Thiết kế hệ thống treo Ô tô 7 chỗ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.61 MB, 85 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
<b>VIỆN CƠ KHÍ </b>
<b>LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP </b>
<b>THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO Ô TÔ 7 CHỖ </b>
<b>Ngành: KỸ THUẬT Ơ TƠ Chun ngành: CƠ KHÍ Ô TÔ </b>
<b> Giảng viên hướng dẫn : ThS. Thái Văn Nông Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đỗ Đăng Khôi MSSV: 1951080246 Lớp: CO19B </b>
<b>TP. Hồ Chí Minh, 2023 </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5"><b> Khi ô tô lưu thông trên đường sẽ luôn có cái ngoại lực tác động trực tiếp đến xe như: gió, </b>
ma sát giữa bánh xe và mặt đường, nhiệt độ, và ảnh hưởng của chất lượng đường xá đến tính dẫn hướng và dao động trên ơ tơ. Vì vậy vấn đề dặt ra là làm sao thiết kế được những xe này đạt tiêu chuẩn cho phép.
Đối với xe con, thì yêu cầu về độ êm dịu luôn là ưu tiên hàng đầu để những vấn đề bên ngồi khơng thể tác động làm ảnh hưởng đến người lái xe và hành khách. Ở những nước phát triển, dao động của ôtô được quan tâm đặc biệt. Dao động của xe được nghiên cứu đưa về mức tối thiểu để làm giảm những tác hại của nó đến con người. Do điều kiện đường xá cũng như mặt đường ở nước ta chưa thực sự tốt, làm ảnh hưởng đến nhiều chi tiết xe. Vì thế, hiện nay chúng ta đã bắt đầu quan tâm đến tính êm dịu chuyển động, tính an tồn chuyển động...hay nói cách khác là tính năng động lực học ơtơ, từ đó có những cải tiến hợp lý với điều kiện sử dụng của nước ta. Để hoàn thành được mục tiêu này, chúng ta phải thiết kế các cụm, các chi tiết sao cho phù hợp với điều kiện sử dụng mặt khác còn phải đảm bảo tính cơng nghệ, tính phù hợp tại Việt Nam.
Do nhu cầu thực tế về tính ổn định của xe, em quyết định chọn đề tài thiết kế hệ thống treo xe con và kiểm nghiệm độ bền các chi tiết của hệ thống.
<b> Với sự hướng dẫn tận tình của Thầy ThS. Thái Văn Nơng em đã hồn thành chủ đề </b>
thiết kế hệ thống treo ô tô 7 chỗ của mình nhưng do năng lực bản thân còn hạn chế và kinh nghiệm thiết kế còn chưa có nhiều nên bài luận khơng tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các thầy thơng cảm và đóng góp ý kiến để em có thể làm tốt hơn trong tương lai. Em xin chân thành cám ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 9 tháng 9 năm 2023 Tác giả/Sinh viên thực hiện
<i>Khôi </i>
Nguyễn Đỗ Đăng Khôi
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">Trong q trình phát triển của ơ tơ hiện nay, thì việc phát triển tính ổn định của hệ thống treo cũng không thể không quan tâm. Vì nó ảnh hưởng khá nhiều đến sức khỏe của người lái cũng như hành khách. Luận văn này chủ yếu tính tốn và thiết kế hệ thống treo và kiểm tra độ bền, độ ổn định của hệ thống dựa trên các số liệu tham khảo. Bố cục luận văn gồm 3 chương như sau:
<b>Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo. </b>
<b>Chương 2: Tính tốn thiết kế hệ thống treo trước. </b>
<b>Chương 3: Tính tốn tiết kế hệ thống treo sau. </b>
<b> </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">Trang
<b>Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo ... 1 </b>
<b>1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu ... 1 </b>
<b>1.3. Lựa chọn phương án thiết kế ... 15 </b>
<b>Chương 2:Tính tốn thiết kế hệ thống treo trước ... 17 </b>
<b>2.1. Các thông số ban đầu ... 17 </b>
<b>2.2. Tính tốn các thơng số dao động của bánh xe với thân xe... 18 </b>
2.2.1. Xác định độ cứng của hệ thống qua tần số dao động riêng của cơ hệ ... 18
2.2.2. Xác định hành trình động của bánh xe... 19
2.2.3. Kiểm tra hành trình động của bánh xe ... 19
2.2.4. Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn ... 21
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">3.2.4. Lực tác dụng tại các đầu mút của là nhíp ... 57
3.2.5. Xây dựng biểu đồ ứng suất ... 59
3.2.6. Tính tốn một số chi tiết khác của nhíp ... 60
<b>3.3. Tính toán phần tử giảm chấn ... 62 </b>
3.3.1. Đường đặc tính của giảm chấn ... 62
3.3.2. Xác định kích thước ngoài của giảm chấn ... 63
3.3.3. Xác định kích thước các van ... 65
<b>KẾT LUẬN ... 74 </b>
<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 75 </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">Trang
<i>Hình 1.1: Lực tác dụng lên các bánh xe trong mặt phẳng tiếp xúc với mặt tựa. ... 1 </i>
<i>Hình 1.2: Sơ đồ kết cấu hệ thống treo phụ thuộc. ... 3 </i>
<i>Hình 1.9: Hệ thống treo loại Mac.Pherson ... 10 </i>
<i>Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống treo loại cân bằng ... 11 </i>
<i>Hình 1.11: Các dạng phần tử đàn hồi kim loại ... 11 </i>
<i>Hình 1.12: Sơ đồ cấu tạo giảm chấn ... 13 </i>
<i>Hình 1.13: Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ. ... 14 </i>
