Đồ án kết cấu tính toán ôtô

Đồ án kết cấu tính toán ôtô

Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật công nghệ
chế tạo ôtô trên thế giới không ngừng đợc hoàn thiện, cải tiến và nâng cao.
Việc chuyên chở bằng ô tô có khả năng đáp ứng tốt về nhiều mặt so với các
phơng tiện vận chuyển khác do nó đơn giản an toàn tính cơ động cao, có thể
đến đợc nhiều vùng nhiều nơi mà giá thành vận chuyển thấp.
Để đáp ứng những mục tiêu chủ yếu nh: tính năng thông qua của xe,
độ êm diu chuyển động và an toàn chuyển động, tiện nghi trên xe, tốc độ xe,
đảm bảo sử dụng thuận tiện, nhẹ nhàng và tính kinh tế cao nhất, các công ty,
tập đoàn chế tạo ô tô liên tục cho ra đời các loại xe hiện đại với chất lợng
ngày càng đợc cải thiện. Nhờ có sự phát triển của công nghệ vật liệu, kỹ
thuật điên tử và kỹ thuật số các cụm các hệ thống trên ô tô đ ợc hoàn thiện
ngay một cao hơn.
Hệ thống treo trên xe là một bộ phận quan trọng, nó ảnh hởng trực tiếp
đến khả năng điều kiện của ngời lái tính ổn định của xe, đảm bảo độ êm dịu
chuyển động và an toàn cho các thiết bị trên xe và hành khách. Vì vậy hệ
thống treo ngày càng không ngừng đợc hoàn thiện và cải tiến.
Để có thể ngày càng tiếp cận với ôtô hiện đại, phát huy tốt tính năng
kỹ thuật của xe nắm chắc các kết cấu hệ thống để có thể điều chỉnh, sửa
chữa trong quá trình sử dụng và nâng cao tính hiệu quả. Cần đi vào nghiên
cứu sâu các hệ thống trong đó có hệ thống treo.
Sau khi đợc học môn học "Kết cấu tính toán ô tô quân sự", tôi đợc
giao nhiệm vụ thực hiện đồ án Tính toán thiết kế hệ thông treo sau cho xe
vận tải hạng nặng. Trong phạm vi đồ án chỉ tập chung chủ yếu vào thiết kế
bộ phận nhíp và thanh dẫn hớng của hệ thống treo, đánh giá chỉ tiêu chất lợng của hệ thống treo và phân tích đặc điểm kết cấu của hệ thống treo, tính
toán dao động, tính toán nghiệm bền cho một số chi tiết, bộ phận của hệ
thống treo với các số liệu đã có.
Đồ án đợc sự hớng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Văn Trà và các
thầy giáo trong bộ môn. Mặc dù đã rất cố gắng nhng chắc chắn đồ án vẫn

mắc một số sai sót do hạn chế về mặt kiến thức cũng nh thời gian thực
hiện. Kính mong các thầy giáo giúp đỡ, chỉ bảo để đồ án đợc hoàn thiện
hơn. Xin chân thành cảm ơn.

GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

-1-

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
Chơng I
Phân tích đặc điểm kết cấu
1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống treo.
1.1.1 Sự cần thiết cần có hệ thống treo
Khi ôtô chuyển động trên đờng không bằng phẳng thờng phát sinh những
dao động dới tác động kích thích của độ mấp mô biên dạng đờng. Dao động
của ôtô ảnh hởng tới con ngời, hàng hoá chuyên chở trên xe, độ bền và tuổi
thọ của các kết cấu ôtô.
Ngoài ra nếu con ngời phải chịu đựng lâu trong tình trạng xe bị rung xóc
nhiều sẽ sinh ra mệt mỏi, giảm hiệu suất công việc, có nguy cơ mắc các bệnh
thần kinh và não. Do vậy việc hạn chế và dập tắt nhanh các dao động của ôtô
là bài toán cần thiết khi thiết kế, hệ thống treo có thể đảm bảo điều đó.
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).
1.1.2 các yêu cầu đối với hệ thống treo.
+ Đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi xe chuyển động.
+ 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.
+ 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
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

-2-

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
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.
1.1.3 Phân tích kết cấu một số hệ thống treo.
- 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.
Phần lớn ô tô sử dụng trong quân đội ta loại 1 cầu và 2 cầu chủ động đều
có hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi nhíp lá (UAZ-469; GAZ-66;
ZIL-131; URAL-375; KRAZ-255; BRDM-2;). Trên hình (1.1) thể hiện
cấu tạo của hệ thống treo trớc loại nhíp nửa e líp của xe GAZ-66.

