ (11.1) 3EJ 0lh Trong ñoù: lh = l-lo - laø chieàu daøi hieäu duïng cuûa nhíp (m); l - chieàu daøi toaøn boä cuûa nhíp (m); lo - khoaûng caùch giöõa caùc quang nhíp (m); E =2,15.105 MN/m2 - moâñun ñaøn hoài theo chieàu doïc; l1h ,l2h - chieàu daøi hieäu duïng tính töø hai quang nhíp ñeán choát nhíp (m). b b J = Σh 3 = ( h 3 + h 3 + + h 3 ) (11.2) o 12 1 12 1 2 m Trong ñoù: Jo - toång soá moâmen quaùn tính cuûa nhíp ôû tieát dieän trung bình naèm saùt beân tieát dieän baét quang nhíp (m4 ); h1 - chieàu daøy cuûa laù nhíp thöù nhaát (m); h2 - chieàu daøy cuûa laù nhíp thöù hai (m); hm - chieàu daøy cuûa laù nhíp thöù m (m); b - chieàu roäng cuûa laù nhíp. Chieàu roäng cuûa laù nhíp thöôøng choïn theo chieàu roäng b cuûa caùc laù nhíp coù baùn treân thò tröôøng (m); δ - heä soá bieán daïng cuûa laù nhíp. Thöôøng nhíp ñöôïc chia nhoùm theo chieàu daøy vaø soá nhoùm khoâng quaù ba. Tæ soá cuûa b chieàu roäng laù nhíp b treân chieàu daøy h toát nhaát naèm trong giôùi haïn 6 < < 10. Laù nhíp coù h chieàu roäng lôùn quaù khoâng lôïi vì luùc thuøng xe bò nghieâng öùng suaát xoaén ôû laù nhíp chính vaø moät soá laù nhíp tieáp theo seõ taêng leân. Heä soá bieán daïng ñoái vôùi nhíp coù tính choáng uoán ñeàu (nhíp lí töôûng ) δ = 1,5. Trong thöïc teá δ = 1,45 ÷1,25 phuï thuoäc theo daïng ñaàu laù nhíp vaø soá laù nhíp coù cuøng ñoä daøi. Khi ñaàu nhíp ñöôïc caét theo hình thang (h.11.16d) vaø laù nhíp thöù hai ngaén hôn laù nhíp chính nhieàu (h.11.18a) ta laáy δ=1,4, khi laù thöù hai duøng ñeå cöôøng hoaù laù nhíp chính (h.11.18b,c) ta laáy δ= 1,2. a) b) c) Hình 11.18: Sô ñoà caùc tai nhíp. Khi daùt moûng ñaàu nhíp vaø caét ñaàu nhíp theo hình traùi soan (hình 11.14ñ) nhíp seõ meàm hôn vì vaäy δ seõ taêng. Ngoaøi ra heä soá δ seõ phuï thuoäc keát caáu cuûa quang nhíp vaø khoaûng caùch giöõa caùc quang nhíp. 185
l Trong tröôøng hôïp ñaëc bieät l = l = h nhíp ñoái xöùng thì coâng thöùc (11.1) seõ coù 1h 2h 2 daïng: 3 Zn lh f t = δ (11.3) 48EJ 0 Ñoái vôùi nhíp loaïi coângxoân (h.11.15b). 3 2 3 ⎛ l ⎞ ⎛ l ⎞ ⎛ l ⎞ o ⎜ 1 ⎟ o ⎜l1 − ⎟ + ⎜ ⎟ ⎜l 2 − ⎟ ⎝ 4 ⎠ ⎝ l 2 ⎠ ⎝ 4 ⎠ f t = δZ n (11.4) 3EJ o Ñoái vôùi nhíp loaïi moät phaàn tö eâlip (h 11.15c). 