Tính toán thiết kế hệ thống treo trên cơ sở xe FORD EVEREST

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO.......................................4
1.1. Nhiệm vụ, công dụng, yêu cầu, phân loại,....................................................4
1.1.1. Nhiệm vụ........................................................................................................4
1.1.2. Công dụng......................................................................................................4
1.1.3. Yêu cầu...........................................................................................................5
1.1.4. Phân loại........................................................................................................6
1.2. Cấu tạo chung của hệ thống treo...................................................................7
1.2.1. Bộ phận đàn hồi............................................................................................7
1.2.2. Bộ phận dẫn hướng....................................................................................10
1.2.3. Bộ phận giảm chấn.....................................................................................11
1.3. Lưa chọn phương án thiết kế.......................................................................12
1.4. Nội dung, phương pháp nghiên cứu............................................................12
1.3.1. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................12
1.3.2. Nội dung.....................................................................................................12
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO.........................13
2.1. Tính toán các thông số cơ bản.....................................................................13
2.1.1. Các thông số ban đầu..................................................................................13
2.1.2. Tính các thông số cơ bản............................................................................14
2.2.Tính toán thiết kế hệ thống treo trước.........................................................21
2.2.1. Xây dựng đường đặc tính của hệ thống treo trước...................................21
2.2.2 .Chọn và kiểm bền các bộ phận chính........................................................22
2.2.3. Động học hệ treo hai đòn ngang................................................................34
2.3 Tính toán hệ thống treo sau..........................................................................51
2.3.1.Xây dựng đường đặc tính của hệ thống treo sau.......................................51
2.3.2. Tính toán nhíp.............................................................................................51
2.3.3.Chọn và tính bền một số bộ phận chính.....................................................62
1

CHƯƠNG 3: CHẨN ĐOÀN VÀ BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA
HỆ THỐNG TREO.............................................................................................75
3.1. Chẩn đoán và bảo dưỡng sửa chữa hệ thống treo trước..........................75
3.1.1.Chẩn đoán hệ thống treo trước...................................................................75
3.1.2. Trình tự tháo hệ thống treo trước..............................................................76
3.1.3.Bảo dưỡng và sửa chữa...............................................................................77
3.1.4.Lắp hệ thống treo trước...............................................................................77
3.2. Chẩn đoán và bảo dưỡng sửa chữa hệ thống treo sau..............................79
3.2.1. Chẩn đoán hệ thống treo sau.....................................................................79
3.2.2. Trình tự tháo hệ thống treo sau.................................................................80
3.2.3 Bảo dưỡng sửa chữa....................................................................................81
3.2.4 Trình tự lắp hệ thống treo sau....................................................................81
KẾT LUẬN...........................................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................83

2


LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự phát triển kinh tế hiện nay, ôtô ngày càng đóng một vai trò hết sức quan
trọng. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nền công nghiệp ô tô
trên thế giới phát triển ngày càng cao, đã cho ra đời nhiều loại xe ô tô hiện đại phục vụ
cho nhu cầu sử dụng của con người. Việc thiết kế các hệ thống, các cụm chi tiết trên ôtô
ngày càng được quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng của ôtô .
Đối với Việt Nam mới chỉ là nhập linh kiện, phụ tùng lắp ráp từ nước ngoài cùng
với đó là thuế nhập khẩu,thuế xuất khẩu, thuế tiêu thụ đặc biệt… Đã làm cho giá xe tăng
cao, gây khó khăn cho người tiêu dùng. Ngoài ra khi xe chuyển động trên đường có rất
nhiều yếu tố tác động như: Tải trọng, vận tốc chuyển động, lực cản không khí, điều kiện
mặt đường những yếu tố này luôn luôn thay đổi và gây ảnh hưởng không nhỏ tới quá

trình chuyển động của xe. Chúng làm quá trình chuyển động của xe mất ổn định, gây mệt
mỏi cho người sử dụng, làm giảm tuổi thọ của xe và đặc biệt là gây mất an toàn tính
mạng cho người ngồi trên xe. Hệ thống treo trên ôtô có vai trò hết sức quan trọng, nó góp
phần nâng cao độ êm dịu và an toàn chuyển động của ôtô. Có rất nhiều hệ thống treo với
cấu tạo, chức năng và công dụng khác nhau, mỗi loại lại có các ưu, nhược điểm riêng.
Việc thiết kế một hệ thống treo phù hợp với các thông số kết cấu của xe sẽ nâng cao tính
tiện nghi và độ êm dịu cho xe.Với các lý do trên em chọn đề tài“Tính toán thiết kế hệ
thống treo trên cơ sở xe FORD EVEREST” với mục đích xây dựng quy trình tính toán
thiết kế cho một xe cụ thể để phục vụ cho ngành công nghiệp ô tô trong nước ngày càng
phát triển.
Trong quá trình nghiên cứu đồ án, em nhận được sự giúp đỡ của các thầy trong bộ
môn, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Công Tuấn đã giúp em thực hiện đồ
án của mình nhưng do trình độ và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót.
Em mong các thầy thông cảm và đóng góp ý kiến để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 02 tháng 11 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Xuân Sinh
3


CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO
1.1 .Nhiệm vụ, công dụng, yêu cầu, phân loại
1.1.1. Nhiệm vụ
- Tiếp nhận và dập tắt các dao động của mặt đường với ô tô;
- Truyền lực dẫn động và truyền lực phanh;
- Đỡ thân xe và duy trì mối quan hệ hình học giữa thân xe và bánh xe trong mọi
điều kiện chuyển động.