<i>Hình 1.14: Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn ống thủy lực một lớp vỏ. ... 15 </i>
<i>Hình 1.15: Hệ thống treo độc lập Mc.Pherson ... 16 </i>
<i>Hình 1.16: Sơ đồ hệ thống treo sau loại nhíp ... 16 </i>
<i>Hình 2.1: Sơ đồ phân bố tải trọng ... 20 </i>
<i>Hình 2.2: Sơ đồ chuyển vị của lò xo. ... 22 </i>
<i>Hình 2.3: Sơ đồ bố trí giảm chấn. ... 23 </i>
<i>Hình 2.4: Sơ đồ phân tích lực khi lực kéo và lực phanh cực đại. ... 24 </i>
<i>Hình 2.5: Sơ đồ phân tích lực trong trường hợp lực ngang cực đại ... 27 </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10"><i>Hình 2.7: Sơ đồ phân tích lực trường hợp chỉ có lực Z trên địn ngang chữ A. ... 30 </i>
<i>Hình 2.8: Sơ đồ phân tích lực trường hợp chỉ có lực Z và X ... 32 </i>
<i>Hình 2.9: Sơ đồ phân tích lực trường hợp chỉ có lực Z và Y ... 34 </i>
<i>Hình 2.10: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên lị xo ... 37 </i>
<i>Hình 2.11: Đường đặc tính của giảm chấn ... 44 </i>
<i>Hình 2.12: Kết cấu của ụ cao su hạn chế ... 51 </i>
<i>Hình 3.1: Đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo ... 52 </i>
<i>Hình 3.7: Đường đặc tính của giảm chấn ... 62 </i>
<i>Hình 3.8: Kích thước chung giảm chấn. ... 64 </i>
<i>Hình 3.9: Kết cấu van nén mạnh. ... 70 </i>
<i>Hình 3.10: Kết cấu van trả mạnh ... 72 </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11"><b>CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO </b>
<b>1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu. </b>
1.1.1. Công dụng.
Các bộ phận của hệ thống treo dùng để nối khung hay thân xe với các cầu (bánh xe) ô tô và từng bộ phận, thực hiện các yêu cầu sau đây:
- Bộ phận đàn hồi làm giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu khi di chuyển và truyền lực, mômen từ đường lên khung xe. - Bộ phận hướng để truyền lực dọc, ngang và mômen từ đường lên khung xe. Động
học của bộ phận hướng xác định tính chất dịch chuyển tương đối của bánh xe đối
<i>Hình 1.1: Lực tác dụng lên các bánh xe trong mặt phẳng tiếp xúc với mặt tựa. </i>
<i>a) Các phản lực thành phần tác dụng từ đường lên bánh xe. b) Lực và mômen truyền từ bánh xe lên khung. </i>
Các mômen do các lực X,Y,Z gây nên mơmen M<small>X, </small>M<small>Y, </small>M<small>Z </small>có thể có giá trị khác nhau đối với bánh xe bên trái hoặc bên phải. Các chi tiết của hệ thống treo truyền những phản
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">lực và mômen trên lên khung. Đường mấp mô phát sinh lực động Z và mômen động M<small>X </small>
truyên lên thùng xe nhờ bộ phận đàn hồi của hệ thống treo. Lực dọc X, lực ngang Y và các mômen M<small>Y, </small>M<small>Z </small>truyền qua bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo.
1.1.2. Phân loại. Theo phần tử đàn hồi:
- Loại bằng kim loại (gồm nhíp lá, lị xo xoắn ốc, thanh xoắn).
- Loại khí (gồm loại bọc bằng cao su – sợi, loại bọc bằng màng, loại ống). - Loại thủy lực (loại ống).
- Loại cao su (gồm loại chịu nén và loại chịu xoắn) Theo bộ phận hướng:
- Loại phụ thuộc với cầu liền (gồm loại riêng, loại thăng bằng).
- Loại độc lập với cầu cắt (gồm loại dịch chuyển bánh xe trong mặt phẳng dọc, loại dịch chuyển bánh xe trong mặt phẳng ngang, loại nến với bánh xe dịch chuyển trong mặt phẳng đứng).
Theo phương pháp dập tắt chấn động:
- Loại giảm chấn thủy lực (gồm loại tác dụng một chiều và loại tác dụng hai chiều). - Loại ma sát cơ (gồm ma sát trong bộ phận đàn hồi và trong bộ phận dẫn hướng). 1.1.3. Yêu cầu.
- Độ võng tĩnh f<small>t</small> (độ võng sinh ra do tác dụng của tải trọng tĩnh) phải nằm trong giới hạn đủ để đảm bảo được các tần số dao dộng riêng của vỏ xe và đọ võng động f<small>đ</small> (độ võng sinh ra khi ô tô chuyển động) phải đủ để đảm bảo vận tốc chuyển động của ô tô trên đường xấu nằm trong giới hạn cho phép. Ở giới hạn này khơng có sự va đập lên bộ phận hạn chế.
- Động học của các bánh xe dẫn hướng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫn hướng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng (nghĩa là khoảng cách hai vết bánh trước và các góc đặt trụ đứng và bánh dẫn hướng không hay đổi).
- Dặp tắt nhanh các dao động của vỏ và các bánh xe. - Giảm tải trọng động khi ô tô qua nhưỡng đường gồ ghề.
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13"><b>1.2. Phân tích kết cấu của hệ thống treo. </b>
1.2.1. Hệ thống treo phụ thuộc.
<i>1.2.1.1. Nhíp đặt dọc. </i>
<i>Hình 1.2: Sơ đồ kết cấu hệ thống treo phụ thuộc. </i>
<i>a) Nhíp dọc nửa êlíp. </i>
<i>b) Nhíp ¼ ê líp (lắc qua lắc lại trên điểm tựa 1 và nối với khung nhờ quang nhíp 2 và nối với cầu bằng quang nhíp 3). </i>
Nhíp là một dầm ghép các tấm thép lá mỏng để có độ đàn hồi cao.
