thiết kế hệ thống treo cho xe uaz

Mục lục
Trang
Lời nói đầu
3
Chơng 1: Tổng quan hệ thống treo 5
1.1. Lịch sử hình thành: 5
1.2. Công dụng và phân loại hệ thống treo: 5
Chơng 2: Phân tích, lựa chọn phơng án thiết kế hệ thốngtreo 8
2.1. Phân tích các phơng án bố trí hệ thống treo: 8
2.2. Phân tích lựa chọn thiết kế bộ phận đàn hồi 10
2.3. Phân tích lựa chọn thiết kế giảm chấn 12
2.4. Các thông số cơ bản 13
Chơng 3: Tính toán hệ thống treo trớc 14
3.1.Tính toán nhíp 14
3.2.Tính toán giảm chấn 34
Chơng 4: Tính toán hệ thống treo sau 47
4.1.Tính toán nhíp 47
4.2.Tính toán giảm chấn 62
Chơng 5: Thiết kế quy trình công nghệ gia công một chi tiết cơ bản 69
5.1. Mục đích, yêu cầu của piston 69
5.2. Vật liệu làm piston 69
5.3. Những yêu cầu kĩ thuật cơ bản gia công piston
70
5.4. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết 70
5.5. Quy trình công nghệ khi gia công piston 71
5.6. Xác định chế độ cắt cho các nguyên công: 72
Kết luận 80
Tài liệu tham khảo 81
1
Lời nói đầu
Trong sự phát triển kinh tế chung hiện nay, ôtô ngày càng đóng một vai trò

hết sức quan trọng. Nhu cầu về xe du lịch, xe t nhân trong nớc ngày một cao,
chính vì vậy đã xuất hiện rất nhiều các doanh nghiệp t nhân, liên doanh,
Tuy nhiên trớc thực trạng mới chỉ là nhập linh kiện, phụ tùng lắp ráp từ nớc
ngoài cùng với đó là thuế nhập khẩu, Đã làm cho giá xe tăng cao, gây khó
khăn cho ngời tiêu dùng. Một yêu cầu đặt ra là phải tăng đợc tỷ lệ nội địa hóa
trong ngành ôtô, nhằm giảm đợc giá thành của một chiếc xe bán ra và thúc
đẩy đợc các ngành công nghiệp chế tạo máy trong nớc.
Hệ thống treo là một hệ thống rất quan trọng trên ôtô, nó góp phần tạo nên
độ êm dịu, ổn định và tính tiện nghi của xe, giúp ngời ngồi có cảm giác thoải
2
mái dễ chịu. Đối với đồ án tốt nghiệp đợc giao: Thiết kế hệ thống treo cho
xe UAZ và trớc những yêu cầu thực tế của ngành ôtô trong nớc
chơng 1
Tổng quan hệ thống treo
1.1. Lịch sử hình thành:
Xã hội loài ngời khi bắt đầu xuất hiện những phơng tiện vận tải đầu tiên
đã quan tâm đến vấn đề dao động của chúng. Ngay từ khi xuất hiện những ph-
ơng tiện giao thông là xe kéo, ban đầu ngời ta nối cứng bánh xe với khung xe.
Việc di chuyển chỉ thích hợp cho việc thồ hàng mà không tiện cho ngời ngồi
trên xe. Về sau con ngời tìm ra xăm lốp có thể giảm bớt đợc các chấn động
trên xe. Và khi khoa học phát triển đã tìm đợc nguyên tắc dập tắt các dao
động qua đó hình thành nên các hệ thống treo của các xe nh hiện nay.
1.2. Công dụng và phân loại hệ thống treo:
1.2.1. Công dụng:
Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ô tô với bánh xe, có tác
dụng làm êm dịu cho quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh
xe.
Trong trờng hợp hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo nối khung vỏ
với bánh thông qua dầm cầu, (hoặc vỏ cầu). Để đơn giản chúng ta coi hệ
thống treo nối đàn hồi với khung vỏ với bánh xe.

Xe chuyển động có êm dịu hay không phụ thuộc chủ yếu vào chất lợng
của hệ thống treo.
Để đảm bảo công dụng nh đã nêu ở trên hệ thống treo thờng có 3 bộ
phận chủ yếu:
- Bộ phận hớng.
- Bộ phận đàn hồi.
- Bộ phận giảm chấn.
Bộ phận đàn hồi: nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe, tiếp nhận lực thẳng
đứng tác dụng từ khung vỏ tới bánh xe và ngợc lại. Bộ phận đàn hồi có
cấu tạo chủ yếu là một chi tiết (hoặc 1 cụm nhi tiết) đàn hồi bằng kim
3
loại (nhíp, lò xo xoắn, thanh xoắn) hoặc bằng khí (trong trờng hợp hệ
thống treo bằng khí hoặc thuỷ khí).
Bộ phận giảm chấn: Có tác dụng dập tắt nhanh chóng các dao động
bằng cách biến năng lợng dao động thành nhiệt năng toả ra ngoài. Việc
biến năng lợng dao động thành nhiệt năng nhờ ma sát. Giảm chấn trên ô
tô là giảm chấn thuỷ lực, khi xe dao động, chất lỏng trong giảm chấn đ-
ợc pittông giảm chấn dồn từ buồng nọ sang buồng kia qua các lỗ tiết lu.
Ma sát giữa chất lỏng với thành lỗ tiết lu và giữa các lớp chất lỏng với
nhau biến thành nhiệt nung nóng vỏ giảm chấn toả ra ngoài.
Bộ phận hớng: Có tác dụng đảm bảo động học bánh xe, tức là đảm bảo
cho bánh xe chỉ dao động trong mặt phẳng đứng, bộ phận hớng còn làm
nhiệm vụ truyền lực dọc, lực ngang, mô men giữa khung vỏ và bánh xe.
1.2.2. Phân loại:
Hệ thống treo ôtô thờng đợc phân loại dựa vào cấu tạo của bộ phận đàn
hồi, bộ phận dẫn hớng và theo phơng pháp dập tắt dao động.
1.2.2.1. Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo bộ phận dẫn hớng:
- Hệ thống treo phụ thuộc: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên
phải đợc liên kết với nhau bằng dầm cứng (liên kết dầm cầu liền), cho nên khi
một bánh xe bị chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc thẳng đứng) thì

