thiết kế cải tiến hệ thống treo trên ôtô UAZ 469b

Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Lời nói đầu
Hiện nay nền kinh tế nớc ta đang phát triển mạnh mẽ về tất cả các lĩnh
vực nh công nghiệp, thơng mại, du lịch, xây dựng, dịch vụVì vậy nghành
công nghiệp ôtô đợc phát triển trên một quy mô rộng lớn. Ôtô đóng một vai
trò rất quan trọng trong giao thông vận tải, nó thay thế cho rất nhiều các phơng tiện chuyên chở khác, nâng cao đợc hiệu quả công việc và tính kinh tế.
Từ những yêu cầu đó mà ôtô không ngừng đợc cải tiến hoàn thiện hơn,
đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về phơng tiện chuyên chở cũng nh nhu cầu
giao thông đi lại của con ngời. Ngoài yêu cầu về các hệ thống nh hệ thống
phanh, hệ thống lái, kết cấu khung vỏcần thiết kế đảm bảo tối u thì một hệ
thống rất quan trọng không thể thiếu đợc trên ôtô đó là hệ thống treo của xe.
Để nâng cao tính tiện nghi, tạo an toàn, đảm bảo độ êm dịu cho ôtô
trong quá trình chuyển động trên nhiều địa hình thì hệ thống treo lắp trên ôtô
cần phải thiết kế tính toán và cải tiến sao cho tối u về các mặt nh: tần số dao
động phù hợp với con ngời, độ vững chắc, cân bằng của xe, tính năng vợt địa
hình, độ tin cậy, độ bền lâu, điều khiển lái dễ dàng, tận dụng đợc tối đa tốc
độ chuyển động.
Hiện nay ở nớc ta còn sử dụng nhiều loại xe cũ, do vậy các hệ thống
trên xe không đợc thiết kế một cách tối u hoặc do hạn chế về nhiều mặt. Qua
tìm hiểu, nghiên cứu xe UAZ đang sử dụng tại nớc ta em thấy đây là loại xe
việt dã, chạy trên mọi địa hình phức tạp. Nhng hệ thống treo lắp trên xe lại là
hệ thống treo phụ thuộc nên nó không đảm bảo về độ êm dịu, sự cân bằng xe
không tốt khi đi trên đờng xấu. Do vậy nhằm để cải thiện độ êm dịu, sự cân
bằng của xe, giảm thiểu ảnh hởng động học của đờng không bằng phẳng, để
đạt đợc tốc độ tối đa có thể trên các đờng xấu thì vấn đề đặt ra là trên cơ sở
xe UAZ đang đợc sử dụng ta cải tiến hệ thống treo để đạt đợc mục đích này.
Do vậy đồ án tốt nghiệp về thiết kế cải tiến hệ thống treo trên ôtô UAZ469B gồm các phần:
Kiểm nghiệm lại hệ thống treo đang sử dụng trên xe.

Tính toán thiết kế cải tiến hệ thống treo.
Các bản vẽ.
Thiết kế quy trình công nghệ gia công một chi tiết cụ thể.

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

1


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Tuy vậy trong quá trình thiết kế tính toán, do hạn chế về kiến thức nên
em còn một số thiếu sót không thể tránh khỏi. Vì vậy em kính mong các thầy
chỉ bảo thêm để em có thể mở rộng và hoàn thiện thêm kiến thức của mình.
Em chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫn Lu Văn Tuấn cùng các thầy
giáo trong bộ môn đã có những chỉ bảo, hớng dẫn tận tình và đã tạo điều
kiện cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Hà Nội, ngày 5 tháng 5 năm 2003.
Sinh viên
Lê Trung Kiên.