<i>Hình 1.3: Dạng tổng quát của nhíp </i>
Kích thước các lá nhíp nhỏ dần từ lá lớn nhất gọi là lá nhíp chính hay lá nhíp gốc. Hai đầu lá nhíp chính được uốn thành hai tai 1 để nối với khung. Phần giữa nhíp có bulơng căng 4 để siết các lá nhíp lại với nhau. Các quang nhíp 3 giữ cho nhíp khơng bị xơ lệch về hai bên.
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14"><i>1.2.1.2. Nhíp đặt ngang. </i>
Trong hệ thống treo phụ thuộc, nhíp đặt dọc thường làm nhiệm vụ dẫn hướng, truyền lực đẩy hoặc lực phanh lên khung. Ở ơ tơ có cầu trước loại liền nhíp được bố trí ngang.
<i>Hình 1.4: Nhíp đặt ngang. </i>
Trong trường hợp này khung chỉ nối với cầu. Vì vậy phần được treo của ơ tơ sẽ không chuyển động ổn định và tốc độ ô tô bị hạn chế. Không làm nhiệm vụ truyền lực đẩy từ khung xuống cầu trước được. Muốn truyền lực đẩy, phải làm các thanh riêng.
1.2.2. Hệ thống treo độc lập.
<b> Trên hệ thống treo độc lập dầm cầu được chế tạo rời, giữa chúng liên kết với nhau bằng </b>
khớp nối, bộ phận đàn hồi là lò xo trụ, bộ giảm chấn là giảm chấn ống. Trong hệ thống treo
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">Trên hình 1.5 là kết cấu hệ thống treo độc lập thường được sử dụng trên xe du lịch. Ở hệ thống treo này bộ phận hướng gồm đòn trên 1 và đòn dưới 4, chúng kết nối với đòn đứng và dầm cầu dẫn hướng 5 bằng các khớp quay. Trong trưởng hợp này lò xo là bộ phận đàn hồi còn giảm chấn ống 2 được luồn vào bên trong lò xo 3 nên kết cấu rất gọn.
Do các địn hình nạng, nên lực tác dụng lên khớp quay khi có lực ngang và mômen của bản thân lực ngang sẽ giảm.
1.2.3. Bộ phận hướng.
<i>1.2.3.1. Công dụng. </i>
Bộ phận hướng dùng để truyền các lực dọc, ngang và mômen tương tác giữa bánh xe với khung vỏ ơ tơ. Chẳng hạn, để ơ tơ có thể chuyển động được thì lực kéo P<small>k</small> đặt tại bánh xe chủ động cần được truyền tới khung xe, nhưng do bộ phận đàn hồi và giảm chấn không có khả năng truyền lực dọc và mơmen nên cần phải có bộ phận hướng (thanh địn 5) để thực hiện nhiệm vụ này. Bộ phận hướng không chỉ truyền các lực và mơmen, nó cịn có nhiệm vụ đảm bảo động học các bánh xe trong quá trình chuyển động.
<i>Hình 1.6: Các bộ phận cơ bản của hệ treo. </i>
<i>1. Bánh xe; 2. Dầm cầu; 3. Giảm chấn; 4. Bộ phận đàn hồi; 5. Bộ phận hướng. </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16"><i>1.2.3.2. Phân loại. </i>
- Hệ thống treo phụ thuộc:
Đối với hệ thống treo phụ thuộc hai bánh xe trái và phải được nối nhau bằng một dầm cứng nên khi dịch chuyển một bánh xe trong mặt phẳng ngang thì bánh xe cịn lại cũng dịch chuyển. Hệ thống treo phụ thuộc không thể đảm bảo đúng hoàn toàn động học của bánh xe dẫn hướng.
- Hệ thống treo độc lập:
Đối với hệ thống treo độc lập hai bánh xe trái và phải khơng có quan hệ trực tiếp với nhau. Vì vậy trong khi dịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng ngang, bánh xe kia vẫn đứng nguyên. Do đó động học của bánh xe dẫn hướng giữ đúng hơn. Hệ thống treo độc lập cải thiện tính điều khiển, tính ổn định và độ êm dịu chuyển động của ô tô.
Bộ phận hướng và phần tử đàn hồi khơng phụ thuộc vào nhau. Ví dụ như hệ thống treo phụ thuộc có thể là loại nhíp, loại thanh xoắn, loại treo khí. Ngược lại, hệ thống treo loại thanh xoắn có thể độc lập hoặc phụ thuộc.
<i>1.2.3.3. Yêu cầu. </i>
Các yêu cầu cơ bản mà bộ phận dẫn hướng phải thỏa mãn:
- Giữ nguyên động học của các bánh xe khi ô tô chuyển động. Điều nay có nghĩa là khi bánh xe dịch chuyển thì các góc đặt bánh xe, các chiều rộng, chiều dài cơ sở phải giữ nguyên. Nếu xe dịch chuyển theo chiều ngang Y<small>bx </small>(thay đổi chiều rộng cơ sở) sẽ làm lốp mòn nhanh và tăng sức cản chuyển động ô tô trên các loại đất mềm. Dịch chuyển theo chiều dọc X<small>bx</small> tuy có giá trị thứ yếu nhưng cũng gây nên sự thay đổi động học của truyền động lái. Việc làm thay đổi góc dỗng 𝛼 của bánh xe dẫn hướng là điều nên tránh vì nó kèm theo mơmen do hiệu ứng con quay làm cho lốp bị lắc qua lắc lại nhanh. Ngoài ra khi bánh xe lăn với góc nghiêng lớn sẽ làm mịn lốp, sinh ra phản lực ngang Y lớn, làm ơ tơ khó bám đường hơn.