Hình 1.1: Hệ thống treo trớc ô tô GAZ-66.

GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

-3-

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
Hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi nhíp lá có cấu tạo đơn giản, rẻ
tiền vì các lá nhíp vừa làm nhiệm vụ của phần tử đàn hồi vừa làm nhiệm vụ
của phần tử hớng, đơn giản trong bảo dỡng kỹ thuật, lốp xe sẽ ít bị mòn khi
quay vòng vì chỉ có khung xe nghiêng còn cầu xe không bị nghiêng. Nhợc
điểm của hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp 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 hởng 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), đánh bóng bề mặt các lá nhíp.

- 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.
ở hệ thống treo độc lập thờng sử dụng lò xo trụ hoặc thanh xoắn là phần tử
đàn hồi. Trong quá trình sử dụng không cần phải bôi trơn, không bị bụi bẩn
và có độ bền cao, có khối lợng phần không treo nhỏ, bảo đảm hành trình làm
việc của xe lớn do vậy bảo đảm tạo ra đợc treo mềm hơn. Nhợc điểm chính
của hệ thống treo độc lập là kết cấu dẫn động đến các bánh xe phức tạp, tăng
số lợng khớp nối đồng thời tăng khối lợng công việc chăm sóc bảo dỡng kỹ
thuật, trọng tâm xe thay đổi khi thân xe dao động.
- 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.

GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

-4-

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
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 1.2a: Hệ thống treo cân bằng với phần tử hớng

là các thanh giằ ng cầu.

Hình 1.2b: Hệ thống treo cân bằng sử dụng nhíp để truyền các lực dọc.
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

-5-

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
Khi sử dụng hệ thống treo cân bằng, trong trờng hợp ô tô chuyển động
trên địa hình gồ ghề, các bánh xe có thể bảo đảm luôn tiếp xúc với bề mặt đờng, do vậy mà nâng cao tính năng thông qua cho ô tô. Ngoài ra, hệ thống
treo cân bằng có u điểm là cho phép trục của cầu giữa và cầu sau lệch một
góc khá lớn (khoảng 240) để bảo đảm khả năng bám của các bánh xe với bề
mặt đờng. Hệ thống treo của cầu sau và cầu giữa của các ô tô ZIL-131, URAL375 và KRAZ-255B là hệ thống treo cân bằng trên hai bộ nhíp dọc nửa êlíp. Hệ
treo này bảo đảm sự bằng nhau của các tải trọng thẳng đứng trên cầu giữa và
cầu sau.
Trên (hình 1.3) thể hiện kết cấu hệ thống treo sau cân bằng ở ô tô
URAL-4320, URAL-375. Cấu tạo của chúng tơng tự nh ở ô tô ZIL-131.
Điểm khác chủ yếu là các thanh giằng có các khớp tự điều chỉnh và bôi trơn
bằng mỡ. Các khớp này có bạc đệm dạng nêm, chốt dạng cầu cùng lò xo và
nắp bịt kín. ở xe URAL-375, hạn chế sự dịch chuyển xuống dới nhờ cáp
hành trình trả. Ngoài u điểm về việc bảo đảm khả năng bám của các bánh
xe trên bề mặt đờng khi chuyển động trên địa hình, ở hệ thống treo cân
bằng còn cho phép giảm đợc hành trình chuyển của khung (hoặc vỏ xe) đi
một nửa khi bánh xe này dịch chuyển tơng đối với bánh xe kia (hình 1.3).

GVHD : Nguyễn Văn Trà

Luyến

-6-

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô

Hình 1.3: Hệ thống treo cầu giữa và cầu sau ô tô URAL-4320.
Để bảo đảm khả năng làm việc của treo cần định kỳ một lần trong năm vào
thời điểm chuyển sang mùa đông, tiến hành bôi trơn tất cả các lá nhíp để
chống mòn. Khi đó cần khử tất cả các mỡ cũ và bụi bẩn và cả các vết mòn,
sau đó tiến hành bôi trơn bề mặt làm việc của nhíp bằng mỡ chì.
ổ trục cân bằng cần đợc bôi trơn bằng dầu. Khi tra dầu cần theo dõi
mức dầu đến ngang miệng lỗ. Ngoài việc bôi trơn các vị trí nh giới thiệu ở
trên, trong quá trình sử dụng chú ý nếu lá nhíp gốc thứ nhất mòn quá 1/2
chiều dày thì cần đảo vị trí lá thứ nhất cho lá thứ hai. Trong trờng hợp mẻ
hoặc vỡ lá nhíp thứ nhất ở vị trí mòn thì việc thay đổi vị trí cho lá thứ 3 chỉ
cho phép khi lá nhíp đó có đầu cuối vẫn nằm trong tai nhíp và bảo đảm làm
việc bình thờng của ba lá khi cầu dịch chuyển xuống dới.
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