3 ⎛ lo ⎞ ⎜l1 − ⎟ ⎝ 4 ⎠ f t = δZn (11.5) 3EJ o Chieàu daøi cuûa caùc laù nhíp phuï thuoäc chieàu daøi cô sôû L cuûa oâtoâ. Ñoái vôùi oâtoâ du lòch lh =(0,35 ÷0,5)L, oâtoâ taûi lh =(0,25÷0,3)L. Töø coâng thöùc (11.1), (11.3), (11.4), (11.5) ta coù theå tìm ñöôïc moâmen quaùn tính Jo cuûa tieát dieän naèm taïi quang ôû saùt beân tieát dieän giöõa nhíp: Vôùi nhíp nöûa eâlip khoâng ñoái xöùng: 2 2 Zn l1h l2h J o = δ (11.6) 3Elh f t Vôùi nhíp nöûa eâlip ñoái xöùng: 3 Zn l h J o = δ (11.7) 48Ef t Vôùi nhíp loaïi coângxoân: 3 2 3 ⎛ l ⎞ ⎛ l ⎞ ⎛ l ⎞ o ⎜ 1 ⎟ 0 ⎜l1 − ⎟ + ⎜ ⎟ ⎜l2 − ⎟ ⎝ 4 ⎠ ⎝ l2 ⎠ ⎝ 4 ⎠ J o = δZn (11.8) 3Ef t Vôùi nhíp loaïi moät phaàn tö eâlip 3 ⎛ lo ⎞ ⎜l1 − ⎟ ⎝ 4 ⎠ J o = δZ n (11.9) 3Ef t Ñeå so saùnh ñoä cöùng cuûa caùc loaïi nhíp coù keát caáu khaùc nhau thöôøng ngöôøi ta khoâng phaûi qua löïc Zn maø qua öùng suaát cöïc ñaïi trong caùc laù nhíp, vì nhö theá coù theå vöøa ñaùnh giaù aûnh höôûng cuûa Zn vaø cuûa keát caáu nhíp. Ñoái vôùi laù nhíp chính coù chieàu roäng b vaø chieàu cao hc thì: 186
M h u c (11.10) Z σuc = f l1 l2 2J c Tröôøng hôïp nhíp nöûa eâlip khoâng ñoái xöùng ta coù: l M = Z l = Z l u A 1 B 2 a) Z l l M = n 1h 2h thay vaøo phöông trình 11.1 ta coù: u l2 l1 l1h + l2h f 3f EJ M = c c (11.11) uc δl l Z 1h 2h b) Thay theá giaù trò Muc vaøo (11.10) ta coù öùng vôùi tröôøng hôïp nhíp khoâng ñoái xöùng ôû laù nhíp chính l öùng suaát uoán tónh seõ laø: 3f Eh f tc c Z σ utc = (11.12) 2δl1h l2h c) Vôùi tröôøng hôïp nhíp ñoái xöùng, ôû laù nhíp chính Hình 11.19: ta coù öùng suaát uoán tónh laø: a) Sô ñoà loaïi nhíp 1/2 eâlíp 6Eh cf tc σ utc = 2 (11.13) b) Sô ñoà loaïi nhíp coângxoân δlh Cuõng töông töï nhö vaäy ñoái vôùi ñoä voõng ñoäng fñ ta c) Sô ñoà loaïi nhíp 1/4 eâlíp. coù theå xaùc ñònh öùng suaát uoán trong tröôøng hôïp ñoäng vôùi nhíp nöûa eâlip khoâng ñoái xöùng: 3 Eh cf ñc σ uñ = . (11.14) 2 δl1h l2h Vôùi nhíp nöûa eâlip loaïi ñoái xöùng: 6Eh cf ñc σ uñ = 2 (11.15) δlh Vôùi loaïi nhíp coângxoân: ⎛ l ⎞ 3Eh ⎜l − o ⎟f c 4 t σ = ⎝ ⎠ (11.16) ut 3 3 ⎡⎛ l ⎞ ⎛ l ⎞⎛ l ⎞ ⎤ 2δ⎢⎜l − 0 ⎟ + ⎜ 1 ⎟⎜l − 0 ⎟ ⎥ 1 4 ⎜ l ⎟ 2 4 ⎣⎢⎝ ⎠ ⎝ 2 ⎠⎝ ⎠ ⎦⎥ ⎛ l ⎞ 3Eh ⎜l − o ⎟f c 4 ñ σ = ⎝ ⎠ (11.17) uñ 3 3 ⎡⎛ l ⎞ ⎛ l ⎞⎛ l ⎞ ⎤ 2δ⎢⎜l − 0 ⎟ + ⎜ 1 ⎟⎜l − 0 ⎟ ⎥ 1 4 ⎜ l ⎟ 2 4 ⎣⎢⎝ ⎠ ⎝ 2 ⎠⎝ ⎠ ⎦⎥ Vôùi loaïi nhíp moät phaàn tö eâlip: 187