- Tránh thay đổi góc nghiêng 𝛾 của bánh dẫn hướng, vì làm trụ đứng nghiêng về phía sau nên độ ổn định của ô tô sẽ kém đi.
</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">- Đảm bảo truyền các lực X,Y và các mômen lực từ bánh xe lên khung mà không gây biến dạng rõ rệt, hay không làm dịch chuyển các chi tiết của hệ thống treo.
- Giữ được đúng động học của truyền động lái (nếu sự dịch chuyển thẳng đứng và sự quay quanh trụ đứng của bánh xe không phụ thuộc nhau).
- Độ nghiêng của thùng xe phải bé.
- Bộ phận hướng phải đảm bảo bố trí thuận tiện và không ngăn cản việc dịch chuyển động cơ về phía trước. Nếu được bố trí hợp lí thì làm tăng mơmen qn tính đối với trục ngang đi qua trọng tâm phần được treo.
- Bộ phận hướng phải có kết cấu đơn giản và dễ sử dụng.
- Trọng lượng bộ phận hướng và phần không được treo phải nhỏ.
<i>1.2.3.4. Kết cấu của bộ phận hướng. </i>
<i>1.2.3.4.1. Kết cấu bộ phận hướng của hệ thống treo phụ thuộc. </i>
Nhíp khơng phải chỉ là bộ phận đàn hồi mà còn là một thành phần của bộ phận hướng. Hệ thống treo phụ thuộc có những ưu, nhược điểm sau:
<i>Nhược điểm: </i>
- Khối lượng phần liên kết bánh xe (phần không được treo) lớn, đặc biệt là ở cầu chủ động. Khi xe chạy trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên va đập mạnh giữa phần không treo và phần treo làm giảm độ êm dịu chuyển động. Mặt khác bánh xe va đập mạnh trên đường sẽ làm xấu sự tiếp xúc của bánh xe với đường. - Khoảng khơng gian phía dưới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu có thể thay đổi
vị trí, do vậy chỉ có thể lựa chọn là chiều cao trọng tâm lớn.
- Sự nối cứng bánh xe 2 bên dầm liên kết gây nên chuyển vị phụ khi xe chuyển động. <i>Ưu điểm: </i>
- Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy không xảy ra hiện tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập.
- Khi chịu lực bên (lực li tâm, lực gió bên, đường nghiêng) 2 bánh xe liên kết cứng bởi vậy hạn chế hiện tượng trượt bên bánh xe.
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18"><i>1.2.3.4.2.Kết cấu bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo độc lập. </i>
<i>Ưu điểm: </i>
- Khối lượng phần khơng được treo nhỏ, đặc tính bám đường của bánh xe tốt vì vậy sẽ êm dịu khi chuyển động và có tính ổn định tốt.
- Các lò xo chỉ làm nhiệm vụ đỡ thân ôtô mà không phải làm nhiệm vụ dẫn hướng nên có thể làm lị xo mềm hơn nghĩa là tính êm dịu tốt hơn.
- Do khơng có sự nối cứng giữa các bánh xe bên trái và bên phải nên có thể hạ thấp sàn ơtơ và vị trí lắp động cơ. Do đó mà có thể hạ thấp trọng tâm ôtô.
<i>Nhược điểm: </i>
- Kết cấu phức tạp.
- Khoảng cách bánh xe và các vị trí đặt bánh xe thay đổi cùng với sự dịch chuyển lên xuống của các bánh xe.
Trong hệ thống treo độc lập còn được phân ra các loại sau: Dạng treo 2 đòn ngang, dạng treo Mc.Pherson, dạng treo kiểu đòn dọc, dạng treo kiểu địn dọc có thanh ngang liên kết, dạng treo đòn chéo.
<i>1.2.3.4.2.1. Hệ thống treo độc lập một địn. </i>
<i>Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống treo độc lập một đòn. </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">Khi bánh xe dịch chuyển về phía trên hay phía dưới thì góc nghiêng 𝛼 của bánh xe thay đổi nhiều do đó phát sinh mômen hiệu ứng con quay.
Nhược điểm về động học là chiều dài cầu ngắn vì vậy sự thay đổi chiều rộng cơ sở ∆𝐵 và góc nghiêng 𝛼 tương đối lớn. Nếu đặt hệ thống treo này ở bánh dẫn hướng thì các nhược điểm của nó càng rõ. Vì vậy trong những năm gần đây ít khi người ta đặt bộ phận dẫn hướng loại này trên bánh dẫn hướng.
<i>1.2.3.4.2.2. Hệ thống treo độc lập hai đòn. </i>
Với hai địn ngang có chiều dài bằng nhau, và có cả hai địn ngang có chiều dài khác nhau. Khi sử dụng cơ cấu này, lúc ta nâng hay hạ bánh xe một đoạn h thì mặt phẳng quay của bánh xe sẽ chuyển dịch nhưng ln song song với nhau. Do đó khắc phục được hồn tồn sự phát sinh mơmen hiệu ứng con quay và triệt tiêu được sự rung của bánh xe đối với trục đứng của hệ thống lái. Nhưng lốp sẽ nhanh mòn và độ ổn định ngang của bánh sẽ kém đi do sự thay đổi ∆𝐵 tương đối lớn.