Phần 1
Giới thiệu chung về hệ thống treo
Sự phát triển của hệ thống treo.
Ngày nay trên thế giới các nhà nghiên cứu và thiết kế đã đi xa trong
việc phát triển hệ thống treo. Dựa trên sự kết hợp giữa khoa học chuyên
ngành cơ bản với sự ứng dụng các thành tựu về khoa học nh điện tử, tin học
và kỹ thuật điều khiển. Chính nhờ việc áp dụng các thành tựu khoa học kỹ

thuật này vào thực tế mà hệ thống treo ngày nay càng hoàn thiện hơn về tính
năng, kích thớc cũng nh phạm vi hoạt động của nó.
Hệ thống treo với cơ cấu chấp hành là thuỷ lực và khí nén kết hợp với
cơ cấu điều khiển là các mạng điện tử đó chính là xu hớng phát triển của hệ
thống treo trong tơng lai. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý: Dùng các cảm
biến để thu nhận thông tin, các thông số cần thiết trong quá trình vận hành

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

2


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

xe. Các thông số đó có thể là tải trọng của xe, gia tốc giao động thẳng đứng,
góc đặt bánh xe, độ cao sàn xe Sau đó các thông tin này đợc mã hoá và đợc
đa vào mạch điều khiển để tự động điều khiển các cơ cấu chấp hành. Nh vậy
ta có một hệ thống treo có thể tự động điều chỉnh đợc đờng đặc tính của nó
phù hợp với các điều kiện chuyển động. Đây chính là u điểm nổi bật mà các
hệ thống treo cổ điển trớc đây không có đợc.
Tuy nhiên với tình hình kinh tế nớc ta hiện nay còn cha thực sự phát
triển mạnh, cơ sở vật chất kỹ thuật và các nghành kinh tế đang trong thời kỳ
phát triển thì một hớng đi mang tính thực tế đó là việc tận dụng một số loại
ôtô cũ còn sử dụng đợc, trên cơ sở đó cải thiện hay thiết kế cải tiến một số hệ
thống trên xe đã kém chất lợng hay đặc tính không còn phù hợp với yêu cầu
hiện nay để đa vào sử dụng.
1.1 Giới thiệu chung về hệ thống treo:
Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ôtô với bánh xe, có tác dụng

làm êm dịu quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe (bánh
xe dao động trong mặt phẳng thẳng đứng) và truyền lực giữa khung vỏ với
bánh xe.
Ta biết rằng xe chuyển động có êm dịu hay không phụ thuộc chủ yếu
vào chất lợng hệ thống treo. Khi xe chuyển động trên đờng không bằng
phẳng sẽ phát sinh dao động do đờng không bằng phẳng gây ra. Những dao
động này ảnh hởng xấu tới tuổi thọ của xe, làm h hỏng hàng hoá nếu có trên
xe và ảnh hởng lớn tới hành khách trên xe. Theo số liệu thống kê cho thấy
khi một xe ôtô chạy trên đờng xấu, gồ ghề mà so sánh với một ôtô cùng loại
chạy trên đờng tốt thì vận tốc trung bình của xe chạy trên đờng xấu sẽ giảm
đi 40ữ50%, quãng đờng chạy giữa hai kì đại tu giảm đi 35ữ40%, suất tiêu
hao nhiên liệu tăng lên 30ữ40%, do đó năng xuất vận chuyển giảm đi
35ữ40% và giá thành vận chuyển tăng lên khoảng 50ữ60%. Còn đối với con
ngời nếu phải chịu đựng lâu trong tình trạng bị rung xóc nhiều sẽ gây ra mệt
mỏi, khó chịu và gây ra các phản ứng khác.
Các kết quả nghiên cứu về ảnh hởng của dao động ôtô tới cơ thể con
ngời đều đi đến kết luận: Nếu con ngời phải chịu đựng lâu trong môi trờng

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

3


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

dao động thì sẽ bị mắc các chứng bệnh thần kinh và não. Chính vì vậy mà độ
êm dịu của xe là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính tiện
nghi của ôtô. Tính êm dịu của ôtô phụ thuộc vào kết cấu của ôtô và trớc hết

là phụ thuộc vào hệ thống treo, chất lợng mặt đờng và sau đó là đến kỹ thuật
của ngời lái. Nếu xét đến phạm vi khả năng chế tạo ôtô thì hệ thống treo
mang tính chất quyết định đến tính êm dịu chuyển động của ôtô.

