Đồ án thiết kế hệ thống treo khí nén xe bus 2 tầng (Link Cad: http://bit.ly/treobanve)

Lời nói đầu
Vào đầu những năm 1930, hệ thống treo khí nén đã ra đời và đợc nghiên
cứu thử nghiệm nghiên cứu bởi hãng Firestone Tire and Rubber. Cho đến
những năm cuối của thập kỷ 30 những chiếc xe có sử dụng hệ thống treo khí
nén bắt đầu đợc sản xuất và chạy thử tuy nhiên nó vẫn cha đợc ứng dụng rộng
dãi nh hệ thống treo sử dụng bộ phận đàn hồi bằng kim loại bởi giá thành của
chúng còn khá cao. Cho đến năm 1944, những chiếc xe buýt đầu tiên sử dụng
hệ thống treo khí nén đã đợc sản xuất và đa vào sử dụng sau những nghiên cứu
hoàn thiện. Tuy nhiên, phải đến những năm đầu của thập kỉ 50, sau khoảng
thời gian dài đợc nghiên cứu và hoàn thiện mạnh mẽ, xe buýt sử dụng hệ
thống treo khí nén mới chính thức trở thành dòng xe thơng mại và đợc đa ra
trên thị trờng.
Sau những thành công của hệ thống treo khí nén sử dụng cho xe buýt, hệ
thống treo khí nén cũng đợc nghiên cứu để ứng dụng cho xe tải và thu đợc
những thành tựu đáng kể.Tiếp theo sau đó hệ thống điều khiển áp suất khí nén
cung cấp cho hệ thống treo cũng đợc nghiên cứu phát triển và hoàn thiện.
Ngày nay, với những u điểm vợt trội của mình , hệ thống treo khí nén đợc ứng
dụng rộng dãi trên tất cả các loại xe, cùng với đó là hệ thống điều khiển điện
tử cho loại hệ thóng treo này đã trở lên phổ biến trên toàn thế giới.
Tại Việt Nam, trong vài năm trở lại đây, nền kinh tế phát triển mạnh mẽ
kéo theo nhu cầu về vận chuyển và giao thông cũng có những yêu cầu phát
triển mới. Các nhà sản xuất xe buýt tại Việt Nam cũng đa ra các sản phẩm xe
buýt hai tầng sử dụng hệ thống treo khí nén nhằm tăng năng suất vận chuyển
đồng thời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tính tiện nghi của phơng tiện
giao thông vận tải. Tuy nhiên, các nhà sản xuất xe buýt tại Việt Nam hầu hết
chỉ nhập xe cơ sở mà cha có một nghiên cứu nào về đặc tính làm việc, quy
trình tính toán ,thiết kế cho hệ thống treo khí nén đợc đa ra tại Việt Nam.
Đề tài tốt nghiệp của em đợc hình thành nh một nhu cầu cần thiết nhằm
cung cấp cho độc giả những kiến thức chung về đặc tính làm việc, quy trình
tính toán thiết kế hệ thống treo khí nén cho xe buýt hai tầng nói riêng và trên
ô tô nói chung.

Đề tài đã hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Võ Văn Hờng và
nhân viên công ty ô tô 1-5. Tuy nhiên , do thời gian ngắn, kiến thức của ngời
viết còn hạn chế và nguồn tài liệu còn thiếu thốn lên đề tài không tránh khỏi
1
những thiếu sót. Kính mong thầy duyệt cùng các thầy trong hội đồng bảo vệ
tốt nghiệp cùng độc giả đóng góp những ý kiến để em có đợc cái nhìn chính
xác hơn, toàn diện hơn về đề tài thiết kế của mình.
Cuối cùng em xin đợc gửi lời cảm ơn chân thành sự giúp đỡ nhiệt tình,
những hớng dẫn quý báu của thầy Võ Văn Hờng, đồng thời em cũng xin đợc
gửi lời cảm ơn tới các thầy trong bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng trang bị cho
em những kiến thức trong quá trình học tập giúp em hoàn thành đồ án tốt
nghiệp của mình.
Hà Nội ngày 5 tháng 6 năm 2010

Sinh viên
Chu Văn Huỳnh
Chơng I
Hệ thống treo và lựa chọn phơng án thiết kế
cho xe buýt hai tầng
Khi ôtô chuyển động trên đờng không bằng phẳng thờng chịu những tải
trọng dao động do bề mặt đờng mấp mô sinh ra. Những dao động này ảnh h-
ởng xấu đến ngời ngồi trên xe và độ bền của các chi tiết, các cụm và hệ thống
trên xe. Do đó cần phải hạn chế các dao động không mong muốn trên và đem
lại cảm giác êm dịu khi xe chuyển động. Tính êm dịu trong chuyển động phụ
thuộc trớc hết vào hệ thống treo của xe và các kết cấu của xe sau đó là cờng
độ kích động và kỹ thuật lái xe.
Hệ thống treo là hệ thống liên kết giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ
xe. Mối liên kết đó là mối liên kết đàn hồi, nhờ có các phần tử đàn hồi, nó có
các chức năng chính sau :
* Cho phép bánh xe chuyển động tơng đối theo phơng thẳng đứng đối

