Luận văn Nghiên cứu phát triển đòn treo trên (Upper Arm) băng vật liệu composite (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu phát triển đòn treo trên (Upper Arm) băng vật liệu composite (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐINH HỮU HẠNH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIÊN ĐÕN TREO TRÊN (UPPER ARM) BĂNG VẬT LIỆU COMPOSITE S K C 0 0 3 97 5 9 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 60 52 04 S KC 0 0 3 7 6 6 Tp. Hồ Chí Minh, 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐINH HỮU HẠNH NGHIÊN CỨU PHÁ T TRIỂ N ĐÕN TREO TRÊN (UPPER ARM) BẰ NG VÂṬ LIÊỤ COMPOSITE NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 60 52 04 Hƣớng dẫn khoa học TS. ĐỖ THÀNH TRUNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ & tên: Đinh Hữu Hạnh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26 – 12 – 1983 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Chợ Gạo, Tiền Giang Điện thoại nhà riêng: Điện thoại cơ quan: E-mail: dinhhuuhanh1982@gmail.com Fax: II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 09/ 2005 đến 09/ 2007 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Ngành học: Công nghệ Chế tạo máy Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ứng dụng công nghệ CAD/ CAM trong lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 07/ 2007, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Ngƣời hƣớng dẫn: Thầy ThS. Nguyễn Hoài Nam III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty Royals Foods 10/ 2007 – 05/ 2008 Giám sát Tiền Giang Trƣờng Đại Học Tiền Giang 05/ 2008 – nay Giảng viên Tỉnh Tiền Giang iv
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày __ tháng năm Học viên (Ký tên và ghi rõ họ tên) Đinh Hữu Hạnh v
5. LỜI CẢM ƠN Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, em kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến: Thầy TS. Đỗ Thành Trung - thầy hƣớng dẫn thực hiện luận văn đã tận tình chỉ dạy, tạo điều kiện và động viên em trong suốt quá trình thực hiện. Quý thầy, cô giáo đã tham gia công tác giảng dạy, hƣớng dẫn em và các thành viên trong lớp Cao học chuyên ngành Cơ Khí Máy khóa 2010 – 2012 trong toàn bộ khoá học. Quý thầy, cô giảng dạy tại khoa Cơ khí Chế tạo máy, phòng Đào tạo – bộ phận sau đại học – Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ ngƣời thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng. Kính gửi lời cảm tạ tới BGH trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại trƣờng đƣợc học tập và nghiên cứu. Kính chúc Quý thầy, cô dồi dào sức khỏe. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày __ tháng năm Học viên Đinh Hữu Hạnh vi