1.2 Các phần tử của hệ thống treo:
Ta đã biết hệ thống treo có các công dụng nh trình bày ở trên. Để đảm bảo
các công dụng đó thì thông thờng hệ thống treo bao gồm 3 bộ phận chính:
+ Bộ phận hớng.
+ Bộ phận đàn hồi.
+ Bộ phận giảm chấn.
1.2.1 Bộ phận hớng:
Bộ phận hớng có tác dụng bảo đảm động học bánh xe tức đảm bảo cho
bánh xe chỉ dao động trong mặt phẳng thẳng đứng. Bộ phận hớng còn làm
nhiệm vụ truyền lực dọc, ngang và mômen giữa khung vỏ và bánh xe.
1.2.2 Bộ phận đàn hồi:
Bộ phận đàn hồi là bộ phận nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe và tiếp nhận
lực thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ xuống bánh xe và ngợc lại. Bộ phận đàn
hồi có cấu tạo chủ yếu là một chi tiết đàn hồi bằng kim loại (nhíp, lòxo xoắn,
thanh xoắn) hoặc bằng khí (trong trờng hợp hệ thống treo khí hoặc treo thuỷ
khí).
Phần tử đàn hồi bằng kim loại gồm các loại nh nhíp, lòxo và thanh
xoắn. Ưu điểm của loại này là kết cấu đơn giản, chắc chắn, giá thành rẻ do
chi phí chế tạo cũng nh bảo dỡng thấp. Tuy nhiên nó có một số nhợc điểm
nh tuổi thọ thấp, ma sát lớn, đờng đặc tính làm việc là tuyến tính bậc nhất.
Phần tử đàn hồi loại khí gồm một số loại nh: phần tử loại khí bọc bằng
cao su, sợi, loại bọc bằng màng và loại bọc bằng ống. Ưu điểm của loại này

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

4

Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

là có thể thay đổi đợc độ cứng của hệ thống treo tuỳ theo tải trọng (bằng
cách thay đổi áp suất khí trong phần tử đàn hồi), giảm đợc độ cứng của hệ
thống treo làm tăng độ êm dịu chuyển động của ôtô, có đờng đặc tính là phi
tuyến.
Phần tử đàn hồi thuỷ khí : đây là sự kết hợp của cơ cấu điều khiển thuỷ
lực và cơ cấu chấp hành là phần tử thuỷ khí.
Nhợc điểm chung của 2 loại phần tử đàn hồi loại khí và loại thuỷ khí là
việc chế tạo các chi tiết cũng nh lắp ráp cần yêu cầu chính xác cao, phức tạp
do đó chi phí chế tạo cũng nh giá thành là rất cao.
Phần tử đàn hồi bằng cao su: gồm có các loại cao su chịu nén và loại
cao su chịu xoắn. Ưu điểm của loại này có độ bền cao, không cần bôi trơn
bảo dỡng. Cao su có thể thu năng lợng trên một đơn vị thể tích cao gấp 2ữ10
lần thép, trọng lợng của cao su bé và có đờng đặc tính phi tuyến. Nhợc điểm
của loại này là xuất hiện biến dạng d dới tác dụng của tải trọng kéo dài và
nhất là tải trọng thay đổi, thay đổi tính chất đàn hồi khi nhiệt độ thay đổi mà
đặc biệt độ cứng của cao su tăng lên khi nhiệt độ hạ xuống thấp, cần thiết
phải đặt bộ phận dẫn hớng và giảm chấn.
1.2.3 Bộ phận giảm chấn:
Bộ phận giảm chấn có tác dụng dập tắt nhanh các dao động bằng cách biến
năng lợng dao động thành nhiệt năng toả ra bên ngoài. Về mặt tác dụng có
thể có nhiều loại giảm chấn, có loại tác dụng một chiều, có loại giảm chấn
tác dụng hai chiều. Loại giảm chấn tác dụng hai chiều có thể có loại tác dụng
hai chiều đối xứng hoặc loại tác dụng hai chiều không đối xứng. Về kết cấu
trên ôtô thờng sử dụng loại giảm chấn ống hay loại giảm chấn đòn.

