THIÊT KÊ MÔN HỌC THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO

Thuyết minh: thiết kế môn học
Kết cấu tính toán ôtô
A/ Phần mở đầu
Ngày nay do nhu cầu giao thông đô thị nói chung và nhu cầu vận tải
hàng hoá hành khách nói riêng trong hệ thống đờng bộ là rất lớn .
Nớc ta nhiều năm trớc đây số lợng xe ôtô tải chủ yếu đợc nhập về là xe
của liên xô và xe của các nớc trong khối xã hội chủ nghiã với số lợng và
chủng loại còn hạn chế . Trong thời gian gần đây phù hợp với nhịp điệu
phát triển chung của ngành vận tải ôtô trong nớc đã có nhiều chuyển biến
tích cực , nhiều hãng xe liên doanh trong nớc đã cho ra đời nhiều kiểu
mẫu xe vận tải nhỏ rất phù hợp với môi trờng cũng nh mạng lới giao
thông của nớc ta .Lây ví dụ nh các hãng xe của Mỹ , Hàn quốc , Trung
quốc...
Việc có nhiều hãng xe trên thị trờng đã gây không ít khó khăn cho việc
khai thác sử dụng và bảo dỡng kĩ thuật . Việc đi sâu nghiên cứu tìm hiểu
về sử dụng và khai thác và tiến tới thiết kế chế tạo ôtô là việc làm cần
thiết với đề tài thiết kế hệ thống treo trên xe tải nhỏ loại phụ thuộc lò xo
cầu sau chủ động , em đã phần nào khái quát lên đợc các bớc tính cụ thể
và thực hiện đợc các bản vẽ tổng thể của hệ thống treo . Đó cũng là hai
yếu tố cơ bản của đề tài.
II. Nhiệm vụ.
Thiết kế hệ thống treo của ôtô với các số liệu ban đầu :

III. Yêu cầu.
-Thuyêt minh từ 15 20 trang soạn thảo trên máy vi tính.
- Một bản vẽ Ao láp ráp hệ thống treo
- Thuyết minh làm trên khổ A4 , đánh máy , cơ chữ 14

B. Trình tự thiết kế
I, Công dụng phân loại hệ thống treo.
- Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi giữa khung hoặc vỏ xe với các cầu( các

bánh xe) của ôtô. Nhiệm vụ của hệ thống treo làm giảm tải trọng động và dập
tắt các dao động của bộ phận đợc treo.
Hệ thống treo của ôto bao gồm:


Tạ Thanh Tuấn
lớp CKÔTÔ A- K -38
- Bộ phận dẫn hớng: Xác định động học chuyển động của bánh xe, và truyền
các lực kéo, lực phanh, lực bên và các mô men phản lực của chúng lên khung
và vỏ xe.
- Các phần tử đàn hồi nhận và truyền lên khung (vỏ ) các lực thẳng đứng của
đờng. Làm giảm tải trọng động khi xe chạy trên đờng không bằng phẳng đảm
bảo tính năng êm dịu của ôtô.
- Bộ phận giảm chấn dùng để dập tắt các dao động thẳng đứng của khung vỏ
sinh ra do mặt đơng không bằng phẳng.
2,Phân loại:
a, Theo sơ đồ bố trí bộ phận dẫn hớng:
- Loại treo phụ thuộc với cầu liền( loại đơn giản, loại thăng bằng).
- Loại treo độc lập với cầu cắt( loại bánh xe dịch chuyển trong mặt phẳng
dọc, mặt phẳng ngang, trong hai mặt phẳng và loại nến).
b,Theo phần tử đàn hồi.
- Bằng kim loại (lá nhíp, lò so xoắn, thanh xoắn).
- Loại khí (bầu cao su sợi, bầu màng, loại ống).
- Loại thuỷ lực, thuỷ khí.
- Loại cao su (nén, xoắn) .
c,Theo phơng pháp dập tắt dao động.
- Loại giảm chấn thuỷ lực (tác dụng một chiều và hai chiều).
- Loại giảm chấn ma sát.
3,Yêu cầu :
- Đảm bảo cho ôtô có tính năng êm dịu tốt khi chạy trên đờng cứng và bằng

