tính toán thiết kế hệ thống treo trước của xe vân tải hạng trung

Chơng 1
Phân tích đặc điểm kết cấu
1.1. Công dụng, phân loại
Hệ thống treo là một tổ hợp các cơ cấu thực hiện liên kết các bánh xe (cầu
xe) với khung xe (vỏ xe) để đảm bảo độ êm dịu và an toàn chuyển động trên cơ
sở tạo ra các dao động của thân xe và bánh xe theo ý muốn, giảm các tải trọng
va đập cho xe khi chuyển động trên địa hình không bằng phẳng. Ngoài ra hệ
thống treo còn dùng để truyền các lực và mô men tác động giữa bánh xe và
khung xe (vỏ xe).
Hệ thống treo bao gồm 4 phần tử chính sau:
- Phần tử đàn hồi:
- Phần tử giảm chấn:
- Phần tử hớng:
-Phần tử ổn định
Hệ thống treo ô tô thờng đợc phân loại dựa vào cấu tạo của phần tử đàn
hồi, phần tử hớng và theo phơng pháp dập tắt dao động.
a) Theo cấu tạo của phần tử h ớng .
- Hệ thống treo phụ thuộc: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên
phải của một cầu đợc liên kết cứng với nhau bằng dầm cầu liền hoặc vỏ cầu
cứng. Khi đó dao động hoặc chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc mặt
phẳng thẳng đứng) của bánh xe bên này làm ảnh hởng, tác động đến bánh xe
bên kia và ngợc lại.
5
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc.
(1-Thân xe; 2-Giảm chấn; 3-Dầm cầu; 4-Nhíp)
Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc là cấu tạo đơn giản giá thành không
cao và đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho các xe có tốc độ chuyển động không
cao. Nếu hệ thống treo phụ thuộc có phân tử đàn hồi loại nhíp thì nó làm đợc cả
nhiệm vụ của phần tử hớng. Hệ thống treo phụ thuộc đợc sử dụng ở rất nhiều xe
nh: GAZ-53; GAZ-66; ZIL-130, 131 (cầu trớc); KRAZ; KAMAZ; (hình 1.1).
- Hệ thống treo độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh xe

bên phải không có liên kết cứng với nhau, chúng chỉ đợc nối gián tiếp với nhau
thông qua khung xe hoặc vỏ xe. Chính vì vậy mà dao động hay chuyển dịch của
các bánh xe là độc lập nhau.
Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống treo độc lập.
u điểm của hệ thống treo độc lập là bảo đảm độ êm dịu chuyển động của
xe nhng kết cấu phức tạp, giá thành đắt nên chỉ đợc sử dụng ở một số cầu trớc xe
du lịch, ở xe bọc thép BTR-60PB, (hình 1.2).
- Hệ thống treo cân bằng: hai bánh xe cùng một phía của hai cầu xe liền
nhau có chung phần tử đàn hồi đợc bố trí xung quanh trục cân bằng.
Hệ thống treo cân bằng thờng gặp ở những xe nhiều cầu có tính năng
thông qua cao. Những xe đó có ba hoặc bốn cầu trong đó bố trí hai cầu liền
nhau. Hệ thống treo của những cầu này thờng là hệ thống treo cân bằng phụ
thuộc. Ví dụ nh cầu giữa và cầu sau của ô tô ZIL-131; URAL-4320; KRAZ-
255B; (hình 1.3).
6
Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống treo cân bằng.
b) Theo cấu tạo của phần tử đàn hồi :
Có các loại nh sau:
- Phần tử đàn hồi là kim loại gồm: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn. Đây là loại
phổ biến nhất ở các ô tô quân sự và xe bọc thép bánh hơi.
- Phần tử đàn hồi là khí nén gồm: phần tử đàn hồi khí nén có bình chứa là
cao su kết hợp sợi vải bọc cao su làm cốt, dạng màng phân chia và dạng liên hợp.
- Phần tử đàn hồi là thuỷ khí có loại kháng áp và loại không kháng áp.
- Phần tử đàn hồi là cao su có loại làm việc ở chế độ nén và làm việc ở chế
độ xoắn.
c) Theo ph ơng pháp dập tắt dao động :
- Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn thuỷ lực, gồm giảm chấn dạng đòn
và dạng ống.
- Dập tắt dao động nhờ ma sát cơ học giữa các chi tiết của phần tử đàn hồi
và trong phần tử hớng.

1.2.Yêu cầu đối với hệ thống treo.
* Các yêu cầu chung của hệ thống treo:
+ Đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi xe chuyển động.
Độ êm dịu chuyển động của ô tô quân sự đợc đánh giá qua giá trị cho
phép của các thông số nh tần số dao động riêng, biên độ dao động lớn nhất, gia
tốc dao động lớn nhất
+ Sự thay đổi quĩ đạo lăn của các bánh xe không đáng kể để đảm bảo độ
êm dịu chuyển động thẳng và tính năng thông qua của ôtô.
7
+ Trọng lợng phần không treo phải nhỏ.
Trọng lợng phần không treo bao gồm trọng lợng bánh xe, các chi tiết của
bộ phận dẫn hớng, cầu xe và một phần trọng lợng của bộ phận đàn hồi và giảm
chấn. Giảm trọng lợng phần không treo sẽ làm giảm rất nhiều tải trọng động tác
dụng lên bộ phận đàn hồi và thân xe. Yêu cầu này đợc thực hiện rất tốt đối với
hệ thống treo độc lập.
+ Hệ thống treo phải đảm bảo có sức sống cao, độ tin cậy lớn trong sử dụng.
Sức sống của hệ thống treo của ôtô chủ yếu phụ thuộc vào loại sơ dồ treo.
+ Đảm bảo đơn giản, thuận tiện trong quá trình bảo dỡng, sửa chữa. Yêu
cầu này chủ yếu phụ thuộc vào số lợng các điểm phải bảo dỡng và vị trí các
điểm đó trên xe.
a) Phần tử h ớng .
- Phần tử hớng có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và mô men từ
mặt đờng lên khung xe. Động học của phần tử hớng xác định đặc tính dịch
chuyển của bánh xe đối với khung xe và ảnh hởng tới tính ổn định và tính quay
vòng của ô tô. Để đảm bảo chức năng, nhiệm vụ này, phần tử hớng cần đảm bảo
các yêu cầu cơ bản sau:
+ Giữ nguyên động học bánh xe khi ô tô chuyển động. Điều này có nghĩa
là khi bánh xe chuyển động thẳng đứng, các góc đặt bánh xe, các chiều rộng,
chiều dài cơ sở phải giữ nguyên. Dịch chuyển bánh xe theo chiều ngang (thay
đổi chiều rộng cơ sở) sẽ làm lốp mòn nhanh và tăng sức cản chuyển động của ô

