Tổng quan về các dạng kết cấu treo của động cơ trên khung xe

Chơng 1
Tổng quan về các dạng kết cấu treo của động cơ trên
Khung xe
1.1 Các dạng bố tri chung của động cơ trên các gối đàn hồi
1.1.1. Nhiệm vụ của gối treo đàn hồi
Nh chúng ta đã biết, sự lựa chọn các dạng gối treo là đặc biệt quan trọng
với phần treo của tổng thành lực ( Tổng thành của động cơ, ly hợp, hộp số), làm
giảm một cách có hiệu quả các lực va đập khi ôtô chạy trên đờng mấp mô và dập
tắt hoàn toàn mô men phản lực xuất hiện khi động cơ làm việc, ngay cả ở trên các
động cơ có tính cân bằng tốt nhng trong quá trình làm việc vẫn có hiện tợng rung
xảy ra, làm giảm tuổi thọ của các chi tiết trong động cơ. Việc nghiên cứu giảm
thiểu các khả năng gây ra sự rung động cho động cơ, trong quá trình làm việc ít
rung ồn nhất và có độ tin cậy cao, cũng nh tính toán tối u của động cơ đặt trên các
gối treo, luôn luôn đợc đặt ra đối với các nhà chế tạo và sản xuất ôtô. Từ lâu vấn đề
về nghiên cứu giảm rung của động cơ tới các gối treo đã và đang đợc các nhà thiết
kế rất quan tâm nghiên cứu nhằm giảm sự rung động gây ra những ảnh hởng xấu
khi động cơ làm việc, mặt khác rung động của động cơ trên gối treo cũng có thể
gây ra rất nhiều h hỏng cho bản thân động cơ đốt trong nói riêng và thiết bị động
lực có trang bị động cơ đốt trong nói chung. Chính vì vậy việc nghiên cứu nhằm
giảm sự truyền rung từ động cơ đốt trong lên bệ máy là rất cần thiết.
1.1.2. Các yêu cầu của gối treo đàn hồi:
Khi lựa chọn bố trí gối treo đàn hồi, thì độ cứng của các gối tựa cần phải tr-
ớc hết căn cứ vào các giá trị tần số riêng, và các tần số đó cần thiết phải đợc xác
định trớc đối với một thiết bị động lực cụ thể thờng là điều đã nói ở trên, các quan
hệ, các tỷ số giữa tần số cỡng bức và tần số riêng của các thiết bị động lực càng
5
lớn, khi dao động của thiết bị động lực và ôtô càng nhỏ điều rất quan trọng là để
tần số các dao động riêng của các bộ phận riêng rẽ và của thiết bị động lực của ôtô,
không trùng với nhau số liệu so sánh có tính chất tơng đối, các tần số riêng (Tính
theo Hz) của các phần cơ bản và của các thiết bị động lực của ôtô đợc giới thiệu ở
dới:

- Ôtô trên hệ thống treo : 1- 2
- Ghế ngồi cùng ngời lái HTT : 1,3 - 3
- Ca bin : 3 - 8
- Khối lợng không đợc theo ôtô : 5 -13
- Thiết bị động lực trên HTT : 5 - 30
- Dao động uốn và xoắn của khung xe : 15 -30
- Dao động uốn và xoắn của thiết bị động lực : 80 -200
- Dao động uốn và xoắn của HTTL : 60 - 150
- Dao động của lốp : 50 - 200
- Ca bin và thùng xe : ( >50 )
Sau khi lựa chọn các tần số dao động riêng của thiết bị động lực của ôtô, cần
phải kiểm tra sự thoả mãn các yêu cầu khác đợc để ra đôi với hệ thống treo của các
thiết bị động lực của ôtô. Các gối treo cần phải đảm bảo mức độ dao động của thiết
bị động lực của ôtô, nhỏ khi chịu tác động của các yếu tố kích thích không đối, các
yếu tố này đợc phát sinh do sự làm việc của động cơ (Mô men hơi nghiêng, các mô
men do các lực không cân bằng , lục quán tính); hạn chế sự chuyển vị của thiết bị
động lực của ôtô, khi chịu tác động của các yểu tố kích thích nh (Mô men phản
lực cực đại, các lực chiều trục từ hệ thống truyền lực) các lực quán tính đợc phát
sinh khi khởi hành, khi phanh, khi quay vòng xe, các lực kích động do mấp mô của
mặt đờng; giảm các tải trọng động và giảm sự rung động truyền lên sắt xi ôtô
6
(Khung ôtô). Đảm bảo giảm thiểu liên hệ giữa các giao động của thiết bị động lực
của ôtô vv ... khi đó ở các phân tố cao su của gối treo không phát sinh ứng suất lớn.
Nêu các tần số dao động uốn của các thiết bị động lực của ôtô, trùng với
vùng các tác động kích thích, sơ đồ gối treo cần phải đợc lựa chọn sao cho các gối
tựa đợc phân bố ở các bộ phận của các dao động mà ở đó mà sự truyền rung động
tới khung xe là nhỏ nhất.
Độ cứng của gối treo theo phơng thẳng đứng cần phải sao cho tần số dao
động riêng của thiết bị động lực của ôtô theo phơng nay, không trùng với tần số
dao động của khối lợng không đợc treo của ôtô và không phát sinh các dao động