bánh xe bên kia cũng bị dịch chuyển. Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc là
cấu tạo đơn giản. rẻ tiền, và bảo đảm độ êm dịu chuyển động cần thiết cho các
xe có tốc độ chuyển động không cao lắm. Nếu ở hệ thống treo phụ thuộc có
phần tử đàn hồi là nhíp thì nó làm đợc cả nhiệm vụ của bộ phận dẫn hớng.
- Hệ thống treo độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên phải và bánh
xe bên trái không có liên kết cứng. Do đó sự dịch chuyển của một bánh xe
không gây nên sự dịch chuyển của bánh xe kia. Tùy theo mặt phẳng dịch
chuyển của bánh xe mà ngời ta phân ra hệ thống treo độc lập có sự dịch
chuyển bánh xe trong mặt phẳng ngang, trong mặt phẳng dọc và đồng thời
trong cả hai mặt phẳng dọc và ngang.Hệ thống treo độc lập chỉ sử dụng ở
những xe có kết cấu rời, có độ êm dịu của cả xe cao, tuy nhiên kết cấu của bộ
phận hớng phức tạp, giá thành đắt.
- Hệ thống treo cân bằng: dùng ở những xe có tính năng thông qua cao
với 3 hoặc 4 cầu chủ động để tạo mối quan hệ phụ thuộc giữa hai hàng bánh
xe ở hai cầu liền nhau.
4
a)
b)
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống treo
a) Hệ thống treo phụ thuộc
b) Hệ thống treo độc lập
1.2.2.2. Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo của phần tử đàn hồi:
-Phần tử đàn hồi là kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn.
-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 làm cốt; dạng màng phân chia và dạng liên hợp.
- Phần tử đàn hồi là thủy khí có loại kháng áp và 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.
1.2.2.3. Phân loại hệ thống treo theo phơng pháp dập tắt dao động:
- Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn thủy lực gồm giảm chấn dạng

đòn và dạng ống.
- Dập tắt dao động nhờ ma sát cơ học ở trong phần tử đàn hồi và trong
phần tử hớng.
5
Chơng 2
Phân tích, lựa chọn phơng án thiết kế
hệ thốngtreo
2.1. Phân tích các phơng án bố trí hệ thống treo:
2.1.1. Các phơng án bố trí:
b)
c)
d)
a)
Hình 2.2. Một số phơng án lựa chọn
a) Hệ thống treo phụ thuộc (nhíp)
b) Hệ thống treo độc lập đặt nghiêng
c)Hệ thông treo độc lập thanh xoắn lọai 2 đòn
d) Hệ thống treo McPheson (Treo kiểu nến)
6
2.1.2. Phân tích u, nhợc điểm của các phơng án bố trí:
2.1.2.1. Ưu điểm của hệ theo phụ thuộc:
Khi bánh xe dịch chuyển theo phơng thẳng đứng, khoảng cách hai bánh
xe (đợc nối cứng) không thay đổi. Điều nàylàm cho mòn lốp giảm đối với tr-
ờng hợp treo độc lập. Do hai bánh xe đợc nối cứng nên khi có lực bên tác
dụng thì lực này đựơc chia đều cho hai bánh xe làm tăng khả năng truyền lực
bên của xe, nâng cao khả năng chống trợt bên.
Hệ treo phụ thuộc đợc dùng cho cầu bị động có cấu tạo đơn giản so với
hệ treo độc lập.
Giá thành chế tạo thấp, kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp, sửa chữa, bảo d-
ỡng.