với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động êm dịu, hạn chế đến mức
2
cho phép những chuyển động không muốn có khác của bánh xe (nh lắc ngang,
lắc dọc ).
* Truyền lực và mômen giữa bánh xe và khung xe : Gồm có lực thẳng
đứng ( tải trọng, phản lực ), lực dọc ( lực kéo, lực phanh, lực đẩy), lực bên (lực
ly tâm, lực gió bên, phản lực bên ) mômen chủ động, mômen phanh.
Mối liên kết giữa bánh xe với khung, vỏ xe phải là mối liên kết mềm
nhng cũng phải đảm bảo khả năng truyền lực. Quan hệ này cần có những yêu
cầu sau :
- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ
thuật của xe nh chạy trên đờng tốt hoặc đờng gồ ghề.
- Bánh xe có khả năng chuyển dịch trong một giới hạn không gian hạn
chế.
- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính
của hệ thống treo đó là làm mềm theo phơng thẳng đứng nhng không phải phá
hỏng các quan hệ động lực học và động học của chuyển động bánh xe. Đặc
biệt là với bánh xe dẫn hớng.
- Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ.
- Có độ bền cao đối với các chế độ tải trọng.
- Có độ tin cậy lớn, trong điều kiện sử dụng phải phù hợp với tính năng
kỹ thuật không gặp những h hỏng bất thờng.
1.1. Công dụng, phân loại và yêu cầu
1.1.1. Công dụng
Các bộ phận của hệ thống treo dùng để nối khung hay vỏ với các cầu
(bánh xe) ôtô và từng bộ phận thực hiện các nhiệm vụ sau :
- Bộ phận đàn hồi làm nhiệm vụ giảm nhẹ các tải trọng thẳng đứng
tác dụng từ bánh xe lên khung và ngợc lại nhằm đảm bảo độ êm dịu cần
thiết khi xe di chuyển.
- Bộ phận dẫn hớng để truyền lực dọc, ngang và mômen từ đờng lên

các bánh xe. Động học của bộ phận dẫn hớng xác định tính chất dịch
chuyển tơng đối của bánh xe đối với khung.
- Bộ phận giảm chấn để dập tắt các dao động của phần đợc treo và
không đợc treo của ôtô.
1.1.2. Phân loại
Việc phân loại hệ thống treo dựa theo các căn cứ sau :
3
- Theo loại bộ phận đàn hồi chia ra :
+ Loại bằng kim loại ( gồm có nhíp lá, lò xo, thanh xoắn )
+ Loại khí ( loại bọc bằng cao su - sợi, màng, loại ống ).
+ Loại thuỷ lực (loại ống ).
+ Loại cao su.
- Theo sơ đồ bộ phận dẫn hớng chia ra :
+ Loại phụ thuộc với cầu liền.
+ Loại độc lập.
-Theo phơng pháp dập tắt dao động chia ra :
+Loại giảm chấn thuỷ lực ( loại tác dụng một chiều, loại tác dụng
2 chiều ).
+Loại ma sát cơ ( ma sát trong bộ phận đàn hồi, trong bộ phận
dẫn hớng).
1.1.3. Yêu cầu
- Độ võng tĩnh f
t
( độ võng sinh ra do tác dụng của tải trọng tĩnh) phải
nằm trong giới hạn cho trớc nhằm đảm bảo đợc các tần số dao động riêng của
vỏ xe, không gây cảm giác khó chịu cho ngời ngồi trên xe và độ võng động f
đ
( độ võng sinh ra khi ôtô chuyển động ) phải đủ để đảm bảo vận tốc chuyển
động của ôtô trên mọi địa hình nằm trong giới hạn cho phép. Độ võng tĩnh
càng lớn thì độ êm dịu chuyển động càng tăng. Khi tính toán độ êm dịu

chuyển động (các dao động ) tần số dao động riêng cần thiết n phải do độ
võng tĩnh f
t
quyết định. Để đảm bảo độ êm dịu chuyển động thì tỉ số độ võng
tĩnh f
tt
của hệ treo trớc với f
ts
của hệ treo sau phải nằm trong giới hạn cho
phép.
- Động học của bánh xe dẫn hớng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫn h-
ớng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng.
- Đảm bảo hệ số bám trung bình của bánh xe với nền đờng.
- Dập tắt nhanh các dao động của vỏ xe và các bánh xe khi xe chuyển
động trên các địa hình khác nhau.
- Giảm tải trọng động khi ô tô chuyển động trên nền đờng xấu .
- Độ nghiêng ngang thùng xe của ôtô nhỏ: Với ôtô buýt chạy trong đờng
góc nghiêng ngang cho phép 4
0
ữ
6
0
.
1.2. lựa chọn phơng án thiết kế
Một số yêu cầu đặt ra khi thiết kế hệ thống treo cho xe buýt đó là :
4
- Xe buýt đợc sử dụng để vận chuyển hành khách đi lại với các khoảng
cách khác nhau do vậy ngời ngồi, đứng và nằm trên xe có thể phân bố không
đều dẫn đến việc phân tải cho các cầu của xe cũng khác nhau.
- Trong quá trình hoạt động của xe, hành khách lên xuống tại các điểm

đỗ với các độ cao khác nhau do vậy phải có sự điều chỉnh của sàn xe để thuận
lợi cho việc lên xuống.
- Nâng cao tính tiện nghi của xe đó là khả năng thay đổi chiều cao trọng
tâm xe trong một dải rộng.
- Hệ treo có độ tin cậy cao.
- Xe buýt hai tầng đợc dùng trong vẩn chuyển khách đờng dài nên đòi
hỏi độ êm dịu cao,tránh gây mệt mỏi cho hành khách đi đờng đồng thời tần số
dao động riêng đợc quản lí chặt chẽ để không gây cảm giác khó chịu cho
khách đi trên xe.
Để đáp ứng đợc những yêu cầu đó, trên các xe buýt hiện nay ngời ta đã sử
dụng rất nhiều chủng loại hệ treo nh:
1.2.1. Hệ treo cơ khí
Hệ treo cơ khí với phần tử đàn hồi là kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn
a. u điểm
- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ bố trí .
- Cho phép chịu đợc tải trọng lớn.
b. Nhợc điểm
- Sự thay đổi chiều cao lớn, trong quá trình làm việc sẽ ảnh hởng đến tần số
dao động của xe có thể gây khó chịu cho hành khách đi trên xe Hệ treo cơ khí
5
Hình 1.1: Hệ treo cơ khí
không tự động thay đổi đợc độ cao thân xe nên không đem lại cảm giác thoải
mái và tiện nghi cho hành khách.
1.2.2. Hệ treo khí nén
Với phần tử đàn hồi là buồng khí
nén có tác dụng nhiều trong các ôtô
có trọng lợng phần đợc treo lớn và
thay đổi nhiều nh các loại xe : xe
buýt, xe tải, đoàn xe.
a) u điểm