tô trên nền đất mềm. Dịch chuyển bánh xe theo chiều dọc tuy có giá trị thứ yếu
nhng gây nên sự thay đổi động học của chuyển động lái. Thay đổi góc doãng
của bánh xe dẫn hớng là điều nên tránh, vì nó kèm theo hiện tợng mô men hiệu
ứng con quay, làm cho bánh xe lắc xung quanh trục đứng. Khi bánh xe lăn với
góc nghiêng lớn, sẽ làm lốp mòn, sinh ra phản lực ngang lớn làm xe khó bám đ-
ờng.
+ Với các bánh xe dẫn hớng nên tránh sự thay đổi góc nghiêng

vì khi

thay đổi làm trụ đứng nghiêng về sau, nên độ ổn định của xe kém đi. Khi bánh xe
dịch chuyển thẳng đứng cũng làm thay đổi độ chụm bánh xe (thay đổi góc

), làm
thay đổi quĩ đạo chuyển động của ô tô làm cho ô tô không bám đúng đờng.
8
+ Đảm bảo truyền lực ngang, lực dọc, mô men từ bánh xe lên khung xe mà
không gây biến dạng rõ rệt, không làm dịch chuyển các chi tiết của bánh xe.
+ Giữ đợc đúng động học của dẫn động lái, nghĩa là sự dịch chuyển thẳng
đứng và sự quay quanh trụ đứng của bánh xe không phụ thuộc vào nhau.
+ Độ nghiêng của thùng xe trong mặt phẳng ngang phải bé. Phần tử dẫn
hớng có ảnh hởng đến khoảng cách giữa các phần tử đàn hồi (khoảng cách
nhíp), tuỳ theo phần tử dẫn hớng mà ta có khoảng cách này lớn hay bé, phần tử
dẫn hớng còn ảnh hởng đến vị trí tâm của độ nghiêng bên.
+ Phần tử dẫn hớng phải đảm bảo bố trí hệ thống treo trên ô tô đợc
thuận tiện.
+ Kết cấu phần tử dẫn hớng phải đơn giản dễ sử dụng, chăm sóc, bảo dỡng.
+ Trọng lợng phải nhỏ, đặc biệt là phần không đợc treo.
Phần tử hớng có thể là nhíp lá, thanh giằng, thanh đòn.mỗi loại có u nhợc
điểm và thích hợp với một loại xe nhất định.

Phần tử hớng là nhíp lá.
Hình 1.4: Kết cấu nhíp chính và phụ của hệ thống treo có độ cứng thay đổi.
1. Nhíp chính và nhíp phụ; 2. ố ng bạc chốt nhíp; 3,4,5. Quang nhíp; 6. Bạc tỳ
đai nhíp và bu lông; 7. Đệm tỳ bắt nhíp; 8. Chốt nhíp; 9. Đệm; 10. Bu lông quang
nhíp; 11. Bu lông; 12. Đai ốc.
9
u điểm là kết cấu đơn giản, vì nhíp vừa đóng vai trò là phần tử hớng vừa
đóng vai trò là phần tử đàn hồi do đó đơn giản trong bảo dỡng, sửa chữa.
b) Phần tử đàn hồi.
- Phần tử đàn hồi dùng để nối đàn hồi giữa bánh xe và thân xe, làm giảm
các va đập đột ngột từ đờng lên, đảm bảo độ êm dịu khi ô tô chuyển động.
Để thực hiện các nhiệm vụ trên, phần tử đàn hồi phải có độ cứng phù
hợp với tải trọng của xe, nhằm tạo ra dao động với tần số thấp của thân xe
theo yêu cầu đề ra (do tải trọng của xe thực tế là luôn biến động, có lúc ô tô
đủ tải, có lúc ô tô non tải, do vậy cần thiết phải có phần tử đàn hồi thay đổi độ
cứng theo tải trọng). Chuyển dịch của phần đợc treo không quá lớn, kết cấu
nhỏ gọn, đảm bảo trọng tâm xe thấp. Làm việc tin cậy, an toàn, tuổi thọ cao,
chăm sóc bảo dỡng đơn giản, thuận tiện, quá trình làm việc êm dịu không có
sự va đập cứng.
Phần tử đàn hồi có thể là nhíp lá, lò xo, thanh xoắn. mỗi loại có u nhợc
điểm và thích hợp với một loại xe nhất định.
Phần tử đàn hồi là nhíp lá.
Hình 1.5: Kết cấu nhíp chính và phụ của hệ thống treo có độ cứng thay đổi.
10
1. Nhíp chính và nhíp phụ; 2. ố ng bạc chốt nhíp; 3,4,5. Quang nhíp; 6. Bạc tỳ
đai nhíp và bu lông; 7. Đệm tỳ bắt nhíp; 8. Chốt nhíp; 9. Đệm; 10. Bu lông quang
nhíp; 11. Bu lông; 12. Đai ốc.
u điểm là kết cấu đơn giản, đơn giản trong bảo dỡng và lốp xe ít bị mòn
khi quay vòng vì chỉ có khung xe nghiêng còn cầu xe không bị nghiêng. nhợc
điểm là có khối lợng phần không treo lớn, do vậy giảm độ êm dịu chuyển động;