2.1.2.2. Nhợc điểm của hệ treo phụ thuộc:
Do đặc điểm kết cấu của hệ thống treo phụ thuộc nên chúng có khối l-
ợng không đợc treo rất lớn. Trên cầu bị động khối lợngnày bao gồm khối lợng
rầm thép, khối lợng cụm bánh xe, một phần nhíp hoặc lò xo và giảm chấn.
Nếu là cầu chủ động thì nó gồm vỏ cầu và toàn bộ phần truyền lực bên trong
cầu cộng với một nửa khối lợng đoạn các đăng nối với cầu. Trong truờng hợp
là cầu dẫn hớng thì khối lợng của nó còn thêm phần các đòn kéo ngang, đòn
kéo dọc của hệ thống lái. Khối lợng không đợc treo lớn sẽ làm cho độ êm dịu
chuyển động không đợc cao và khi di chuyển trên các đoạn đờng gồ ghề sẽ
sinh ra các va đập lớn làm khả năng bám của bánh xe kém đi.
Kết cấu của hệ treo phụ thuộc khá cồng kềnh, lớn và chiếm chỗ dới
gầm xe. Co hai bánh xe đợc lắp trên dầm cầu cứng nên khi dao động thì cả hệ
dầm cầu cũng dao động theo cho nên dới gầm xe phải có khoảng không gian
đủ lớn. Do đó thùng xe cần phải nâng cao lên, làm cho trọng tâm xe nâng lên,
điều này không có lợi cho sự ổn định chuyển động của ôtô.
Về mặt động học, hệ treo phụ thuộc còn gây ra một bất lợi khác là khi
một bên bánh xe dao động thì bánh bên kia cũng dao động theo, chuyển dịch
của bánh bên này phụ thuộc bánh bên kia và ngợc lại. Điều đó gây mất ổn
định khi xe quay vòng.
2.1.2.3. Ưu điểm của hệ thống treo độc lập:
7
Khác với hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo độc lập có đặc điểm là
hai bánh xe hai bên ít phụ thuộc vào nhau, do đó mà độ ổn định chuyển động
cao. Hai bánh xe đợc liên kết bởi các đòn ngang hoặc đòn dọc, phần không đ-
ợc treo nhỏ, ôtô chuyển động đạt đợc độ êm dịu cao. Hệ treo không cần sử
dụng dầm ngang, khoảng không gian cho nó dịch chuyển chủ yếu là hai bên s-
ờn xe. Đặc điểm này cho phép hạ thấp trọng tâm xe, do đó nâng cao đợc tốc
độ của xe.
2.1.2.4. Nhợc điểm của hệ thống treo độc lập:
ở hệ thống treo độc lập các bộ phận đàn hồi, bộ phận hớng là riêng

biệt nên không tránh khỏi sự phức tạp về mặt kết cấu. Sự phức tạp trong kết
cấu cũng gây khó khăn cho việc bố trí các hệ thống khác trên ôtô. Hệ thống
treo độc lập dầm cầu thờng là dầm cầu rời nên khi xe chuyển động trên các
đoạn đờng gồ ghề rất dễ làm thay đổi các góc đặt bánh xe, dẫm đến sự mất ổn
định của xe.
Giá thành của một hệ thống treo độc lập cũng đắt hơn rất nhiều so với
hệ thống treo phụ thuộc.
2.2. Phân tích lựa chọn thiết kế bộ phận đàn hồi:
- Bộ phận đần hồi kim loại: Bộ phận đần hồi kim loại thờng có 3 dạng
chính để lựa chọn: nhíp lá, lò xo xoắn và thanh xoắn.
a)
b)
c)
Hình 2.2. Các dạng phần tử đàn hồi kim loại
a) Nhíp; b) Lò xo trụ; c) thanh xoắn
Nhíp lá thờng đợc dùng trên hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo
thăng bằng. Khi chọn bộ phận đàn hồi là nhíp lá, nếu kết cấu và lắp ghép hợp
lý thì bản thân bộ phận đàn hồi có thể làm luôn nhiệm vụ của bộ phận hớng.
Điều này làm cho kết cấu của hệ thống treo trở nên đơn giản, lắp ghép dễ
dàng. Vì thế nhíp lá đợc sử dụng rộng rãi trên nhiều loại xe kể cả xe du lịch.
Nhíp lá ngoài nhợc điểm chung của bộ phận đần hồi kim loại còn có nhợc
điểm là khối lợng lớn.
8
Lò xo xoắn thờng đợc sử dụng trên nhiều hệ thống treo độc lập. Lò xo
xoắn chỉ chịu đợc lực thẳng đứng do đó hệ thống treo có bộ phận đàn hồi là lò
xo xoắn phải có bộ phận hớng riêng biệt. So với nhíp lá, lò xo xoắn có trọng l-
ợng nhỏ hơn.
Bộ phận đàn hồi là thanh xoắn cũng đợc sủ dụng trên một số hệ thống
treo độc lập của ôtô. So với nhíp lá, lò xo xoắn có thế năng đàn hồi lớn hơn,
trọng lợng nhỏ và lắp đặt dễ dàng.