phẳng.
- Đảm bảo cho xe chạy với tốc độ giới hạn khi chạy trên đờng sấu mà không
có va đập lên các ụ đỡ.
- Đảm bảo đúng động học của bánh xe dẫn hớng khi chúng dao động trong
mặt phẳng thẳng đứng.
- Dập tắt nhanh các dao động của thùng và vỏ xe.
- Giảm độ nghiêng bên của thùng xe khi xe quay vòng.
1) Tính toán độ cứng của HTT
Độ cứng của HTT đợc hiểu là tải trọng cần đặt lên hệ thống để biến dạng
của nó bằng đơn vị
-

Gọi fT là độ võng tĩnh của hệ thống treo
Z
C = T
fT

Trong đó: ZT: tải trọng tĩnh đè lên các cầu
ZT :tải trọng tĩnh đè lên cầu trớc

ZT 1 =

Ga1 1985
=
= 992,5( KG )
2
2
2

Tạ Thanh Tuấn
ZT2: tải trọng tĩnh đè lên cầu sau

ZT 2 =

lớp CKÔTÔ A- K -38

Ga 2 3515
=
= 1757,5( KG )
2
2

fT : độ võng tĩnh ứng với tải trọng tĩnh
Với Ôtô tải fT = 120 (mm)

f Ts
=1 1,2
f Tt T

Để Ôtô chuyển động êm dịu không có dao động lắc dọc thì tỷ số giữa độ võng
tĩnh của HTT trớc và sau phải thoả mãn:
Xetải.
Vây: fTt = 120 mm
fTs =144 mm

1 2
A= *
4 G
CT 1 =

Zt 2 1757,5
=
= 122,04( N / mm)
Zt 2
144

Trong hành trình động fđ ( là dịch chuyển của bánh xe từ vị trí tĩnh đến vị trí
giới hạn trên khi ụ hạn chế hành trình biéen dạng hết)
fđ phụ thuộc vào độ võng tĩnh f t
Ôtô tải : fđ = 1.0 ft
-

Câu trỡc fđt = 1,0 .120 = 120 mm

Câu sau fđs = 1.0 .144 = 144 mm
Hệ số tải trọng K đ của hệ thống treo
Đối với xe tải : K đ = 2.
1.
Xây dựng đờng đặc tính động học của HTT
- Là đồ thị biểu hiện quan hệ hàm số giữa hành trình thẳng đứng của bánh xe
h và biến dạng của lò xo flx
- Ta xây dựng đồ thị hàm số (h-f) bằng phơng pháp hoạ đồ
Các thông số chọn :
-

-

Chiều dài đòn dọc trên : 600 mm

-

Chiêu dài đòn dọc dới : 900 mm

-

Đờng kính đòn dọc trên : 15 mm

-

Đờng kính đòn dọc dới : 30 mm
3


Tạ Thanh Tuấn
lớp CKÔTÔ A- K -38
Đờng kính bánh xe : 784,4 mm
Nhận xét khi xe vợt chớng ngại vật ( bánh xe sau) nâng lên khỏi mặt đất một
đoạn là h1
Tâm trục cầu sau nằm trên đờng thẳng nối hai khớp quay có chuyển động
song phẳng
Với các thanh đãn động là AB hoặc CD. Khi đó ngoài chuyển vị thẳng đứng là
hđ thì tâm cầu ( bánh xe) còn có chuyển vị theo phơng dọc là hd
trên trục f lấy 10 đoạn bằng nhau đợc đánh số lần lợt là f1 , f2 ,, ..,.. f10 =
10 mm
-

Tơng ứng trên trục hlấy 10 đoạn , đợc đaqnhs số là h1 , h2 , ..., ..h10 = 10
mm
Dựng đợc đồ thị f - h.