1.1.2. Công dụng
Hệ thống treo là tập hợp tất cả các cơ cấu để nối đàn hồi khung hoặc vỏ ôtô với các
cầu hay hệ thống chuyển động. Hệ thống treo được hiểu ở đây là hệ thống liên kết mềm
giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có
chức năng chính sau đây:
+ Tạo điều kiện thực hiện cho bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng
đứng với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động êm dịu, hạn chế tới mức có thể
chấp nhận được những chuyển động không muốn có khác của bánh xe như lắc ngang, lắc
dọc;
+ Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc và lực bên;
+ Xác định động học chuyển động của bánh xe, truyền lực kéo và lực phát sinh ra do
ma sát giữa mặt đường và các bánh xe, lực bên và các mômen phản lực đén gầm và thân
xe;
+ Dập tắt các dao động thẳng đứng của khung vỏ sinh ra do mặt đường không bằng
phẳng;
+ Khi ô tô chuyển động trên đường không bằng phẳng xẽ chịu ảnh hưởng của những
dao động do mặt đường mấp mô gây ra. Những dao động này ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ
của xe, hàng hoá, và đặc biệt là người ngồi trên xe. Vì vậy, tính êm dịu của xe là một
trong những tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng của xe;
+ Khi ô tô chuyển động, nó cùng với lốp hấp thụ và cản lại các rung động, các dao
động và các va đập trên xe để bảo vệ hành khách, hành lý và cải thiện tính ổn định.
1.1.3 Yêu cầu
4


a. Phần tử đàn hồi
Phần tử đàn hồi dùng để nối đàn hồi giữa bánh xe và thân xe, làm giảm các va đập
đột ngột từ đường lên, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi ô tô chuyển động. Để thực hiện
các nhiệm vụ trên, phần tử đàn hồi phải có độ cứng phù hợp với tải trọng của xe, nhằm
tạo ra dao động với tần số thấp của thân xe theo yêu cầu đề ra (do tải trọng của xe thực tế

là luôn biến động, có lúc ô tô đủ tải, có lúc ô tô non tải, do vậy cần thiết phải có phần tử
đàn hồi thay đổi độ cứng theo tải trọng). Chuyển dịch của phần tử được treo không quá
lớn. Kết cấu nhỏ gọn, đảm bảo trọng tâm xe thấp. Làm việc tin cậy an toàn, tuổi thọ cao,
chăm sóc bảo dưỡng đơn giản, thuận tiện, quá trình làm việc êm dịu không có sự va đập
cứng.
b. Phần tử dẫn hướng
Phần tử dẫn hướng có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và mô men từ mặt đường
lên khung xe (hay vỏ xe). Động học của phần tử dẫn hướng xác định đặc tính dịch
chuyển của bánh xe đối với khung xe và ảnh hưởng tới tính ổn định và tính quay vòng
của ô tô. Để thực hiện chức năng, nhiệm vụ trên, phần tử dẫn hướng cần đảm bảo các yêu
cầu cơ bản sau:
+ Giữ nguyên động học bánh xe khi ô tô chuyển động;
+ Với các bánh xe dẫn hướng nên tránh sự thay đổi góc nghiêng γ vì khi γ thay đổi
làm trụ đứng nghiêng về sau, nên độ ổn định của xe kém đi. Khi bánh xe dịch chuyển
thẳng đứng cũng làm thay đổi độ chụm bánh xe (thay đổi góc δ ), làm thay đổi quĩ đạo
chuyển động của ô tô làm cho ô tô không bám đúng đường;
+ Đảm bảo truyền lực ngang, lực dọc, mô men từ bánh xe lên khung xe mà không
gây biến dạng rõ rệt, không làm dịch chuyển các chi tiết của bánh treo;
+ Giữ được đúng động học của dẫn động lái, nghĩa là sự dịch chuyển thẳng đứng và
sự quay quanh trụ đứng của bánh xe không phụ thuộc vào nhau;
+ Độ nghiêng của thùng xe trong mặt phẳng ngang phải bé. Bộ phận hướng có ảnh
hưởng đến khoảng cách giữa các phần tử đàn hồi (khoảng cách nhíp), tuỳ theo bộ phận
hướng mà ta có khoảng cách này lớn hay bé, bộ phận nhíp còn ảnh hưởng đến vị trí tâm
của độ nghiêng bên;
+ Bộ phận hướng phải đảm bảo bố trí hệ thống treo trên ô tô thuận tiện;
+ Kết cấu bộ phận hướng đơn giản dễ sử dụng, chăm sóc, bảo dưỡng;
+ Trọng lượng phải nhỏ, đặc biệt là phần không được treo.
5