Bộ phận đàn hồi kim loại có u điểm là kết cấu đơn giản, giá thành hạ.
Nhợc điểm của loại này là độ cứng không đổi (C=const). Độ êm dịu của xe
chỉ đợc đảm bảo một vùng tải trọng nhất định, không thích hợp với những xe
có tải trọng thờng xuyên thay đổi. Mặc dù vậy bộ phận đàn hồi kim loại đợc
sử dụng phổ biến chủ yếu trên các loại xe hiện nay.
- Bộ phận đàn hồi bằng khí: Loại này có u điểm là độ cứng của phần tử
đàn hồi (lò xo khí) không phải là hằng số do vậy có đờng đặc tính đàn hồi phi
tuyến rất thích hợp khi sủ dụng trên ôtô. Mặt khác tuy theo tải trọng có thể
điều chỉnh độ cứng của phần tử đàn hồi (bằng cách thay đổi áp suất của lò xo
khí) cho phù hợp. Vì thế hệ thống treo loại này có độ êm dịu cao. Tuy nhiên
bộ phận đần hồi này có kết cấu phức tạp, giá thành cao, trọng lợng lớn (vì có
thêm nguồn cung cấp khí, các van và phải có bộ phận hớng riêng). Trên xe du
lịch thờng chỉ trang bị cho các dòng xe đắt tiền, sang trọng. Còn đối với xe tải,
cũng đợc sử dụng đối với các xe có tải trọng lớn. Các loại xe đua bộ phận đàn
hồi dạng này đợc sử dụng nhiều dới dạng hệ thống treo thủy khí điều khiển đ-
ợc.
- Lựa chọn: Trong xu thế phát triển kinh tế chung hiện nay, nhu cầu nội
địa hóa ngành ôtô ngày càng đợc chú trọng. Yêu cầu đặt ra cho ngời thiết kế
trớc hết phải nhắm vào mục tiêu này. Một vấn đề không kém phần quan trọng
đó là giá thành của một chiếc xe bán ra, một mức giá phù hợp nhng phải đảm
bảo tối u các yêu cầu kỹ thuật. Đây chính là 2 tiêu chí cơ bản cho việc tính
chọn và thiết kế hệ thống treo cho xe ôtô.
Qua những phân tich u nhựơc điểm của các loại bộ phận đàn hồi, thêm
vào đó việc chọn thiết kế hệ thống treo cho xe du lịch dựa trên xe cơ sở là xe
UAZ31512. Đây là sản phẩm kết hợp độc đáo giữa khả năng vợt đờng trờng
của xe quân đội và tính tiện nghi của loại xe di chuyển trong thành phố. Xe có
khả năng di chuyển trên các loại địa hình phức tạp, do đó chọn thiết kế bộ
9
phận đàn hồi là nhíp. Trớc hết với tình hình kinh tế hiện nay, các ngành chế
tạo trong nớc có thể đảm nhận đựơc sản xuất nhíp. Nhíp đợc sản xuất không

cần những vật liệu quá phức tạp, cầu kỳ do đó sẽ đảm bảo đợc tiêu chí đầu
tiên là tăng nội địa hóa ngành ôtô. Xe UAZ31512 hiện tại đang đựơc nhà máy
cơ khí THANH XUÂN lắp ráp và bán ra, việc chọn thiết kế bộ phận đàn hồi
nhíp sẽ góp phần giúp giá thành của xe bán ra có khả năng cạnh tranh. Nhíp
còn có thêm u điểm là trong quá trình vận hành xe ít bị h hỏng và phải sửa
chữa, tuổi thọ lâu do đó rất phù hợp việc sử dụng ôtô trên địa hình giao thông
phức tạp của nớc ta hiện nay.
2.3. Phân tích lựa chọn thiết kế giảm chấn:
Giảm chấn sử dụng trên ôtô dựa theo nguyên tắc bằng cách tạo ra sức
cản nhớt và sức cản quán tính của chất lỏng công tác khi đi qua lỗ tiết lu nhỏ
để hấp thụ năng lợng dao động do phần tử đàn hồi gây ra. Về mặt tác dụng có
thể có loại giảm chấn 1 chiều hoặc 2 chiều. Loại tác dụng 2 chiều có loại tác
dụng đối xứng hoặc không đối xứng. Đối với giảm chấn tác dụng đơn thì có
nghĩa trong 2 hành trình (nén và trả) thì chỉ có một hành trình giảm chấn có
tác dụng (thờng là ở hành trình trả). Còn đối với giảm chấn 2 chiều, do cấu tạo
của pittông giảm chấn loại này bao gồm hai lỗ với hai nắp van (dạng van một
chiều) với kích thớc lỗ khác nhau. Lỗ nhỏ có tác dụng ở hành trình trả còn lỗ
lớn có tác dụng ở hành trình nén. Nh vậy lực cản của giảm chấn ở hành trình
trả sẽ lớn hơn ở hành trình nén, phù hợp với yêu cầu làm việc của hệ thống
treo. Do đó ta chọn thiết kế giảm chấn trên xe là loại thủy lực 2 chiều không
đối xứng.
2.4. Các thông số cơ bản
Các thông số kỹ thuật của xe UAZ
Công thức bánh xe 4x4
Chiều dài cơ sở 4025mm
Chiều cao tổng thể 1990mm
Chiều rộng tổng thể 1805mm
Trọng tải 7 ngời và 100kg
Khối lợng xe toàn phần 2150 kg
Phân bố khối lợng xe toàn phần (đủ tải)

lên cầu trớc
lên cầu sau
920 kg
1230 kg
khối lợng bản thân
phân ra cầu trớc 850 kg
10
phân ra cầu sau 740 kg
Khoảng sáng gầm xe 220 mm
Vận tốc tối đa khi toàn tải 115 km/h
Công suất cực đại (theo SAE ở 4000v/ph) 92HP
Lốp 8,4-15
Chơng 3
tính toán hệ thống treo trớc
Trên các ôtô hiện đại thờng sử dụng nhíp bán elíp, thực hiện chức năng
của bộ phận đàn hồi và bộ phận dẫn hớng. Ngoài ra nhíp bán elíp còn thực
hiện một chức năng hết sức quan trọng là khả năng phân bố tải trọng lên
khung xe.
3.1.Tính toán nhíp
3.1.1.Tính toán và chọn thông số chính của lá nhíp:

O
Z'
A
B
X'
Z
1
X''
Z

2
Z''
Z

Hình 3.1. Sơ đồ để tính nhíp
Lực tác dụng lên nhíp là phản lực của đất Z tác dụng lên nhíp tại điểm tiếp
xúc của nhíp với dầm cầu. Quang nhíp thờng đợc đặt dới một góc , vì vậy
trên nhíp sẽ có lực dọc X tác dụng. Muốn giảm lực X góc phải làm càng nhỏ
nếu có thể. Nhng góc phải có trị số giới hạn nhất định để đảm bảo cho
quang nhíp không vợt quá trị giá trị trung gian (vị trí thẳng đứng). Khi ôtô
11
chuyển động không tải thì góc thờng chọn không bé hơn 5
o
. Khi tải trọng
đầy góc có thể đạt trị số 40ữ50
o
. Để đơn giản tính toán chúng ta sẽ không
tính đến ảnh hởng của lực X.
Hệ thống treo là đối xứng hai bên, vì vậy khi tính toán hệ thống treo ta chỉ
cần tính toán cho một bên. Tải trọng tác dụng lên một bên của hệ thống treo
trớc
Khối lợng không đợc treo:
- Khối lợng cầu trớc: m
ct
= 140 kg
- Khối lợng một bánh xe có lắp lốp: m
bx
= 38 kg
- Khối lợng 1 bên nhíp: m
nhíp

= 19 kg
Khối lợng không đợc treo:
M
ctt
= m
ct
+ 2.m
bx
+2.m
nhíp
=140 + 2.38 + 2.19 = 254 (kg)
Khối lợng treo trớc:
M
tt
= M
t
- M
ctt
= 920 - 254 = 666 (kg)
Trọng lợng đợc treo (G
tt
) phân bố lên một bên nhíp:
G
tt
= 6660/2 = 3330 (N)
Hệ thống treo thiết kế ra phải đảm bảo cho xe đạt độ êm dịu theo các chỉ
tiêu đã đề ra. Hiện nay có rất nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động
nh tần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động
Trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp, Em xin lựa chọn một chỉ tiêu,
đó là chỉ tiêu tần số dao động. Chỉ tiêu này đợc lựa chọn nh sau:

Tần số dao động của xe: n=60ữ120(lần/phút). Với số lần nh vậy thì ngời
khoẻ mạnh có thể chịu đợc đồng thời hệ treo đủ cứng vững.
Ta có:
30
t
n
f
=
f
t
: độ võng tĩnh của hệ thống treo (m)
12
Nếu n<60 (lần/phút) thì càng tốt đối với sức khoẻ con ngời nhng độ võng
tĩnh của hệ thống treo rất lớn nên khi kiểm nghiệm thì lại không đủ cứng
vững.
Nếu n>120 (lần/phút) không phù hợp với hệ thần kinh của con ngời dẫn
đến mệt mỏi, ảnh hởng đến sức khoẻ và an toàn khi lái xe.
Chọn sơ bộ tần số dao động của hệ thống treo trớc: n
tr
= 75 (lần/phút).
Vậy độ võng tĩnh:
)(16)(16,0
75
3030
2
2
cmm
n
f
tr

t
==






=








=
Độ cứng sơ bộ của hệ thống treo:
)/(125,208
16
3330
cmN
f
G
C
t
tt
t
===

)/(125,208 cmNC
t
=
Độ võng động (fđ) của hệ treo đợc
chọn theo kinh nghiệm, đối với xe tải
nhỏ ta chọn độ võng động lớn thì độ
êm dịu khi chuyển động sẽ tăng lên
đảm bảo sự tiếp xúc của lốp và mặt đ-
ờng nhng lại ảnh hởng tới tính năng
ổn định và tính năng thông qua.
Chọn: f
d
= 0.75f
t
= 0.75 . 16 =12 cm.
Hình 3.2
. Độ võng tổng cộng : f
o
= f
d
+ f
t
= 12 +16 = 28 cm.
Phản lực từ mặt đờng tác dụng lên một bánh xe phía trớc:
NKg
G
Z
t
bx

4600)(460
2
920
2
====
Chọn chiều dài lá nhíp chính:
Đối với xe du lịch: Chiều dài hiệu dụng lá nhíp chính đợc chọn:
L=(0,35ữ0,5)L
x
Lx: chiều dài cơ sở của xe (402,5cm).
13
Fmax
Ft
f(cm)
F(N)
f
t
f
đt
Chọn L=140cm
Mô men quán tính tổng cộng của nhíp theo [3]:
Dựa trên công thức của sức bền vật liệu:
3
. .
48. .
tt
t
L G
f
E I

=
Trong đó:
f
t
: độ võng tĩnh của hệ thống treo (f
t
=16 cm)
L: chiều dài hiệu dụng lá nhíp chính (140 cm)
G
tt
=3330(N)
: hệ số dạng nhíp (=1,4 đối với trờng hợp tai nhíp không đợc gia cờng)
I: mô men quán tính của tiết diện tại chỗ bắt nhíp với dầm cầu
E: mô đuyn đàn hồi trợt của vật liệu. E=2,1.10
7
(N/cm
2
)
Vậy:
3
4
7
1,4.140 .3330
0,8( )
48.2,1.10 .16
I cm= =
Sau khi xác định mômen quán tính I ta cần xác định số lợng và chiều dày
lá nhíp theo điều kiện sau:
Độ êm dịu của ôtô phụ thuộc nhiều vào độ võng tĩnh và độ võng động