<i>Hình 1.8: Sơ đồ động học hệ thống treo độc lập của bánh xe với cơ cấu dẫn hướng hai địn hình bình hành và hình thang. </i>
Với trị số 𝛼 như vậy, mômen hiệu ứng con quay sẽ tự triệt tiêu do lực ma sát trong hệ thống. Đồng thời sự thay đổi chiều rộng vết bánh xe sẽ được bù lại do độ đàn hồi của lốp, nên lốp sẽ không bị trượt trên mặt tựa.
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20"><i>1.2.3.4.2.3.Hệ thống treo độc lập loại Mc.Pherson. </i>
Cơ cấu này đảm bảo khi dịch chuyển bánh xe khơng làm thay đổi các góc đặt bánh xe. Chiều rộng cơ sở của xe có thể thay đổi nhưng nhờ độ nghiêng ngang của bánh dẫn hướng bù lại nên coi như không đổi. Trọng lượng phần không được treo loại này là bé nhất. Bộ phận dẫn hướng loại này cũng làm triệt tiêu hoàn toàn sự lắc của bánh xe đối với trụ đứng. Vì vậy sẽ làm mất khả năng phát sinh mômen hiệu ứng con quay khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng.
<i>Hình 1.9: Hệ thống treo loại Mac.Pherson </i>
<i>Nhược điểm: </i>
- Vì kết cấu gọn nên lực ngang và mơmen do lực ngang ở bánh xe tác dụng lên cơ cấu địn có giá trị lớn, nên tuổi thọ của cơ cấu giảm.
- Độ dịch chuyển tịnh tiến hai chiều của bộ phận dẫn hướng lớn nên khó giảm ma sát trong bộ phận hướng cũng như khó đảm bảo độ kín.
- Khó bố trí được hệ thống treo lên ơ tơ đặc biệt là khi bánh xe có độ dịch chuyển lớn, nhất là đối với phần tử đàn hồi là loại lò xo xoắn ốc. Nhưng lò xo xoắn ốc lại làm tăng độ dài của hệ thống.
<i>1.2.3.4.2.4. Hệ thống treo loại thăng bằng. </i>
Hệ thống này thường dùng cho loại xe hai cầu và ba cầu để đảm bảo tải trọng thẳng đứng bằng nhau ở hai bánh xe giữa và bánh xe sau hai bên. Cũng có thể ứng dụng cho loại xe bốn cầu và nhiều romóoc. Nếu là loại nhíp thì chỉ cần dùng một nhíp cho cả hai bánh xe ở cùng một phía. Hệ thống treo này có thể là độc lập hay phụ thuộc.
Nhíp đóng vai trị địn thăng bằng, nó khơng chịu các lực dọc và các mơmen phản lực. Các cầu được nối với khung bằng hệ địn dẫn hướng 2,3. Các lực dọc và mơmen phản lực truyền lên khung qua các đòn này.
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21"><i>Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống treo loại thăng bằng </i>
<i>1.Bộ nhíp; 2,3. Địn dẫn hướng; 4. Trục. </i>
1.2.4. Bộ phận đàn hồi.
Bộ phận đàn hồi có thể gồm một hoặc nhiều phần tử kim loại hoặc phi kim loại. Các phần tử đàn hồi bằng kim loại thường là nhíp, lị xo trụ và thanh xoắn. Các phần tử phi kim loại có thể là cao su, khí nén hoặc thủy lực. Trên thực tế phần tử đàn hồi kim loại được sử dụng phổ biến hơn.
<i>Hình 1.11: Các dạng phần tử đàn hồi kim loại. </i>
<i>a) Nhíp; b) Lị xo trụ; c) Thanh xoắn </i>
Nhíp (1.11a) được chế tạo từ các lá thép được uốn cong theo biên dạng xác định và được bó lại với nhau tạo thành bộ. Hiện nay, nhíp được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống treo phụ thuộc trên hầu hết các ô tô. Ưu điểm là có thể thực hiện đồng thời nhiều chức năng: trong hệ thống treo nhíp cịn đảm nhận thêm chức năng của bộ phận hướng và tham gia vào việc dập tắt dao động do có ma sát giữa các lá nhíp.
</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">Lò xo trụ (1.11b) được sử dụng chủ yếu trên ô tô con ở các hệ thống treo độc lập. Đặc điểm của nó là chỉ truyền lực theo phương thẳng đứng do vậy hệ thống treo sử dụng lò xo trụ nhất thiết phải có thêm bộ phận hướng và bộ phận giảm chấn.
Thanh xoắn được chế tạo từ thép có độ đàn hồi cao, thường có tiết diện trịn. Ở 2 đầu thanh xoắn có các then, nhờ các then này thanh xoắn được lắp một đầu lên khung xe và đầu còn lại được nối với một đòn của hệ thống treo. Khi khoảng cách giữa cầu xe và khung xe thay đổi thanh xoắn bị xoắn tạo nên lực đàn hồi trong hệ thống. Cũng tương tự như đối với lò xo trụ, hệ thống treo sử dụng thanh xoắn cũng cần có bộ phận hướng và bộ phận giảm chấn.
Các ụ cao su thường được sử dụng kết hợp với các phần tử kim loại khác dưới dạng các ụ hạn chế hành trình.
Phần từ đàn hồi khí nén là một bầu chứa khí nén được chế tạo từ vật liệu cao su cùng với các lớp sợi chịu lực có khả năng biến dạng và có hình dạng thích hợp. Một trong những ưu điểm của đàn hồi khí nén là có thể thay đổi được độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp suất khí nén.
Ngồi ra, trên một số loại ơ tơ có sử dụng phần tử thủy khí vừa thực hiện chức năng của phần tử đàn hồi đồng thời thực hiện chức năng dập tắt dao động của giảm chấn.