c.Phần tử giảm chấn
Giảm chấn để dập tắt các dao động của thân xe và lốp xe bằng cách chuyển cơ năng
của các dao động thành nhiệt năng, đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho xe khi chuyển động.
Trên ô tô hiện nay chủ yếu sử dụng giảm chấn thuỷ lực.
Để đảm bảo thực hiện được nhiệm vụ trên, giảm chấn cần phải:
+ Dập tắt nhanh các dao động của thân xe có tần số và biên độ lớn;
+ Dập tắt chậm các dao động của thân xe có tần số và biên độ nhỏ;
+ Hạn chế các lực truyền qua giảm chấn lên thân xe;
+ Làm việc ổn định khi ô tô chuyển động trong các điều kiện đường xá khác nhau và
nhiệt độ không khí khác nhau;
+ Có tuổi thọ cao;
+ Trọng lượng, kích thước bé, giá thành hạ.
1.1.4. Phân loại
a. Theo bộ phận đàn hồi
Theo bộ phận đàn hồi hệ thống treo được chia ra thành những loại sau đây:
-Loại lò xo;
-Loại nhíp;
-Loại thanh xoắn;
-Loại thủy khí;
-Loại cao su;
-Loại hơi(khí);
- Loại liên hợp.
b.Theo bộ phận dẫn hướng
Theo đặc điểm của bánh xe và các cách bố trí các bộ phận trên theo các cách khác
nhau sẽ chia ra làm 2 nhóm là: hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập.
*Hệ thống treo phụ thuộc
Trong hệ thống treo phụ thuộc các bánh xe được đặt trên một dầm cầu liền, bộ phận
giảm chấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền đó. Do đó sự dịch chuyển của
một bánh xe theo phương thẳng đứng sẽ gây nên chuyển vị nào đó của bánh xe phía bên
kia.Trong hệ thống treo phụ thuộc có các loại sau:

-Loại dầm xoắn;
-Loại 4 thanh nối;
6


-Loại lò xo (lá nhíp).
*Hệ thống treo độc lập
Hệ thống treo độc lập là hệ thống treo co chuyển vị của các bánh xe trên cùng 1 cầu
là độc lập đối với thùng xe (Khi một bánh xe chuển vị không xảy ra chuyển vị liên kết
của bánh xe còn lại). Trong hệ thống treo độc lập còn được phân ra các loại sau:
-Dạng treo 2 đòn ngang;
-Dạng treo Mc.Pherson;
-Hệ treo 2 đòn dọc;
-Hệ treo đòn chéo.

1

1

5

2

34

5 2

a) Hệ thống treo phụ thuộc

3

b) Hệ thống treo độc lập

Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống treo
1. Thùng xe; 2 .Bộ phận đàn hồi; 3.Bộ phận giảm chấn; 4. Dầm cầu
5. Các đòn liên kết của hệ treo
1.2. Cấu tạo chung của hệ thống treo
Trên ô tô hiện nay thường sử dụng 2 nhóm hệ thống treo là hệ thống treo phụ thuộc
và hệ thống treo độc lập. Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhiều ở ô tô tải còn hệ thống
treo độc lập được sử dụng ở nhiều ô tô du lịch.Hệ thống treo gồm 3 bộ phận cơ bản là:
Bộ phận dẫn hướng, bộ phận đàn hồi và bộ phận giảm chấn.
1.2.1. Bộ phận đàn hồi
Bộ phận đàn hồi là bộ phận mềm nối giữa bánh xe và thùng xe, nhằm biến đổi tần
số dao động cho phù hợp với cơ thể con người (60 ÷ 80 lần/ph). Bộ phận đàn hồi có thể
bố trí khác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương
thẳng đứng. Nó bao gồm 1 hay 1 số phần tử đàn hồi và được chia ra loại phần tử đàn hồi

7


bằng kim loại ( nhíp, lò xo trụ, thanh xoắn) và phần tử đàn hồi phi kim loại ( vấu cao su,
khí nén, thuỷ khí…).
*Bộ lá nhíp
Bộ nhíp lá được cấu tạo bởi các lá nhíp dẹt tiết diện hình chữ nhật,có độ dài và bán
kính cong khác nhau, xếp chồng lên nhau. Các lá nhíp được bắt chặt với nhau và chống
xô dọc bằng bu lông chữ U, chống xô ngang bằng các quang nhíp phụ.
2

1

6
3
4
5

Hình 1.2. Bộ phận đàn hồi loại nhíp
1. Khung xe ; 2. Vấu chống va đập; 3. Chốt
4. Lá nhíp; 5.Quang nhíp; 6 .Quang treo.
*Lò xo trụ
Lò xo trụ chủ yếu sử dụng trong ô tô du lịch làm bộ phận đàn hồi. Lò xo trụ có thể
có tiết diện tròn hay vuông.

Hình 1.3. Lò xo trụ.
1. Dầm cầu; 2. Đòn dưới; 3.Lò xo trụ.
Lò xo trụ được làm từ dây thép lò xo đặc biệt, quấn thành hình ống. Khi đặt tải lên
lò xo, dây lò xo sẽ bị xoắn do nó bị nén. Lúc này, năng lượng ngoại lực được dự trữ và va
đập bị giảm bớt. Lò xo được dùng nhiều ở xe du lịch với hệ thống treo độc lập.
*Thanh xoắn
Thanh xoắn được dùng ở một số ô tô du lịch, có kết cấu đơn giản nhưng bố trí khó
khăn vì thanh xoắn có chiều dài khá lớn. Nó là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn
8


hồi xoắn của nó cản lại “sự lắc” của xe. Một đầu thanh xoắn được cố định vào khung,
đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn.Thanh xoắn cũng có thể được dùng làm thanh ổn
định.
*Đàn hồi loại khí
1

2

3

Hình 1.4. Bộ phận đàn hối loại khí.
1. Bình chứa khí; 2. Bộ giảm chấn; 3. Bộ dẫn hướng.
Bộ phận đàn hồi loại khí có cấu tạo theo kiểu bình cao xu, trong đó có chứa khí nén.
Có thể tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo ( bằng cách thay đổi áp suất bên trong
phần tử đàn hồi ) để cho ứng với tải trọng tĩnh khác nhau thì độ võng tĩnh và tần số dao
động riêng không đổi.
*Đàn hồi thuỷ khí
1
2
5
3