-

Trong đó: Z: phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe
P: lực tác dụng lên lò xo
h. hành trình thẳng đứng của bánh xe
f: biến dạng của lò xo.
Với độ cứng là C = 122,04 N/mm tơng ứng với các biến dạng f1; f2; f3
ta tính đợc lực tác dụng lên lò xo:
P1 = 0
P2= f2.C = 1,22 KN
P3= (f2 + f3).C

= 2,44 KN

P4= (f2 +f3 +f4).C = 3,66 KN
P5=(f2 +f3 +f4 +f5).C = 4,88 KN
P6=(f2 +f3 +f4 +f5 +f6).C

= 6,1KN

Lập bảng số liệu
fI
(mm)

hI
(mm)

f1=
0

h1
=0

f2 =
10

h2
= 10

Pi
(N)
P1 =
0
P2 =
1220
P3 =
4

ZI
(N)
Z1=
0
Z2 =
1220
Z3 =


Tạ Thanh Tuấn
f3 =
10

h3
= 10

f4 =
10

h4
= 10

f5 =
10

h5
= 10

f6 =
10

h6
= 10

lớp CKÔTÔ A- K -38
2440
2440
P4 =
Z4 =
3660
3660
P5 =

Z5 =
4880
4880
P6 =
Z6 =
6100
6100

2.
Tính lò xo.
Lò xo là bộ phận đàn hồi để nối mềm giữa bánh xe và thùng xe , nhằm đảm
bảo êm dịu cho thùng xe khi đi trên các loại địa hình mấp mô.
Nếu cùng một độ cứng và độ bền thì lò xo trụ có trọng lợng nhẹ hơn nhíp
Năng lợng biến dạng đàn hồi riêng của lò xo trụ:

1 2
A= *
4 G

Lò xo tỵu cũng có tuổi bền lớn hơn nhíp và khi làm việc giữa các vành lò xo
không có
ma sát nh giữa các lá nhíp . Nhợc điểm của lò xo là nó chỉ làm việc đợc ở
nhiệm vụ đàn hồi còn các nhiệm vụ đẫm hớng và giảm chấn thì phải do các bộ
phận khác đảm nhận ( các thanh ổn định dọc và ngang ) .Vì vậy nếu kể chung
cả hai bộ phận thì lò xo trụ lại phức tạp về kết cấu và sử dụng so với HTT loại
nhíp.

Tính kích thớc lò xo
Chọn vật liệu làm là thép hợp kim 60C2XA
Có ứng suất xoắn cho phép [] = 750 (N/mm2 )

Độ cứng của lò xo C
căn cứ vào tải trọng phân bố lên cầu sau
Ga2 = 17575 N . ứng với hai lò xo .
Vậy lực tác dung lên một lò là : 8787,5 N
-

Vậy C =

8787,5
= 73,22
120

Độ võng tĩnh của lò xo :ft = 120( mm)
Chọn sơ bộ hệ số đờng kính lò xo:
Y = D/d =6 ( Y = 4 ữ10 tra bảng 19.1 (SGKCTM Tập II )ta xác định đợc
hệ số hình dạng tiết diện và độ cong của lò xo là K = 1,24
Trong đó:
D : đờng kính trung bình của lò xo
d- đờng kính dây lò xo
-

Tính đờng kính dây lò xo.
5


n=

G.d . fT

8.Y

Tạ Thanh Tuấn

3

.Pmax

d 1.6 ì


d 1.6 ì

8.10 4.15.120
=
=9
8.63.8787
,
5
lớp CKÔTÔ A- K -38

K .Fmax .Y
( mm)
[]

1,24.8787,5.6
=14,95( mm)
750

Chọn d = 15 (mm)
Đờng kính trung bình của lò xo:
D = Y. d = 6.15 = 90 (mm)

- Môdun cản trợt của lò xo:
G = 8.104 (N/mm2)
- Số vòng làm việc của lò xo:

- Khoảng làm việc của lò xo dới tác dụng của lực tĩnh.
X = fT =120 (mm)
-

=K

ứng suất tiếp ứng với tải trọng lớn nhất

8.Pmax .D
8.8787,5.90
=1,24
=740 N / mm 2
3
3

.d
3,14.15

< [] đủ điều kiện bền.
Đờng kính ngoài và đờng kính trong của lò xo.
Da = D + d = 90+15 =105 (mm)
DI = D - d = 98 -15 =75 (mm)
-

Số vòng của lò xo kể cả vòng không biến dạng ở hai đầu:
n0 = n + 0,75 = 9,75 vòng.