3Ef t h c σ ut = 2 (11.18) ⎛ l0 ⎞ 2δ⎜l1 − ⎟ ⎝ 4 ⎠ 3Ef ñ h c σ uñ = 2 (11.19) ⎛ l0 ⎞ 2δ⎜l1 − ⎟ ⎝ 4 ⎠ Nhö vaäy öùng suaát trong laù nhíp chính (töø ñoù suy ra caùc laù nhíp khaùc) tæ leä vôùi ñoä daøy vaø ñoä voõng (ñoä voõng tónh vaø ñoäng noùi chung). Khi chaát caùc loaïi haøng rôøi leân oâtoâ trong nhíp thöôøng phaùt sinh taûi troïng ñoäng. Ñeå ñeà phoøng hoûng nhíp, trong tröôøng hôïp naøy ngöôøi ta thöôøng laøm cô caáu haõm nhíp luùc chaát taûi. Trong laù nhíp chính öùng suaát lôùn thöôøng laø ôû haønh trình traû cuûa nhíp vôùi taûi troïng ñoäng. Neáu haønh trình traû khoâng ñöôïc haïn cheá thì thöôøng ñeå giaûm taûi cho laù nhíp chính ngöôøi ta ñaët moät laù ngöôïc treân laù nhíp chính. Theo Paùckhiloápxki quan heä veà lí thuyeát giöõa troïng löôïng caàn thieát cuûa nhíp gn vaø öùng suaát tónh δt cuûa nhíp coù theå bieåu thò nhö sau: 4 Zt f t g n = 5,0.10 2 (11.20) σ t Ôû ñaây: Zt - taûi troïng tónh thaúng ñöùng (G) taùc duïng leân nhíp ( MN ); ft - ñoä voõng tónh cuûa nhíp ( m) döôùi taùc duïng cuûa troïng taûi tónh Zt ; 2 σt - öùng suaát uoán tónh töông öùng trong nhíp (MN/m ); Nhö vaäy öùng suaát tónh cuûa nhíp caøng lôùn thì troïng löôïng cuûa nhíp caøng beù ñi. Öùng suaát öùng vôùi taûi troïng tónh cho pheùp laø: ft (mm) beù hôn 80 80÷150 150÷250 2 δt (MN/m ) beù hôn 400 400 ÷ 500 500 ÷700 Ngoaøi ra phaûi kieåm tra öùng suaát σñ trong nhíp ñoái vôùi ñoä voõng ñoäng fñ (khi caû uï ñôõ nhíp baèng cao su cuõng hoaøn toaøn bieán daïng). Luùc aáy σñ khoâng ñöôïc lôùn hôn 1000MN/m2. Ñoái vôùi toaøn boä caùc laù nhíp keå caû laù nhíp chính ta coù öùng suaát uoán vaø ñoä voõng trong baûng (11.1). * Chuù yù: Trong baûng 11.1 thöøa nhaän caùc kyù hieäu sau: lh = l-lo - chieàu daøi laøm vieäc coù ích cuûa laù nhíp (m); b - chieàu roäng cuûa laù nhíp (m); Σhi - toång soá chieàu daøy cuûa caùc laù nhíp phuï (m); Σho - toång soá chieàu daøy cuûa laù nhíp chính vaø caùc laù coù chieàu daøi baèng laù nhíp chính (m); δ - heä soá bieán daïng cuûa laù nhíp 188