-7-

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô

1.2. Sự phát triển của các loại hệ thống treo
1.2.1. Khái niệm về treo thụ động
Hệ thống treo thụ động là một hệ thống mà các đặc tính của các thành
phần (nhíp và giảm chấn) là cố định. Các đặc tính này đợc xác định bởi các
nhà thiết kế hệ thống treo, theo mục đích thiết kế và ứng dụng mong muốn.
Thiết kế hệ thống treo thụ động là sự tối u hoá giữa độ ổn định và êm dịu
chuyển động.
Một hệ thống treo với cản lớn (gồm của cả phần tử giảm chấn, phần tử
đàn hồi và lốp xe,... ) sẽ đem lại tính ổn định tốt nhng cũng truyền mạnh các
đầu vào từ đờng lên thân xe. Khi xe chuyển động với tốc độ thấp trên đờng
nhấp nhô hoặc với tốc độ cao trên đờng phẳng nó sẽ nhận đợc chuyển động
xấu. Ngời lái và hành khách có thể cảm thấy khó chịu hoặc gây h hỏng hàng
hoá. Một hệ thống treo với cản nhỏ sẽ mang lại độ êm dịu chuyển động tốt
hơn nhng lại làm giảm đáng kể sự ổn định khi quay vòng hoặc khi vợt dốc....
Một hệ thống treo thụ động đợc thiết kế tốt có thể mở rộng phần nào khả
năng chuyển động và ổn định, nhng không thể loại trừ đợc sự mâu thuẫn này.
Vì những lý do đó mà ngày nay trên các ôtô hiện đại ngời ta thiết kế các hệ
thống treo khác nhau nh đợc trình bày trong các mục dới đây.
1.2.2. Hệ thống treo tích cực
Trong hệ thống treo tích cực, cả giảm chấn và nhíp thụ động đợc thay
thế bằng một bộ kích thích lực.
Bộ kích thích lực có thể cung cấp thêm hoặc tiêu tán bớt năng lợng
cho hệ thống (không giống với giảm chấn thụ động chỉ có thể tiêu tán năng lợng). Với một hệ thống treo tích cực, bộ kích thích lực có thể tác dụng lực
mà không phụ thuộc vào dịch chuyển hoặc vận tốc của khối lợng treo và
không treo. Nhờ vào bộ điều khiển chính xác, các kết quả tối u giữa độ êm
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

-8-

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
dịu chuyển động và độ ổn định thân xe tốt hơn đối với hệ thống treo thụ
động.
1.2.3. Hệ thống treo điều chỉnh
Một hệ thống treo điều chỉnh đợc tổ hợp từ phần tử đàn hồi trong hệ
thống treo thụ động và phần tử giảm chấn với đặc điểm là có thể điều chỉnh
đợc bởi ngời lái. Lái xe có thể dùng thiết bị chọn để đặt mức độ cản dựa trên
cảm giác chủ quan của họ. Hệ thống này có u điểm là nó cho phép ngời lái
điều chỉnh sức cản theo tính chất đờng. Tuy nhiên, ngời lái lại không thể
điều chỉnh hệ thống treo để chống lại các đầu vào nh ổ gà, khi quay vòng
hoặc các loại đầu vào đờng khác nói chung.
1.2.4. Các hệ thống treo bán tích cực
Các hệ thống treo bán tích cực đợc đề cập lần đầu tiên vào đầu những
năm 70. Trong loại hệ thống này, phần tử đàn hồi truyền thống đợc giữ lại,
nhng phần tử giảm chấn đợc thay thế bằng giảm chấn điều khiển. Trong khi
hệ thống treo tích cực yêu cầu một nguồn năng lợng ngoài nhằm cung cấp
các kích thích để điều khiển xe, thì hệ thống treo bán tích cực chỉ dùng năng
lợng ngoài để điều chỉnh các mức độ cản, và làm cho bộ điều khiển ghi cùng
các cảm biến làm việc. Bộ điều khiển xác định mức độ cản và tự động điều
chỉnh để thu đợc cản đó (cản thích hợp). Một trong những cách thức điều
khiển bán tích cực chung nhất là điều khiển kiểu móc treo. Về mặt toán học,
điều khiển móc treo đợc biểu diễn nh sau:
Nếu X 1 ( X 1 X 2 ) 0 thì C := cản cao; còn nếu: X 1 ( X 1 X 2 ) < 0 thì C := cản
thấp
Trong các bất phơng trình trên, X 1 là vận tốc của khối lợng treo còn
X 2 là vận tốc của khối lợng không treo. Loại điều khiển móc treo này gọi là