Giảm chấn cùng phối hợp làm việc với bộ phận đàn hồi khi làm việc
tạo lên độ êm dịu cho ôtô khi chuyển động. Ví dụ khi bánh xe đi qua một mô
đất cao sẽ tạo lên một chấn động từ mặt đờng qua bánh xe và hệ thống treo
tác dụng lên thân xe. Giai đoạn đầu bánh xe đi gần vào khung xe, năng lợng
của chấn động một phần đợc tiêu tán qua giảm chấn, một phần đợc bộ phận
đàn hồi tiếp nhận và tích luỹ dới dạng thế năng của chi tiết đàn hồi (lòxo),
chỉ có một phần đợc truyền lên xe. Giai đoạn nén này lực cản của giảm
chấn nhỏ để giảm một phần năng lợng truyền qua giảm chấn lên khung xe.

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

5


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn năng lợng đợc tích luỹ dới dạng thế năng của
bộ phận đàn hồi đợc giải phóng - Bánh xe đi ra xa khung xe. Năng lợng đợc
giải phóng này chủ yếu đợc hấp thụ và tiêu tán thông qua giảm chấn, đối với
giảm chấn đây là hành trình trả và lực cản trả lớn hơn lực cản nén rất
nhiều. Đây là loại giảm chấn hai chiều không đối xứng.
1.3 Yêu cầu thiết kế hệ thống treo.
Căn cứ vào các đặc điểm về hệ thống treo nh đã trình bày ở trên, do đó ngời
ta đa ra các yêu cầu cụ thể của hệ thống treo nh sau:
+ Hệ thống treo thiết kế phải đảm bảo độ êm dịu theo yêu cầu, có nghĩa
là thoả mãn các chỉ tiêu:
Đối với xe chở khách
- Tần số dao động f = 1ữ1,5 Hz.

hoặc tần số dao động góc = (1ữ1,5).2 rad/s.
Tuy nhiên khi tính toán hệ thống treo ôtô ngời ta thờng dùng thông số :
số lần dao động trong một phút n : n = 60 ữ 90 lần/phút .
- Đảm bảo gia tốc dao động trong giới hạn cho phép.
- Đảm bảo vận tốc dao động trong giới hạn cho phép.
+ Đảm bảo động học của bánh xe.
+ Truyền lực giữa khung vỏ và bánh xe.
1.4 Giới thiệu hệ thống treo phụ thuộc lắp trên xe UAZ-469.
Để cấu thành một hệ thống treo hoàn chỉnh cần phải có đầy đủ các phần
nói trên với chức năng cụ thể của từng phần tử. Vì vậy xuất phát từ các phần
đó ta có thể có rất nhiều loại hệ thống treo khác nhau để lắp trên xe.
Nhng trong thực tế đối với xe UAZ là loại xe chạy trên mọi địa hình,
có tính năng cơ động cao, yêu cầu về độ êm dịu không cao, về mặt chế tạo và
giá thành phải dẻ. Do vậy hệ thống treo xe UAZ thờng đợc chế tạo là hệ
thống treo phụ thuộc.
Ta có kết cấu của hệ thống treo lắp trên xe UAZ-469 nh sau:
Kết cấu hệ thống treo trớc bên trái

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

6


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Kết cấu hệ thống treo sau bên phải

Hệ thống treo phụ thuộc lắp trên xe UAZ là những bộ lá nhíp dạng

bán elíp. Tính chất dịch chuyển của cầu xe đối với vỏ phụ thuộc vào thông số
của nhíp. Nghĩa là nhíp không chỉ là bộ phận đàn hồi mà nó còn đảm nhận
nhiệm vụ của bộ phận dẫn hớng và một phần nhiệm vụ của bộ phận giảm
chấn. Kiểu hệ thống treo này đợc sử dụng rộng rãi bởi u điểm của nó là kết
cấu đơn giản, giá thành rẻ, dễ chế tạo.

Phần 2
2.1. CáC THÔNG Số CƠ BảN
Thông số

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

Giá trị

Đơn vị

7


Đồ án tốt nghiệp

1

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Khối lợng bản thân
Phân lên cầu trớc
Phân lên cầu sau
Khối lợng toàn bộ
Phân lên cầu trớc

Phân lên cầu sau

1650
890
760
2450
1020
1430

kg
kg
kg
kg
kg
kg

3

Trọng tải

750

kg

4

Khối lợng cầu trớc

120

kg

5

Khối lợng cầu sau

100

kg

6

Khối lợng bánh xe có lắp lốp

38

kg

7

Kích thớc toàn bộ
Dài
Rộng
Cao

4025
1805
2015

mm

mm
mm

2

2.2. Các thông số hình học của nhíp trớc

K

lk (cm)

bk (cm)