-

-

Khe hở giữa hai vòng của lò xo ứng với Pmax.

min = (0,1 ữ 0,3).d = (1,5 ữ 4,5) (mm)
Chọn min = 2 (mm)
- Vì mỗi đầu mút của lò xo chịu nén đợc mài bằng 3/4 vòng nên chiều cao của
lò xo lúc các vòng xít vào nhau:
Hmin = (n0 - 0,5).d = (9,75 - 0,5).15
Hay hmin = 138,75 (mm)
-

Chiều dài của lò xo ứng với Pmax
6


Tạ Thanh Tuấn

lớp CKÔTÔ A- K -38

Hp = Hmin + min.n = 138,75 + 2.9 = 156,75 (mm)
Chiều dài tự do của lò xo:
H0 = Hp + fT 1= 156,75 + 120 = 276,75 (mm)
-

-

Để lò xo làm việc ổn định cần đảm bảo điều kiện.

H0
276,75
=

3
D
90

Ta có H0/D = 297/98 = 3

Lò xo làm việc ổn định.
-

Bớc của lò xo khi ở trạng thái tự do

t = d + (1,1 ữ 1,2).

max
120
= 15 + 1,1
= 29,67(mm)
n
9

5. Tính giảm chấn
Giảm chấn có công dụng dập tắt một cách nhanh chóng dao động của các
khối lợng đợc treo bằng cách biến năng lợng dao động thành nhiệt và toả ra
môi trờng xung quanh.
II,Sơ đồ nguyên lý làm việc giảm chấn ống:
-Nguyên lý làm việc giảm chấn thuỷ lực: chất lỏng bị dồn từ buồng chứa này

sang buồng chứa khác qua các van tiết lu rất bé nên chất lỏng chịu sức cản
chuyển động rất lớn. Sức cản làm dập tắt nhanh các chấn động và năng lợng
dao động dao động bị mất biến thành nhiệt năng nung nóng chất lỏng chứa
trong giảm chấn.
Tuỳ theo mức độ dao động mạnh yếu của xe mà có các trạng thái làm việc của
giảm chấn.
Nén nhẹ
Vận tốc piston nhỏ
Trả nhẹ

Nén mạnh
Vận tốc piston lớn
Trả mạnh
A_ Nén nhẹ:
Khi nén nhẹ ( VPiston nhỏ) chất lỏng từ khoang B lên khoang A qua lỗ 6 và một
phần chất lỏng đi ra khoang C qua lỗ 12.

7


Tạ Thanh Tuấn

lớp CKÔTÔ A- K -38

B . Nén mạnh.
Do áp lực dầu tăng lên đảy van một chiều 7 đi xuống . Ngoài các lỗ 6,12
đợc mở nh ở nén nhẹ , dầu còn qua lỗ 9
C Trả nhẹ. Khi trả nhẹ, chất lỏng từ khoang Aqua lỗ 15 xuống Bvà chất lỏng
lại từ khoăng C qua lỗ 8 vào khoang B
D, Trả mạnh.

Ngoài đờng dầu đi nh trả ở nhẹ áp lực dầu đẩy mở van một chiều 7 và dầu đi
từ khoang A sang khoang B qua lỗ 13.
3.
Trình tự tính toán.
a)
Đờng đặc tính của giảm chấn.
Đờng đặc tính của bộ giảm chán loại thuỷ lực là đồ thị biểu diễn mối quan hệ
giữa lực tác dụng lên piston của bộ giảm chấn Pa và tốc độ chuyển dịch tơng
đối của piston so với xilanh của nó: ( Va )
Pa = K a .Van ( N )

Ka hệ số lực cản của giảm chấn (NS/m)
n Số mũ trạng thái , n = 1 ữ 2
Trên đây trình bầy dạng đờng đặc tính của bộ giảm chấn thuỷ lực tuyến tính
không đối xứng ,nghĩa là hệ số lực cản khác nhau ở hành trình nén và trả.
Pan = Kan . Van
Pat = Kat . Vat
8