điều khiển on-off vì giảm chấn chuyển về một trong hai trạng thái cản mà nó
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

-9-

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
có thể có. Khi khối lợng treo chuyển động đi lên và khối lợng treo với không
treo lại tiến đến gần nhau thì hệ số cản lý tởng phải bằng không. Do các giới
hạn vật lý của giảm chấn thực, hệ số cản bằng không là không thực hiện đợc
nên ngời ta dùng hệ số cản rất thấp. Khi khối lợng treo chuyển động xuống
dới còn hai khối lợng tiến lại gần nhau, cách hoạt động của điều khiển móc
treo là cần phải sinh ra một hệ số cản lớn vô cùng. Một hệ số cản lớn vô cùng
thì không thể đạt tới đợc, do đó trong thực tế hệ số cản điều chỉnh đợc đặt ở
mức cao nhất. Tác dụng của sơ đồ điều khiển móc treo là để giảm đến mức
thấp nhất vận tốc tuyệt đối của khối lợng treo.
Cũng có thể điều khiển nhờ loại giảm chấn không chỉ chuyển giữa trạng
thái cao và thấp mà còn có vô số điểm nằm giữa hai mức đó. Loại hệ thống
này đợc gọi là hệ thống bán tích cực thay đổi liên tục. Trong trờng hợp giảm
chấn điều khiển trong hệ thống treo bán tích cực bị hỏng thì nó sẽ trở về
giảm chấn thờng một cách dễ dàng. Các hệ thống treo bán tích cực không chỉ
có ít dạng h hỏng nguy hiểm mà còn ít phức tạp, ít xẩy ra các h hỏng cơ khí
và yêu cầu năng lợng nhỏ hơn nhiều so với các hệ thống treo tích cực. Vì
vậy, loại hệ thống treo này sẽ là xu hớng phát triển tất yếu trong tơng lai.
3) Chọn phơng 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 sau cho ô tô vận tải hạng nặng và có

tham khảo xe URAL-4320 tác giả chọn phơng án thiết kế nh sau:
+ Hệ thống treo của xe thiết kế là loại hệ thống treo cân bằng.
+ Phần tử đàn hồi là nhíp lá, phần tử hớng là những thanh giằng.

Chơng ii
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

- 10 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô

Tính toán thiết kế hệ thống treo
Các thông số ban đầu
stt
1
2
3
4
5

6
7
8

Thông số
Công thức bánh xe

Trọng lợng ôtô khi không tải
Trọng lợng toàn bộ
Trọng lợng phần không treo
Trọng lợng phần treo(khi ôtô đầy tải)

Đơn vị
Kg
Kg
Kg
Kg

Trị số
6x6
8020
13425
3585
9840

-Phân bố lên cầu trớc

Kg

3782

-Phân bố lên cầu sau
Chiều dài cơ sở của xe
Khoảng sáng gầm xe
Độ cứng của lốp sau

Kg

m
m
N/mm

6058
5.255
0.4
800

2.1. Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo:
2.1.1. Xác định hệ số phân bố khối lợng phần treo:
y =

Jy
M .a.b

(1)

Trong đó:
M
- Khối lợng phần treo ô tô, M = 9840 (kg)
a
- Khoảng cách từ trọng tâm phần treo đến tâm bánh xe cầu trớc,
cầu sau; Ta có: a=3,235 (m), b=2,02 (m)
Jy
- Mômen quán tính khối lợng của phần treo đối với trục ngang
đi qua trọng tâm phần treo.
Ta có công thức tính: Jy =A.M.L2
Với:
A - Hệ số kinh nghiệm, lấy A = 0,22

L - Chiều dài cơ sở ô tô, L=5,255 (m)
Thay vào công thức (1), ta có:
y =

A.L2 0,22.4,925 2
=
= 0,816
a.b
3,235.2,02

Ta thấy y = 0,816, nằm trong khoảng 0,8 ữ 1,2 nên theo [1], ta có thể
coi phần trớc và phần sau xe dao động độc lập với nhau.
Khối lợng phần treo phân bố lên cầu trớc và cấu sau tính nh sau:
b
L

M1=M. = 9840.
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

2,02
=3782 ( kg)
5,255

- 11 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô

a
L

M2= M. = 9840.