khó có đợc hệ treo mềm vì để có hệ treo mềm cần phải nâng cao khung (vỏ) so
với cầu xe; xác suất xuất hiện dao động của bánh xe dẫn hớng lớn, do vậy ảnh h-
ởng xấu tới ổn định chuyển động thẳng; tuổi thọ của các lá nhíp nhỏ. Để tăng
tuổi thọ lá nhíp ngời ta áp dụng phơng pháp gia công phun hạt vào mặt trên các
lá nhíp, sử dụng nhíp có tiết diện ngang hợp lý, cố định các đầu nhíp bằng các
phần tử cao su, bôi mỡ chì giữa các lá nhíp hoặc các tấm đệm giữa các lá nhíp
(đệm bằng chất dẻo, bằng đồng hoặc hợp kim chống mòn).
Hệ thống treo độc lập với phần tử đàn hồi là lò xo thờng đợc áp dụng rộng
rãi trên các ô tô du lịch tùy theo kết cấu của bộ phận dẫn hớng mà hệ thống treo
độc lập với phần tử đàn hồi lò xo đợc phân làm bốn loại sau:
- Hệ thống treo độc lập với bộ phận dẫn hớng một đòn treo. Loại này có
kết cấu đơn giản nhng có nhợc điểm là khi hành trình dịch chuyển của bánh xe
lớn thì mặt phẳng bánh xe bị nghiêng một góc lớn gây hiệu ứng con quay làm
dao động bánh xe, đồng thời bánh xe bị trợt ngang lớn dẫn đến lốp bị mòn
nhanh cho nên sơ đồ này chỉ bố trí ở cầu không dẫn hớng để không làm ảnh h-
ởng tới ổn định lái trong hệ thống lái.
- Hệ thống treo độc lập với cơ cấu hai đòn treo dài bằng nhau. Loại này có
u điểm là khi bánh xe dịch chuyển theo phơng thẳng đứng, mặt phẳng bánh xe
không bị nghiêng, do đó bánh xe chuyển động ổn định. Nhợc điểm ở sơ đồ này
là độ trợt ngang lớn, lốp mòn nhanh.
- Hệ thống treo độc lập với cơ cấu hai đòn treo dài không bằng nhau (tơng
tự nh ở bánh xe BTR-60PB). Đặc điểm loại này là khi bánh xe dịch chuyển theo
phơng thẳng đứng khá lớn nhng mặt phẳng bánh xe bị nghiêng với góc nhỏ (th-
ờng 5
ữ
6
0
), khi đó hiệu ứng con quay có thể loại trừ nhờ ma sát trong treo. ở đây
11
độ trợt ngang không lớn lắm cho nên có thể kết hợp với việc sử dụng lốp có độ

đàn hồi tốt để bù cho độ trợt ngang. Do vậy hệ thống treo dùng sơ đồ này đợc
dùng rộng rãi trên ô tô con hiện nay.
- Hệ thống treo độc lập với bộ phận dẫn hớng kiểu nến. Đặc điểm treo loại
này là bánh xe dịch chuyển độc lập theo trục nghiêng hoặc đặt thẳng, do vậy
mặt phẳng của bánh xe không bị thay đổi. Độ trợt ngang của bánh xe phụ thuộc
vào độ nghiêng của trục. Thờng độ nghiêng của trục nhỏ nên độ trợt ngang
cũng nhỏ do đó ít mòn lốp. Nhợc điểm của loại này là độ cứng vững của
kết cấu theo chiều ngang nhỏ, khó bố trí bộ phận dẫn hớng và ma sát trong
bộ phận dẫn hớng lớn. Do vậy sơ đồ này chỉ dùng ở xe du lịch có công suất
nhỏ.
- Trên (hình 1.6) thể hiện sơ đồ cấu tạo hệ thống treo độc lập với bộ phận
dẫn hớng hai đòn treo không bằng nhau sử dụng ở ô tô của hãng Open. Đặc điểm
cấu tạo của loại này là hai đòn dẫn hớng đặt trong mặt phẳng ngang xe. Bánh xe
lắp vào đầu trục của cam quay và nối khớp bản lề với hai đòn treo trên và dới.
Giảm chấn 4 có chiều dài lắp ráp lớn hơn lò xo 2 cho nên đầu trên đợc bắt trên
phần lồi chụp phía trên, còn đầu dới giảm chấn đợc bắt cùng với đế lò xo. Vấu
cao su 1 dùng để hạn chế hành trình dịch chuyển bánh xe ở hành trình trả còn vấu
cao su 5 tơng ứng ở hành trình trên .
Hình 1.6: Cấu tạo hệ thống treo trớc dùng hai đòn treo không bằng nhau.
1. Vấu hạn chế hành trình; 2. Lò xo; 3. Giá đỡ;
12
4. Giảm chấn; 5. Vấu hạn chế hành trình.
c) Phần tử giảm chấn .
- Giảm chấn dùng để dập tắt các dao động của thân xe và cầu xe bằng
cách chuyển cơ năng của các dao động thành nhiệt năng, đảm bảo độ êm dịu
cần thiết cho xe khi chuyển động. Trên ô tô hiện nay chủ yếu sử dụng giảm
chấn thuỷ lực.
Để đảm bảo thực hiện đợc chức năng này giảm chấn cần phải:
+ Dập tắt nhanh các dao động có tần số hoặc biên độ lớn.
+ Dập tắt chậm các dao động nếu ô tô chạy trên đờng ít mấp mô.