1.2.5. Bộ phận giảm chấn.
Các dao động phát sinh khi ô tô chạy trên đường không bằng phẳng. Lực cản chính là lực ma sát trong phần tử đàn hồi (như ma sát giữa các lá nhíp), giữa bạc và chốt nhíp, ma sát trong khớp các bộ phận hướng, ma sát trong vật liệu của lốp, và các chi tiết bằng cao su trong hệ treo, lực cản của các giảm chấn. Để hệ thống treo hoạt động êm dịu và dập tát dao động, cần giảm ma sát đến tối thiểu. Nếu đảm bảo ma sát giữa các lá nhíp ít hơn 5% thì ơ tơ sẽ chuyển động êm dịu. Nhưng trong thực tế, dù bơi trơn tốt thì giới hạn này vẫn vượt q 10%÷ 13% nên nhíp vẫn cứng.Các lực va đập bé hơn lực ma sát trong hệ thống treo, nhíp sẽ khơng giữ được nó, và các lực này sẽ truyền trục tiếp lên khung.
</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23"><i> Hình 1.12.Sơ đồ cấu tạo giảm chấn </i>
Cần piston được nối với khung xe còn vỏ của giảm chấn được nối với dầm cầu. Khi ô tô dao động, khoảng cách giữa vỏ xe và dầm cầu thay đổi làm piston dịch chuyển lên xuống trong xylanh tạo nên các hành trình nén và trả. Nhờ có sự dịch chuyển của piston trong xylanh, chất lỏng bị dồn qua các van có tiết diện nhỏ. Chính các tiết lưu này sinh ra ma sát nhớt làm chất lỏng nóng lên, nghĩa là một phần năng lượng dao động bị hấp thụ tại giảm chấn và chuyển thành nhiệt năng làm cho giảm chấn nóng lên. Lượng nhiệt này sau đó tỏa ra ngồi khơng khí qua lớp vỏ. Vì vậy, diện tích tiết diện lưu thơng của các van được thiết kế sao cho tạo được lực cản thích hợp.
<i>1.2.5.1. Cơng dụng. </i>
Trên xe ô tô giảm chấn được sử dụng với mục đích sau:
- Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đường không bằng phẳng nhầm bảo vệ bộ phận đàn hồi.
- Đảm bảo dao động của phần không được treo ở mức độ nhỏ nhất, nhầm làm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.
- Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, an toàn khi chuyển động.
</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24"><i>1.2.5.2. Yêu cầu. </i>
- Làm việc ổn định khi ô tô chuyển động trong các điều kiện đường khác nhau và nhiệt độ không khí khác nhau.
- Có tuổi thọ cao.
- Trọng lượng và kích thước bé, giá thành hạ.
- Đảm bảo giảm trị số và sự thay đổi đường đặc tính của các dao động. Đặc biệt là: + Dập tắt càng nhanh các dao động nếu tần số dao động càng lớn. Mục đích để tránh
cho thùng xe khỏi bị lắc khi qua đường mấp mô lớn.
+ Dập tắt chậm các dao động nếu ơ tơ chạy trên đường ít mấp mơ. + Hạn chế các lực truyền qua giảm chấn lên thùng xe.
<i>Hình 1.13 : Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ. </i>
Buồng C được gọi là buồn bù chất lỏng, do quá trình piston chuyển động sự thay đổi thể tích ở các khoang trên và dưới khơng bằng nhau nên giảm chấn cần có khoang phụ để bù sự chênh lệch. Trong C chỉ điền đầy một nửa, khơng gian cịn lại chứa khơng khí có áp suất khí quyển.
<b>Ưu điểm: </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">- Giảm chấn hai lớp có độ bền cao
<i>Hình 1.14: Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn ống thủy lực một lớp vỏ. </i>
Ưu điểm của loại giảm chấn một lớp vỏ :
- Khi có cùng đường kính ngồi, đường kính của cần pistob có thể làm lớn hơn mà sự biến động tương đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn.
- Điều kiện tỏa nhiệt tốt hơn.
- Ở nhiệt độ thấp giảm chấn khơng bị bó kẹt ở những hành trình đầu tiên
<b>1.3. Lựa chọn phương án thiết kế. </b>
Với những ưu và nhược điểm của từng loại hệ thống treo khác nhau, cũng như phù hợp với những phát triển của ngành ô tô. Em quyết định đi sâu nghiên cứu hệ thống treo ô tô 7 chỗ với:
- Xe tham khảo, nghiên cứu: Ford Everest 4x2 MT.
</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">- Hệ thống treo trước: Hệ thống treo độc lập loại Mc.Pherson.
<i>Hình 1.15:Hệ thống treo độc lập Mac.Pherson. </i>
- Hệ thống treo sau: Loại nhíp.
<i>Hình 1.16: Sơ đồ hệ thống treo sau loại nhíp </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27"><b>CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC 2.1. Các thông số ban đầu. </b>
Nhóm các thơng số tải trọng: xe tham khảo Everest Limited 4x2 mt - Tải trọng tồn xe khi khơng tải G<small>0 </small>= 18960 N. - Tải trọng toàn xe khi đầy tải G<small>T </small>= 26070 N. - Tải trọng đặt lên cầu trước khi không tải G<small>10 </small>= 7584 N. - Tải trọng đặt lên cầu sau khi không tải G<small>20</small> = 11376 N. - Tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải G<small>1T</small> = 10428 N. - Tải trọng đặt lên cầu sau khi đầy tải G<small>2T</small> = 15642 N. Nhóm các thơng số kích thước xe:
- Chiều dài cơ sở : L = 2860 mm.