Baûng 11.1 Caùc coâng thöùc ñeå tính nhíp. Sô ñoà ÖÙng suaát(MN/m2) Bieán daïng (m) l l1 l2 0,6.Z .l .l 0,04δ.Z .l2 .l 2 l1h lo l2h σ = n 1h 2h n 1h 2h XA XB 2 f = 3 3 bl.∑ h i b.lE(∑ h i + 0,5.∑ h 0 ) ho hi (11.21) (11.25) Zn l1 l2 l1h lo l2h 0,15.Z .l 0,04δ.Z .l XA XB n 1h n 1h σ = 2 f = 3 3 bl∑ h i b.E(∑ h i + 0,5.∑ h 0 ) ho hi (11.22) (11.26) Zn Zn l0 l0 3 0,6.Zn (l1 − ) 0,04δ.Zn (l1 − ) σ = 4 f = 4 bl ∑ h 3 b.E(∑ h 3 + 0,5.∑ h 3 ) Zn l1 i i 0 l0 (11.23) (11.27) 1+ 2 l Zn 0 l2 0,6.Zn (l1 − ) σ = 4 l1 l2 bl ∑ h 2 XB i (11.24) XB l0 3 l1 2 l0 3 0,04δ.Zn [(l1 − ) + ( ) (l 2 − ) ] l1 4 l 4 Zn Zn f = 2 l0 l2 b.E(∑ h 3 + 0,5.∑ h 3 ) l i 0 (11.28) 189
Khi thieát keá nhíp chuùng ta choïn tröôùc caùc ñaïi löôïng (ft +fñt), σumax caùc kích thöôùc l1h, l2h, l, b (chieàu roäng laù nhíp) vaø choïn Kñ ñeå coù Zmax = Kñ G. 2 3 Nhö vaäy coù theå tìm ñöôïc Σh töø coâng thöùc tính σu vaø Σh töø coâng thöùc tính ñoä voõng f vaø töø ñoù suy ra ñoä daøy caùc laù nhíp. Choïn tröôùc ñoä daøy cuûa caùc laù nhíp chính ta coù theå tính ñöôïc ñoä daøy cuûa caùc laù nhíp coøn laïi. Ñeå keå ñeán aûnh höôûng cuûa laù chính vaø laù nhíp phuï keøm theo laù nhíp chính trong khi tính Jo, ñeà nghò thay: 3 3 3 Σhi =Σhi + 0,5 Σho (11.29) Trong ñoù : Σhi - toång soá ñoä daøy cuûa taát caû caùc laù nhíp (cm); Σho - toång soá ñoä daøy laù nhíp chính vaø chieàu daøy laù nhíp phuï coù chieàu daøi baèng laù nhíp chính (cm). 3 Khi tính Jo sau khi ñaõ thay Σhi theo (11.29) vaø trong caùc coâng thöùc (11.3), (11.4), (11.5) caàn chuù yù choïn soá laù nhíp nhö theá naøo ñoù ñeå thoûa maõn caùc ñieàu kieän sau: 1. Ñoä daøy cuûa laù nhíp choïn theo loaïi nhíp ñaõ phaân loaïi theo tieâu chuaån. 2. Soá nhoùm caùc laù nhíp (keå caû laù nhíp chính) coù chieàu daøy khaùc nhau phaûi khoâng vöôït quaù ba. 3. Chieàu daøy cuûa caùc laù nhíp phaûi khaùc nhau raát ít. Thöôøng laáy tæ soá chieàu daøy cuûa hai laù nhíp ôû treân cuøng vaø döôùi cuøng khoâng ñöïôc vöôït quaù 1,5. Khi taêng ñoä daøi hieäu duïng lh coù theå taêng chieàu daøy cuûa caùc laù h vaø giaûm soá laù nhíp n. Nhö vaäy coù theå bôùt giôø coâng lao ñoäng cheá taïo nhíp vaø laøm giaûm ma saùt giöõa caùc laù nhíp. Trong oâ toâ du lòch loaïi nhíp chæ goàm moät laù ñöôïc öùng duïng roäng raõi. Trong