+ Hạn chế các lực truyền qua giảm chấn lên thân xe.
+ Làm việc ổn định khi ô tô chuyển động trong các điều kiện đờng sá
khác nhau và nhiệt độ không khí khác nhau.
+ Có tuổi thọ cao.
+ Trọng lợng, kích thớc bé; giá thành hạ.
Có thể phân loại giảm chấn theo các đặc điểm sau:
+ Theo tỷ số của hệ số cản nén và hệ số cản trả
( )
tn
KK ,
.
- Loại tác dụng 2 chiều đối xứng
( )
tn
KK
=
.
- Loại tác dụng 2 chiều không đối xứng
( )
tn
KK
<
.
- Loại tác dụng 1 chiều
( )
0
=
n
K
.

+ Theo dạng giảm chấn ta có:
- Giảm chấn đòn.
- Giảm chấn ống.
+ Có hay không có van giảm tải.
Ngày nay trên các xe đợc dùng phổ biến là loại giảm chấn tác động hai
chiều không đối xứng có van giảm tải và loại giảm chấn ống đợc dùng rộng rãi
hơn. vì giảm chấn ống thuỷ lực nhẹ hơn hai lần so với giảm chấn đòn, chế tạo
đơn giản hơn và có độ bền cao hơn giảm chấn đòn.
13
Hình 1.12: Cấu tạo giảm chấn ống thuỷ lực.
a) Cấu tạo chung. b) Làm việc ở trạng thái nén. c) Làm việc ở trạng thái trả.
1,22. Tai; 2; Đáy; 3. Van nạp; 4. Xy lanh công tác; 5. Xy lanh ngoài; 6. Van
nén; 7. Pít tông; 8. Van trả; 9. Vòng găng pít tông; 10. Van thông qua; 11, Vỏ; 12.
Cần pít tông; 13. Bạc dẫn hớng; 14. Vòng cao su; 15,17. Vòng làm kín; 16. Lò xo
vòng làm kín; 18. Đệm thép; 19. Vòng bít; 20. Đệm nhôm; 21. Các phớt làm kín
cần pít tông.
1.3. Chọn ph ơng án thiết kế.
Qua phân tích kết cấu của các hệ thống treo ở trên, từ nhiệm vụ đề tài đợc
giao là: Thiết kế hệ thống treo trớc cho xe ô tô vận tải hạng trungtham khảo
tài liệu xe zil-131. Tôi chọn chọn phơng án thiết kế nh sau:
+ Hệ thống treo của xe thiết kế là loại hệ thống treo phụ thuộc.
+ Phần tử đàn hồi là nhíp lá, và đóng vai trò của phần tử hớng.
+ Giảm chấn là giảm chấn ống thủy lực tác dụng 2 chiều lắp trên cả cầu
trớc và cầu sau.
Chơng 2
14
tính toán thiết kế hệ thống treo trớc
Các thông số ban đầu
2.1. Xác định các thông số
a. Xác định độ cứng của treo.

2
.
2

M
C
t
=
- M: khối lợng phần treo của ô tô (kg).
- : tần số dao động riêng của khối lợng phần treo (rad/s).
Để đảm bảo độ êm dịu của ô tô quân sự, khi tính toán độ cứng của phần treo
tần số dao động riêng của khối lợng phần treo thờng chọn trong khoảng:
STT Thông số Đơn vị Trị số
1
2
3
4
5
6
7
8
10
11
Công thức bánh xe
Trọng lợng ô tô khi không tải
-Phân bố lên cầu trớc
-Phân bố lên trục cân bằng
Tải trọng của ô tô
Trọng lợng phần treo (khi ô tô đầy tải)

-Phân bố lên cầu trớc
-Phân bố lên trục cân bằng
Trọng lợng phần không treo
-Treo cầu trớc
-Treo cầu sau
Chiều dài cơ sở của xe
Khoảng sáng gầm xe
-Cầu trớc
-Cầu sau
Độ cứng của lốp trớc
Độ cứng của nhíp trớc

N
N
N
N
N
N
N
N
N
mm
mm
mm
N/mm
N/mm
6x6
63373
15856
47417

40000
86180
19620
66560
4905
8829
3975
330
355
865
290
15
chọn :
10 15( / )rad s

= ữ

)/(5,12432215,11.
2
2000
.
2
22
mN
M
C
t
===

b. x ác định hành trình tĩnh của bánh xe .

2

g
f
t
=
Trong đó : - f
t
: hành trình tĩnh của bánh xe (m).
- : tần số dao động riêng. = 11,15 (rad/s).
- g: gia tốc trọng trờng. g = 9,81 (m/s
2
).
Thay số ta đợc:
( )
)(9,78)(0789,0
15,11
81,9
2
mmmf
t
===
.
c. x ác định hành trình động của bánh xe.
f
đ
= f
t
.(1ữ1,5) (theo [3])

Chọn f
đ
=f
đ1
=f
đ2
=1,2.f
t
= 0,0947 (m)= 94,7 (mm).
d . Kiểm tra hành trình động của bánh xe theo điều kiện bảo đảm khoảng
sáng gầm xe nhỏ nhất .
min


d
f
: khoảng sáng gầm xe ở trạng thái tĩnh của ô tô (m).

min
: khoảng sáng gầm xe sau khi bánh xe dịch chuyển hết hành trình
động (m).
).(15,01,0
min
mữ