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

hk (cm)

Vật liệu

8


§å ¸n tèt nghiÖp

Sinh viªn: Lª Trung Kiªn – Líp ¤t« K44

1

50

5.5

0.6

55C2

2

42

5.5

0.6

55C2

3

34

5.5

0.6

55C2

4

26

5.5

0.6

55C2

5

19

5.5

0.6

55C2

6

12

5.5

0.6

55C2

7

6

5,5

0,6

55C2

+ lk : ChiÒu dµi c¸nh nhÝp kh«ng kÓ quang nhÝp.
+ bk: ChiÒu réng nhÝp.
+ hk: ChiÒu réng nhÝp .

ThiÕt kÕ c¶i tiÕn hÖ thèng treo xe UAZ

9


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

2.3. Bảng thông số hình học của nhíp sau

K

lk (cm)

bk (cm)

hk (cm)

Vật liệu

1

56

5.5

0.6

55C2

2

49

5.5

0.6

55C2

3

42

5.5

0.6

55C2

4

34

5.5

0.6

55C2

5

26

5.5

0.6

55C2

6

19

5.5

0.6

55C2

7

12

5.5

0.6

55C2

8

6

5.5

0.6

55C2

+ lk : Chiều dài cánh nhíp không kể quang nhíp.
+ bk: Chiều rộng nhíp.
+ hk: Chiều rộng nhíp .

Phần 3
Lý thuyết tính toán nhíp
3.1 Phơng pháp tính toán ứng suất trong các lá nhíp.

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

10


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Phơng pháp tính toán các lá nhíp thông thờng đó là tính theo ứng suất
trong các lá nhíp theo phơng pháp tải trọng tập trung, phơng pháp này đợc
xây dựng trên giả thiết:
- Chỉ khảo sát nửa nhíp (1/4 elíp), một đầu ngàm, một đầu chịu lực.
- Các lá nhíp khi làm việc chỉ tiếp xúc với nhau tại các đầu mút.
- Độ biến dạng của 2 lá nhíp kề nhau tại các vị trí tiếp xúc là nh
nhau.
Sơ đồ lực
l1
B

P
X2

X3
l2
lk

Xk
S
Xk+1
Xn

ln
ứng suất trong các lá nhíp có thể xác định đợc khi ta xác định trị số
của các phản lực đặt tại các đầu mút X1, X2, Xn-1, Xn trong hệ siêu tĩnh.
Để xây dựng đợc hệ phơng trình siêu tĩnh ta sử dụng công thức tính độ
võng của các lá nhíp theo hai trờng hợp sau:
Trờng hợp 1
Khi lá nhíp một đầu bị ngàm còn đầu kia chịu lực tác dụng.
Ta có sơ đồ tính toán:
l
P
fx
fa
Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

11


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

x
Độ võng tĩnh tại đầu A:
fA =

P.l 3
3.E.J

Độ võng tĩnh tại tiết diện x-x:

P.x 3 P.x 2 .(1 x)
fx =
+
3.E.J
2.E.J

Trong đó
E: môđun đàn hồi của vật liệu làm nhíp E= 2,0.105 MN/m.
J : mômen quán tính của nhíp.
P: lực tác dụng lên một đầu nhíp.
l : chiều dài của nửa nhíp.

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

12


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Trờng hợp 2
Khi lực tác dụng đặt cách ngàm một đoạn là x.
Ta có sơ đồ tính toán nh hình vẽ:
l
P
fx

fa

x
Độ võng tĩnh tại đầu A:
fA =

P.x 3 P.x 2 .(l x)
+
3.E.J
2.E.J

Từ 1, 2 ta có thể xác định đợc độ võng tại tiết diện x-x của lá nhíp thứ
nhất dới tác dụng của các lực P= X1 và X2 là:
3

2

3

P.l 2
P.l .(l l ) X .l
fX =
+ 2 1 2 2 2
3.E.J 1
2.E.J 1
3.E.J 1

Độ võng tại đầu của lá nhíp thứ 2 dới tác dụng của các lực X2, X3 là:
3

fA =

2

3

X .l .(l l ) X .l
X 2 .l 2
+ 2 3 2 3 3 3
3.E.J 2
2.E.J 2
3.E.J 2

Theo giả thiết thì biến dạng tại tiết diện x-x của lá nhíp thứ nhất bằng
độ biến dạng của lá nhíp thứ 2 từ đó ta có fx=fA.
Qua một số phép biến đổi toán học ta có dạng tổng quát:
0.5.