+ Có khả năng tự động thay
đổi độ cứng của hệ thông treo (bằng cách thay đổi áp suất khí nén bên trong
phần tử đàn hồi hoặc diện tích làm việc hữu ích) để cho ứng với các chế độ tải
trọng khác nhau, độ võng tĩnh và tần số dao động riêng của phần đợc treo là
không đổi .
+ Giảm đợc độ cứng của hệ thông treo sẽ làm độ êm dịu chuyển động
tốt hơn. Một là giảm đợc biên độ dịch chuyển của buồng lái trong vùng có tần
số thấp, hai là đẩy đợc sự cộng hởng xuống vùng có tần số thấp hơn, giảm gia
tốc thẳng đứng của buồng lái và giảm sự dịch chuyển của vỏ và bánh xe.
+ Đờng đặc tính của hệ thống treo khí nén là phi tuyến và tăng trong cả
hành trình nén và trả, nên dù cho khối lợng phần đợc treo và phần không đợc
treo bị giới hạn do các dịch chuyển tơng đối đi nữa thì độ êm dịu của hệ thống
treo vẫn tốt.
+ Hệ thống treo khí nén còn có một u điểm nữa đó là không có ma sát
trong các phần tử đàn hồi, trọng lợng của phần tử đàn hồi bé và giảm đợc chấn
động cũng nh giảm tiếng ồn từ bánh xe lên buồng lái.
+ Khi sử dụng hệ thống treo khí nén có thể thay đổi đợc vị trí của vỏ xe
đối với mặt đờng nghĩa là thay đổi chiều cao chất tải.
+ Trọng lợng của hệ thống treo này chủ yếu là ở trọng lợng bộ phận dẫn
hớng và trang bị để cung cấp khí còn chính trọng lợng của bản thân bộ phận
đàn hồi lại rất bé.
b) Nhợc điểm
6
Hình 1.2: Hệ treo khí
nén
Nhợc điểm lớn nhất đối với hệ treo khí nén đó là khả năng dẫn hớng.
Phần tử đàn hồi là buồng khí nén không đóng vai trò vừa là đàn hồi vừa là bộ
phận dẫn hớng nh ở hệ treo cơ khí đối với nhíp lá. Khả năng truyền lực dọc và
ngang của hệ treo khí nén là rất kém. Do vậy mà phải thiết kế cơ cấu dẫn hớng
phù hợp và đảm bảo khả năng truyền lực tốt nhất.

Việc điều khiển hệ thống treo khí nén có 2 loại cơ bản đó là :
- Điều khiển cơ khí : Tín hiệu điều khiển lấy từ 3 cảm biến xác định chiều
cao thân xe. Chiều cao thân xe thay đổi sẽ điều khiển cho van điều chỉnh hoạt
động. ở loại này việc điều khiển thông qua van cơ khí nên có kết cấu khá
phức tạp.
- Điều khiển điện từ: ở loại điều khiển điện từ này sẽ có 3 cảm biến đặt ở
cầu trớc và cầu sau dạng điện trở đo khoảng cách giữa cầu xe và thân xe. Các
cảm biến này gửi thông tin tới bộ điều khiển trung tâm dới dạng xung tín hiệu,
các tín hiệu đợc xử lí và điều khiển cho van điện từ cấp và xả khí nén. Chiều
cao thân xe luôn giữ ở một vị trí ban đầu tơng ứng với tải trọng tĩnh. Đồng
thời van còn có khả năng điều khiển chiều cao thân xe tự động để hành khách
đợc lên xuống thuận lợi.
1.2.3. Hệ treo thuỷ khí
Hệ treo thuỷ khí có bộ phận đàn hồi khí làm theo loại ống Telêscốp. áp
suất của khí nén truyền qua chất lỏng sẽ làm dập tắt dao động. Bộ phận đàn
hồi thuỷ khí đồng thời làm luôn cả nhiệm vụ
giảm chấn. Việc làm kín chất lỏng dễ hơn làm
kín đối với khí nén cho nên bộ phận đàn hồi
thuỷ khí dùng áp suất khá cao (đến
20MN/m
2
). Việc truyền lực từ bánh xe lên bộ
phận khí thông qua bộ phận thuỷ lực.
Xe buýt hai tầng đã đợc sử dụng rộng
rãi ở các nớc phát triển do những u điểm riêng
trong vận tải và rất thuận tiện cho việc đi lại
đồng thời có tính tiện nghi cao. Một hệ thống
đóng vai trò rất quan trọng đem lại tính
tiện nghi đó chính là hệ thống treo của xe.
Hệ treo cơ khí có những u điểm riêng

tuy nhiên nhợc điểm đó là khó có thể thay đổi
7
Hình 1.3: Hệ treo thủy khí
đợc chiều cao trọng tâm của xe, không đem lại cảm giác thoải mái và tiện
nghi cho hành khách đi trên xe.
Hệ treo thuỷ khí đáp ứng đợc mọi yêu cầu của hệ treo cho xe buýt tuy
nhiên kết cấu phức tạp. Trong quá trình làm việc cũng đảm bảo đợc khả năng
điều chỉnh độ cao của xe nhng khi điều khiển lu lợng dòng chất lỏng có tác
dụng chậm.
Hệ treo khí nén có kết cấu buồng đàn hồi khá đơn giản và đợc sản xuất
hàng loạt theo tiêu chuẩn. Với những u điểm trên nó có thể đáp ứng mọi yêu
cầu trong vận chuyển hành khách đối với xe buýt.
Trong đồ án này em lựa chọn hệ treo khí nén để bố trí cho xe buýt hai
tầng. Hệ treo khí nén thiết kế cho cả cầu trớc và cầu sau của xe với hệ thống
điều khiển điện từ.
1.2.4. Lựa chọn sơ đồ treo
a. Hệ treo độc lập
Hệ thống treo độc lập hai bánh xe trái và phải không 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 hớng giữ đúng
hơn. Hệ thống treo độc lập có thể là treo đòn ngang, đòn dọc
Hệ treo độc lập với những u điểm riêng phù hợp cho cầu dẫn hớng ở xe
con và xe du lịch. Đặc biệt có thể bố trí ở các cầu
b. Hệ thống treo phụ thuộc
Đặc trng của hệ thống treo phụ thuộc đó là dầm cầu cứng liên kết giữa
hai bánh xe. Với cầu chủ động thì toàn bộ cụm truyền lực cầu xe nằm trong
dầm cầu. ở cầu dẫn hớng thì dầm cầu làm bằng thép định hình liên kết dịch
chuyển của hai bánh xe dẫn hớng.
*) Nhợc điểm của hệ thống treo phụ thuộc:
- Khối lợng phần không đợc treo lớn. Tải trọng động xuất hiện sẽ gây nên