Trong đó 𝛾<sub>𝑏𝑥</sub> hệ số biến dạng lốp, đối với lốp áp suất thấp lấy 𝛾<sub>𝑏𝑥</sub> = 0,93 - Khoảng sáng gầm xe khi đầy tải : H<small>min</small> = 210 mm.
- Khối lượng phần không treo : m<small>kt</small> = 12*2 = 24 (kg) . - Khối lượng phần bánh xe: m<small>bx</small> = 22 (kg)
N<small>e max</small><b> = 141 (hp) / 3500 (v/ph) v</b><small>max</small> = 105 (km/h). M<small>e max</small> = 336 (N.m) / 1800 (v/ph)
- Khoảng cách 2 bánh trước/sau : 1475/1470 (mm)
</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">Đối với ô tô du lịch giá trị 𝜀<sub>𝑦</sub> = 0,85 ÷ 1,05 (Hệ số phân bố khối lượng). Vì vậy có thể coi dao động của khối lượng đặt lên cầu trước là độc lập.
2.2.1. Xác định độ cứng của hệ thống treo thông qua tần số dao động riêng của cơ hệ.
C<small>T</small>: Độ cứng của hệ thống treo đối với một bánh xe (N/m) M: Khối lượng của phần treo của ô tô đặt lên cầu (kg)
𝜔: Tần số dao động riêng của hệ treo (rad/s) giá trị này được tính từ số lần dao động của xe trong thời gian một phút n (lần/ph).
Độ cứng trung bính của hệ treo lấy từ trung bình cộng của hai giá trị: Khi xe đầy tải và khi xe không tải.
Với hệ thống treo trước ta có: - Trạng thái không tải: 𝐶<sub>𝑇</sub><sup>0</sup> =<sup>𝑀</sup><small>0</small>
<small>2</small> . 𝜔<small>2</small>
Khối lượng phần không được treo m<small>kt</small> = 25 (kg) Khối lượng phần treo ở trạng thái không tải: M<small>T0</small> = m<small>10</small> – m<small>kt</small> – m<small>bx</small> .
M<small>T0</small> = 758,4 – 24 - 22*2 = 690,4 (kg)
M<small>10</small> : Tải trọng đặt lên cầu trước khi không tải là 758,4 kg.
</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">- Khối lượng phần treo ở trạng thái đầy tải: Với hệ thống treo sau ta có:
- Trạng thái khơng tải: 𝐶<sub>𝑇</sub><sup>0</sup> =<sup>𝑀</sup><small>0</small>
2.2.3. Kiểm tra hành trình động của bánh xe.
Kiểm tra hành trình động của bánh xe theo điều kiện đảm bảo khoảng sáng gầm xe tối thiểu H<small>min</small>.
f<small>d</small> ≤ H<small>0</small> – H<small>min</small>.
</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">H<small>0</small>: Khoảng sáng gầm xe ở trạng thái chịu tải tĩnh H<small>min</small>: Khoảng sáng gầm xe tối thiểu cần thiết H<small>min</small> ≥ (0,1÷0,15)m. Lấy H<small>min</small> = 0,1 (m)
- Đối với cầu trục trước cần kiểm tra hành trình động để không xảy ra va đập cứng vào a: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước.
h<small>g</small>: Chiều cao trọng tâm xe.
- Đối với cầu trục trước cần kiểm tra hành trình động để khơng xảy ra va đập vào ụ tì khi phanh: Từ cơng thức: f<small>d</small> ≥f<small>t</small> . 𝜑<sub>𝑚𝑎𝑥</sub>.<sup>ℎ</sup><sup>𝑔</sup>
<i>Hình 2.1 :Sơ đồ phân bố tải trọng </i>
- Xác định độ võng tĩnh của hệ treo ở trạng thái không tải: Hệ thống treo trước: f<small>0t1</small> = <sup>𝑀</sup><sup>10</sup><sup>.𝑓</sup><sup>𝑇</sup>
<small>𝑀</small> =<sup>758,4.150</sup>
<small>1042,8</small> = 109,1 (𝑚𝑚)
</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">Hệ thống treo sau: f<small>0t2</small> = <sup>1137,6∗150</sup>
<small>1564,2</small> = 109,1 (𝑚𝑚)
2.2.4. Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn K<small>tb. </small>
- Hệ số dập tắt dao động của hệ treo D.
D = 2.ψ. ω = 2.0,2.8,1 = 3,24 (rad/s) Ψ: Hệ số cản tương đối, Chọn ψ = 0,2
- Hệ số cản trung bình của giảm chấn quy dẫn về bánh xe: + Đối vớ hệ thống treo cầu trước: Số liệu cơ sở để tính tốn:
- Chiều rộng cơ sở của xe ở cầu trước: B<small>T</small> = 1500 mm. - Bán kính bánh xe: r<small>bx</small> = 354,9 mm
- Góc nghiêng ngang trụ xoay đứng (Góc Kingpin): 𝛿<sub>0</sub> = 10<small>𝑜</small>
- Chiều cao từ giảm chấn đến khung xe lớn nhất: Chọn H<small>tmax</small> = 820 mm - Góc nghiêng ngang bánh xe (Góc Camber): 𝛾<sub>0</sub> = 0<sup>𝑜</sup>
2.3.1. Xác định độ cứng và chuyển vị của phần tử đàn hồi.
Các phần tử đàn hồi có thể ở dạng lị xo trụ, lị xo côn, thanh xoắn. Trong mục này chỉ đề cập tới việc tính lực và chọn cách bố trí lị xo trụ.