cộng hởng theo phờng thẳng đứng. Các tính toán đã chỉ ra rằng ở các ôtô vân tải
tần số dao động riêng của thiết bị động lực của ôtô theo phơng thẳng đứng gần hơn
với tần số dao động riêng của các khối lợng không đợc treo so với ôtô du lịch.
Độ cứng của gối treo theo các phơng dọc và phơng ngang cần phải đảm bảo
sao cho sự chuyển dịch của thiết bị động lực của ôtô khi xe chuyển động. Các thực
nghiệm đã chỉ ra rằng sự chuyển dịch của các thiết bị động lực của ôtô lớn hơn cả
là theo phơng ngang, khi quay vòng ngoặt và theo phơng dọc khi khởi hành và
phanh ôtô cũng nh khi có tác động của các lực chiếu trục từ phía chuyển động các
động có thể thừa nhận rằng chuyển dịch dọc và ngang lớn hơn cả của thiết bị động
lực của ôtô cần phải không lớn hơn (5 - 7 mm). Lực quán tính tác dụng lên thiết bị
động lực của ôtô, khi phanh ngặt tỷ lệ thuận với hệ số bám của lốp với mặt đờng.
Hệ số bám lớn nhất của ôtô trên đờng bê tông Khô khoảng từ ( 0.6 - 0.8 ) do vậy
lực quán tính cực đại khi phanh đợc tính theo công thức sau.
P
PM
= (0,6 - 0,8 ). mg
Các lực chiếu trục đợc tiếp nhận bởi gối treo của thiết bị động lực phát sinh
khi có sự thay đổi chiều dài trục các đăng. Do hậu quả của độ võng các treo của
ôtô. Lực ma sát (T
0
> 0) hớng theo chiều dọc trục các đăng, không phụ thuộc vào
7
sự chuyển dịch tơng đối của các phân tử ghép nối then hoa mà đợc xác định bởi
mô men.
M
KB
đợc truyền bởi trục, bởi hệ số ma sát
à
và bán kính trung bình của
khớp nối then hoa.

T
o
=
KB
M
r
.
à
Có thể thừa nhận rằng ở các điều kiện tiêu chuẩn hệ số ma sát
à
không lớn
hơn (0.15) ở các trơng hợp mối ghép then hoa bị kẹt nó có thể có giá trị lớn từ (0.4
- 0.45). Các tính toán và các thử nghiệm đã chỉ ra rằng lực chiếu trục ở các ôtô vặn
tải có thể đạt giá trị hàng tấn, nếu các lực chiếu trục tác dụng lên thiết bị động lực
của ôtô, là lớn thì đặc tính độ cứng dọc của treo cần phải là không tuyến tính,
không ít trờng hợp tất cả các yêu cầu đợc đặt ra đối với hệ thống treo của thiết bị
động lực của ôtô đợc thực hiên không đạt yêu cầu xẽ dẫn tới sự h hỏng của ôtô.
1.1.3. Các loại gối treo đàn hồi:
Dựa vào hai loại vật liệu chế tạo kể trên ngời ta phân các bộ giảm chấn
thành hai nhóm chính: bộ giảm chấn dùng đệm đàn hồi bằng kim loại và bộ giảm
chấn dùng đệm đàn hồi bằng cao su.
a. Bộ giảm chấn bằng kim loại theo kết cấu của đệm đàn hồi có thể
chia thành các loại chính sau:
+ Loại lò xo
+ Loại lò xo- cao su
+ Loại lò xo-chất dẻo
+ Loại nhíp
+ Loại bện bằng dây kim loại.
8
Bộ giảm chấn bằng lò xo có thể là lò xo hình trụ hay hình nón. Để khử