ñieàu kieän coù ñoä beàn ñeàu töø ñaàu ñeán cuoái, loaïi nhíp chæ goàm moät laù phaûi coù tieát dieän thay ñoåi b0 2x h x = h0 bxlh Trong ñoù: ho vaø bo - chieàu daøy vaø chieàu roäng cuûa tieát dieän trung bình cuûa laù nhíp. hx vaø bx - chieàu daøy vaø chieàu roäng cuûa tieát dieän laù nhíp ôû caùch tieát dieän trung bình moät khoaûng caùch x. Theo ñuùng ñieàu kieän naøy nhíp seõ laø moät daàm coù tính choáng uoán ñeàu vaø coù troïng löôïng beù nhaát. Loaïi nhíp goàm moät laù coù ñoä daøi lôùn hôn loaïi nhíp nhieàu laù. Khi khoâng coù ñeäm giöõa caùc laù nhíp thì khi laép gheùp laù nhíp naøy ñeø leân laù nhíp khaùc thöôøng ôû phaàn giöõa vaø phaàn cuoái laù. Trong thöïc teá tính toaùn ngöôøi ta giaû thieát laù nhíp cong ñeàu vaø tieáp xuùc nhau töø ñaàu ñeán cuoái neân taûi troïng phaân boá treân toaøn boä chieàu daøi laù nhíp. Thöøa nhaän giaû thieát naøy thì moâmen taùc duïng leân laù nhíp baát kyø thöù i seõ laø: ⎛ 1 1 ⎞ ⎜ ⎟ M i = J i ⎜ − ⎟ (11.30) ⎝ R o R i ⎠ 190
Ôûñaây: Ji - moâmen quaùn tính laù nhíp thöù i: Ri - baùn kính cong cuûa laù nhíp thöù i ôû traïng thaùi töï do; Ro - baùn kính cong cuûa laù sau khi ñaõ gheùp vaøo nhíp. ÖÙng suaát do nhíp bò sieát chaët vaøo nhau seõ laø: Eh ⎛ 1 1 ⎞ i ⎜ ⎟ σis = ⎜ − ⎟ (11.31) 2 ⎝ R 0 R i ⎠ Nhoùm laù nhíp III σ[MN/m²] 12-13 9-11 800 87 6 700 5 Nhoùm laù 3 nhíp II 4 600 2 500 1 Laù chính 400 300 200 100 Nhoùm laù nhíp I p[N] 0 5000 10000 15000 20000 25000 -100 -200 Hình 11.20: Söï phaân boá öùng suaát trong caùc laù nhíp. Treân hình 11.20 trình baøy tính chaát phaân boá öùng suaát trong caùc laù nhíp cuûa nhíp coù ba nhoùm coù ñoä daøy khaùc nhau. Chieàu daøi cuûa caùc laù nhíp ñöôïc xaùc ñònh baèng phöông phaùp ñoà thò (h.11.21). Choïn truïc tung nn laø truïc cuûa buloâng baét chaët nhíp ôû giöõa caùc laù nhíp. Treân truïc tung ñaët thöù töï caùc giaù trò chieàu daøy laù nhíp ñaõ tính ñöôïc theo thöù töï laù nhíp chính treân cuøng roài töø caùc ñieåm öùng vôùi ñoä daøy caùc laù ta veõ caùc ñöôøng song song vôùi truïc hoaønh. 191