</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">Các góc bố trí trong khơng gian có thể gặp là: Góc nghiêng dọc 𝜀 và góc nghiêng ngang 𝜎. Các góc này được bố trí tùy thuộc vào khơng gian cho phép trên xe.
<i>2.3.1.1. Độ cứng chuyển vị của lị xo. </i>
<i>Hình 2.2: Sơ đồ chuyển vị của lị xo. </i>
Kết cấu bố trí giảm chấn thường gặp như sơ đồ bên dưới:
Trục của giảm chấn không trùng với đường tâm trụ đứng thường gặp nên xe có: r<small>0</small> (bán kình quay bánh xe dẫn hướng) âm và góc nghiên ngang trụ đứng khá lớn.
</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">- Trường hợp lực kéo và lực phanh cực đại:
Trên sơ đồ phân tích lực tồn tại lực Z,X nhưng tính với giá trị cực đại (vắng lực Y). - Tính trong trường hợp chỉ chịu lực phanh cực đại:
</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">G<small>1T</small>: Trọng lượng tĩnh đặt trên cầu trước khi đầy tải.
𝑋 = 𝑋<sub>𝑚𝑎𝑥</sub> = 𝑍<sub>𝑡𝑡</sub>. 𝜑 = 6256,8.0,75 = 4692,6(𝑁) Trong đó:
X<small>max</small>: Lực dọc lớn nhất tác dụng tại điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. 𝜑: Hệ số bám dọc
<i>Hình 2.4: Sơ đồ phân tích lực khi lực kéo và lực phanh cực đại. </i>
- Lực dọc X chuyển về tâm trục bánh xe được hai thành phần X<small>0</small> và M<small>X</small>:
</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">- Lực X gây ra trên đòn ngang lái đặt tại S là S<small>y</small> và tạo nên các phản lực A<small>S</small> và B<small>S</small>:
<small> </small>𝑆<sub>𝑦</sub> = 𝑋.<sup>𝑟</sup><sup>0</sup>
<small>𝑙</small><sub>𝑆</sub>. 𝑐𝑜𝑠𝜎 = <sup>4692,6.15</sup>
<small>40</small> . 𝑐𝑜𝑠10<sup>𝑜</sup> = 1733 (𝑁) Trong đó: l<small>S</small>: Chiều dài địn ngang lái. Chọn 40mm.
Chọn: s = m, t = n (Kích thước để lắp đòn ngang lái).
</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">d<small>1, </small>d<small>2</small>: là khoảng cách từ hai đầu khớp bản lề trong của càng A tới khớp cầu ngoài
Trong đó: B: Chiều rộng cơ sở, B = 1,5 (m)
h<small>g</small>: Chiều cao trọng tâm xe, h<small>g</small> = 0,5 (m)
</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37"><i>Hình 2.5: Sơ đồ phân tích lực trong trường hợp lực ngang cực đại </i>
- Lực ngang Y gây nên đối với trụ đứng AB các phản lực A<small>y</small>, B<small>y</small>:
</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">Ta có: 𝑍 = 𝑍<sub>𝑡</sub>. 𝑘<sub>𝑑</sub> =<sup>𝐺</sup><sup>1𝑇</sup>
<small>2</small> . 2 = 10428 (𝑁)
k<small>d</small>: Hệ số tải trọng động, k<small>d</small> = 1,8 – 2,5 với xe chạy trên đường tốt, chọn bằng 2.
<i>Hình 2.6: Sơ đồ phân tích lực trong trường hợp chỉ chịu tải trọng động </i>
- Phản lực tại Z đặt tại bánh xe gây nên đối với trục đứng AB:
</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">Đòn ngang dưới có cấu trúc hình chữ A được bắt vào thân xe qua 2 khớp trụ. Đầu ngoài bắt với cam quay Rô-tuyn. Việc sử dụng 2 đầu trong nối với thân xe bằng khớp bản lề để tăng độ cứng vững cho hệ treo.
Trạng thái chủ lực chủ yếu là kéo, nén, uốn, tiết diện của đòn ngang dưới, tham khảo và khi kiểm bên giả thiết rằng: một phần càng chữ A chịu tồn bộ tải trọng. Do vậy có thể tính tốn như sau:
Trường hợp 1: Chỉ có lực Z F<small>y</small> = C<small>y</small> = 3094 (N). F<small>z</small> = Z<small>AB</small> = 10296,6 (N)
</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40"><i>Hình 2.7: Sơ đồ phân tích lực trong trường hợp chỉ có lực Z trên địn ngang chữ A. </i>
- F<small>Z</small> đóng vai trị là lực cắt và gây uốn dọc trong mặt phẳng zoy. - Ứng suất tiếp lớn nhât được xác định theo công thức:
Với vật liệu hợp kim nhơm AlZnMgCu1,2F50 [3], có 𝜎<sub>𝑏</sub>=510Mpa.
Do tính kinh tế nên chọn vật liệu hợp kim nhơm thay cho thép nhưng vẫn đảm bảo tính an toàn.
[𝜏] =𝜎<sub>𝑏</sub> / 2n = 510/ 2.1,5 = 170 (N/mm<small>2</small>). Suy ra: 𝜏<sub>𝑚𝑎𝑥</sub> < [𝜏], Với n = 1,5: hệ số an toàn. Với đòn ngang dưới thỏa mãn điều kiện bền về mặt cắt.
Thành phần F<small>Z</small> gây ra mômen uốn dọc có giá trị lớn nhất tại điểm bắt của đòn ngang vào khung xe. Do khớp nối là khớp trụ do đó tại tâm khớp mômen uốn sẽ bằng 0. Ta kiểm nghiệm tại mặt cắt gần đó.
Ứng suất uốn lớn nhất được xác định theo công thức:
</div>