Jk
l
l
l
J
.(3. k 1 1). X k 1 (1 + 2 ). X k + 0.5.( k +1 ) 3 .(3. k 1). X k +1 = 0
J k 1
lk
J1
lk
l k +1

0.5.

l
J2
l
J
l
.(3. 1 1).P (1 + 2 ). X 2 + 0.5.( 3 ) 3 .(3. 2 1). X 3 = 0
J1
l2
J1
l2
l3

0.5.

Jn
l
J
.(3. n 1 1). X n 1 (1 + n ). X n = 0
J n 1
ln
J n 1

Ta có tại điểm B biến dạng của lá thứ nhất và lá thứ hai là nh nhau, tơng tự tại điểm S biến dạng của lá thứ (k-1) và lá thứ k bằng nhau. Bằng cách
lập các biểu thức biến dạng tại các điểm trên và cho chúng bằng nhau từng
đôi một ta sẽ đi đến 1 hệ (n-1) phơng trình với (n-1) ẩn là các giá trị X2. Xn.

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

13

Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Hệ phơng trình đó có dạng nh sau:
A2.Z + B2.X2 + C2.X3 = 0
A2.X2 + B3.X3 + C3.X4 = 0

An.Xn-1 + Bn.Xn
=0
Trong đó
Ak= 0.5.

Jk
l
(3. k 1 1)
J k 1
lk

Bk= - (1 +

Jk
)
J k 1

Ck= 0.5.(

l k +1 3
l

) .(3. k 1)
lk
l k +1

lk: chiều dài tính toán: từ quang nhíp đến đầu mút lá nhíp (hình vẽ).
Jk: mômen quán tính của lá nhíp thứ k.
Jk=

1
3
.b.hk
12

b: chiều rộng lá nhíp.
hk: chiều dầy của lá nhíp thứ k.
Thông thờng 1 bộ nhíp có m lá nhíp cái có chiều dài và chiều dầy
giống nhau thờng m=1ữ3, khi đó để tránh nhầm lẫn ta coi m lá đó là lá thứ
nhất với J1 đợc xác định:
J1 =

m
.b.h 3
12

(khi đó k = 2 ứng với lá thứ m+1, k = 3 ứng với lá m+2 ).
Giải hệ phơng trình trên ta đợc các giá trị X2. Xn.
Khi đã có các giá trị X2. Xn ta vẽ đợc biểu đồ mômen nh sau:
lk
Xk
lk+1

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

Xk+1

14


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Xk.lk- Xk+1.lk+1

Xk.(lk- lk+1)

B
A
ứng suất của nhíp đợc xác định theo công thức:
Mu

u = W
u

Trong đó
Wu: là mômen chống uốn của nhíp tại tiết diện tính toán. Mômen
chống uốn này phụ thuộc vào tiết diện của nhíp.
Thông thờng tiết diện của nhíp hình chữ nhật nên nó đợc xác định theo
công thức:
Wu =

b.h 2
6

Sau khi lắp ghép trong các lá nhíp sẽ xuất hiện ứng suất sơ bộ đợc gọi
là ứng suất siết. Nó đợc xác định theo công thức:
s =

Ms
=
Ws

1
1
)
R0 R k
E.hk 1
1
=
.( )
Wu
2
R0 R k

J k .E.(

Trong đó
E : môdun đàn hồi của vật liệu làm nhíp .
hk : chiều dầy của lá nhíp thứ k.
R0: Bán kính cong của lá nhíp sau khi đã lắp ghép.

Rk: Bán kính cong của lá nhíp thứ k ở trạng thái tự do.
Thông thờng thì ứng suất siết trong các lá nhíp là rất nhỏ so với ứng suất
uốn cho nên ta có thể bỏ qua việc tính toán ứng suất siết trong các lá nhíp.
3.2 Cơ sở tính toán dao động của hệ thống treo.
Theo lý thuyết ôtô thì tần số dao động của hệ thống treo đợc tính theo
công thức:
n=

300
ft

Trong đó
n : là tần số dao động của ôtô đơn vị là. lần /phút.