4

Hình 1.5. Bộ phận đàn hồi thủy khí.
1. Chất khí; 2. Pít tông ngăn cách; 3. Van tiết lưu
4. Pít tông và đòn đấy giảm chấn; 5. Chất lỏng
Bộ phận đàn hồi thủy khí là sự kết hợp của cơ cấu điều khiển thủy lực và cơ cấu
chấp hành là khí nén.Hệ treo thuỷ khí có bộ phận đàn hồi và giảm chấn kết hợp. Bộ phận
thuỷkhí có 2 buồng: Buồng trên là khí nén, buồng dưới là chất lỏng. Ngăn cách 2 buồng
là màng cao xu hoặc piston. Phần thân là ống giảm chấn. Bên trong ống giảm chấn là
9


chất lỏng điền đầy giữa ống xi lanh và piston, có các van tiết lưu cho phép dầu chảy qua.
Do làm kín chất lỏng dễ dàng hơn chất khí nên bộ phận đàn hồi thủy khí gọn hơn bộ phận
đàn hồi khí.
*Đàn hồi loại cao su

Trên xe con các vấu cao su thường được đặt kết hợp trong vỏ của giảm chấn. Vấu
cao su vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình của bánh xe nhằm hạn chế hành trình làm
việc của bánh xe. Vấu cao su hấp thụ dao động nhờ sinh ra nội ma sát khi nó bị biến dạng
dưới tác dụng của ngoại lực.
1.2.2. Bộ phận dẫn hướng
Bộ phận dẫn hướng dùng để xác định động học và tính chất dịch chuyển của các bánh xe
tương đối với khung hay vỏ xe. Nó còn được dùng để truyền lực dọc (lực kéo hoặc lực
phanh), lực ngang cũng như các mô men phản lực và mô men phanh.
Bộ phận dẫn hướng phải có kết cấu đơn giản và dễ sử dụng. Điều này phụ thuộc
vào số khớp, số điểm phải bôi trơn của hệ thống treo và số các đăng ( đối với bánh xe chủ
động ).Trọng lượng bộ phận dẫn hướng và đặc biệt là phần không được treo phải nhỏ.
Khi giảm được trọng lượng phần không được treo sẽ làm tăng độ êm dịu của xe.

a

a

L3
L2

a
h
L
1

a
h
Z

z

a

2
Hình 1.6. Bộ phận dẫn hướng

L

h

1

L

Z

3

1 .Bộ phận dẫn hướng 1 đòn ngang; 2. Bộ phận dẫn hướng 2 đòn ngang bằng nhau;
3. Bộ phận dẫn hướng hai đòn ngang không bằng nhau.
1.2.3. Bộ phận giảm chấn
Hiện nay thường dung hai loại giảm chấn:
- Giảm chấn đòn;
10


- Giảm chấn ống: Giảm chấn 1 lớp vỏ và giảm chấn 2 lớp vỏ.
*Bộ giảm chấn đòn
Giảm chấn đòn có cấu tạo như hình vẽ. Thân giảm chấn được bắt với khung xe, cần lắc
nối với dầm cầu. Bên trong giảm chấn có xi lanh, 2 piston tì vào cam quay có gắn van 1

chiều, các van tiết lưu và đường dẫn dầu nối các không gian A và B. Bên trong xi lanh
chứa dầu.
2

3
4

B

A

5

8
12
11

9

10

7 6

Hình 1.7. Bộ phận giảm chấn đòn
1.Cam quay; 2. Mức dầu; 3. Cần lắc; 4. Đòn dọc; 5. Gắn với dầm cầu;
6. Van tiết lưu 2; 7. Đường dầu 2;8. Van 1 chiều;9. Đường dầu 1;
10. Van tiết lưu 1; 11. Lò xo yếu; 12. Lò xo van mạnh
*Bộ phận giảm chấn ống
- Bộ phận giảm chấn ống 1 lớp vỏ

8

2

5

1

6
7

3
2

Hình 1.8. Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn ống thuỷ lực
một lớp vỏ có tác dụng hai chiều
1. Van 1chiều; 2. Đũa đẩy; 3. Cụm làm kín; 4. Xy lanh;
11


5.Buồng chứa dầu; 6. Pít tông; 7. Van một chiều;8. Khoang chứa khí
-Giảm chấn ống hai lớp vỏ

Hình 1.9. Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai
lớp vỏ có tác dụng hai chiều
Trong đó: 1. Khoang vỏ trong; 2. Phớt làm kín; 3. Bạc dẫn hướng;
4. Vỏ chắn bụi; 5. Đũa đẩy; 6. Piston; 7. Van cố định; 8. Vỏ ngoài
1.3. Lựa chọn phương án thiết kế
Căn cứ vào nhiệm vụ đồ án được giao và phân tích kết cấucủa các hệ thống treo ở
trên, từ nhiệm vụ đề tài được giao là: “Tính toán thiết kế hệ thống treo trên cơ sở xe