(theo [3])
)(2353,0)(3,2357,94330
min
mmmm ===

Thỏa mãn điều kiện khoảng sáng gầm xe nhỏ nhất.
e. Kiểm tra hành trình động của bánh xe theo điều kiện không xảy ra va
đập giữa phần treo tr ớc và phần không treo tr ớc khi phanh cấp tốc.
f
đ
f
t
.
max
.
b
hg
Trong đó: -
max
: hệ số bám lớn nhất của bánh xe với mặt đờng;
max
= 0,8
- h
g
: chiều cao trọng tâm của ô tô (m); h
g
= 1,2 (m)
-b: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cầu cân bằng (m); b = 0,976 (m)
f
đ1
= 94,7 f
t1

b
h

g
max



16
f
đ1
= 94,7 78,9 . 0,8 .
976
1200
f
đ1
= 94,7 > 77,61 => Thỏa mãn điều kiện
f. x ác định hệ số dập tắt dao động của khối l ợng phần treo.
0
.h

=
Trong đó: + h
0
: hệ số dập tắt dao động của khối lợng phần treo (rad/s).
+ : hệ số cản tơng đối. = 0,2
ữ
0,3 (theo [3]), Chọn = 0,25.
+ : tần số dao động riêng của khối lợng phần treo (rad/s).
01
0,25.11,15 2,7875( / ).h rad s= =
2.2. Tính toán thiết kế các bộ phận của hệ thống treo
1.2.1. Tính toán thiết kế nhíp.

Các kích thớc cơ bản của nhíp đợc xác định trên cơ sở bố trí chung của ô
tô, sự biến dạng của nhíp, tải tác dụng lên nhíp và ứng suất sinh ra trong bộ nhíp.
a) Xác định chiều dài của bộ nhíp.
Ll ).35,030,0( ữ=

trong đó: l- chiều dài của bộ nhíp.
L- chiều dài cơ sở của ô tô L=3,975(m).
( ) ( )
ml 392,1192,17,3.35,030,0 ữ=ữ=

chọn l =1,20 m;
Xác định chiều dài của nhíp đợc tiến hành đồng thời với việc chọn loại
nhíp. Tuỳ thuộc vào kết cấu cách bố trí nhíp có thể có các loại nhíp bán êlíp,
công xôn, một phần t êlíp.
Theo phơng án thiết kế chọn loại nhíp bán êlíp đối xứng.
Chiều dài quy dẫn của nhíp đợc xác định theo công thức sau:
6,02,1.
2
1
2
1
'
=== ll
m
trong đó :

'
l
chiều dài quy dẫn của nhíp (m).
l - chiều dài của nhíp (m).

b) Xác định chiều dày lá nhíp.
[ ]
2
'
. . '
2
.
3 .
l
h
E f

=

17
trong đó:

- hệ số biến dạng kể đến sự sai khác của hình dạng bộ nhíp so
với dầm chống uốn đều(
45,125,1 ữ=

). chọn
35,1=


[ ]

- ứng suất uốn cho phép của bộ nhíp. Các lá nhíp thờng đợc
chế tạo từ các loại thép 50C2 và 60C2.

[ ]
( )
2
850 900 ( ) 8500 9000
KG
MPa
cm


= ữ = ữ
ữ


E
mô đuyn đàn hồi
5 6 2
2.10 ( ) 2.10 ( / )E MPa KG cm= =


'
f
- tổng biến dạng của nhíp tơng ứng với tổng hành trình dịch
chuyển của bánh xe.
'''
td
fff +=
trong đó :
''
,
dt

ff
- độ võng tĩnh và độ võng động của nhíp.
Độ võng của nhíp đợc xác định từ sơ đồ treo và từ mối quan hệ từ hành
trình dịch chuyển của bánh xe và độ võng của nhíp.
Trong trờng hợp đơn giản nhất
' ' '
; ;
t t d d
f f f f f f= = =

1749579 =+=+=
dt
fff
mm
Chiều dầy lá nhíp :
793,0
4,17.10.3
60.8500.35,1
.
3
2
6
2
==h
(cm)
c) Xác định chiều rộng của lá nhíp
[ ]
2
2'
max

.
.6
hzl
l
p
b

=
trong đó: z- số lợng lá nhíp trong bộ. Đối với ô tô vận tải
169 ữ=z
p
max
- tải trọng lớn nhất tác dụng lên lá nhíp. Khi coi đờng đặc tính
của nhíp là tuyến tính.
'
1
'
1
'
1
1max
.
t
dt
t
f
ff
pp
+

=
t
p
- Tải trọng tĩnh tác dụng lên nhíp.
Trờng hợp đơn giản nhất :
1000
2
2000
2
1
====
M
Gp
ktl
Kg - Trọng lợng
phân bố lên bánh xe khi ô tô chứa đầy tải.
Chọn z = 12 lá.
18
3
max
10.2,2
79
9579
.1000 =
+
=p
Kg/cm
2
17,6
793,0.12.2,1

60
.
8500
10.2,2.6
2
23
==b
cm
Chọn b=6,5 cm
Chọn lá nhíp chính: -số lợng: 2
-Chiều dày: h=0,9 cm
-chiều rộng: b=6,5 cm
Các lá nhíp còn lại : -Chiều dày: h=0,8 cm
-chiều rộng: b=6,5 cm
*Tính toán độ cứng của cả bộ nhíp
Thông số của các lá nhíp:
Loại
nhíp
Bề rộng
b(cm)
Chiều dày
h(cm)
Mô men quán tính J=
12
.
3
hb
cm
4
1-2 6,5 0,9 0,394875

3-12 6,5 0,8 0,27734
Kết quả tính toán
Stt l
k
(cm)
a
k+1
=l
1
-l
k+1
J
k
(cm
4
)
Y
k
=
k
J
1
Y
k
-Y
k+1
(a
k+1
)
3