6. TÓM TẮT Thiết kế và chế tạo ra một sản phẩm cơ khí vừa đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật, vừa nhỏ gọn, vừa có cơ tính tốt thực sự là xu hƣớng thiết kế và chế tạo mới trong ngành cơ khí hiện nay. Vì vậy, một trong những nhiệm vụ cơ bản của nhà chế tạo là phải không ngừng nghiên cứu và tạo ra vật liệu mới để ứng dụng vào sản phẩm cơ khí nhằm nâng cao chất lƣợng của chúng. Với cách nhìn nhận nhƣ vậy thì việc nghiên cứu và phát triển đòn treo trên (Upper arm) bằng vật liệu composite vừa giảm đƣợc khối lƣợng của chi tiết, vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và nâng cao cơ tính là cần thiết. Cụ thể trong luận văn học viên đã nghiên cứu giải quyết các vấn đề nhƣ: nghiên cứu cấu tạo và điều kiện làm việc của chi tiết đòn treo trên, nghiên cứu về vật liệu composite, ứng dụng phần mềm Ansys để thiết kế tối ƣu chi tiết đòn treo trên bằng vâṭ liêụ composite. Sau đó học viên chế taọ , kiểm nghiêm,̣ đánh giá và so sánh giữa sản phẩm mới và sản phẩm truyền thống. Kết quả thực nghiệm cho thấy chi tiết đòn treo bằng vật liệu composite có độ bền cao hơn và khối lƣợng giảm 61% so với chi tiết đòn treo trên bằng vật liệu thép. Công trình là sự kết hợp và ứng dụng của nhiều lĩnh vực khác nhau, kết quả đạt đƣợc của công trình đã đánh giá đƣợc những ƣu điểm mới của chi tiết đòn treo trên bằng vật liệu composite. Học viên Đinh Hữu Hạnh vii
7. ABSTRACT Design and manuafacturing of mechanical products required to meet technical requirements, both compact and good mechanical properties are the new trend in design and manufacturing of mechanical industry. So, one of the basic tasks of the manufacturer is to continuously research and create new materials for applications in mechanical products to enhance their qualities. With this view, the research and development of the upper arm with composite materials that have reduced the weight, ensure the technical requirements and improve the mechanical properties are necessary. In this research, the author has studied to solve problems such as: the study of the upper arm structure, its working conditions, the study of composite materials, and the optimal design of the composite upper arm based on Ansys software. Then, the manufacturing of composite upper arm is done. Also, the mechanical properties are examined and compared between the existing steel upper arm and the composite upper arm. The experimental results showed that the composite upper arm has the high strength and the weight reduction of 61% compared to the existing steel upper arm. The research is a combination and application of many different areas, the results were to assess the advantages of the composite upper arm. viii
8. MỤC LỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ i LÝ LỊCH KHOA HỌC iv LỜI CAM ĐOAN v LỜI CẢM ƠN vi TÓM TẮT vii ABSTRACT viii MỤC LỤC ix DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH ẢNH xiii DANH SÁCH CÁC BẢNG xv CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 2 1.1. Giới thiệu chung về vật liệu composite 2 1.1.1. Vâṭ liêụ composite 2 1.1.2. Khả năng ứng dụng composite trong một số ngành công nghiệp 2 1.1.3. Ứng dụng composite trong lĩnh vực cơ khí 3 1.2. Giới thiệu chung về hệ thống treo 4 1.2.1. Phân loại 5 1.2.2. Yêu cầu 5 1.2.3. Các kiểu hệ thống treo và đặc điểm 5 1.2.3.1. Hệ thống treo phụ thuộc 6 1.2.3.2. Hệ thống treo độc lập 6 1.3. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố 8 1.4. Mục đích của đề tài 10 1.5. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 11 1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu 12 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1. Vật liệu composite 13 2.1.1. Khái niệm chung 13 2.1.2. Các vật liệu thành phần của composite 13 ix