3,235
=6058 (kg)
5,255

2.1.2 Xác định độ cứng của treo.
Ct =

M 2
.
2

- M: khối lợng phần treo của ô tô (N.s2/m).
- : 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:
chọn : =10 ữ15(rad / s)
Ct =

M 2 9840
. =
.12,25 2 = 738307,5( N / m)
2
2

2.1.3 xác định hành trình tĩnh của bánh xe .
ft =

g
2

Trong đó : - ft: hành trình tĩnh của bánh xe (m).
- : tần số dao động riêng. = 12,21 (rad/s).
- g: gia tốc trọng trờng. g = 9,81 (m/s2).
Thay số ta đợc f t =

9,81

(11,21) 2

= 0,078(m) = 78(mm) .

2.1.4. xác định hành trình động của bánh xe.
fđ = ft.(1ữ1,5)
Chọn

(theo [3])

fđ=fđ1=fđ2 =1,2.ft = 0,093 (m)= 93(mm).

2.1.5 Kiểm tra hành trình động của bánh xe theo điều kiện bảo đảm khoảng
sáng gầm xe nhỏ nhất.
f d min

: 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).
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

- 12 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
min 0,1 ữ 0,15( m).

(theo [3])

min = 400 93 = 307(mm) = 0,307(m)

Thỏa mãn điều kiện khoảng sáng gầm xe nhỏ nhất.
2.1.6. Kiểm tra hành trình động của bánh xe theo điều kiện không xảy ra va
đập giữa phần treo trớc và phần không treo trớc khi phanh cấp tốc.
fđ ft . max .

hg
b

Trong đó: - max: hệ số bám lớn nhất của bánh xe với mặt đờng; max = 0,8
- hg: chiều cao trọng tâm của ô tô hg = 1,35 (m)
-b: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến trục cân bằng b = 2,02 (m)
fđ1 = 78,9 ft1 max
fđ1 = 93 78 . 0,8 .

hg
b
1350
2020

fđ1 = 93 > 41,7 => Thỏa mãn điều kiện
2.1.7. xác định hệ số dập tắt dao động của khối lợng phần treo.
h0 = .

Trong đó: + h0: 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).
2.2. Tính toán thiết kế các bộ phận của hệ thống treo
2.2.1. 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.
l = (0,30 ữ 0,35).L

trong đó: l- chiều dài của bộ nhíp.
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

- 13 -

HVTH : Vũ Đức

Đồ án kết cấu tính toán ôtô
L- chiều dài cơ sở của ô tô L=5,255(m).
l = ( 0,30 ữ 0,35).4,925 = 1,5765 ữ 1,839( m )

chọn l =1,6 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:
l' =

1
1
l = .1,6 = 0,8 m
2
2

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 .[ ] . l '
h= .
3 E. f '

trong đó: - hệ số biến dạng kể đến sự sai khác của hình dạng bộ nhíp
so với dầm chống uốn đều( = 1,25 ữ 1,45 ). chọn = 1,35

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

[ ] = 850 ữ 900 ( MPa ) = ( 8500 ữ 9000 )

KG
2ữ
cm

E mô đuyn đàn hồi E = 2.105 ( MPa ) = 2.106 ( KG / cm 2 )
f ' - tổng biến dạng của nhíp tơng ứng với tổng hành trình

dịch chuyển của bánh xe.
f ' = f d' + f t '

trong đó : f t ' , f d' - 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 ft ' = ft ; f d' = f d ; f ' = f
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

- 14 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
f = f t + f d = 78 + 93 = 171 (mm)

Chiều dầy lá nhíp :

2 1,35.8800.80 2
h= .
= 0,98 (cm)
3 3.10 6.17,1

c) Xác định chiều rộng của lá nhíp
b=

6. p max l '2
.
[ ] l.z.h 2

trong đó: z- số lợng lá nhíp trong bộ. Đối với ô tô vận tải z = 9 ữ 16
p max- tải trọng lớn nhất tác dụng lên lá nhíp. Khi coi đờng đặc
tính của nhíp là tuyến tính.
p max = pt1 .

f t1' + f d'1
f t1'

pt - Tải trọng tĩnh tác dụng lên nhíp.