(a
k+1
)
3
.( Y
k
-Y
k+1
)
1 60 0,395 2,532 1,266 0 0
2 60 0 0,79 1,266 0,329 1521 500,504
3 48,5 11,5 1,067 0,937 0,193 3724 719,888
4 44,5 15,5 1,34
4
0,744 0,127 8000 1018
5 40 20 1,622 0,617 0,09 13820 1245
6 36 24 1,899 0,527 0,067 24390 1636
7 31 29 2,176 0,459 0,052 39300 2041
8 26 34 2,45
4
0,408 0,041 54870 2271
9 22 38 2,731 0,366 0,034 68920 2326
10 19 41 3,008 0,332 0,028 91130 2557
11 15 45 3,286 0,304 0,024 125000 2961
12 10 50 3,563 0,281 0,304 216000 60620
13 0 60
Ta có:

=
++

12
1
1kk
3
1k
77900)Y-Y .( a
19

128500
).(a
981 6
.85.0
12
1
1
3
1k
=

=

++
kk
YY
E
c
(N/m)
Sai số:
032,0
124300

124300128500
=

=

=
t
t
c
cc

=3,2%
1.2.2. Tính toán thiết kế giảm chấn.
Bộ phận giảm chấn của hệ thống treo ô tô thờng là các giảm chấn thuỷ lực
(có thể là giảm chấn ống hoặc giảm chấn đòn).
Tính toán thiết kế giảm chấn là xác định các kích thớc cơ bản của giảm
chấn, xác định các tiết diện của lỗ tiết lu dầu và xác định các thông số của van
thông và van giảm tải.
Sau khi đã xác định đợc các thông số của giảm chấn tiến hành xây dựng
đờng đặc tính của giảm chấn và kiểm tra sự làm việc của giảm chấn theo chế độ
nhiệt.
Thông số ban đầu để thiết kế giảm chấn là hệ số dạp tắt dao động h
0
của
khối lợng phần treo.
a. Xác định các kích th ớc cơ bản của giảm chấn.
Thiết kế giảm chấn đợc bắt đầu t việc chọn các kích thớc cơ bản của nó.
Kích thớc cơ bản của giảm chấn là đờng kính xi lanh công tác d
x
và hành trình

dịch chuyển của pít tông H
p
. Hành trình dịch chuyển của pít tông thờng đợc xác
định theo điều kiện bố trí chung khi thiết kế hệ thống treo, thông thờng hành
trình dịch chuyển của pít tông nhỏ hơn
x
d)87( ữ

Trong hệ thống treo phụ thuộc việc chọn H
p
phụ thuộc chủ yếu vào tổng
biến dạng của bộ phận đàn hồi. Giảm chấn trong hệ thống treo này thờng đợc bố
trí nghiêng một góc so với đờng thẳng còn hành trình pít tông của nó thờng xấp
xỉ gấp hai lần hành trình pít tông của giảm chấn trong hệ thống treo độc lập.
- Chọn đờng kính xi lanh công tác d
x
=40(mm).
- Hành trình dịch chuyển của pít tông H
p
=200(mm).
Theo sơ đồ chiều dài của giảm chấn trong hành trình nén là:
L
n
=L
k
+H
p
20
trong đó:
L

k
- Chiều dài kết cấu của giảm chấn và L
k
=

L
i
L
I
- Chiều dài cụm i của giảm chấn.
Chiều dài các cụm giảm chấn có thể chọn nh sau:
L
y
= (0,75ữ1,50)d
x
Chọn L
y
=1,5.d
x
= 1,5.40 = 60(mm).
L
c
= (0,4ữ0,9).d
x
Chọn L
c
=0,8.d
x
=0,8.40= 32(mm).
L

o
=(0,75ữ1,10)d
x
Chọn L
o
=1,0.d
x
=1,0.40= 40(mm).
L
m
=(1,1ữ1,5)d
x
Chọn L
m
=1,5.d
x
=1,5.40= 60(mm).
Vậy L
k
=L
y
+L
c
+L
o
+L
m
=60+40+32+60=192(mm).
Ta có L
n

=L
k
+H
p
=150+200=392(mm).
Đờng kính đòn đẩy pít tông và đờng kính các xi lanh có thể chọn nh sau:
d
d
= (0,4ữ0,6)d
x
Chọn d
d
=0,4.d
x
= 0,4.40 = 16(mm).
d
1
=1,1d
x
=1,1.40 = 44(mm).
D
1
= (1,25ữ1,50)d
x
Chọn D
1
=1,35.d
x
=1,35.40 = 54(mm).
D=1,1.D

1
= 1,1.50 = 59,4(mm).
b. Xác định lỗ tiết l u dầu.
Để tính đợc lỗ tiết lu dầu cần phải xác định hệ số cản của giảm chấn trong
hành trình nén và hành trình trả.
Hệ số cản của giảm chấn quy dẫn về bánh xe xác định theo công thức sau:
K = h
0
.M
trong đó:
K - hệ số cản quy dẫn về bánh xe của một giảm chấn.
21
h
0
- hệ số dập tắt dao động của khối lợng phần treo.
M - khối lợng phần treo phân bố lên một giảm chấn.
Với giảm chấn trớc:
K
1
= 2,788 .
2
2000
= 2788(N/m).
Hệ số cản của một giảm chấn đợc xác định
K
a1
=K
1
.