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

15


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

ft : là độ võng tĩnh của nhíp. cm.
Vấn đề đặt ra ở đây là xác định độ võng tĩnh f t của nhíp. Để đơn giản
ta áp dụng tính toán cho n lá nhíp, các lá có tiết diện hình chữ nhật và có tính
chống uốn đều.
Độ võng của nhíp tại đầu nhíp dới tác dụng của tải trọng P chính bằng
năng lợng sinh ra trong khi nhíp bị uốn.
Xét một thanh nh hình vẽ, nó chịu lực tác dụng P và biến dạng một

đoạn là ft, do đó ta có thế năng.
Biến dạng đàn hồi U:
U = P.ft
ft =

U
P

Nếu thanh có tiết diện thay đổi thì công thức tính f đợc xác định theo vi phân
ft =

dU
dP

Sơ đồ tính toán :
l1
l2
l3

P

a2
a3
ln
ln-1
an+1
Xét một nhíp có cấu tạo nh hình vẽ, nhíp có n lá
Với l1, l2, ln : chiều dài của lá nhíp
J1, J2, : Mômen quánd tính theo trục X của tiết diện lá nhíp
Dới tác dụng của lực P thế năng biến dạng của nhíp sẽ là :

l1

U =
0

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

2

Mx
dx
2.E.J x

16


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Trong đó
E : Môđun đàn hồi của vật liệu làm nhíp.
Jx : Mômen quán tính của nhíp tại tiết diện x.
l

1
d
ft = u =
dP 0

dM x
dP d
x
E.J x

M x.

Mà ta có Mx = P.( l1- x ). Nên ft đợc tính
l

1
d
P.(l1 x ) 2
ft = u =
dx
d P 0 E.J x

Chia tích phân thành tổng các tích phân trên từng đoạn I, II, III .ta đợc:
l

ft =

1
du
P.(l1 x ) 2
=
dx +
d P 0 E.J x

l2

P.(l1 x) 2
l E.J x d x + .... .
1

P.(l1 l3 ) 3 1 1
P.(l1 l 2 ) 3 1 1
ft =
.( ) +
.( ) + ....
3.E
I1 I 2
3.E
I2 I3

Trong đó
I1 = J1, I2 = J1+ J2, .
l1- l2 = a2, l1- l3 = a3.
Yk=

1
, Yn+1= 0
Jk

J1, J2JkJn : mômen quán tính của tiết diện lá nhíp
Do đó ta xác định đợc ft
ft =

n
P

3
. a k +1 (Yk Yk +1 )
3.E. k =1

L
l

l
P
Z

Trờng hợp nhíp không đối xứng:
n
n
2P
l '1
2P
l '1
3
3
ft =
.
. a (Yk Yk +1 ) +
.
. a , k +1 (Yk Yk +1 )
' k +1
'
3.E. l1 + l 1 k =1
3.E. l1 + l 1 k =1

C=

3.E.
n
l1
l '1
3
3
.
a
(
Y

Y
)
+
.
a , k +1 (Yk Yk +1 )
k
k +1
' k +1
'
l1 + l 1 k =1
l1 + l 1 k =1
'

n

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

17


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Trờng hợp nhíp đối xứng:
ft =
C=

n
P
3
. a k +1 (Yk Yk +1 )
3.E. k =1

6.E.
n

a
k =1

3
k +1

(Yk Yk +1 )

Vậy khi đã có các số liệu của nhíp ta có thể tính đợc độ cứng C của nó.
3.3 Lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu.