va đập mạnh giữa phần không đợc treo và phần đợc treo làm giảm độ êm dịu
khi chuyển động của xe. Ngoài ra các bánh xe sẽ mất đi khả năng bám hay
làm giảm sự tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đờng .
- Khoảng không gian dới gầm xe thấp nên có thể gây va đập.
- Dầm cầu cứng nối liền hai bánh xe, trong quá trình chuyển động nếu
phản lực tác dụng từ mặt đờng lên hai bánh xe là khác nhau sẽ gây nên các
8

chuyển vị phụ làm ảnh hởng đến tuổi thọ của cầu xe và động học chuyển động
của xe.
*) Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc :
- Dầm cầu cứng liên kết các bánh xe nên trong quá trình chuyển động
vết bánh xe đợc cố định do vậy mà giảm đợc độ mòn của lốp do trợt ngang
của bánh xe so với hệ treo khác.
- Dới tác dụng của các thành phần lực bên nh : lực ly tâm , lực gió bên,
thành phần lực sinh ra khi xe chuyển động trên đờng nghiêng, các bánh xe đ-
ợc liên kết cứng với dầm cầu nên hạn chế rất lớn khả năng trợt ngang của bánh
xe.
- Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành thấp.
Với những u điểm nh vậy hệ treo phụ thuộc đợc sử dụng rộng rãi trên
xe tải, xe con, xe khách, xe buýt. Xe buýt chạy trên đờng tốt thành phố, vận
tốc chuyển động của ôtô không lớn nên bố trí hệ thống treo phụ thuộc là phù
hợp.
*) Kết cấu treo trớc phụ thuộc
- Sử dụng đòn Panhada : Đòn Panhada đợc sử dụng cho phép dịch
chuyển cầu xe theo các phơng dọc và ngang là nhỏ nhất.
- Hệ treo hỗn hợp kim loại và khí nén : Khi đó nhíp lá sẽ đảm nhận nhiệm vụ
dẫn hớng. Vấn đề điều chỉnh độ cao tĩnh phù hợp với mọi điều kiện hoạt động
của ôtô do phần tử đàn hồi khí nén đảm nhận.
- Sử dụng cơ cấu dẫn hớng hình bình hành có đòn trên dạng chữ V để có

khả năng chịu lực ngang và lực dọc. Ta sẽ lựa chọn phơng án bố trí này cho hệ
treo phía trớc của xe .
9
Hình 1.4 . Treo trớc hỗn hợp
*) Kết cấu treo sau phụ thuộc
Dùng 2, 4 buồng đàn hồi dạng gấp và hai đòn dẫn hớng hình bình hành với
các đòn ngang bố trí tam giác, đảm bảo khả năng truyền tốt lực bên. Đối với
hệ treo sau là hệ treo cầu kép phụ thuộc ta cũng có thể bố trí theo kiểu sau :

10
Hình 1.8 . Treo sau sáu buồng
Hình 1.9 . Treo sau tám buồng
Hình 1.5 . Treo trớc Panhada
Hình1.6 . Treo sau bốn buồng
Số buồng phân bố cho mỗi cầu phụ thuộc vào tải trọng tính toán ứng với
tải trọng định mức cho phép của buồng đàn hồi và cách bố trí không gian gầm
xe.
1.3. các thông số cơ bản của xe
- Chiều dài tổng thể của xe : 14,4 (m)
- Chiều rộng tổng thể của xe: 2,5 (m)
- Chiều cao tổng thể của xe : 4,2 (m)
- Chiều dài cơ sở của xe : 7,5 (m)
- Trọng lợng của xe khi đầy tải : G =25513 (Kg)
Chơng II
Tính toán thiết kế hệ thống treo khí nén cho
xe buýt hai tầng
2.1. Cơ sở lí thuyết hệ thống treo khí nén
Hệ thống treo khí nén thực chất là hệ thống treo cơ bản với phần tử đàn
hồi là buồng đàn hồi khí nén, trong đó có môi chất là khí nén. Hệ thống treo
khí nén làm việc đảm bảo mọi yêu cầu nh đối với các hệ thống treo khác tuy

nhiên với việc bố trí hệ thống treo khí nén trên xe buýt ngoài những u điểm
riêng nó còn có khả năng nâng cao tính tiện nghi cho xe. Mặt khác do đặc thù
của loại treo khí nén là buồng đàn hồi không đảm nhận thêm vai trò dẫn hớng
nh đối với hệ treo cơ khí nên không thể truyền đợc lực ngang, lực dọc của xe.
Do vậy đối với hệ treo này phải có hệ thống các đòn dẫn hớng riêng biệt.
2.1.1. Cơ sở lý thuyết của bộ phận đàn hồi
Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo khí nén có dạng buồng, bên trong có
môi chất là khí nén, áp lực khí nén đợc tạo ra
phụ thuộc vào tải trọng bên ngoài.
Với :
11
- F
p
: Tải trọng đặt lên buồng đàn hồi.
- p
a
: áp suất khí quyển.
- p : áp suất khí nén trong buồng đàn hồi.
- S : Diện tích làm việc buồng đàn hồi
Hình vẽ 2.1:
F
p
= (p -p
a
)S (2.1)
Hay là : F
p
= p
z
S