của nhíp. Khi xác định các đại lợng này để thiết kế hệ thống treo với việc kể
đến tần số dao động cần thiết của nhíp và bắt chúng vào cầu, ngời ta chuyển
sang xác định kích thớc chung của nhíp và các lá nhíp. Độ bền và chu kỳ bảo
dỡng của nhíp phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn chiều dài của nhíp, bề dày
nhíp trên cơ sở tải trọng, ứng suất, độ võng tĩnh đã biết.
Ta biết rằng ứng suất tỷ lệ nghịch với bình phơng chiều dài nhíp, vì vậy
khi tăng một chút chiều dài nhíp, ta phải tăng đáng kể bề dày các lá nhíp. Điều
này rất quan trọng với lá nhíp gốc vì nó phải chịu thêm cả tải trọng ngang, dọc
và mômen xoắn. Nếu chiều dài nhíp bé ta không thể tăng bề dày lá nhíp gốc
mặc dù đã thoả mãn các yêu cầu về tỷ lệ tải trọng, độ võng, ứng suất. Nếu
nhíp dài quá làm cho độ cứng của nhíp giảm, nhíp làm việc nặng nhọc hơn,
gây nên các va đập giữa ụ nhíp và khung xe.
14
Tóm lại, ta không thể lấy chiều dài nhíp quá bé hoặc quá lớn mà còn
kết hợp cả bề dày và bề rộng của nhíp để xác định kích thớc hình học của
nhíp.
Đối vứi nhíp nửa elíp đối xứng:
2
c max
o
0
2. .(l 0,5.d ) .
h
3.E.f

=
Trong đó:
: hệ số dạng nhíp (=1,4)
l: một phần hai chiều dài hiệu dụng lá nhíp chính.l=70(cm)
d

c
: khoảng cách giữa hai bulông bắt nhíp. d
c
=14(cm)

max
=là ứng suất lớn nhất.
max
=100(MN/cm
2
)
E=2,1.10
7
(N/cm
2
). Môdum đàn hồi của vật liệu
f
0
: độ võng tổng cộng. f
0
= 28(cm)
Suy ra:
2
o
7
2.1,4.(70 7) .100000
h 0,7(cm)
3.2,1.10 .24

= =

Chọn tất cả các lá nhíp có bề rộng bằng nhau và trong khoảng:
6.hb10.h 4,2b7(cm)
Chọn b=6(cm)
Nếu chiều rộng của lá nhíp quá nhỏ thì nhíp sẽ không đủ bền, còn nếu
chiều rộng của lá nhíp quá lớn thì khi thân ôtô bị nghiêng ứng suất xoắn ở lá
nhíp chính và các lá tiếp theo sẽ tăng lên.
- Số lá nhíp:
Từ công thức (9.8 trong [3]) ta có:
3
n.b.h
I
12
=

Số lá nhíp:
3 3
12.I 12.0,8
n 5
b.h 6.0,7
= = =
(lá)
15
Chọn số lá nhíp là 5, chiều rộng b = 6 cm; chiều dày các lá đều bằng 0,7
cm
Xác định chiều dài lá nhíp:
Hệ phơng trình dùng để xác định chiều dài nhíp có dạng:
3
3
2 1 2 2
1 2 1 2 3

3
3 3 3
2 4
2 3 2 3 4
n n 1 n
n 1 n n 1
l
j l j l
0,5 (3 1) (1 ) 0,5( ) .(3 1) 0
j l j l l
j j l
l l
0,5 (3 1) (1 ) 0,5( ) .(3 1) 0
j l j l l

j l j
0,5 (3 1) (1 )
j l j


+ + =
+ + =
+ 0

=


Trong đó:
l
i
: chiều dài lá nhíp thứ i
j
i
: mô men quán tính mặt cắt ngang của lá nhíp thứ i
j = b.h
3
/12 = 6.0,7
3
/12 = 0,1715 (cm
3
)
Biết l
1
= 140 cm
Đặt x
1
= l
2
; x
2
= l
3

; x
3
= l
4
; x
4
= l
5
;
Ta có hệ phơng trình:
Đặt U = l
2
/l
3
;
P = l
3
/l
4
; V = l
4
/l
5
.
J
1
=J
2
==J
5

. Thay các giá trị vào hệ trên.
Giải phơng trình bằng phơng pháp thế ta có các kết quả nh sau:
16
3
2 2 2 1
1 1 1 1 2
3
3 3 3
1 2
2 2 2 2 3
3
3
4 2 4 4
3 3 3 3 4
5 3 5
4 4 4
j j x x140
0,5 (3 1) (1 ) 0,5( ) .(3 1) 0
j x j x x
j j x
x x
0,5 (3 1) (1 ) 0,5( ) .(3 1) 0
j x j x x
x
j x j x
0,5 (3 1) (1 ) 0,5( ) .(3 1) 0
j x j x x
j x j
0,5 (3 1) (1 ) 0
j x j

+ + =



+ + =




+ + =



+ =


l
1
= 140 cm, l
2
= 116 cm, l
3
= 90 cm, l
4
= 66 cm, l
5
= 40 cm
3.1.2.Tính độ cứng thực tế của nhíp
Có nhiều phơng pháp tính độ cứng của nhíp. Ta sử dụng phơng pháp tính độ

cứng theo thế năng biến dạng đàn hồi.
f
p
Hình 3.3
Xét một thanh nh hình 3.3. khi chịu lực P, thanh biến dạng một đoạn là f.
Gọi U là thế năng biến dạng đàn hồi của thanhthì ta có:

.
U
U P f f
P
= =
Nếu thanh có tiết diện không đổi thì:
dU
f
dP
=
Sử dụng sơ đồ hình 2 để tính nhíp. Các lá nhíp chồng khít lên nhau, một đầu
đợc ngàm chặt, đầu còn lại chịu tác dụng của lực P.
Ta có:
( )
3
1 1
1
6. .
n
k k k
i
Z
f a Y Y

E

+ +
=
=

Vậy độ cứng nhíp là:
n
n
k 1 k k 1
k 1
6.E.
C
a (Y Y )
+ +
=

=


Trong đó:
E=2,1.10
7
(N/cm
2
)
17
: hệ số thực nghiệm
: lấy trong khoảng 0, 83 ữ 0, 87 ( Chọn = 0, 86)
a

k
=(l
1
-l
k
)/2
l
i
: chiều dài hiệu dụng lá nhíp thứ i
k
k
I
Y
1
=
,
0
1
=
+k
Y
I
1
= J
1
; I
2
= J
1
+ J

2
; I
k
= J
1
+ J
2
++ J
k
J
k
: tổng mô men quán tính của mặt cắt ngang từ lá nhíp thứ nhất đến lá
nhíp thứ k
Để tìm ra đ ợc độ cứng của nhíp ta lập bảng nh sau:
STT l
k

(cm)
a
k+1
(cm)
J
k
(cm)
4
I
k
Y
k
Y

k
-Y
k+1
a
k+1
3
(Y
k
-
Y
k+1
)
1 140 0 0.1715 0.1715 5.831 0 0
2 160 12 0.1715 0.343 2.915 2.916 5038.848
3 90 25 0.1715 0.515 1.917 0.998 1559.75
4 66 37 0.1715 0.686 1.458 0.459 23249.727
5 40 50
70
0.1715 0.858 1.166 0.292
1.166
36500
399938
480320.325
325.480320)(
1
5
1
1
=
++

kkk
YYa
Ta có độ cứng của nhíp là:

)(
6
1
5
1
1 ++

=

kkk
n
YYa
E
C

18
)(
.86.0.6
1
5
1
1 ++

=

kkk
n
YYa
C
Kết quả là: C
n
=225.6(N/cm)
Nh vậy độ cứng thực tế của nhíp C
n
=225.6(N/cm)
Độ võng tĩnh thực tế của nhíp:
)(8.14
6.225
3330
cm
C
G
f
n
t
t
===
Số lần dao động trong một phút:
t
30 30
n 78
f 0,148
= = =
(lần/phút)
Nh vậy hệ thống treo thiết kế thoả mãn về độ êm dịu khi đầy tải.

Xác định bán kính cong ở trạng thái tự do của các lá nhíp:
Khi thiết kế nhíp, tất cả các lá nhíp đều bị uốn cong đi với các bán kính
cong khác nhau. Nếu chúng ta xiết nhíp bằng bu lông trung tâm thì bán kính
cong của tất cả các lá nhíp và độ võng của các lá nhíp đều bị thay đổi. Đối với
các lá nhíp có bề dày nh nhau cần có độ cong sơ bộ để đảm bảo cho các lá
nhíp đợc đa vào sẽ làm việc ngay cả với tải trọng bé nhất, có nghĩa là ở trong
mọi trờng hợp đầu các lá nhíp dới đợc tỳ vào các lá phía trên, sự cần thiết phải
uốn sơ bộ các lá nhíp với các bán kính cong khác nhau là một điều cần thiết
khi chúng ta lu ý đến một điều là đối với mỗi lá nhíp ở tải trọng thử nghiệm
đầu tiên sẽ nhận đợc biến dạng d làm giảm độ võng của nhíp.
Bán kính cong của các lá nhíp đợc xác định theo công thức sau:
0
3 0
1
.
i
i
ic
R
R
R
E Z

=
+

Trong đó:
-
0
R

: Bán kính lựa chọn của nhíp (xác định theo lá nhíp cơ sở ).
19
-
ic
Z
: Khoảng cách từ đờng trung hoà của mặt cắt lá nhíp tới thớ phía
ngoài (nhánh chịu kéo), ở đây do biên dạng nhíp đối xứng nên
2
ic
Z h=
.
-
3i

: ứng suất xuất hiện khi xiết nhíp bằng bu lông trung tâm. Do các
lá nhíp có bề dày nh nhau nên
3i

lấy trong khoảng:
2
20 50 MN mữ
0
R
: Đợc xác định theo công thức sau:
2
0
1 2
8( )
pc p p
L

R
f Y Y
=
+ +
Trong đó:
- L: Chiều dài cơ sở của nhíp.
-
1p
Y
: Biến dạng của nhíp dới tác dụng của tải trọng tĩnh.
1
0
p
Y =
-
2p
Y
: Biến dạng d của nhíp sau khi lắp.
-
2
(5,5 7,5)%
p
Y = ữ
Độ võng toàn bộ của nhíp.
-
pc
f
: Độ võng tĩnh của nhíp.
2 2
0

1 2
1400
1466
5,5
8( )
8(148 (148 200))
100
pc p p
L
R mm
f Y Y
= = =
+ +
+ +
Trong quá trình tính toán bán kính cong
i
R
ta phải lựa chọn ứng suất
siết cho các lá nhíp thoả mãn điều kiện bền
3
1
0
n
i i
i
W

=
=

.
Ta nhận thấy rằng nửa số lá nhíp phía trên bắt buộc phải có bán kính cong lớn
hơn
0
R
và các bán kính này phải giảm dần tức là các
3
0
i