Tạ Thanh Tuấn

lớp CKÔTÔ A- K -38
hành trình
trả

Van giảm áp
mở

Van giảm

áp cha mở

Va

trình

hành

nén
Van giảm áp

Van giảm áp mở

cha mở

Van

Vat

Tốc độ Van Vat khi van giảm áp bắt đầu mở, thờng lấy trong giới hạn 0,3 ữ0,52
m/s
Chọn Van = Vat = 0,45 m/s
Còn Kn , Kt tính chọn theo điều kiện êm dịu
b, Tính chọn hệ số lực cản của bộ giảm chấn
Hệ số dập tắt dao động tơng đối :
K

=

C .M

Trog đó:

(1)

K . hệ số lực cản quy dẫn của bộ giảm chấn đặt trong hệ thống treo. ( N .s
)
: hệ số dập tắt dao động
C : Độ cứng hệ thống treo , C = 122,04 (N/m)
Gtr: trọng lợng đợc treo trên một bánh xe
Gtr =

Ga 2 G1
2

Ga2 Trọng lợng phân lên cầu sau khi toàn tải
g. Gia tốc trọng trờng g = 9,8 m/s2
G1 Trọng lợng của phần không đợc treo trên một bánh xe
G

cd
G1 = Gcs + 2Gbx + 2

2

Gcs Trọng lợng cầu sau : 268 KG
Gbx : Trọng lợng bánh xe: 35 KG
Gcd : Trọng lợng các đăng : 18 KG
9

m 1


Tạ Thanh Tuấn
268 + 2.35 +

G1 =

Vậy

2
Gtr =

lớp CKÔTÔ A- K -38
18
2 = 173,5( KG )

3515 173,5
= 1670,75( KG )
2

Từ biểu thức (1) ta có :
K=

.Gtr
0,2.1670,75.10
=
= 2813,3 Ns/m
3,13. f
3,13. 0,144

Hệ số lực cản tính cho hành trình nén
Kn =

2.K
2.2813,3
=
= 1607,6 NS/m
1+
1 + 2,5

Hệ số lực cản tính cho hành trình trả
K t = .K n = 2,5.1607,6 4019 NS/m

: hệ số tỷ lệ , chọn = 2,5
lực cản của giảm chấn :
= 0,15 ữ 0,25 chọn = 0,2.
-Lực cản của giảm chấn trong hành trình trả:
Z1 = Kt1 . Vat = 4019 .0,45 = 1808,55 N
Lực cản của giảm chấn trong hành trình nén:
Z2 = Kn . Vn = 1607,6.0,45 =723,42 (N)
Tính toán kích thớc giảm chấn
*Tính kích thớc:
Dựa vào sự cân bằng năng lợng công của các lực cản trong giảm chấn sẽ biến
thành nhiệt:

Z 1 .V
Z 2 .V
( K 1 + K 2 ).V 2
Nt =

+
=
2
2
2

Nt : Công trong một chu kỳ làm việc
Hay:
Nt =

4019 + 1607,6
(0,3) 2 = 569,7(Ư W )
2

Công L do giảm chấn tiêu thụ trong một giờ:
L = Nt .t = 569,7 .3600 = 2050895,7 (N.m)
Toàn bộ công này biến thành nhiệt làm nóng giảm chấn và toả ra môi trờng.
L = .F(Tgmax - Tb).t
: Hệ số truyền nhiệt. Chọn = 60.1,16 (W/m2độ)
F: Diện tích vỏ ngoài của giảm chấn (m2)
10


Tạ Thanh Tuấn
lớp CKÔTÔ A- K -38
Tgmax: Nhiệt độ cho phép vỏ ngoài giảm chấn khi làm việc liên tục trong một
giờ chọn Tgmax = 125 0C
Tb : Nhiệt độ môi trờng, chọn Tb = 30 0C
t : thời gian làm việc một giờ : 3600 (s)
Cân bằng nhệt sinh ra và nhệt toả ra môi trờng có phơng trình:

Đối vơi giảm chấm ống:

( K 1 + K 2 ).V 2
t =.F (Tg max Tb ).t
2

F = .D(D/2 +lg) , D: đờng kính ngoài của xi lanh (m)
lg: chiều dài phần chứa dầu (m), chọn lg = 0,321 (m), đợc xác
định theo điều kiện kết cấu