dao động cộng hởng, thờng dùng thêm đệm cao su hay chất dẻo kết hợp với kim
loại.
Loại giảm chấn lò xo giữ đợc tính chất đàn hồi lâu dài và không chịu tác
động của dầu, nhiệt độ và độ ẩm. Tuy vậy loại giảm chấn bằng lò xo có ma sát
trong rất nhỏ và khả năng cách âm lại kém ở các tần số cao và tần số trung bình.
Lò xo chỉ giảm rung tốt với tần số nhỏ hơn hoặc bằng 200Hz, ở tần số lớn hơn
rung động chẳng những không giảm mà còn có thể tăng. Cho nên trong các bộ
giảm chấn bằng lò xo thờng có thêm cơ cấu làm tăng khả năng giảm rung và ma
sát. Với mục đích ấy dới lò xo của bộ giảm chấn đôi khi có đặt thêm đệm bằng cao
su cứng có độ dày không lớn để tăng ma sát trong của bộ giảm chấn lò xo.
Các đệm đàn hồi bằng kim loại có thể xếp thành nhiều lớp nh dạng nhíp,
đèn xếp, tổ hợp lò xo hoặc xếp thành nhiều lớp mỏng.
Để giảm rung cho các động cơ nhỏ có thể dùng bộ giảm xóc một vòng lò
xo nh (hình 1.2) (tải trọng định mức một bộ lên đến 300N).
9
Hình 12 Bộ giảm xóc một vòng lò xo
1- Lò xo; 2- Nắp chụp giảm xóc bằng cao su; 3- Vấu tựa của động
cơ;
4- Bệ máy
Thành phần đàn hồi của loại giảm xóc bằng kim loại có đặc điểm là thay
đổi kích thớc dới tác dụng của ngoại lực và phục hồi lại sau khi lực ngừng tác
dụng.
Thành phần đàn hồi thờng dùng trong bộ giảm xóc bằng kim loại là lò xo
(hình trụ, hình nón, hình lăng trụ, hình trống và các dạng khác). Lò xo đợc chế tạo
bằng thép lò xo cán hay dây kim loại. Đối với những động cơ thờng làm việc ở
điều kiện có độ ẩm lớn, lò xo nên làm bằng thép hợp kim không gỉ, chế tạo theo
phơng pháp quấn nguội.
Sau khi quấn, lò xo đợc đa vào nhiệt luyện (ram) - nung nóng lò xo trong
lò điện đến nhiệt độ 4500 C, giữ ở nhiệt độ này 20-30 phút và sau đó làm biến
dạng d của lò xo. Sau khi nhiệt luyện lò xo, tiến hành đánh bóng để tăng khả năng

chống ăn mòn. Kết cấu của một số loại giảm xóc bằng kim loại giới thiệu trên các
hình vẽ sau:
10
Hình 1.3 Bộ giảm xóc dùng lò xo hình trụ
1- Lớp đệm đàn hồi bằng cao su; 2- ống lót bằng cao su; 3- Thân;
4- Đai ốc hãm; 5- Đai ốc để xiết sơ bộ; 6- ống đỡ; 7- Vòng cao su; 8- Vòng
kim loại; 9- Bulông; 10- Lò xo hình trụ; 11- Đệm lò xo; 12- Đế.
b. Bộ giảm chấn bằng cao su kim loại có thể chia thành các nhóm chính sau:
+ Loại hai tấm
+ Loại có tấm trung gian
11
Hình 1.4 Loại đệm cao su vỏ kim loại
Hình 1.5 Bộ giảm xóc có cơ cấu cản bằng lực
ma sát
Hình 1.6 Bộ giảm xóc có gối đỡ
1- Bệ tựa đàn hồi trên; 2- Gối trụ chịu tải trọng; 3- Bệ tựa đàn hồi khi quá tải
tải;
4- Lò xo phụ
+ Loại ổ bọc
+ Loại ống đệm
u điểm chính của loại giảm chấn bằng cao su - kim loại là có ma sát trong
lớn, đó là đặc tính quan trọng để dập tắt dao động cộng hởng. Ngoài ra bộ giảm
chấn loại này có khả năng cách âm tốt trong tất cả các dải âm tần.
Nhợc điểm của bộ giảm chấn bằng cao su-kim loại là cao su dễ bị lão hoá
(tính chất đàn hồi mất dần theo thời gian) và dễ bị h hỏng do tác động của các sản
phẩm dầu mỏ và nhiệt độ cao (chỉ thích ứng với nhiệt độ dới 70-750C). Ngày nay
với các bộ giảm chấn bằng cao su, ngời ta chỉ sử dụng loại giảm chấn có đệm đàn
hồi làm việc ở trạng thái chịu nén.
Các loại giảm chấn ở trên (trừ loại hai tấm) bảo đảm vị trí ổn định của
động cơ khi khối cao su bị phá huỷ. Tất cả các bộ phận của giảm chấn đợc nối với