2
2
cos
i
K
a1
=2788.
2
2 0
1
cos 30
=3717 (N/m).
trong đó :
K
a1
- hệ số cản của một giảm chấn treo trớc.
i - tỉ số truyền bố trí giảm chấn; Chọn i = 1.
- góc nghiêng của giảm chấn trớc so vói đờng thẳng đứng; Chọn =30
0

Chọn tỷ số giữa các hệ số cản của giảm chấn trong hành trình trả và hành
trình nén.
1
1
3 5
at
an
K
K
= ữ

Chọn
1
1
3
at
an
K
K
=
và coi hệ số cản của giảm chấn
1 1
1
2
an at
a
K K
K
+
=
có thể xác
định các hệ số của giảm chấn trong mỗi hành trình
2
3
anan
at
KK
K
+
=

5.1858
2
3717
2
===
at
an
K
K
(N/m).
K
at1
= 3.K
an1
=3.1858.5= 5576 (N/m).
Vận tốc tính toán của giảm chấn V
p
=(0,2ữ0,3) m/s.
Chọn V
p
= 0,25 (m/s).
Xác định tiết diện lỗ tiết lu dầu của giảm chấn.
S
=
g.q.10.2
.
Q
3
o

à

trong đó:
S - tiết diện lỗ tiết lu dầu của giảm chần.
22
à
0
- hệ số lu lợng à
0
=0,60ữ0,75
Chọn à
0
=0,65
-trọng lợng riêng của dầu G/cm
3
q- áp suất dầu KG/cm
2
g- gia tốc trọng trờng g=981cm/s
2
Q- lu lợng dầu qua các lỗ tiết lu của giảm chấn cm
3
/s.
- Trong hành trình nén.
Q = Q
n
= F
d
.V
p

Q
n
- lu lợng dầu ở hành trình nén.
F
d
- diện tích đòn bẩy pít tông.
F
d
=.
2
2
2 2
16
3,14. 200,96( ) 2,0096( )
4 4
d
d
mm cm= = =
Q = 2,0096 . 25 = 50,24 (cm
3
/s).
q = q
n
=
106,231
0096,2
25.59,18
.
==
d

pan
F
VK
(KG/cm
2
)
q
n
- áp suất dầu ở khoang trên hoặc khoang dới pít tông giảm chấn trong
hành trình nén.
K
an
- hệ số cản của giảm chấn trong hành trình nén.
Vậy S=
003387,0
981.106,231.10.2
87,0
.
65,0
24,50
3
=
(cm
2
)
- Trong hành trình trả.
Q = Q
t
= (F
p

- F
d
).V
p

trong đó :
Q
t
- lu lợng dầu ở hành trình trả.
F
p
- diện tích pít tông F
p
=
2
2
2
40
3,14. 12,56( )
4 4.100
x
d
cm= =
Q = (12,56-2,0096).25 = 211,12(cm
3
/s)
q = q
t
=
( )

061,132
0096,256,12
25.76,55
.
=

=

dp
pat
FF
VK
(KG/cm
2
)
q
t
- áp suất dầu ở khoang trên pít tông giảm chấn trong hành trình trả.
K
at
- hệ số cản của giảm chấn trong hành trình trả.
23
Vậy S =
024,0
981.061,132.10.2
87,0
.
65,0
12,211
3

=
(cm
2
)
c. Xác định kích th ớc van thông.
Theo phơng trình Bécnuli trong cơ học chất lỏng:
Phơng trình Bécnuli cho dòng chất lỏng thực không nén đợc, lực khối là
trọng lực hớng lên trên.
2 2
1 1 1 2 2 2
1 2 1_ 2
2 2
w
p v p v
z z h
g g


+ + = + + +
Trong đó:
z
1,2
: độ cao hình học của chất lỏng (m).
p
1,2
: áp suất (N).

: Trọng lợng riêng của chất lỏng,

=870 (KG/m

3
).
v
1,2
: vận tốc trung bình dòng chảy tại mặt cắt thành xy lanh và tại mặt cắt
của van thông qua (m/s).
g: gia tốc trọng trờng, g = 9,81 (m/s
2
).

1,2
: hệ số hiệu chỉnh động năng, phụ thuộc vào chế độ chảy với

= 2
chảy tầng, còn

= 1 thì chảy rối.
h
w1_2
: tổn thất năng lợng trung bình (thế năng) dọc theo dòng chảy.
Tại mặt cắt của thành xy lanh thì vận tốc dòng chảy là vận tốc tơng đối
của xy lanh và pít tông. Tại mặt cắt của van thông qua vận tốc dòng chảy là vận
tốc dòng chất lỏng tại đầu ra của lỗ van. Hiệu độ cao hình học z giữa hai mặt
cắt là rất nhỏ (bằng chiều cao lỗ) nên bỏ qua đại lợng này khi tính toán. Chất
lỏng chuyển động trong lỗ van ở chế độ chảy rối do đó hệ số

= 1.
Tổn thất năng lợng trung bình dọc theo dòng chảy h
w1_2
chính là đại lợng

biến năng lợng chuyển động của dòng chất lỏng thành nhiệt năng do ma sát của
chất lỏng với lỗ van, chất lỏng với chất lỏng, chất lỏng với thành xy lanh Vì
vậy khi tính toán giảm chấn, tổn thất năng lợng sẽ đợc đặc trng bởi hệ số dập tắt
dao động của giảm chấn, nghĩa là vế phải của chơng trình Bécnuli sẽ không có
đại lợng h
w1_2
mà thay vào đó là hệ số dập tắt tơng đối , theo phần trên thì =
0,25.
24
Vậy phơng trình Bécnuli đợc tính nh sau:
2 2
1 1 2 2
2 2
v vp
g g




+ =
Do v
1
rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua, khi đó vận tốc chất lỏng qua van đợc
tính xấp xỉ theo biểu thức sau:
2
( )2p g
v

=
Lu lợng chất lỏng qua van trong một đơn vị thời gian đợc xác định theo
công thức:
Q = f
( )2p g

à


Trong đó:
f: tổng diện tích các lỗ van thông.
à: hệ số lu lợng, à = 0,6 ữ 0,75 chọn à = 0,65.
Trong hành trình làm việc của giảm chấn thì lợng chất lỏng qua các lỗ van
thông đợc tính theo công thức:
Q = Vp
2 2
( )
4
x d
d d


Q = 0,25.
3,14
4
.(0,04
2
- 0,016
2
)