9. 2.1.2.1. Cốt 13 2.1.2.2. Nền 13 2.1.2.3. Tƣơng tác giữa nền và cốt 14 2.1.3. Đặc điểm vật liệu composite 14 2.1.4. Tính chất 15 2.1.5. Phân loại 15 2.1.5.1. Theo bản chất của nền 15 2.1.5.2. Theo hình học 15 2.1.6. Ƣu điểm của vật liệu composite 15 2.1.7. Nhƣợc điểm của vật liệu composite 16 2.1.8. Các phƣơng pháp chế tạo composite 17 2.1.9. Công dụng vật liệu composite dùng trong một số ngành 17 2.2. Các loại vật liệu nhựa 17 2.2.1. Tổng quan về nhựa 17 2.2.2. Phân loại 18 2.2.2.1 Phân loại theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ 18 2.2.2.2. Phân loại theo ứng dụng 18 2.2.3. Tính chất của một số loại nhựa 18 2.2.3.1 Các loại nhựa gia dụng 18 a) PC (Poly cacbonat) 18 b) PE (Poly etylen) 19 c) PP (Poly propylen) 19 d) PS (Poly styren) 19 2.2.3.2. Các loại nhựa kỹ thuật 20 a) PA (Polyamid) 20 b) ABS (Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 20 2.2.4. Thông số của một số vật liệu nhựa 21 2.2.5. Vật liệu sử dụng 22 2.3. Ứng dụng phần mềm Ansys Workbench 12 23 x
10. 2.3.1. Tổng quan về phần mềm Ansys 23 2.3.2. Ứng dụng Ansys Workbench để khảo sát chi tiết đòn treo trên 24 2.4. Các số liệu đƣợc chuyển giao 25 CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU TỐI ƢU ĐÒN TREO TRÊN BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE 26 3.1. Hệ thống treo và vật mẫu thực tế sử dụng 26 3.2. Mô phỏng chi tiết đòn treo trên với hình dạng thực tế 27 3.3. Phân tích ứng suất và chuyển vị 27 3.4. Tối ƣu chi tiết đòn treo trên bằng vật liệu composite 40 CHƢƠNG 4. CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 49 4.1. Chế tạo chi tiết đòn treo trên 49 4.1.1. Công nghệ chế tạo 49 4.1.2. Cấu tạo chung của máy ép phun 50 4.1.3. Máy ép phun JSW 51 4.1.3.1. Thông số công nghệ 51 4.1.3.2. Nguyên tắc hoạt động máy ép phun JSW 52 4.1.4. Vật liệu composite Nylon 66 + C/F 22% 53 4.1.4.1. Vật liệu nền Nylon 66 53 4.1.4.2. Vật liệu cốt sợi Cacbon 55 4.1.4.3.Vật liệu sử dụng chế tạo đòn treo trên 57 4.2. Tiến hành chế tạo chi tiết 58 4.3. Thí nghiệm kiểm tra chi tiết 59 4.3.1. Máy Shimazu 59 4.3.2. Máy Instron 60 4.4. Kiểm tra chuyển vị và phá hủy 60 4.5. Kiểm tra bền mỏi 62 4.6. So sánh 63 4.6.1. Kiểm tra phá hủy khi tác dụng lực theo phƣơng Fy+ 63 4.6.2. Kiểm tra phá hủy khi tác dụng lực theo phƣơng Fx+ 64 xi