<
theo chiều hớng là
các lá nhíp trên âm nhiều nhất. Nửa còn lại bán kính cong nhỏ hơn
0
R
và các
bán kính này giảm dần tức là các
3
0
i

>
, lá cuối cùng là dơng nhiều nhất
20
Kết quả tính toán nh bảng:
TT R
0
(mm)
E(MN/m
2

) Z
ic
=h/2(mm)
( )
2
3i
MN m

R
1 1466
2,1.10
5
3,5
-30
1559
2 1466
2,1.10
5
3,5
-24
1789
3 1466
2,1.10
5
3,5
20
1410
4 1466
2,1.10
5

3,5
24
1400
5 1466
2,1.10
5
3,5
30
1383
3.1.3. Kiểm tra độ êm dịu khi xe chuyển động không tải
Trọng lợng đợc treo(G
dt
):
8500 2540
2980( )
2
dt
G N

= =
Trọng lợng không đợc treo(G
ot
):
2540
1270( ).
2
ot
G N= =
Độ võng tĩnh thực tế của nhíp:
dt

t
n
G
2980
f 13, 24(cm)
C 225,15
= = =
Số lần dao động trong một phút:
t
30 30
n 82
f 0,1324
= = =
(lần/phút)
21
Nh vậy hệ thống treo đảm bảo về độ êm dịu (cho ngời trong Cabin) trong
tất cả thời gian hoạt động của xe (cả khi xe chạy không tải và khi xe chạy có
tải).
3.1.4. Xác định các phản lực tác dụng tại các đầu mút của lá nhíp:
Khi tính toán chỉ tính cho 1/2 lá nhíp nên có các giả thiết:
- Coi nhíp là loại 1/4 elíp với 1 đầu đợc gắn chặt, một đầu chịu lực
- Bán kính cong của các lá nhíp bằng nhau, các lá nhíp chỉ tiếp xúc
với nhau ở các đầu mút và lực chỉ truyền qua các đầu mút.
- Biến dạng ở vị trí tiếp xúc giữa 2 lá nhíp cạnh nhau thì bằng nhau.
l
1
l
2
l
k

l
n-1
l
n
P
X
2
X
k
X
n-1
X
n
Hình 3.4. Sơ đồ tính bền nhíp
Tại điểm B biến dạng lá thứ nhất và lá thứ 2 bằng nhau. Tơng tự tại
điểm S biến dạng lá thứ k-1 và lá thứ k bằng nhau. Ta có hệ phơng trình với n-
1 ẩn là các giá trị X
2
,. . . , X
n.
A
2
P + B
2
X
2
+ C
2
X
3

= 0
A
3
X
2
+ B
3
X
3
+ C
3
X
4
= 0
. . . . . . . .
A
n
X
n-1
+ B
n
X
n
= 0
Trong đó:
A
k
=
1
.2

k
k
J
J










1
3
1
k
k
l
l
B
k
= -

+
1
1
k
k
J
J
22
C
k
=
2
1
3
1








+
k
k
l
l

+
1
3
1k
k
l
l
X
i
: là phản lực tại các đầu mút
+ Với số lá nhíp là 5 lá
+ Tải trọng tác dụng lên một đầu nhíp khi đầy tải: P = X
1
=1665(N).
Giải hệ ta thu đợc X
2
X
5
Kết quả hệ số A
k
; B

k
; C
k
lập trong bảng sau:
STT L
k
(cm) J
k
(cm)
4
A
k
B
k
C
k
1 70 0.1715 0 0 O
2 58 0.1715 1.31 -2 0.67
3 45 0.1715 1.43 -2 0.61
4 33 0.1715 1.55 -2 0.44
5 20 0.1715 1.98 -2
Thay các hệ số trong hệ vào phơng trình và giải bằng phơng pháp thế ta
thu đợc kết quả nh sau:
X
1
= 1665(N)
X
2
= 1660.5(N)
X

3
= 1701.9(N)
X
4
= 1679.8(N)
X
5
= 1658.8(N)
23
lk
lk+1
Xk+1
Xk
Xk (lk-lk+1)
Xk.lk-Xk+1.lk+1
H×nh 3.5. S¬ ®å tÝnh øng xuÊt l¸ nhÝp.
M«men t¹i ®iÓm A: M
A
= X
k
(l
k
- l
k+1
)
M«men t¹i ®iÓm B: M
B
= X
k
l

k
-X
k+1
l
k+1
W
u:
m«®un chèng uèn t¹i ®iÓm tiÕt diÖn tÝnh to¸n
W
u
=
6
.
2
hb
=
2
6.0,7
6
= 0,49 (cm
3
)
B¶ng øng suÊt sinh ra trong c¸c l¸ nhÝp
l
k
W
u
(cm
3
) X

k
(N) M
A
(N.cm)
σ
A
(N/cm
2
)
M
B
(N.cm)
σ
B
(N/cm
2
)
70 0,49 1665 19980 40776 20241 41308
58 0,49 1660,5 21587 44054 19724 40252
45 0,49 1701,9 20423 41679 21152 43168
33 0,49 1679,8 21837 44566 22257 45423
20 0,49 1658,8 33176 67706 0 0
H×nh 3.6. S¬ ®å ph©n bè øng suÊt:
24
Lá 1
Lá 2
Lá 3
Lá 4
Lá 5
19980

21587
20423
21837
33176
20241
19724
21152
22257
3.1.5. TÝnh bÒn tai nhÝp:
25