l1. l2. n m l/2. X B D Z2 Z1 d . A C Zbx n m .rbx Xk Hình 11.21: Sô ñoà xaùc ñònh chieàu Hình 11.22: Taûi troïng taùc duïng leân daøi caùc laù nhíp. nhíp khi nhíp truyeàn löïc keùo. Ñoaïn BÑ baèng nöûa chieàu daøi nhíp, mm laø truïc cuûa quang nhíp, AC laø moät nöûa chieàu daøi laù nhíp döôùi cuøng. Ñöôøng CD xaùc ñònh chieàu daøi cuûa caùc laù coøn laïi (khi ta ñaõ bieát chieàu daøi laù chính l, bieát ñöôïc chieàu daøy caùc laù nhíp Σh vaø lo coù theå veõ ñöôïc CD). Chieàu daøi lí thuyeát cuûa nhíp lí töôûng (nhíp coù tính choáng uoán ñeàu) seõ laø ñöôøng CD. Khi nhíp truyeàn löïc keùo ta coù sô ñoà treân (hình 11.22). Giaù trò caùc löïc ñöôïc xaùc ñònh theo caùc phöông trình hình chieáu vaø moâmen ñaûm baûo cho heä löïc caân baèng. X = Xk g (Zbx − ).l2 + X k .d1 Zn .l2 + X k .d1 2 Z1 = = l1 + l2 l1 + l 2 (11.32) g (Zbx − ).l1 − X k .d1 Zn .l1 − X k .d1 2 Z2 = = l1 + l2 l1 + l2 Duøng caùc phöông trình (11.32) coù theå xaùc ñònh kích thöôùc laù nhíp chính, tai nhíp vaø chi tieát caëp caùc laù nhíp. Khi nhíp truyeàn löïc phanh Xk seõ mang daáu ngöôïc laïi trong caùc phöông trình treân. Moâmen phaûn löïc Xk.d1 seõ gaây ra öùng suaát phuï trong caùc laù nhíp. Theo phöông trình (11.21) ta seõ tính öùng suaát phuï trong caùc laù nhíp. 192
6X k d1 σui = i=n (11.33) 2 b∑h i i=0 6X k d1h i hoaëc σui = i=n (11.34) 3 b∑h i i=0 Treân ñaây ta môùi tính toaùn khi nhíp truyeàn löïc keùo hay löïc phanh cöïc ñaïi. Ngoaøi ra phaûi tính khi nhíp chòu löïc thaúng ñöùng raát lôùn luùc oâ toâ bò tröôït ngang (Ymax). Treân hình (11.23) ta thaáy nhíp beân traùi chòu löïc thaúng ñöùng raát lôùn. Hôn nöõa coù theå xaùc ñònh löïc S1 theo phöông trình caân baèng moâmen ñoái vôùi ñieåm töïa cuûa nhíp phaûi (ñieåm C ). B S B − m G 1 − Yd = 0 (11.35) 1 1 i i 2 Trong ñoù: B1 - khoaûng caùch giöõa hai nhíp; d - laø khoaûng caùch thaúng ñöùng töø troïng taâm oâtoâ ñeán maët phaúng töïa cuûa nhíp; mi Gi - troïng löôïng oâtoâ taùc duïng leân caàu töông öùng ñang tính. Vì Y =ϕ1Gi (mi=1), söû duïng phöông trình (11.35) ta coù: G ⎛ 2ϕ d ⎞ i ⎜ 1 ⎟ S1 = ⎜1+ ⎟ (11.36) 2 ⎝ B1 ⎠ Öùng suaát ôû trong caùc laù nhíp ôû phaàn giöõa seõ laø: l l G ⎛ 2ϕ d ⎞ l l ' 1 2 i ⎜ 1 ⎟ 1 2 σ = S1 = ⎜1+ ⎟ (11.37) (l1 + l2 )ΣW 2 ⎝ B1 ⎠ (l1 + l2 )ΣW Trong ñoù: ΣW - toång soá moâmen choáng uoán cuûa caùc laù nhíp. ϕ1 - heä soá baùm ngang. l1, l2 - caùc kích thöôùc cuûa nhíp ôû hình 11.17a. S1 - löïc thaúng ñöùng taùc duïng leân nhíp traùi. S2 - löïc thaúng ñöùng taùc duïng leân nhíp phaûi. Vôùi chieàu cuûa löïc Y treân hình 11.23 thì S 1 > S2 193