FORD EVEREST”. Sinh viên chọn phương án thiết kế treo cầu trước là hệ thống treo
độc lập dùng đòn kép thanh xoắn, hệ treo cầu sau loại nhíp với ống giảm chấn.
1.4. Nội dung, phương pháp nghiên cứu
1.4.1. Phương pháp nghiên cứu
Đồ án được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, thông qua việc tính
toán thiết kế theo các tài liệu tiêu chuẩn đã được công bố, cùng với đó là kết hợp nghiên
cứu tham quan thực tế đối với loại xe cơ sở thiết kế.
1.4.2. Nội dung
Đồ án gồm ba chương:
-Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo;
-Chương 2: Tính toán thiết kế hệ thống treo;
-Chương 3:Chẩn đoán và bảo dưỡng sửa chửa hệ thống treo.
12


CHƯƠNG 2:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO
2.1. Tính toán các thông số cơ bản
2.1.1. Các thông số ban đầu
TT

Tên thông số

Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

1

Kích thước bao

LxBxH

mm

4805x1770x1890

2

Chiều dài cơ sở

L0

mm

2680

3

Chiều rộng cơ sở trước / sau

B0

mm

1480/1455

4

Khoảng sáng gầm xe

hs

mm

210

5

Trọng lượng không tải

G0

kg

1650

Phân bố lên cầu trước

G01

775.5

Phân bố lên cầu sau

G02

874.5

Trọng lượng toàn bộ

Ga

Phân bố lên cầu trước

Ga1

994.5

Phân bố lên cầu sau

Ga2

1215.5

Khối lượng không treo cầu trước

Mkt

Khối lượng không treo cầu sau

Mks

8

Công suât cực đại

Nemax

kw/vg

81/3900

9

Góc nghiêng ngang trụ xoay đứng

δ0

Độ

11

10

Sự thay đổi góc nghiêng ngang trụ đứng

∆δ

Độ

3

11

Góc nghiêng ngang bánh xe

γo

Độ

0

12

Bán kính vết bánh xe quay quanh trụ đứng

ro

mm

16

13

Chiều dài trụ đứng

Kr

Mm

160

14

Tâm quay tức thời của thùng xe nằm dưới

hs

mm

50

6

7

mặt đường
2.1.2. Tính các thông số cơ bản
13

kg

kg

2210

103,4
116,6


a.Chế độ tải tĩnh
Khối lượng phần treo trước ở trạng thái không tải : MT0 = G01 -Mkt
⇔ MT0 = 775,5 -103,4= 672,1kg.
Khối lượng phần treo trước ở trạng thái đầy tải : MT1 = Ga1 -Mkt
⇔ MT1 = 994,5 -103,4 = 891,1kg.
Trọng lượng phân bố lên cầu sau khi không tải:
Zos = Goa.9,81= 874,5. 9,81= 8578,85 (N)

Trọng lượng phân bố lên cầu sau khi đầy tải:
Zas = G2a.9,81= 1215,5. 9,81= 11924 (N)
Tải trọng tác dụng lên 1 bên nhíp sau khi không tải:
Z so =

Z 0 S − Gks .9,81 8578,85 − 116,6.9,81
=
= 3717,5( N )
2
2

Tải trọng tác dụng lên 1 bên nhíp sau khi đầy tải:
Z ts =

Z as − G ks .9,81 11924 − 116,6.9,81
=
= 5390,1( N )
2
2

Phản lực từ mặt đường tác dụng lên một bánh xe phía sau:
Z bs =

Gt 1215,5
=
= 607,75( Kg ) = 6077,5 N
2
2

* Xác định độ cứng của hệ thống treo trước (độ cứng của lò xo )

Độ cứng của lò xo Ct được tính toán theo điều kiện kết quả tính được phải phù hợp
với tần số dao động trong khoảng n = 60 ÷ 90 l/ph .chọn sơ bộ n=80
Độ cứng của hệ thống treo được tính toán theo công thức :
Ct =

Mt 2
.ω
2

với ω = (

2π n 2
)
60

Độ cứng của một bên hệ treo ở trạng thái không tải:
C T0 =

M T 0 2 672,1 π .80 2
.ω =
(
) = 23561,38 ( N/m).
2
2
30

Độ cứng của một bên hệ treo ở trạng thái đầy tải:
C 1T =

M T 1 2 891,1 π .80 2

.ω =
(
) = 31238,72 (N/m).
2
2
30

14


Độ cứng của một bên hệ treo lấy từ giá trị trung bình:
1
Ct1 Ct0
+
CT =
= (23561,38 +31238,72) = 27400,05 ( N/m)
2
2
2

• Xác định hành trình tĩnh của bánh xe (Độ võng tĩnh của hệ treo)
Độ võng tĩnh của hệ treo:
ft =