Trong đó:
- p
z
là độ chênh áp suất của buồng khí nén.
- S =
2
w
d
4

là diện tích làm việc của buồng khí nén với đờng kính d
w
.
Nếu nh d
w
thay đổi thì S cũng thay đổi, có thể viết: S = f(z).
ở trạng thái tĩnh tải trọng đặt nên buồng đàn hồi là:
F
s
= (p
s
-p
a
)S (2.2)
Trong đó : p
s
là áp suất khí nén ở trạng thái tĩnh.
Mối quan hệ của F
p
và z. đợc thể hiện qua đồ thị sau :

Với loại buồng gấp, trong khoảng làm việc nhất định, buồng đàn hồi khi bị
nén lại có thể làm giảm diện tích làm việc, do đó cần thiết phải tạo dáng
pittong một cách thích hợp.
12
Hình2.1. Sơ đồ tính toán
Hình 2.2. Quan hệ của F và z
a) Buồng xếp b) Buồng gấp
Trên đờng đặc tính trên xác định tại z = 0, tơng ứng với chiều cao tĩnh của
của buồng đàn hồi, quan hệ của áp suất p
z
là không thay đổi. Trong thực tế các
đờng cong này còn xác định sao cho: áp suất p
z
đợc giữ cho không thay đổi
(khoảng 0,5 Mpa). Nh vậy quan hệ giữa F và z ở trạng thái tĩnh cho với áp
suất không đổi.
Sự biến đổi của S theo khoảng nhỏ dz gọi là hệ số biến đổi diện tích làm
việc U:
U=
dz
dS
(2.3)
Khi z = 0, áp suất khí nén khoảng 0,5 Mpa. Giá trị của U nh sau:
U > 0 diện tích làm việc tăng lên,
U = 0 diện tích làm việc không thay đổi,
U < 0 diện tích làm việc giảm đi.
Giá trị U có thể biểu thị nhờ thể tích không gian bên trong. Nếu nh thể tích
làm việc giảm xuống, có quan hệ về sự biến đổi thể tích nhỏ của buồng khí
nén:

dV= - dS.dz hay là:
dS
dz
dV
=
Đạo hàm một lần nữa:
U
dz
dS
dz
Vd
2
2
==
ở đây:
2
2
dz
Vd
U =
( gọi là hệ số biến đổi diện tích khi thay đổi chiều cao).
a. Đặc tính tải của buồng đàn hồi
Quan hệ S = f(z), S = f(p
P
) hay V= f(z) đợc gọi là đặc tính hình học của
buồng đàn hồi.
ở trạng thái tĩnh buồng đàn hồi đợc đặc trng bởi các thông số :

Chiều cao tĩnh của buồng đàn hồi H
s

(chiều cao cần đạt của buồng
đàn hồi).

Tải trọng tĩnh của buồng đàn hồi F
s
13

áp lực khí nén trong buồng đàn hồi p
p


Diện tích làm việc S
s
hay là hệ số biến đổi diện tích làm việc U
s
.
Dới tác dụng của tải trọng đặt lên buồng đàn hồi chiều cao buồng đàn hồi
biến đổi thờng xuyên, dẫn tới thay đổi giá trị diện tích làm việc và thể tích của
buồng đàn hồi. Cả hai giá trị này chịu ảnh hởng của kết cấu buồng đàn hồi
(dạng của pittông). Khi thay đổi thể tích dẫn tới thay đổi áp suất trong buồng
đàn hồi. Coi khí nén trong buồng đàn hồi là khí lí tởng và biến đổi tuân theo
quá trình đa biến. Ta có phơng trình trạng thái biểu thị quan hệ của áp suất và
thể tích.
p.V
n
= const (2.4)
Quan hệ của các trạng thái:
p
s
.V

s
n
= p.V
n
(2.5)
Trong đó :
- p
s
= p
Ps
+ p
a
: áp suất tuyệt đối của khí nén ứng với chiều cao
tĩnh buồng đàn hồi.
- p = p
P
+ p
a
: áp suất tuyệt đối của khí nén ứng với chiều cao
thay đổi của buồng đàn hồi.
Thay vào công thức (2.5) và biến đổi :
p
P
=
aaps
n
s
p)pp(
V
V

+






(2.6)
Trong đó:
- p
a
: áp suất khí quyển.
- p
ps
: áp suất buồng đàn hồi ở chiều cao tĩnh H
s
.
- p
p
: áp suất buồng đàn hồi ở chiều cao tức thời.
- V : Thể tích buồng đàn hồi ở chiều cao tức thời.
- V
s
: Thể tích buồng đàn hồi ở chiều cao tĩnh .
- n : Trị số mũ đa biến của phơng trình trạng thái khí lí tởng.
14
Để giả thiết trên là đúng thì khí nén trong buồng đàn hồi phải thỏa mãn giả
thiết sau : Khi biến dạng, lu lợng của buồng đàn hồi không thay đổi, tức là khi
làm việc buồng đàn hồi không nạp và xả khí nén bằng van điều chỉnh.
Khi bị nén, piston di chuyển một đoạn z. Thể tích buồng khí nén ở trạng

thái tức thời : V= V
s
S.z.
Ta có: p
P
=
n
s
s
ss
n
s
z.SV
V
pp
V
V









=

Tải trọng F đặt lên buồng đàn hồi ở chiều cao làm việc tức thời (z) và diện
tích tức thời S : F = S.p
P
F =















as
n
s
pp
V
V
S =

as
n
s
n
s
pp
)z.SV(
V
S (2.7)
Trong công thức (2.7) V= f(z) (bỏ qua sự thay đổi nhỏ của S bởi sự thay đổi
của áp suất). Quan hệ này có thể biểu biễn bằng đồ thị đối với áp suất hay lực
tác dụng (p
p
= f(z)).
Quan hệ F

= f(z) gọi là đặc tính tải của buồng đàn hồi.
Hệ số mũ đa biến n phụ thuộc vào tốc độ thay đổi thể tích của buồng đàn
hồi, nhiệt độ môi trờng, tốc độ dòng khí của môi trờng.
Ta có thể giả thiết nh sau :
- Khi xe chạy trên đờng không bằng phẳng, sự thay đổi thể tích nhanh
n = 1,38 (hay 1,40). ứng với trạng thái pV
n