động cơ và với bệ nhờ các tấm kim loại, mà đợc ngăn cách với nhau bằng một tấm
cao su (lu hoá với tấm kim loại này) và đảm bảo mối quan hệ đàn hồi giữa động cơ
và bệ.
Bộ giảm xóc loại hai tấm có kết cấu rất đơn giản. Nó gồm tấm trên đợc
liên kết với động cơ, tấm dới với bệ, giữa hai tấm này đặt một đệm cao su. Bộ giảm
xóc dùng tấm đệm cao su có thể đặt nằm ngang (hình 1.7), đặt nghiêng (hình 1.8),
hay đặt thành góc (hình 1.9). Khi đặt nghiêng và đặt thành góc, khối cao su có khả
năng giảm rung lớn hơn so với đặt nằm ngang, vì độ cứng của cao su giảm do sự
chuyển tải trọng từ trạng thái nén sang trạng thái trợt. Tuỳ theo kích thớc của nó bộ
giảm chấn loại hai tấm có thể chịu tải trọng định mức từ vài chục kilôgam đến vài
tấn.
12
Hình 1.7 Bộ giảm xóc loại hai tấm với khối cao su đặt nằm
ngang
Hình 1.8 Bộ giảm xóc loại hai tấm với khối cao su đặt nghiêng
Bộ giảm chấn có tấm trung gian có hiệu quả tốt hơn so với bộ giảm xóc
loại hai tấm đặt ngang, do cao su cũng làm việc theo trạng thái trợt. Ngoài ra khi
phân chia khối cao su bằng một tấm kim loại trung gian có thể tăng thêm khả năng
phản xạ sóng rung lên bề mặt phân chia tấm kim loại với cao su. Bộ giảm xóc có
tấm trung gian có thể chịu tải trọng đến 17000 N.
13
Hình 1.9 Bộ giảm xóc loại hai tấm với khối cao su đặt thành góc
Hình 1.10 Bộ giảm xóc có tấm trung gian
o su

Hình 1.12 Bộ giảm xóc bằng khí nén
1- Vòng đỡ; 2- Nắp; 3- Vòng hãm; 4- Nắp che; 5- Khối cao su; 6- Vít hãm;
7-Vòng đệm kín; 8- Đai ốc nối; 9- ống dẫn khí; 10- Vòng đệm; 11- Đệm giảm xóc;
12- Thân giảm xóc; 13- ống nối; 14- Van trượt; 15- Nắp ren.
Bộ giảm xóc loại ổ bọc lắp với động cơ bằng một bulông xuyên qua ống

ren giữa khối cao su và lắp với bệ móng bằng nhiều bulông. Bộ giảm xóc loại này
đợc bọc lót kín bằng bằng vỏ thép. Nó có thể chịu đợc tải trọng từ 10 đến 400 kg.
Kết cấu của loại này nh (hình 1.11).
Ngoài các loại thờng dùng kể trên, trong trang bị động lực động cơ còn
dùng các loại giảm chấn bằng khí nén và loại ống chặn. Bộ giảm chấn bằng khí
nén khác với bộ giảm chấn bằng cao su-kim loại là loại có khoang chứa không khí
(đệm khí nén). Tuy nhiên nó cũng có thể giảm rung đợc khi không có khí nén.
Trong trờng hợp này phải giảm một nửa tải trọng trên mỗi bộ. Bộ giảm chấn bằng
khí nén có hiệu suất giảm rung hơn hẳn các loại khác. Tuỳ theo kích thớc, loại
giảm chấn này có thể chịu tải trọng định mức từ 2000 N đến 7000 N. Kết cấu của
bộ giảm xóc bằng khí nén trình bày trên (hình 1.12).
14
Hình 1.10 Bộ giảm xóc có tấm trung gian
o su

Hình 1.11 Bộ giảm xóc ổ bọc
1- Vỏ ngoài; 2- Tấm đế; 3- Khối cao su; 4- ống ren tuỳ động