891,1.9,81
M T1 g
.
=
= 160 (mm).
2.27400, 05

2 CT

Kiểm nghiệm lại độ võng tĩnh với C T = 27400,05 (N/m).
M .g
2.CT

Từ công thức: f T0 =
+ Ở chế độ không tải: f T0 =
Mà: f T0 =

g

ω

2
ot

M T 0 .g
672,1.9,81
=
= 120 (mm).
2.CT
2.27400,05

⇒ ωt20 =

9,81
=81,75
0,12

⇒ ω t 0 = 81,75 = 9,04 (rad/s).
Từ công thức: n ot =

M T 1.
891,1.9,81
g =
= 160 (mm).
2.CT
2.27400, 05

+ Ở chế độ đầy tải: f 1T t =
Mà: f 1T =

30.ω ot
30.9, 04
=
= 86,37 (l/ph) .
π
π

g

ω

2
t1

⇒ ωt21 =

9,81

=61,31
0,16

⇒ ω t1 = 61,31 = 7,8 (rad/s).
Từ công thức: n 1t =

30.ω1t
30.7,8
=
= 74,52 (l/ph) .
π
π

Qua kiểm nghiệm ta thấy ở cả hai chế độ không tải và đầy tải tần số dao động đều
nằm trongkhoảng 60÷90 (l/ph) đảm bảo được yêu cầu đặt ra. Do đố với bộ phận đàn hồi
cố độ cứng C T = 27400,05(N/m) thoả mãn được yêu cầu tính toán thiết kế.
• Xác định hành trình động của bánh xe (độ võng động của hệ treo):
fđ = (0.7 ÷1.0)ftChọn fđ = 0,8ft = 0,8.160 = 128(mm)
Sử dụng kết quả này để đặt ụ cao su hạn chế hành trình trên và dưới của bánh xe.
Với ụ hạn chế bằng cao su lấy đoạn biến dạng bằng 0,1÷0,2 của toàn bộ chiều dài ụ.

15


• Kiểm tra hành trình động của bánh xe: theo điều kiện đảm bảo khoảng sáng gầm xe tối
thiểu Hmin
Theo điều kiện: fđ≤ H0 - Hmin
Trong đó: - H0: Khoảng sáng gầm xe ở trạng thái chịu tải tĩnh
- Hmin: Khoảng sáng gầm xe tối thiểuHmin = 210 (mm)
⇒ H0 ≥ fđ + Hmin = 128+ 210 = 338(mm).

⇒ H0≥ 338 (mm)
∗Đối với cầu trước cần kiểm tra hành trình động để không xẩy ra va đập cứng vào ụ đỡ
trước khi phanh:
Khi phanh dưới tác dụng của lực quán tính, trọng tâm của xe sẽ dịch chuyển và đầu
xe sẽ bị dìm xuống, lúc này fđ sẽ thay đổi .
Từ công thức: fđ≥ ft .ϕmax.

hg
b

Trong đó:- Hệ số bám ϕmax = 0,7.
- Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau:
b =L.55% =2680.55% =1,474 (m)
- Chiều dài cơ sở xe L = 2680( mm).
- Chiều cao cơ sở xe hg = 550 (mm).
⇒ fđ ≥ 163 .0,7.

550
= 42,57 (mm).
1474

Pj

L
G

a

G
hg

Pp
Z1

b

a

b

Hình 2.1. Sơ đồ phân bố lực
*Xác định độ võng tĩnh của hệ treo ở trạng thái không tải tĩnh:
fOT =

M T 0. . fT 672,1
=
.160 = 120 (mm).
M T1
891,1

•Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn: KTB
16

Z2


Hệ số dập tắt dao động của hệ treo:
D = 2.ψ.ω(rad/s).
Trong đó: -ψ : Hệ số cản tương đối ψ = 0,2.
2π .n 2.π .80

=
=8,4 (rad/s).
60
60

-ω =

⇒ D = 2.0,2.8,4=3,36 (rad/s).
Hệ số cản trung bình của giảm chấn quy dẫn về bánh xe:
KTB =

M T1
891,1
.D =
. 3,36 = 1497,05 (Ns/m).
2
2

* Xác định độ cứng của HTT sau
Ta có: n =

30
ft

ft: Độ võng tĩnh của hệ thống treo (m)
Chọn sơ bộ tần số dao động của hệ thống treo sau: ntr= 75 (lần/phút).
2

2

 30   30 
Vậy độ võng tĩnh: ft =  ÷ =  ÷ = 0,16(m) = 16(cm)
 ntr   75 

Độ cứng sơ bộ của hệ thống treo:

Ct =

Gtt 5390,1
=
= 336,88( N / cm)
f ts
16

*Xác định độ võng tĩnh của hệ treo ở trạng thái không tải tĩnh:
fOS =

M 0 S . . fT 874,5 − 116, 6
=
.160 = 110 (mm).
M S1
1215,5 − 116, 6

Độ võng động (fđ): fđ=0.75ft = 0.75.16 = 12 (cm)
Độ võng tổng cộng: f0 = fđ + ft = 16 + 12 = 28 (cm)
- Kđ: hệ số tải trọng động Kđ=

f d + f t 120 + 160
=
= 1, 75

ft
160

b.Chế độ tải trọng động
*Các lực tác dụng lên bánh xe
17


Z
X
Y

Hình 2.2. Lực tác dụng lên bánh xe
• Lực dọc:Fx(gồm lực kéo Pk và lực Pp)
-Lực kéo Pk xuất hiện do Mk(mômen kéo ) của xe chủ động tác dụng lên mặt đường
Pk=Z.ϕx
Trong đó: Z- Trọng lượng bám(tải trọng thẳng đứng)
ϕx-Hệ số bám dọc
•

Lực bên:Fy xuất hiện do tác dụng của mặt đường lên bánh xe khi ôtô vào vòng
cua,hay do tác dụng của mặt đường(mặt đường nghiêng)hoặc gió ngang.
Fy=Z.ϕy
Trong đó: Z -Tải trọng tác dụng lên bánh xe theo phương thẳng đứng

ϕy: Hệ số bám ngang.
• Tải trọng tác dụng theo phương thẳng đứng gây ra phản lực thẳng đứng tại bánh
xe:Z=G.g
Trong đó: - G: Khối lượng phần treo +không treo tác dụng lên bánh xe.
- g: Gia tốc trọng trường.