= const
- Khi chạy vào đờng vòng hoặc quay vòng (có sự nghiêng ngang thân
xe) sự thay đổi thể tích chậm n = 1. ứng với trạng thái pV = const.
- Quan hệ F

= f(z) khi n = 0. ứng
với trạng thái p
p
= const.
Ta có đ-
ờng đặc
tính
tham
khảo :
15
Đờng cong khi n = 1,0 gọi là đặc tính tải tĩnh của buồng đàn hồi.
Đờng cong khi n = 1,4 gọi là đặc tính tải động của buồng đàn hồi.
*) Buồng đàn hồi có thể tích phụ
Thể tích phụ có ảnh hởng lớn
đến đờng đặc tính tải phần tử đàn
hồi. Các thể tích phụ có thể là
buồng dự trữ hay là hộp dự trữ
nh ở hình 2.4.
Nếu tính cả buồng thể tích phụ
V
d
này vào thì thể tích tại trạng thái
tĩnh là: V
s
+V

d
, khi chiụ tải thay đổi
là V+V
d
. Nhu vậy:
F=
Spp
VV
VV
as
n
d
ds

+
+
(2.8)
Phơng trình này gọi là đặc tính tải của buồng
đàn hồi có bình khí phụ. Cùng với sự tăng cuả
V
d
tỷ lệ
d
ds
VV
VV
+
+
càng giảm, có nghĩa là giảm lực F.
nếu V
d
thì
d
ds
VV
VV
+
+
1
, hay là F

= f(z) có
quy luật giống quy luật khi n = 0.
16

Hình 2.3.
Đặc tính tải của phần tử đàn hồi khí nén
Hình2. 4. Buồng thể tích phụ
Buồng thể
tích phụ
Đờng cong này biểu diễn trên hình 2.5.
Từ hình 2.5 nhận ra rằng: thể tích
phụ V
d
làm giảm thấp độ cứng của buồng đàn hồi.
b. Độ cứng của phần tử đàn hồi khí nén
Độ cứng của buồng đàn hồi có thể xác định từ đờng đặc tính tải trọng thực
nghiệm bằng cách xây dựng đờng tiếp tuyến của đờng cong F= f(z) tại điểm
khảo sát. Công thức của nó đợc tính toán tại lân cận điểm z = 0 nh trên hình vẽ
, với : C =
10
)0z(F)10z(F =+=
(2.9)
Mặt khác độ cứng của buồng đàn hồi còn đợc xác định theo lí thuyết.
Định nghĩa độ cứng nh sau: C=
dF
dz

ữ

(N/m).
Nếu coi: F = S.p
P
, với sự thay đổi thể tích của buồng đàn hồi dẫn tới thay
đổi áp suất khí nén và diện tích truyền tải trọng thì:

C =
1n
s
2n
ss
)z.SV(
S.V.p.n
dz
dF
+

=
(2.10)
Từ (2.10) ta thấy độ cứng của phần tử đàn hồi C bao gồm hai thành phần:
Độ cứng do thay đổi thể tích V, độ cứng do thay đổi diện tích S.
Độ cứng thể tích tạo nên bởi sự thay đổi thể tích và phụ thuộc vào áp suất
tuyệt đối p
s
và áp suất khí nén p
ps
.
17
Hình 2.5. ảnh hởng của buồng
thể tích phụ tới đặc tính tải
Hình 2.6. Xác định độ cứng của buồng đàn hồi
Độ cứng diện tích đợc tạo nên bởi sự thay đổi diện tích làm viêc hữu ích.
Sự giảm thấp độ cứng C trong thực tế đợc tiến hành bằng sự thay đổi diện tích
làm việc của pittông.
ở trạng thái tĩnh (z = 0) độ cứng của buồng đàn hồi đợc xác định:
C

s
=
s
2
s
V
S.p.n
(2.11)
Trong đó:
- p
s
là áp suât tuyệt đối tơng ứng với chiều cao tĩnh của buồng đàn
hồi (H
s
).
Với tải trọng tĩnh đặt nên buồng đàn hồi : F = F
s
=
.
ps
p S
= (p
s
-p
a
)S


Độ cứng ở trạng thái tĩnh là:
C

s
=
s
as
V
S)SpF.(n
+
(2.12)
ở trạng thái làm việc của buồng đàn hồi, độ cứng của buồng đàn hồi đợc xác
định :
C
z
=
V
S)SpF.(n
az
+
(2.13)
Trong đó: F
z
là tải trọng ở trạng thái làm việc đặt nên buồng đàn hồi.
Khi tải trọng thay đổi thì áp lực của khí nén đợc xác định:
p =
S
S.pF
az
+
Trong trờng hợp khối lợng khí không đổi, tồn tại sự thay đổi thể tích khí
do sự thay đổi nhỏ của tải trọng thì :
V =

s
s
V
p
p
=
s
az
as
V
S.pF
S.pF
+
+
Độ cứng của phần tử đàn hồi khi đó :
C
z
=
V
S)SpF.(n
az
+
=
2
.( . )
( . ).
z a
s a s
n F p S S
F p S V

+
+
c. Tần số dao động riêng
18
Tần số dao động riêng của phần khối lợng đợc treo có thể xác định khi đã
biết độ cứng của phần tử đàn hồi :
ở trạng thái tĩnh tần số dao động riêng đợc đĩnh nghĩa :

o
=
m
C
s
=
S)pp(
g.C
as
s

(2.14)
Thay độ cứng tĩnh của phần tử đàn hối:

os
=
sas
V)pp(
S.g.p.n

(2.15)
Nh vậy muốn có tần số thấp thì cần có thể tích buồng đàn hồi lớn. Tần số

dao động riêng ở tại một vị trí nhất định không phụ thuộc vào tải trọng đặt lên
buồng đàn hồi.
Tần số dao động riêng ở trạng thái làm việc:

oz
=
z
z
m
C
=
z
z
F
g.C
(2.16)
Tỷ số của tần số dao động riêng của hệ thống không có giảm chấn khi đó
sẽ là:


s
=
sz
zs
F.C
F.C
=
.
.
s a

z
z a s
F p S F
F p S F
+

+
s
z
F
F
=
s
m
m
(2.17)
Nếu bỏ qua ảnh hởng của áp suất khí quyển, thỉ tần số dao động riêng
của hệ thống khi tăng tải trọng sẽ tăng theo căn bậc hai của sự tăng khối lợng
dao động, xe có tải sẽ có đặc tính xấu hơn khi không tải xét về tính tiện nghi
êm dịu.
Chúng ta giả thiết rằng: khi thay đổi tải trọng thể tích buồng đàn hồi
không biến đổi (nhng khối lợng khí nén gia tăng), thì độ cứng của phần tử đàn
hồi khi đó sẽ là: C
z
=
+
n
0 0
n 1 n 1
n.P .V