2
3,14 2
D + .l g .D F = 0
D + 3,14.0,23.D 0,001888 = 0
2
2

( K1 + K 2 )V 2
( 249 + 621).0,252
F =
=
= 0,001888m 2
2(Tg max Tb ) 2.50.1,6(120 30)
1,57D2 + +0,7222.D - 0,001888 = 0
Nghiệm: D = 0,05 (m)
Đờng kính trong của xilanh làm việc : dt
Chọn theo quy định đối với xe con của Liên Xô dt = 30 (mm)
Đờng kính ngoài của xi lanh làm việc: dn = 30 + 4 = 34 (mm)
Đờng kính ống ngoài của xi lanh điền đầy:

D = 1,1.D1
Đ1 : đờng kính ống trong của xi lanh điền đầy
D1 =( 1,25 ữ 1,5) .d t
Chọn D1 = 1,4 d t =1,4 .30 = 45 mm
Vởy D = 1,1.45 = 50 mm
Căn cứ vào độ võng tĩnh và động của cầu sau : ft = 140 mm , ta chọn hành
trình làm việc của giảm chấn Hp sao cho Hp > ft
Chọn Hp = 225 (mm)
Từ các kích thớc cơ bản ta chọn các kích thớc cụ thể của giảm chấn:
-

chiều dài toàn bộ của giảm chấn trong hành trình nén

-

L n = L k + Hp

Trong đó Lk chiều dài kết cấu của giảm chấn
11


Tạ Thanh Tuấn
Lk = Li
-

lớp CKÔTÔ A- K -38

Chiều dài các cụm của giảm chấn có thể chọn nh sau:

Ly = (0,75 1,5) dt , chọn Ly = 0,75 .dt = 22,5 mm

Lc = ( 0,4 0,9) dt , , chọn Lc = 0,5 dt = 15 mm
Lo = ( 0,75 1,1) dt , chọn Lo = 0,75 . dt = 22,5 mm
Lm = (1,1 1,5 ) dt = ,chọn Lm 1,2 . dt = 36 mm
Đờng kính thanh đẩy (trục piston)
dt = 0,5 dp = 15 (mm).
* Tính toán kích thớc lỗ van
Lợng chất lỏng piston đẩy đi trong một giây:

Q =FP .Z t,

trong đó Zt : vận tốc piston
FP : diện tích piston
Lợng chất lỏng qua lỗ van trong một giây

12


Tạ Thanh Tuấn

lớp CKÔTÔ A- K -38

2 g .P

Qv =à
0 . fv .



Trong đó à0 : hệ số tiêu tốn: chọn à = 0,7
fv : diện tích lỗ van

: trọng lơọng riêng của chất lỏng , lấy = 9.10-7 kg/cm2
P : áp suất của chất lỏng
g : gia tốc trọng trờng
-

trình:

Cân bằng lợng chất lỏng lợng piston đẩy và lu lợng qua van ta có phơng

Fp .Z =à0 . f v .
,
t

2 g .P



Lực cản của giảm chấn

Z g =F p .P =A.Z

.FP2 .Z t, 2
P =
2 g .à0 f v

F p2 .Z t, 2
=
2
2
2 g .à

0 . fv

,2
t

Để đảm bảo đờng đặc tính là tuyến tính :
Zg = K.Zt = A.Zt2
K = A.Zt,

Suy ra :

K

.F .Z
=
2 g .à. f
3
P
2
0

,
t
2
v

.FP3 .Z t,
fv =
2 g.à 02 .K
Thay số : = 9.10-7 kg/m3

g = 9,8 m/s2
Zt = 0,3 m/s
à = 0,6

K = 2813 ,3 Nm/s

9.10 7 .(0,0188 213
.3,14) 3 .0,3
.FP3 .Z t,
fv =
=
= 0,005m 2 = 5mm 2
2
2
2 g .à 0 .K
2.9,8.0,6 .2813,3


T¹ Thanh TuÊn

líp CK¤T¤ A- K -38

l

14