*Trường hợp tải trọng động theo phương thẳng đứng
Tải trọng động tác dụng lên một bánh xe cầu trước khi đầy tải
1
2

Từ công thức:Z1= G1t.g.Kđ

(1.1)

Trong đó:- Ga1=994,5(kg): Trọng lượng đặt lên cầu trước khi đầy tải
18


- g: Gia tốc trọng trường g=9,81
- Kđ: Hệ số tải trọng động Kđ=

f d + ft 128 + 160
=
= 1,8
ft
160

Thay vào (1.1) ta được:
1
2

Z1= .994,5.9,81.1,8= 8780,44(N)
* Trường hợp có lực kéo hoặc lực phanh lớn nhất
•

Tính lực Z:
Tính trong trường hợp chịu lực phanh max vì khi phanh trọng lượng xe sẽ dồn lên
phía đầu xe do đó lúc này lực phanh sẽ lớn hơn lực kéo.

∑MB=Z1P.L-G.b –Pj. h g =0.
⇒ZP1=

G.b + Pj.h g
L

Do đó hệ số phân bố tải trọng khi phanh

Z1P b Pj.h g b J m·h g
= +
= +
G
l
L.G
L
L.g
M1P
(Mà Pj=

⇒m1P=

G
.J m · )
g

J m·h g

b
(1 +
)
L
b.g

Trong đó: - G=GT1.g Trọng lượng đặt lên cầu
- Ga1: Khối lượng đặt lên cầu trước khi xe đầy tải Ga1 =994,5 kg
- Z2: Phản lực thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe phía sau khi đầy tải
Z2=0,5. Z1P=0,5.m1P.G=0,5.m1P.Ga1.g
Z2=0,5.

b
J .hg
(1 + m· ) .994,5.9,81
L
b.g

19


- h g : Chiều cao trọng tâm xe h g =550mm
- ϕ: Hệ số bám dọc ϕx=0,8
⇒Jma x=0,8.9,81=7,85(m/s2)
Thay vào (2.2)⇒Z2=0,5.

55.L
7,85.550
(1 +
) .994,5.9,81.=3484 (N)(Ký hiệu Zx)

100.L
1474.9,81

• Tính lực X
Lực dọc của xe khi phanh được tính như sau:
X=ZX.ϕ=3484.0,8=2787,2(N)
* Trường hợp chịu lực ngang max
•

Tính lực Zy
∑M0=0⇔Zy.B-G.(B/2)-Py. h g =0.
⇒Zy=

1
B
(G. + G y .h g )
B
2

(1.3)

Trong đó:- h g : Chiều cao trọng tâm xe hg=550mm
- B: Chiều rộng cơ sở xe B=1480 mm
- G: Trọng lượng đặt lên cầu trước G=Ga1.g.
- Ga1: Khối lượng đặt lên cầu trước khi đầy tải =994,5
- Gy=G.ϕy(đối với một bánh xe)
- ϕy:Hệ số bám ngang =1
Thay vào (1.3)ta có
Zy =

2.φy .hg
1
B
1
(G. + G.φy .hg ) = .G (1 +
)
B
2
2
B

1
2

= .994,5.9,81.(1 +
•

2.1.550
) = 8503,58
1480

Tính lực bên
Y=Zy.ϕy=8503,58(N)
Bảng giá trị các lực tác dụng trong 3 trường hợp trên:
20


Trường hợp
Lực

Z(N)

Z,X(N)

Z,Y(N)

Z

8780,44

3484

8503,58

X

0

2787,2

0

Y

0

0

8503,58

2.2. Tính toán thiết kế hệ thống treo trước
2.2.1. Xây dựng đường đặc tính của hệ thống treo trước
Đặc tính đàn hồi là quan hệ giữa phản lực pháp tuyến (Z) tác dụng lên bánh xe và
độ biến dạng của hệ thống treo (f) đo ngay tại trục bánh xe, tức là quan hệ hàm Z = g(f).
Đường đặc tính đàn hồi là cơ sở đánh giá và thiết kế về mặt êm dịu,do đó tính toán,
thiết kế cần xây dựng đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo.
Đặc tính đàn hồi thường được xây dựng với các giả thiết:
- Bỏ qua ma sát và khối lượng phần không được treo. Nếu có số liệu về khối lượng phần
không được treo thì có thể trừ đi phần khối lượng này khi tính phản lực Z;
- Xem như đặc tính có dạng tuyến tính;
- Tải trọng lớn nhất có thể truyền qua hệ thống treo trước:
Zmax =kđ.Ztt
Trong đó Ztt=

891,1.9,81
=4371 (N)
2

→Zmaxt = 1,8.4371 = 7868 (N).
- Hành trình làm việc của hệ thống treo trước khi phần tử đàn hồi phụ làm việc:
Khi lò xo biến dạng đến chạm ụ cao su thì lúc này độ cứng của hệ thống tăng lên
(C = Cc +Cp). Nhờ đó đảm bảo được Z max trong giới hạn fđ cho phép. Do phần tử đàn hồi
phụ là cao su nên có độ Cp cứng thay đổi theo tải trọng có nghĩa là đường đặc tính phi
tuyến. Độ biến dạng được thừa nhận khi tính toán là 1/3 chiều cao làm việc của ụ cao su.
Đối với xe du lịch fcst = (0,2 ÷ 0,3).fđ = (0,2 ÷ 0,3).128 = (25,6 ÷ 38,4) (mm).
Ta chọn fcst = 35 (mm).
Mặt khác độ biến dạng cao su được xác định qua công thức sau: fcst = 2/3.hcst
21