Trờng hợp đơn giản nhất : ptl = Gk =

M 1 4035,89
=
= 2017,9 (Kg )
2

2

Trọng lợng phân bố lên bánh xe khi ô tô chứa đầy tải.
Chọn z = 15 lá.
p max = 2017,9.
b=

78 + 93
= 4,423.10 3 (Kg/cm2)
78

6.4,423.10 3
80 2
.
= 7,8 (cm)
8800
160.15.0,98 2

Chọn b=8( cm)
Chọn lá nhíp chính: -Số lợng: 2
-Chiều dày: h=0,98 (cm)
-chiều rộng: b=8( cm)
Các lá nhíp còn lại : -Chiều dày: h=0,9 (cm)
-chiều rộng: b=8( cm)
*Tính toán độ cứng của cả bộ nhíp
Thông số của các lá nhíp:
Loại
nhíp

Bề rộng

b(cm)

GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

Chiều dày
h(cm)

b.h 3
Mô men quán tính J=
(cm4)
12

- 15 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
1-2
3-16

8
8

0,98
0,9

0,6274
0,486

Kết quả tính toán
Stt

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

lk
(cm)

ak+1=l1lk+1

80
80
72
64.5

60
56
51
46
42
39
35
30
25
20
15
0

Jk
(cm4)

0
8
15.5
20
24
29
34
38
41
45
50
55
60
65

80

1
Yk=
Jk

0.6274
1.2548
1.7408
2.2268
2.7128
3.1988
3.6848
4.1708
4.6568
5.1428
5.6288
6.1148
6.6008
7.0868
7.5728
8.0588

(1/cm4)
1.59388
0.79694
0.574449
0.449075
0.368623
0.312617

0.271385
0.239762
0.21474
0.194447
0.177658
0.163538
0.151497
0.141107
0.132052
0.124088

Yk-Yk+1
(1/cm4)

(ak+1)3
(cm3)

0.79694
0
0.222491 1520.875
0.125374 3723.875
0.080452
8000
0.056006
13824
0.041232
24389
0.031623
39304
0.025022

54872
0.020293
68921
0.016789
91125
0.01412 125000
0.012041 166375
0.010389 216000
0.009056 274625
0.007964 512000
0.124088

(ak+1) 3.( YkYk+1)
(1/cm)
0
338.3813
466.8757
643.6166
774.2213
1005.609
1242.91
1373.03
1398.623
1529.883
1765.014
2003.298
2244.105
2486.965
4077.363

12

3
Ta có: a k +1 .( Yk - Yk +1 ) = 21125,4
1

c = 0.85.

6.E.981
12

a

3
k +1

.(Yk Yk +1 )

= 710484

(kg/s2)

1

Sai số: =

c ct 738307 710474
=
= 0,037 =3,7%
ct

738307

2.2.2 Tính toán thiết kế bộ phận hớng
Bộ phận hớng là những thanh giằng để đảm bảo truyền tốt lực dọc ta
chọn số thanh giằng là 4 thanh liên kết cầu xe với trục cân bằng.

GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

- 16 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô

Lực tác dụng lên thanh giằng trên xác định theo công thức sau:
Ri =

2.Pi (rk m)
m+n

Lực tác dụng lên thanh giằng dới xác định theo công thức :
( rk + n)(0,5 n) e

c
(m + n)C

Ti = 2 Pi
Trong đó :

Ri Lực tác dụng lên thanh giằng trên của cầu thứ i
Ti Lực tác dụng lên thanh giằng dới của cầu thứ i
Trong công thức tính Ti dấu ở phía trên là đối với thanh giằng chịu tải ít hơn
Pi Lực tác dụng lên một bánh xe ở cầu thứ i
m,n Các cánh tay đòn của thanh giằng dới và thanh giằng trên
rk Bán kính tính toán của bánh xe
c Khoảng cách giữa 2 thanh giằng dới.
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

- 17 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
e Khoảng cách từ thanh giằng trên đến mặt phảng đối xứng dọc xe
Giả thiết rằng lực tác dụng lên 4 bánh xe ở cầu sau là nh nhau ta có :
+ Pi = .Zi

với Zi là phản lực từ mặt đờng tác dụng lên bánh ở cầu thứ i

cũng bằng lực từ bánh tác dụng xuống nền đờng ; là hệ số bám = 0,8
Zi = M2*9,81/4 = 15851,48 (N)

vậy

Pi = 0,8*15851,48 = 12681,2 (N)

+ rk = R. với - hệ số biến dạng lốp = 0,94; R = 0,55 (m)
Vậy rk = 0,517 (m)
+ Chọn m=0,08 (m) n = 0,16(m) ; c = 0,15 (m) ; e = 0,75 (m)
Từ đó ta có R2 = 46180,7 (N)
T2 = 311811 (N)
Ta chọn các thanh có chiều dài và tiết diện tròn nh nhau vì vậy ta chỉ tính
bền cho thanh chịu tải lớn hơn.Coi nh các thanh giằng chỉ chịu kéo nén điều
kiện bền của các thanh:
max =