11. 4.6.3. Nhận xét 65 4.6.3.1. Khi tác dụng lực lên theo phƣơng Fy+ 65 4.6.3.2. Khi tác dụng lực lên theo phƣơng Fx+ 66 CHƢƠNG 5. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU ĐẾN CHUYỂN VỊ CỦA ĐÒN TREO TRÊN 67 5.1. Điều kiện khảo sát 67 5.1.1 Với 4 loại vật liệu composite 67 5.1.2. Với vật liệu Glass/Epoxy không đẳng hƣớng 69 5.2. Theo các phƣơng tác dụng lực Fx và Fy khác nhau 70 5.3. Nhận xét 72 CHƢƠNG 6. KẾT LUẬN 73 6.1. Tổng kết nôị dung đa ̃ thực hiêṇ trong luâṇ văn 73 6.2. Đánh giá kết quả 74 6.3. Tính khả thi của đề tài 74 6.4. Những vấn đề tồn taị của đề tài và hƣớng phát triển 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC 77 xii
12. DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH ẢNH HÌNH TRANG Hình 1.1. Vị trí hệ thống treo trong ôtô 4 Hình 1.2. Hệ thống treo trong xe ôtô 5 Hình 1.3. Cơ cấu hệ thống treo phụ thuộc 6 Hình 1.4. Hệ thống treo độc lập 7 Hình 1.5. Một số hình ảnh về chi tiết đòn treo trên 8 Hình 1.6. Chi tiết đòn treo trên Arm – Pect 117.14 9 Hình 1.7. Chi tiết đòn treo trên nhãn hiệu Arm 372.131 – XII 9 Hình 3.1. Hệ thống treo và chi tiết đòn treo trên 26 Hình 3.2. Ràng buộc về hình học đảm bảo yêu cầu làm việc 26 Hình 3.3. Mô hình mô phỏng chi tiết đòn treo trên với hình dạng thực tế 27 Hình 3.4. Sơ đồ lực tác dụng 27 Hình 3.5. Mô đun Static Structural 28 Hình 3.6. Hộp thoại Outline Filter 28 Hình 3.7. Hộp thoại Outline 29 Hình 3.8. Tạo vật liệu mới 29 Hình 3.9. Hiệu chỉnh Properties 30 Hình 3.10. Hiệu chỉnh Isotropic Elasticity 30 Hình 3.11. Hiệu chỉnh hệ số Young và Poison 31 Hình 3.12. Môi trƣờng chính Worbench 32 Hình 3.13. Xác định dạng phần tử 32 Hình 3.14. Môi trƣờng AutoCAD 33 Hình 3.15. Chi tiết đòn treo trên trong môi trƣờng AutoCAD 34 Hình 3.16. Xuất file sang Ansys 34 Hình 3.17. Import chi tiết vào môi trƣờng Ansys 35 Hình 3.18. Chi tiết đòn treo trên trong môi trƣờng Ansys 35 Hình 3.19. Gán vật liệu cho chi tiết đòn treo trên 36 xiii
13. Hình 3.20. Chia lƣới phần tử cho chi tiết đòn treo trên. 37 Hình 3.21. Định nghĩa vị trí ngàm cố định chi tiết đòn treo trên. 37 Hình 3.22. Định nghĩa vị trí đặt tải cho chi tiết đòn treo trên. 38 Hình 3.23. Hoàn thành vị trí đặt tải cho chi tiết đòn treo trên. 39 Hình 3.24. Chuyển vị của mô hình thực tế 40 Hình 3.25. Ứng suất của mô hình thực tế 40 Hình 4.1. Máy ép phun 50 Hình 4.2. Cấu tạo chung của máy ép phun. 51 Hình 4.3. Máy ép phun JSW 52 Hình 4.4. Nguyên lý của máy ép phun JSW 52 Hình 4.5. Sơ đồ sản xuất Nylon 66 54 Hình 4.6. Sơ đồ chế tạo sợi Cacbon 56 Hình 4.7. Sợi Cacbon 56 Hình 4.8. Cấu trúc vật liệu composite Nylon 66 + C/F 22% 58 Hình 4.9. Gia công chi tiết trên máy ép phun JSW 58 Hình 4.10. Chi tiết đòn treo trên khi vừa tách khuôn 59 Hình 4.11. Chi tiết đòn treo trên hoàn chỉnh 59 Hình 4.12. Chi tiết bị kéo theo phƣơng Fx+ 61 Hình 4.13. Biểu đồ kết quả chi tiết bị kéo theo phƣơng Fx+ 61 Hình 4.14. Chi tiết bị kéo dao động theo phƣơng Fx+, Fx- 62 Hình 4.15. Chi tiết bị kéo dao động theo phƣơng Fx+ 63 Hình 4.16. Chi tiết bị phá hủy khi kéo theo phƣơng Fy+ 64 Hình 4.17. Chi tiết bị phá hủy khi kéo theo phƣơng Fx+ 65 Hình 5.1. Biểu đồ so sánh chuyển vị 68 Hình 5.2. Biểu đồ so sánh chuyển vị 71 xiv
14. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Độ dẫn nhiệt của một số loại nhựa 21 Bảng 2.2: Khối lƣợng riêng của một số loại nhựa 22 Bảng 2.3: Thông số một số loại nhựa 22 Bảng 2.4: Cơ tính của vật liệu composite nylon 66 + 50% sợi thủy tinh. 22 Bảng 4.1: Tính chất cơ học của vật liệu composite Nylon 66 + G/F 20% 58 Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm phá hủy theo phƣơng Fy+ 64 Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm phá hủy theo phƣơng Fx+ 65 Bảng 5.1: Thông số vâṭ liêụ composite 67 Bảng 5.2: Kết quả mô phỏng 68 Bảng 5.3. Thông số vật liệu 69 Bảng 5.4: Kết quả mô phỏng 70 Bảng 5.5: Kết quả khảo sát 71 xv
15. LỜI NÓI ĐẦU Trong thực tế sản xuất và đời sống, đối với cơ khí cũng nhƣ trong các lĩnh vực trong kỹ thuật khác đều có những kết cấu chịu tải trọng khi làm việc. Việc tính toán thiết kế để tạo ra các kết cấu làm việc trong những điều kiện cụ thể phù hợp với yêu cầu công việc là việc tất yếu. Vấn đề đặt ra cho các kỹ sƣ thiết kế là tính toán nhƣ thế nào để công việc thiết kế trở nên chính xác và chi phí là thấp nhất. Hay sau khi thiết kế thì phải kiểm tra nhƣ thế nào, chế thử và kiểm nghiệm ra sao, nhƣ thế nào thì mới có hiệu quả cao về cả tính kinh tế và tính kỹ thuật. Hay khi tiếp xúc với một kết cấu, muốn gia cố để tăng độ bền với mục đích sử dụng lâu dài thì phải tăng nhƣ thế nào, ở đâu tập trung ứng suất là nhiều nhất để gia cố Tất cả những vấn đề đó đã dẫn con ngƣời đến việc nghiên cứu và tạo ra một công cụ để giải quyết hữu hiệu bài toán mà thiết kế và kiểm nghiệm đƣa ra.Vì thế phần mềm Ansys đƣợc ra đời. Thay vì phải tính toán và chế thử để kiểm nghiệm tốn nhiều thời gian, công sức và tiền bạc ta có thể dựa vào Ansys để giải quyết một cách hiệu quả những vấn đề phức tạp đó với mục đích là thực hiện đƣợc mục tiêu công việc với kết quả tốt nhất. Với xu hƣớng thiết kế và chế tạo mới đó , việc thiết kế và chế tạo ra một sản phẩm cơ khí vừa đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật, vừa nhỏ gọn, vừa có cơ tính tốt thực sự là xu hƣớng thiết kế và chế tạo mới trong ngành cơ khí hiện nay. Vì thế, một trong những nhiệm vụ cơ bản của nhà chế tạo là phải không ngừng nghiên cứu và tạo ra vật liệu mới để áp dụng vào sản phẩm cơ khí của mình để nâng cao chất lƣợng của chúng. Với cách nhìn nhận nhƣ vậy thì việc thiết kế đòn treo trên một mặt phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, nâng cao cơ tính làm việc của chi tiết làm việc cũng rất cần thiết vì đây là một chi tiết chịu lực cũng rất quan trọng trong xe ô tô. Mặt khác, bằng việc kết hợp vật liệu composite trong việc chế tạo chi tiết trên thì khi nghiên cứu ứng suất chi tiết cũng đã có một số kết quả nghiên cứu nhất định, mà khi áp dụng nó trong thực tế nghiên cứu cũng nhƣ sản xuất cũng sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cũng nhƣ khả năng hoạt động của chi tiết sẽ cao hơn. 1
16. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về vật liệu composite [2] 1.1.1. Vâṭ liêụ composite Vật liệu là một lĩnh vực quan trọng đối với đời sống và sản xuất công nghiệp. Mỗi một loại vật liệu đều có những ƣu, nhƣợc điểm riêng (ví nhƣ vật liệu hữu cơ nhẹ , bền, rẻ, dễ gia công nhƣng không sử dụng đƣợc ở nhiệt độ cao còn vật liệu vô cơ thì chịu lực tốt, rẻ, có thể sử dụng đƣợc đƣợc ở khoảng nhiệt độ rộng nhƣng kém bền, kết cấu nặng nề , khó gia công ). Sự phát triên mạnh mẽ của công nghệ hiện đại dẫn tới nhu cầu to lớn về những vật liệu đồng thời có nhiều tính chất cần thiết mà các vật liệu truyến thông khi đứng riêng rẽ không thể có đƣợc và vật liệu kết hợp hay composite ra đời vừa đáp ứng nhu cầu cấp bách đó, vừa là sản phẩm của những công trình nghiên cứu trong nửa sau thế kỷ XX. Ngày nay, vật liệu composite đã và đang thay thế dần các vật liệu truyền thống nhƣ: vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại, để chế tạo ra các chi tiết máy và kết cấu kể cả các kết cấu chịu tải trọng lớn cũng nhƣ các sản phẩm dân dụng khác. 1.1.2. Khả năng ứng dụng composite trong một số ngành công nghiệp 1.1.2.1. Ứng dụng của composite trong hàng không Trong những năm gần đây, composite đƣợc sử dụng chế tạo các bộ phận trên máy bay nhƣ kết cấu khung xƣơng, thân máy bay, cánh, bộ phận dẫn hƣớng, Theo thống kê của hãng máy bay Boeing, chiếc Boeing Dreamliner 787 sử dụng đến 50% composite trên toàn bộ trọng lƣợng. Một trong những lý do quan trọng nhất của việc ứng dụng rộng rãi loại vật liệu này trong ngành hàng không là độ bền và độ cứng tƣơng đối trên trọng lƣợng riêng của composite lớn. Điều này làm giảm tự trọng của máy bay, tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trƣờng và tăng hiệu quả kinh doanh. composite còn đƣợc sử dụng để chế tạo các chi tiết hình dáng phức tạp, góp phần làm giảm số lƣợng chi tiết trên máy bay, đồng thời giảm thời gian và chi phí lắp đặt sản phẩm. Vật liệu composite cốt sợi thủy tinh có tính trong suốt đối với sóng rada, đặc 2
17. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN tính này rất quan trọng trong các ứng dụng quân sự. Nó còn đƣợc sử dụng nhiều trong công nghệ vũ trụ. 1.1.2.2. Vật liệu composite trong ngành vận tải Ứng dụng của composite trong ngành vận tải là rất lớn. Loại vật liệu mới này cho phép chế tạo các phƣơng tiện vận tải nhẹ hơn. Điều đó đồng nghĩa với việc tiết kiệm nhiên liệu, tăng khả năng chuyên chở và giảm ô nhiễm môi trƣờng. Composite đƣợc sử dụng chế tạo thân và các chi tiết yêu cầu tính năng kỹ thuật cao trong các xe đua cũng nhƣ xe ô tô thƣơng mại. Ngày nay các toa xe tàu hỏa cũng đƣợc chế tạo bằng vật liệu composite. Hiệu quả của nó làm giảm thiểu tự trọng của các toa xe và đoàn tàu, tăng lƣợng hàng chuyên chở, tăng hiệu suất vận tải đƣờng sắt. Đặc biệt hơn, với yêu cầu ngày càng khắt khe về bảo vệ môi trƣờng, các dòng động cơ mới nhƣ động cơ điện, fuel cell đƣợc đƣa vào ứng dụng trong thị trƣờng xe cơ giới. Hạn chế của các loại động cơ mới này là dung tích acquy sử dụng cho xe không cao, hạn chế tính cơ động của xe, trong khi giảm trọng lƣợng xe là rất cấp thiết cho các phƣơng tiện sử dụng công nghệ xanh. Do đó, vật liệu composite đƣợc sử dụng tối đa trong chế tạo thân vỏ và các chi tiết trong thế hệ xe sạch này. 1.1.2.3. Vật