⇒ hcst= 3/2.fcst =

3.35
= 53 (mm).
2

Với hcst: Là chiều cao làm việc của ụ cao su hệ thống treo trước (mm).
Từ các thông số chính và tính toán ta xây dựng được đặc tính đàn hồi của hệ thống treo
trước:

Hình2.3. Đặc tính đàn hồi hệ thống treo trước
2.2.2. Động học hệ treo hai đòn ngang
a. Xác định độ dài đòn ngang và vị trí các khớp bằng phương pháp đồ thị
Các bước cụ thể như sau: (Vẽ với tỉ lệ 1: 2 ).
- Kẻ đường nằm ngang biểu diễn mặt phẳng đường dd;
- Vẽ đường trục đối xứng ngang của xe Aom: Aom vuông góc với dd;
- Trên Aom đặt:
AoA1 = Hmin = 210 (mm);
A1A2 = fđ = 128 (mm);
A2A3 = fT = 160 (mm);
22


A3A4 = f0T = 120 (mm);
AoA5 = hs = 50 (mm).
- Trên Aod đặt AoBo = B/2 = 740 (mm);
- Bo là điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường;
- Tại Bo dựng Boz vuông góc với dd;
- Trên đoạn AoBo đặt BoCo = ro=16 (mm);
- Tại Co dựng Con tạo với phương thẳng đứng một góc δo=11o;

- Trên Boz đặt BoB1=rbx=351,5 (mm);
- Tại B1 dựng đường vuông góc với Boz cắt Con tại C3. C3là điểm nối cứng của trụ bánh
xe với trụ xoay đứng;
- Trên Con từ C3 đặt về phía trên và phía dưới các đoạn:
C3C2 = C3C1 =

Kr
160
=
= 80 (mm).
2
2

C1, C2 là tâm quay ngoài của hai đòn ngang ở vị trí không tải.Đoạn C 1C2 là chiều dài
trụ đứng.
Bằng cách tương tự ta sẽ tìm được vị trí khớp ngoài của đòn ngang ở vị trí đầy tải
như sau: Khi hệ treo biến dạng lớn nhất, nếu coi thùng xe đứng yên thì bánh xe sẽ dịch
chuyển tịnh tiến lên tới điểm B2 (Nếu coi khảng cách giữa hai vết bánh xe ở trạng thái
này là không đổi so với trạng thái khi không tải ).
Khi đó BoB2 = fđ + ft
- Từ B2 kẻ đường B2q //dd.
- Trên B2q đặt B2D1 = BoC0.
- Từ D1 dựng D1n’ tạo với phương thẳng đứng một góc δ’ = δo + ∆δ = 14o.
- Trên D1n’ đặt D1D2 = CoCvà D2D3 = C1C2.

23


P
bx

R

D1

1

0

B
c

1

c

1

c

2

D2
D3

A

hs

A

Η
min

®

2

1

A

A

f

f

t

4

A

3

A

0

5

f

ot

O2

o1

q

n

n'

Hình 2.4. Đồ thị xác định độ dài hai đòn ngang
D2 , D3 là vị trí khớp cầu ngoài của hai đòn ngang ứng với trạng thái hệ treo biến dạng.
Như vậy C1 và D3 sẽ cùng nằm trên một cung tròn có tâm là khớp trong của đòn
dưới.C2 và D2 sẽ cùng nằm trên một cung tròn có tâm là khớp trong của đòn trên
-Nối C1D3 và C2D2.

24


- Kẻ đường trung trực kk và k’k’ của C1D3 , C2D2;
- Từ A4 kẻ đường tt // dd;
- Xác định giao điểm O2 của tt với k’k’. O2 chính là tâm khớp trụ trong của đòn dưới;
- Khoảng cách từ O2 tới đường đối xứng của xe phải sao cho có thể bố trí khoang chứa
hàng hoặc cụm máy. Nếu nó không phù hợp thì có thể cho phép thay đổi khoảng sáng

gầm xe trong giới hạn cho phép.Nối BoA5 và kéo dài cắt đường kéo dài O2C2 tại P (tâm
quay tức thời của bánh xe).Nối PC 1 và kéo dài cắt kk tại O1(Khớp trụ trong của đòn
ngang trên );
- Đo khoảng cách O1C1 và O2C2 rồi nhân tỉ lệ ta đựơc độ dài đòn trên và đòn dưới của hệ
treo: Ld = 376(mm). Lt = 290(mm).
b.Xác định các phản lực và lực tác dụng lên cơ cấu
• Trường hợp chỉ có lực Z(vắng lực X,Y )

A

AMz
Cy

m
rbx

O1

O
BMz

B

r0

ZAB

Zlx

Ld

n
Fy

ECz
G
GFz

F

t2
Ey
GFy
E
HFz

Z

Fz

Hình 2.5. Sơ đồ phân bố phản lực Z
Phản lực Z của đường được chuyển về trục AB
Z=ZAB=8780,44 (N)
Mômen do lực Zgây nên quay xung quanh trụ đứng
MZ=Z.r0=8780,44.0,016=140,49(N.m)
Tại đầu F của đòn ngang dưới có
FZ=ZAB=Z=8780,44 (N)
Phản lực tại chỗ đặt lò xo
Zlx=Z.

t1

Llx

C
Cz

MZ

Dy

DCz

Lt

Lt
290
= 8780, 44.
= 10609, 7( N )
Llx
240

Mômen Mz tại đầu A và B các phản lực cân bằng
25

d1
d2
HFy