Y miGi d S1 S2 A C Z1 Z2 B1 Y1 Y2 B Hình 11.23: Löïc thaúng ñöùng taùc duïng leân nhíp S1, S2 khi oâtoâ bò tröôït ngang. 2. Tính toaùn nhíp ñaët ngang. Nhíp ñaët ngang khoâng truyeàn ñöôïc löïc keùo vaø löïc phanh maø chæ truyeàn ñöôïc löïc thaúng ñöùng. Khi tính toaùn nhíp ñaët ngang ta cuõng tính nhö nhíp ñaët doïc nhöng caàn phaûi chuù yù nhieàu ñeán goùc nghieâng cuûa moùc nhíp α nhaát laø luùc oâtoâ bò tröôït ngang. a) Sô ñoà löïc taùc duïng leân nhíp nöûa eâlip ñaët ngang (h.11.24). Y m1G1 l/2 α α1 2 d Z2 Z1 f Y1 Y2 l Hình 11.24: Sô ñoà löïc taùc duïng leân nhíp ñaët ngang. 194
Ta kyù hieäu caùc goùc nghieâng cuûa moùc nhíp ñoái vôùi maët phaúng thaúng ñöùng laø α1 vaø α2. Khi oâtoâ khoâng tröôït ngang (Y=0) thì hai goùc naøy baèng nhau ( α1 = α2 =αo) vaø laù nhíp chính coù theå tính theo öùng suaát toång hôïp nhö sau: m1G1 ⎛ 1 ⎞ ⎛ m1G1tgα 0 ⎞ σ th = ⎜ + ftgα 0 ⎟ + ⎜ ⎟ (11.38) 2ΣWu ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2bh ⎠ Trong ñoù: b - chieàu roäng laù nhíp; h - chieàu cao laù nhíp ; m1 - heä soá phaân boá laïi taûi troïng; f - ñoä voõng tónh cuûa nhíp. Vì f thöôøng raát beù leân coù theå boû qua (f tgαo) vaø ta coù: m G ⎛ l tgα ⎞ 1 1 ⎜ 0 ⎟ σ th = ⎜ + ⎟ (11.39) 2 ⎝ 2ΣWu bh ⎠ b) Khi coù löïc ngang Y=Ymax thì m1 =1 vaø ta coù: l Z l + Yd - G = 0 2 1 2 l Z l - Yd - G = 0 1 1 2 Vì Ymax =Gϕ1 neân ta coù: G1 ⎛ 2ϕ1d ⎞ Z 2 = ⎜1− ⎟ 2 ⎝ l ⎠ G1 ⎛ 2ϕ1d ⎞ Z1 = ⎜1+ ⎟ 2 ⎝ l ⎠ Löïc ngang Y1 vaø Y2 xaùc ñònh theo phöông trình: Y1=Z 1 tgα1 ,Y2=Z 2 tgα2 Öùng suaát toång hôïp trong laù nhíp chính seõ laø: Nöûa nhíp traùi: Z l Y G ⎛ 2ϕ d ⎞⎛ l tgα ⎞ ' 1 1 1 1 ⎜ 1 ⎟ σ th = + = ⎜1+ ⎟⎜ + ⎟ (11.40) 2ΣWu bh 2 ⎝ l ⎠⎝ 2ΣWu bh ⎠ Nöûa nhíp phaûi Z l Y G ⎛ 2ϕ d ⎞⎛ 1 tgα ⎞ " 2 2 1 1 ⎜ 2 ⎟ σ th = + = ⎜1− ⎟⎜ + ⎟ (11.41) 2ΣWu bh 2 ⎝ l ⎠⎝ 2ΣWu bh ⎠ 3. Tính caùc chi tieát cuûa nhíp. a) Tai nhíp: Tai nhíp thöôøng ñöôïc tính theo öùng suaát toång hôïp goàm öùng suaát uoán, neùn (hay keùo). ÖÙng suaát uoán ôû tai nhíp seõ laø: 195