S x
Tỷ số của tần số dao động riêng của hệ thống không có giảm chấn sẽ là:
19


s
=
sz
zs
F.C
F.C
=
. . .
. . .
z s s a
s z z a
F F F p S
F F F p S
+

+
1 (2.18)
Các quan hệ trên đúng trong trờng hợp bộ phận đàn hồi đặt trực tiếp lên
bánh xe.
d. So sánh buồng khí nén và nhíp lá
Bộ đàn hồi khí nén thờng dùng trên xe buýt (có chiều cao ổn định thuận lợi
cho việc lên xuống ôtô và nâng cao tiện nghi cho hành khách). Sau này hệ
thống này còn dùng cho cả xe tải, đoàn xe. Trên xe con không dùng phơng
pháp này vì không có nguồn khí nén, ngoại trừ truờng hợp của xe Renault
Vesta 2. So sánh chung thông qua đồ thị:

2.1.2. Một số dạng buồng khí nén tiêu chuẩn
Ngày nay tồn tại hai loại buồng đàn hồi (hình vẽ ):
- Buồng xếp ( hình a )
- Buồng gấp ( hình b )
Buồng đàn hồi dạng xếp có từ 2
đến 4 lớp sóng, không có pittong thực.
Các lớp sóng đợc định dạng nhờ các
vòng kim loại và có khả năng chống
biến dang va đập cao. Tuổi thọ hiện
nay chừng 500.000km.
Độ cứng theo chu vi của lớp cao su khá lớn. Buồng đàn hồi dạng này chỉ
có khả năng biến dạng theo chiều cao.
Buồng chứa khí dạng trụ gấp là dạng có pittông, còn đợc gọi là buồng
dạng màng. Pittông đợc dịch chuyển trong khi đàn hồi. Đồng thời cũng tạo
20
Hình 3.8. So sánh độ cứng và tần số Hình3.9. So sánh sự đàn hồi
Hình 2.10. Các dạng buồng đàn hồi
d
w
d
w
nên khả năng biến dạng hớng kính lớn. Bởi vậy tuổi thọ của vật liệu đòi hỏi
cao.
Hình dáng của pittông cũng phải phù hợp với hình dáng của buồng chứa
khí dạng trụ, hay côn. Bên trong có thể có lò xo phụ. Ngoài việc sử dụng cho
hệ thống treo buồng đàn hồi dạng nay còn thấy trong bộ treo buồng lái trên
ôtô tải hay trên đệm đỡ gối đỡ mâm xoay xe bán moóc. Loại buồng này ngày
nay đợc dùng rộng rãi vì khả năng thay đổi diện tích làm việc lớn.
+ Buồng xếp
Buồng gấp

Kiểu F
max
kN
F kN
p=0,5Mpa
D
max
Mm
f
s
mm
Nén
mm
Trả
mm
V
dm
3
p
max/min
Mpa
S
dm
3
B70 30 24 320 245 80 80 7,6 4,8
Kiểu
F
max
(kN)

F kN
p=0,5Mpa
D
max
(mm)
f
s
(mm)
Nén
(mm)
Trả
(Mm)
V
(dm
3
)
p
max/min
Mpa
F209 8,2 3,6 165 150 60 80 1,2 1,0/0,30
F210 18,6 8,6 250 210 80 80 3,8 1,0/0,15
F211 30,0 19,0 308 200 100 125 9,1 0,8/0,03
21
Hình 2.12. Các loại buồng gấp tiêu chuẩn
Hình 2.11. Các loại buồng xếp tiêu chuẩn
B85 35 29,5 370 320 100 100 13,6 5,9
B87 25 18 267 260 100 120 5,8 3,6
B103 20 17 267 260 100 90 5,8 3,4
B104 35 30 370 350 180 180 17,7 6,0
B106 25 17 260 260 100 80 5,0 3,4

B107 20 14,7 260 265 100 80 5,2 0,7/0,13 3,0
B114 31,5 24,5 310 285 140 100 10,5 0,65/0,1 4,7
B115 35 25 325 260 100 100 9,0 5,0
B119 30 24 300 260 100 100 6,7 4,8
B120 32 32 360 310 120 120 16,7 0,5/0,1 6,4
B121 28 20 300 285 1`20 100 9,4 0,7/0,1 4,0
B143 32 32 360 310 125 135 14,4 0,5/0,03 6,4
B150 35 31 370 405 180 180 20,0 6,2
B152 28,5 20 300 345 200 125 11,0 0,7/0,03 4,0
B153 31,5 31,5 360 375 300 130 18,5 0,5/0,03 6,3
2.2. Thiết kế tính toán hệ treo trớc
2.2.1. Tính toán các thông số sơ đồ hệ treo trớc
a. Chọn buồng khí nén cho hệ treo trớc
Buồng khí nén (balông) đợc sản xuất hàng loạt theo tiêu chuẩn. Với phạm
vi của đồ án tốt nghiệp ta không thiết kế tính toán buồng khí nén mới mà ta
chọn loại buồng khí nén phù hợp đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của hệ thống treo.
Tải trọng phân bố lên cầu trớc : G
t
= 53400(N)
Căn cứ vào bảng chọn buồng khí nén tiêu chuẩn đã trình bày ở
phần trên ta chọn buồng khí nén sau :
Kí hiệu: B70 ( loại buồng gấp) với các thông số :
F
max
= 30000(N) ; D
max
= 0,320(m) ;
V = 7,6 .10
-3
(m