liệu composite trong ngành đóng tàu Composite đƣợc sử dụng rộng rãi trong việc chế tạo các loại tàu thuyền, xuồng cỡ nhỏ, cano do chi phí đầu tƣ chế tạo phƣơng tiện bằng vật liệu này thấp hơn sản phẩm cùng loại sử dụng chất liệu bằng gỗ, nhôm hoặc thép. Bên cạnh đó, yêu cầu về tay nghề của công nhân cũng đơn giản hơn. Vật liệu composite sử dụng cho đóng tàu, mang lại lợi ích cao bảo dƣỡng rất ít, không bị ăn mòn, han rỉ hay ảnh hƣởng của môi trƣờng nƣớc biển. Composite cũng đƣợc sử dụng trong các tàu quân sự do tính trong suốt với rada của loại vật liệu này. 1.1.3. Ứng dụng composite trong lĩnh vực cơ khí Khi thay thế thép bằng vật liệu composit thì sự thay thế thép bằng các vật liệu mới có liên quan đến các tính chất đặc biệt và bản chất vật liệu của chúng. Trong các vật rắn nhƣ thép và các kim loại khác luôn tồn tại những vết đứt gãy tế 3
18. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN vi trong mạng tinh thể. Số lƣợng của chúng có thể lên tới nhiều tỷ trong 1cm3, làm yếu kim loại và không cho phép tăng độ bền của chúng lên một cách đáng kể. Nhờ những tính chất ƣu việt, vật liệu polyme composite cho phép đạt đƣợc độ bền nén lớn hơn nhiều so với thép. Hiện nay vật liệu composite đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực cơ khí, từ những bộ phận phụ kiện trang trí bên ngoài của máy móc cho tới áp dụng chế tạo cho những linh kiện hoạt động chịu tải cao và liên tục nhƣ bánh răng, cánh quạt tàu thủy, các chi tiết buồng phản lực của máy bay, và trong tƣơng lai không xa có lẽ vật liệu composite sẽ dần thay thế các vật liệu đơn chất truyền thống để đáp ứng nhu cầu phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng cao. 1.2. Giới thiệu chung về hệ thống treo Hệ thống treo (hình 1.1) bao gồm thanh ổn định, lò xo và bộ giảm chấn đƣợc nối với thân xe thông qua bánh và thực hiện các chức năng khi xe chuyển động, nó cùng với lốp hấp thụ và cản lại các rung động, các dao động và các va đập tác dụng lên xe do mặt đƣờng không bằng phẳng để bảo vệ hành khách, hành lý và cải thiện tính ổn định chuyển động. Mặt khác nó cũng làm nhiệm vụ truyền lực kéo và lực phanh sinh ra do ma sát giữa mặt đƣờng và các bánh xe đến gầm và thân xe, đỡ thân xe trên các cầu và đảm bảo mối liên hệ hình học chính xác giữa thân và các bánh xe [1]. Hình 1.1. Vị trí hệ thống treo trong ôtô 4
19. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Nhƣ đã tìm hiểu trong các chƣơng trƣớc, đòn treo trên là một chi tiết trong hệ thống treo (hình 1.2) (bao gồm lò xo, bộ giảm chấn, đòn treo và thanh ổn định) của ô tô tải nhẹ. Trong đó, lò xo có nhiệm vụ làm êm dịu các va đập từ mặt đƣờng (chịu lực theo phƣơng thẳng đứng). Bộ giảm chấn cải thiện tính êm dịu chuyển động bằng cách hạn chế sự dao động tự do của các lò xo. Đòn treo trên ngăn cản sự lắc ngang của xe (chịu lực theo phƣơng dọc và phƣơng ngang) và thanh ổn định (thanh nối) giữ những cụm trên đúng vị trí và điều khiển sự di chuyển ổn định của xe. 1.