R
R2
[ ] F 2
[ ]
F

Chọn vật liệu là thép CT3 có [] = 14kN/cm2
Tiết diện của thanh phải thoả mãn
F

311811
= 22,27 (cm2)
14.10 3

Với F = R2 nên R 2,66 hay d 5,32 chọn d = 6 (cm)
2. Khảo sát dao động.
2.1. Mô hình động lực học.
Ta sử dụng các ký hiệu ở trên cùng với những ký hiệu sau đây trong
suốt quá trình tính toán:
GVHD : Nguyễn Văn Trà

Luyến

- 18 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
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.

Hình 2.1: Mô hình dao động
2.2. khảo 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 q0=30 (mm).
- Bớc sóng mặt đờng là hằng số S = 4000 (mm).
2.2.1. Thiết lập hệ phơng trình vi phân.
ở mô hình này tác giả chọn phơng pháp lập hệ phơng trình vi phân
bằng phơng trình Lagrange loại II.
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

- 19 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
Phơng trình Lagrange loại II đợc mô tả nh sau:
E p
E
E
d E k
(
) k + n +
= Fi
dt q i
qi
qi
q i

(2.1)

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

Ek- động năng của hệ.
En- thế năng của hệ.
Ep-năng lợng khuếch tán của hệ.
Fi- lực suy rộng tác dụng theo phơng của toạ độ qi.
Xuất phát từ phơng trình trên ta lần lợt tính các thành phần:
- Động năng của hệ:

1
E k = .( M .z 2 + m. 2 )
2

(2.2)

- Thế năng của hệ đợc xác định từ vị trí cân bằng tĩnh, bằng số gia thế
năng của tất cả các phần tử:
1
E n = .(C p1 .2p1 + C L1 .2L1 )
2

(2.3)

- Năng lợng khuếch tán của cơ hệ sẽ là:
1
E p = .( K1 . 2p1 + K L1 . 2L1 )
2

(2.4)

trong đó:
Cp- hệ số cứng của treo cân bằng.
CL- hệ số cứng của lốp.
K, KL- hệ số cản giảm chấn của treo và của lốp ở cầu trớc.
p , p , L , L - biến dạng và vận tốc biến dạng của treo và của lốp xe t-

ơng ứng ở cầu sau.

GVHD : Nguyễn Văn Trà

Luyến

- 20 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
qi , q i - chiều cao mấp mô mặt đờng và đạo hàm của nó ở điểm tiếp

xúc với bánh xe cầu sau.
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.
p = z ;
p = z ;

(2.5)

L = q ;
L = q ;

Sau khi thay (2.5) vào (2.4) và (2.3), chúng ta nhận đợc:
1
1
E n = .C P .( z ) 2 + .C L .( q ) 2
2
2

(2.6)

1
1
E p = .K .( z ) 2 + .K L .( q ) 2
2
2

Lấy đạo hàm của các biểu thức (2.2), (2.6) theo toạ độ suy rộng, theo
vận tốc suy rộng và theo thời gian nh phơng trình (2.1) đã chỉ ra, ta đợc các
biểu thức nh sau:
d E k
(
) = M .z ;
dt z

d E k
(
) = M . ;
dt

E n
= C p .( z ) + Cl .( q ) ;


E p
z

E k E k
E n
=
= 0;

= C p .( z )
z

z


= K .( z ) ;

E p


.

= K .( z ) K l .( q )

Sau khi thay các giá trị nhận đợc ở trên vào phơng trình (2.1) ta đợc hệ
phơng trình vi phân sau:






(2.7)

M . z + K . z + C p .z K . C p . = 0

m. + ( K + K l ). + (C p + Cl ). K . z C p .z = K l . q + Cl .q

GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

- 21 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
2.4. Xây dựng đặc tính tần số biên độ
Để xây dựng các đặc tính tần số biên độ của các lợng ra, ta dùng
toán tử Laplace, đa các ẩn của hệ phơng trình vi phân về dạng hàm
ảnh và biến đổi tiếp để đa hệ phơng trình vi phân về dạng hệ phơng
trình đại số có các ẩn là hàm truyền, sau đó giải hệ phơng trình đại
số để tìm các hàm truyền Laplace. Hàm truyền tần số nhận đợc
bằng cách thay p trong hàm truyền Laplace bằng j. - với là tần
số kích thích. Sau khi đã có các hàm truyền tần số, ta xây dựng các
đặc tính tần số biên độ.
áp dụng vào (2.7) tức là dùng biến đổi Laplace để đa hệ phơng trình
vi phân về dạng hệ phơng trình có ẩn là các hàm ảnh, ta đợc:

[M . p

[m. p

2

2

]

[

]

+ K . p + C p .Z ( p ) K . p + C p . ( p ) = 0

]

[

]

+ ( K + K l ). p + (C p + Cl ) . ( p ) K . p + C p .Z ( p ) = [ K l . p + Cl ].q ( p )

Chúng ta sử dụng các ký hiệu sau:
=

(K + Kl )
M
K
; nZ = ; n =
m
M

m

hz =

K
;
M

z2 =

CP
;
M

n01 =

; z2 =

Kl
;
m

Cp
M

012 =

; 2 =
Cl
m

(C p + Cl )
m

;

;

(p2 + nz.p + z2).Z(p)- (hz.p + z2).(p) = 0.

(2.9)

(p2 + n.p + 2).(p) - (hz.p + z2 ).. Z(p) = (n01.p+012).q(p).
Thông thờng thì lực cản của lốp (đợc thể hiện thông qua các hệ số n 01)
có giá trị nhỏ nên có thể bỏ qua:
Nếu đặt các hệ số nh sau:
a11= (p2 + nz.p + z2);
a12 = - (hz1 + z12) ;
a21 = (p2 + n.p + 2) ;
a22= (hz2.p + z22 ).2;
Thì hệ phơng trình (2.9) sẽ đợc viết lại:
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

- 22 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô

a11.Z(p)

+

a12.(p)

=

0

(2.10)
a21.Z(p) + a22.(p) = 012. q(p)
Lấy 2 vế của các phơng trình của hệ (2.10) chia cho q(p), ta đợc hệ phơng trình có ẩn là các hàm truyền:
a11.Wz(p)

+

a12.W(p)

=

0

(2.11)
a21.Wz(p) + a22.W(p) = 012
Viết dới dạng ma trận hệ phơng trình trên:
a11 a12

Wz(p) 0

x W (p) = 2
01
a21 a22

(2.12)

Nh đã nói ở trên ta chọn kích động động học có dạng hàm điều hòa:
q = q0.sin(t);
Sau khi giải ra các hàm truyền chuyển dịch, ta có thể tìm các hàm truyền
vận tốc, gia tốc hoặc các hàm truyền của lực động tác dụng xuống nền đờng,
Hàm truyền từ mặt đờng đối với gia tốc khối lợng treo:
WZ ( p) =

z( p ) p 2 .z ( p)
=
= p 2 .WZ ( p)
q( p)
q( p)

(2.9)

Hàm truyền từ mặt đờng đối với biến dạng nhíp:
WZtd ( p ) =

Z td ( p ) z ( p ) ( p )
=
= WZ ( p) W ( p )
q( p )
q( p)

GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

- 23 -

(2.10)

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
Hàm truyền từ mặt đờng đối với lực động tác dụng xuống nền đờng:
( p)
WFd ( p ) = CL . 1
= CL . 1 W ( p )
q( p)

(2.11)

Để nhận đợc các hàm truyền tần số (hay còn gọi là hàm truyền
Fourier) ta thay p = j. trong các hàm truyền Laplace đã tìm đợc ở trên. Các
hàm truyền Fourier có dạng phức nh sau:
Wz = C1+j.D1;
W = C2+j.D2 ;
2.3.3.2. Các kết quả tính toán dao động
1

1
2
3

3

2

Tài liệu tham khảo
GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

- 24 -

HVTH : Vũ Đức


Đồ án kết cấu tính toán ôtô
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]

Hớng dẫn thiết kế môn học KCTT ô tô quân sự
- Nguyễn Phúc Hiểu HVKTQS 1986
Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo ( tập 2 )
- Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên
NXB Đại học và trung học CN 1971
Lý thuyết ô tô quân sự
- Nguyễn Phúc Hiểu, Vũ Đức Lập

HVKTQS 2002
Dao động ôtô
- Vũ Đức Lập
HVKTQS 1994
Cấu tạo ô tô quân sự (tập hai)
- Vũ Đức Lập, Phạm Đình Vy
HVKTQS 1995
Tập hình vẽ cấu tạo ô tô quân sự
- Vũ Đức Lập, Phạm Đình Vy
HVKTQS 1996
Lý thuyết ô tô máy kéo
- D Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái
NXB Khoa học và kỹ thuật

GVHD : Nguyễn Văn Trà
Luyến

- 25 -

HVTH : Vũ Đức