= 2,6376 . 10
-4
(m
3
/s) = 263760 (mm
3
/s).
Khi pít tông đi xuống tạo sự chênh áp trong xy lanh.
p = P
n
/F
P
P
n
: lực cản sinh ra trong quá trình nén.
P
n
= K
an1
. V
P

P
n
= 1859 . 0,25 = 464,75 (N).
Với F
P
là diện tích đình pít tông
F
P

=
2
.
4
x
d

=
2
2
3,14.40
1256( )
4
mm=
Vậy p = 464,75/1256 = 0,37 (N/mm
2
).
Tổng diện tích các van thông là:
25
f =
( )2
Q
p g

à


=
( )
8

38
10.870
10.81,9.2.10.870.25,037,0
.65,0
263760



=12,49 (mm
2
).
d. Tính toán kiểm tra sự làm việc của giảm chấn theo chế độ nhiệt.
Các số liệu ban đầu:
- Hệ số cản của giảm chấn K.
+ Hành trình nén K
n1
=1,859 (Ns/mm).
+ Hành trình trả K
t1
= 5,576 (Ns/mm).
- Vận tốc dịch chuyển của pít tông giảm chấn V
p
=250(mm).
- Đờng kính giảm chấn D = 59,4 (mm).
- Chiều dài khoang chứa dầu của giảm chấn L=392(mm).
- Để tính toán kiểm bền cho giảm chấn bao gồm:
- Xác định công suất khuếch tán của giảm chấn:
N
t
=

333,232250.
2
576,5859,1
.
2
22
=
+
=
+
p
tn
V
KK
(Nm/s).
- Xác định nhiệt nung nóng thành giảm chấn (t), công thức:
0
.
t
t
N
t t
K F
= +
trong đó:
t
0
: nhiệt độ môi trờng ta lấy t
0
= 35

0
K
t
: hệ số truyền nhiệt vào không khí của thành ống giảm chấn.
Đối với giảm chấn thành ống trụ, hệ số truyền nhiệt có thể xác định theo
công thức sau:
3,0
7,0
.4
D
V
K
b
t
=
trong đó:
V
b
: vận tốc của dòng không khí có thể lấy vận tốc của dòng không khí
bằng vận tốc ô tô.
D: đờng kính ngoài của thành ống giảm chấn D = 59,4 mm.
Hay ta có thể chọn K
t
= 1,16.(50ữ70)w/m
2
độ.
Chọn K
t
= 1,16.70 w/m
2

độ.
F: diện tích làm mát của ống giảm chấn.
26
Công thức:
F = .D.L
Thay số ta có F = 3,14.59,4.392 = 73000 (mm
2
) = 0,073 (m
2
).
Vậy nhiệt độ thành ống giảm chấn là:
0
114,7435
073,0.70.16,1
333,232
=+=t

Nằm trong khoảng [t] = 110 ữ 120
0
C vậy giảm chấn trớc đảm bảo bền.
chơng 3: Khảo sát dao động
3.1. m ô hình động lực học.
27
Hình 3.1: Mô hình dao động cầu trớc.
Trong đó:
z - chuyển dịch thẳng đứng của trọng tâm thân xe theo trục Z.
- chuyển dịch của khối lợng phần không treo.
q- kích thích động học lên bánh xe.
3.2. k hảo sát dao động
Trong mục này sẽ khảo sát dao động ô tô lần lợt theo trình tự sau:

- Thiết lập hệ phơng trình vi phân.
- Xây dựng đặc tính tần số biên độ.
chỉ khảo sát đối với chế độ tải trọng là đầy tải, và chế độ chuyển động
nh sau:
- Coi xe chuyển động đều trên đờng với vận tốc V = 50 (km/h).
- Biên dạng đờng hình sin có biên độ q
0
=30 (mm).
- Bớc sóng mặt đờng là hằng số S = 4000 (mm).
3.2.1. Thiết lập hệ ph ơng trình vi phân.
ở mô hình này tác giả chọn phơng pháp lập hệ phơng trình vi phân bằng
phơng trình Lagrange loại II.
Phơng trình Lagrange loại II đợc mô tả nh sau:
28
i
i
p
i
n
i
k
i
k
F
q
E
q
E
q
E

q
E
dt
d
=


+


+






)(
(3.1)
i=1,2, ,n.
n- số toạ độ suy rộng (số bậc tự do của cơ hệ).
q
i
- toạ độ suy rộng thứ i.
i
q

- đạo hàm của toạ độ suy rộng.
E
k

- động năng của hệ.
E
n
- thế năng của hệ.
E
p
-năng lợng khuếch tán của hệ.
F
i
- lực suy rộng tác dụng theo phơng của toạ độ q
i
.
Xuất phát từ phơng trình trên ta lần lợt tính các thành phần:
- Động năng của hệ:
) (
2
1
22



mzME
k
+=
(3.2)
- Thế năng của hệ đợc xác định từ vị trí cân bằng tĩnh, bằng số gia thế
năng của tất cả các phần tử:

) (
2

1
2
11
2
11 LLppn
CCE +=
(3.3)
- Năng lợng khuếch tán của cơ hệ sẽ là:
) (
2
1
2
11
2
11 LLpp
KKE +=

(3.4)
trong đó:
C
p
- hệ số cứng của treo cầu trớc.
C
L
- hệ số cứng của lốp cầu trớc.
K, K
L
- hệ số cản giảm chấn của treo và của lốp ở cầu trớc.
LLpp

,,,
- biến dạng và vận tốc biến dạng của treo và của lốp xe tơng
ứng ở cầu trớc.
ii
qq

,
- chiều cao mấp mô mặt đờng và đạo hàm của nó ở điểm tiếp xúc
với bánh xe cầu trớc.
Từ hình vẽ ta xác định đợc biến dạng và vận tốc biến dạng của các phần
tử. Chỉ số ký hiệu tơng ứng với ký hiệu trên hình vẽ.

= z
p
;
29