3
) ; S = 0,0048(m
2
)
b. Xác định các thông số dao động của bánh xe
*) Độ võng tĩnh f
t
:
22
Hình 2.12: Balông khí nén
Ta có thể xác định độ võng tĩnh theo tần số dao động riêng n của hệ thống
treo. Với tần số dao động hạn chế đối với xe buýt chạy trong thành phố là :
n=60
ữ
90 (lần /ph)
Ta có : n =
t
f
300
(lần/ph)
2
2
300
n
f
t
=
= 11
ữ
25(cm) = 0,11

ữ
0,25 (m).
Nói chung f
t
không bé hơn 0,1- 0,2 (m) đối với xe buýt, lấy f
t
= 0,245(m). Để
đảm bảo tính êm dịu khi chuyển động thì tỉ số độ võng tĩnh f
ts
của hệ thống
treo sau và độ võng tĩnh f
tt
của hệ thống treo trớc phải nằm trong giới hạn (với
ôtô buýt)
0,8 1,2
ts
tt
f
f
=
.
Tải trọng tĩnh tác dụng lên đầu trục bánh xe Z
t
ở cầu trớc:
Z
t
=
2
t
G

=
53400
26700( )
2
N
=
Độ cứng của hệ treo (tại bánh xe) cho cầu trớc :
C
t
=
26700
108979,60
0,245
t
t
Z
f
= =
(N/m)
*) Hành trình động của bánh xe f
đ
:
Độ võng động đợc xác định : f
đ
= k.f
t
- k: Hệ số tải trọng động, hệ số k = 0,32
f
đ
= k.f

t
= 0,32.0,245 = 0,0784(m)
Hành trình tổng cộng của bánh xe:

f
= f
t
+f
đ
= 0,3234(m)
c. Tính chọn giảm chấn cho hệ treo trớc
Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn tại bánh xe ở cầu trớc k
k=
mC
t


Trong đó:
-

: Hệ số dập tắt dao động. Hệ số dập tắt dao động thể hiện mối tơng quan
giữa hai đại lợng đặc trng cho hệ thống treo là hệ số cản của giảm chấn và hệ
số cứng của bộ phận đàn hồi. Ta lấy

= 0,30.
- m: Khối lợng phần treo trên một bánh xe:
m =
.9,81
t bx
Z m

(N)
- g = 9,81(m/s
2
) : Gia tốc trọng trờng .
23
- m
bx
: Khối lợng một bên của bánh xe (kg)
ở cầu trớc (cầu 1): m
1
=
26700 170.9,81 25032,30( )N
=
Hệ số cản trung bình của giảm chấn tại bánh xe là :
k=
mC
t


=
0,30. 108979,60.25032,30 15669,10=
(Ns/m)
ở cầu trớc, giảm chấn đợc bố trí thẳng đứng trong cả 2 mặt phẳng nên.
k
g/c
=k=15669,10(Ns/m)
Hành trình của giảm chấn : f
g/c
=

f
= 0,3234(m)
Xác định hệ số cản khi trả và khi nén :
Ta có: k
n
+ k
t
= 2k
g/c
Trong đó:
- k
t
: Hệ số cản của giảm chấn trong hành trình nén.
- k
n
: Hệ số cản của giảm chấn trong hành trình trả.
Lấy k
t
=5k
n
Vậy : k
n
=
1
3
k
g/c
= 5223,03(Ns/m) ; k
t
= 26115,17 (Ns/m)

Lực cản ở 0,524(m/s) với hành trình nén là:
F
n
=k
n
.v=5223,03. 0,524=2740(N)
Lực cản ở hành trình trả:
F
t
= k
t
.v = 26115,17. 0,524 = 13680(N)
Sau khi tính toán đợc lực cản trung bình của giảm chấn ở hành trình nén,
trả và hành trình làm việc của giảm chấn. Căn cứ vào bảng tham khảo chọn
giảm chấn ta chọn loại giảm hai lớp vỏ kiểu T50 của hãng BOGE với các
thông số nh sau :
d
trục
= 20(mm) = 0.02(m) ; d
piston
= 50(mm) = 0.05(m) ;
d
vỏ
= 72(mm) = 0.072(m) ; H
(hành trình làm việc max)
= 300(mm) = 0.3(m).
Ta sẽ bố trí 4 giảm chấn cùng loại cho hệ treo trớc.
d. Sơ đồ treo trớc
Hệ treo cho cầu trớc là hệ treo phụ thuộc với các đòn dẫn hớng bố trí
theo dạng hình bình hành. Đòn phía trên bố trí dạng chữ V để chịu tải trọng

dọc và ngang. Đòn phía dới chịu tải trọng dọc.
Sơ đồ nh sau :
24















1: Buồng khí nén
2: Thanh ổn định phía trên
3: Thanh ổn định phía trên
4: Cầu tr ớc
5: Giảm chấn
2.2.2. Chế độ tải trọng tính toán phần tử dẫn hớng
a. Trờng hợp lực phanh cực đại
Trên sơ đồ phân tích lực, tồn tại lực Z,X nhng tính với giá trị cực đại
(Vắng mặt Y). Trong đó :
- Z: Phản lực theo phơng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe
2
.

11
Gm
ZZ
p
tt
==
. Z
tt
: Tải trọng thẳng đứng tính toán cho một bên bánh xe .
. G
1
: Trọng lợng tĩnh đặt lên cầu trớc; G
1
=53400(N)
. m
p1
:Hệ số phân bố tải trọng tính khi phanh gấp
bg
hJ
m
gp
p
.
.
1
1
+=
Trong đó :
-

.gJ
p
=
: Gia tốc phanh.
- g = 9,81(m/s
2
): Gia tốc trọng trờng .
-

= 0,80 : Hệ số bám dọc( đờng nhựa bê tông )
- h
g
: Chiều cao trọng tâm xe h
g
= 1,72(m).
- a : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trớc.
Kết quả tính toán đợc a = 1,56(m).
25
Hình 2.13: Sơ đồ treo trớc