Ống giảm chấn; 2. Khớp nối trên;3. Mặt bích; 4. Lò xo trụ; 5. Đòn treo trên; 6. Khớp cầu; 7. Đòn nối; 8. Đòn treo dưới; 9. Khớp nối tay đòn dưới; 10.Thanh liên kết Hình 1.2. Hệ thống treo trong xe ôtô 1.2.1. Phân loại - Về cơ bản hệ thống treo có thể chia ra các loại: + Hệ thống treo phụ thuộc + Hệ thống treo độc lập 1.2.2. Yêu cầu Hệ thống treo phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau: - Có tần số dao động riêng thích hợp - Có độ dập tắt dao động của vỏ và bánh xe thích hợp - Khi quay vòng hoặc thắng thì vỏ ôtô không bị nghiêng 1.2.3. Các kiểu hệ thống treo và đặc điểm [1] 5
20. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.2.3.1. Hệ thống treo phụ thuộc Hệ thống treo phụ thuộc (hình 1.3) gồm các bánh xe đƣợc nối trên 1 dầm cầu liền, các chi tiết hệ thống treo sẽ nối dầm cầu với thân xe. Hình 1.3. Cơ cấu hệ thống treo phụ thuộc So với hệ thống treo độc lập (hình 1.4) thì các chi tiết ít và đơn giản hơn, độ bền cao và phù hợp với các loại ôtô tải. Do khối lƣợng phần không đƣợc treo lớn nên kém êm dịu và ổn định, xe dễ bị rung động, Bộ phận đàn hồi có thể là lò xo, nhíp, Hệ thống treo phụ thuộc có các đặc điểm sau: - Số lƣợng các chi tiết ít, cấu tạo đơn giản, dễ bảo dƣỡng. - Đủ độ bền cho tải nặng - Khi quay vòng, thân xe chỉ nghiêng một ít. - Chỉ có một chút thay đổi về góc đặt bánh xe, khi bánh xe di chuyển lên xuống nên bánh xe ít bị mòn. - Vì khối lƣợng không đƣợc treo (các bánh xe và các cầu xe ) lớn, nên tính êm dịu chuyển động kém. - Sự chuyển động của các bánh xe bên trái và bên phải ảnh hƣởng lẫn nhau nên sự rung động và sự dao động dễ xảy ra hơn. 1.2.3.2. Hệ thống treo độc lập Hệ thống treo độc lập (hình 1.4) gồm có các bánh xe đƣợc gắn với thân xe một 6
21. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN cách độc lập nên chúng có thể dịch chuyển độc lập với nhau. Hình 1.4. Hệ thống treo độc lập So với hệ thống treo phụ thuộc phần không đƣợc treo nhỏ nên khả năng bám đƣờng của bánh xe cao, tính êm dịu chuyển động cao, Do không có dầm cầu liền nối than xe nên có thể bố trí trọng tâm xe thấp đi, nhƣng ngƣợc lại hệ thống treo độc lập có cấu trúc phức tạp hơn, Hệ thống treo độc lập có các đặc điểm sau: - Khối lƣợng không đƣợc treo nhỏ và đặc tính bám đƣờng của các bánh xe tốt. Vì vậy, êm dịu chuyển động và tính ổn định tốt. - Trong hệ thống treo độc lập, các lò xo chỉ đỡ thân xe, nó không có tác dụng định vị các bánh xe (đó là chức năng của các thanh liên kết). - Do không có sự nối cứng giữa bánh xe bên trái và bánh xe bên phải nên có thể hạ thấp sàn xe và vị trí lắp động cơ. Có nhĩa là có thể hạ thấp trọng tâm xe và khoang hành khách cũng nhƣ khoang hành lý có thể làm rộng hơn. - Có cấu tạo phức tạp hơn. - Khoảng cách bánh xe và các góc đặt bánh xe thay đổi cùng với sự dịch chuyển lên, xuống của các bánh xe. Một trong những bộ phận của hệ thống treo mà tác giả nghiên cứu là chi tiết đòn treo trên. Nếu nhƣ hệ thống treo thƣờng gồm các cụm chính là các lò xo, làm êm dịu các va đập từ mặt đƣờng chịu lực theo phƣơng thẳng đứng, các giảm chấn để 7