Hệ thống treo thiết kế phải đảm bảo cho xe đạt độ êm dịu theo các chỉ
tiêu đã đề ra.
Hiện nay có nhiều loại chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động nh:
tần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động
Trong khuôn khổ đồ án này ta chỉ lựa chọn một chỉ tiêu đánh giá độ
êm dịu đó là chỉ tiêu tần số giao động. Chỉ tiêu này đợc lựa chọn nh sau:
Xe chở khách
f = 1 ữ 1,5 lần/s (tức Hz).
hoặc n = 60 ữ 90 lần/phút.
hoặc = (1 ữ 1,5).2 rad/s.
Trên ôtô ngời ta đa ra khái niệm độ võng tĩnh ft. Độ võng tĩnh là biến
dạng của hệ thống treo khi chịu tải trọng tĩnh. Độ võng tĩnh đợc xác định nh
sau:
ft =

G
Ct

Trong đó
G : là trọng lợng của phần đợc treo tác dụng lên hệ thống treo. kg.
Ct : là độ cứng của hệ thống treo. N/cm.
Mặt khác ta có mối quan hệ giữa tần số giao động góc và độ cứng của
hệ thống treo theo công thức:
2 =

Ct
M

: tần số dao động góc.
M : khối lợng của phần đợc treo. kg.

Từ đó ta có :

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

18


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Ct = M.2
Nếu ta chọn trớc thì độ cứng Ct chỉ còn phụ thuộc vào khối lợng
phần đợc treo.
Kết hợp các công thức trên ta có :
ft =

G
M . 2

Mà M = G/g
g : gia tốc trọng trờng. g = 10 m/s2.
2. = 6
Thay vào trên ta có
30 2
ft = 2
n

m.

Nếu tính ft theo cm thì ta có
2
ft = 3002 cm.

n

Phần 4
Kiểm nghiệm hệ thống treo xe uaz-469
4.1 Kiểm nghiệm hệ thống treo trớc.
Tính độ cứng của nhíp trớc.

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

19


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

C=

6.E.
n

a
k =1

3
k +1

(Yk Yk +1 )

Trong đó
Chọn = 0,84. Hệ số điều chỉnh giữa lý thuyết và thực nghiệm.
E : môđun đàn hồi của vật liệu làm nhíp khi chịu uốn
Vật liệu nhíp là thép nên E = 2.105 MN/m2 = 2.107 N/cm2.
Yk=

1
, Yn+1= 0
Jk

I1 = J1, I2 = J1+ J2, .
l1- l2 = a2, l1- l3 = a3.
J1, J2JkJn : mômen quán tính của tiết diện lá nhíp
Jk: mômen quán tính của lá nhíp thứ k.
Jk=

m
3
.b.hk
12

J1=

2
3
.b.hc
12

Nhíp cái m = 2 nên

các lá nhíp khác J2=J3=J4=J5=J6=J7=

1
.b.h
12

3

hk : chiều dầy các lá nhíp hk = hc = h = 0,6 cm.
b : chiều rộng nhíp b = 5,5 cm.
Ta lập bảng quan hệ để tính độ cứng Ct của nhíp.
TT
1
2
3
4
5
6
7

lk
50
42
34
26
19
12

6

ak+1
8
16
24
31
38
44
50

bk
5,5
5,5
5,5
5,5
5,5
5,5
5,5
7

a

hk
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6

0,6

3
k +1

Jk
0,198
0,099
0,099
0,099
0,099
0,099
0,099

Ik
0,198
0,297
0,396
0,495
0,594
0,693
0,792

Yk
Yk-Yk+1
5,0505
3,367 1,6835
2,5252 0,8418
2,0202 0,505
1,6835 0,3367

1,443 0,2405
1,2626 0,1804
1,2626

ak+13.
(Yk-Yk+1)
861,9520
3448,013
6981,120
10030,63
12182,05
15367,19
157825,0

.(Yk Yk +1 ) = 206695,956

1

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

20


Đồ án tốt nghiệp

Do vậy

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Ct =

6.2.10 7 .0,84
= 493,478 N/cm.
206695,956

4.1.1 Kiểm tra độ êm dịu của hệ thống treo trớc.
a. Khi không tải:
+ Tải trọng tác dụng lên một bên nhíp trớc trong trờng hợp không tải.
kt

Z tkt =

Gt 2.Gbx Gct
2

Trong đó :
G tkt : Tải trọng tác dụng lên cầu trớc khi không tải G tkt =890kg
G bx : Khối lợng bánh xe có lắp lốp
G ct : Khối lợng cầu trớc


Z tkt =

G bx = 38kg

G ct = 120kg

890 2.38 120
.10 = 3470 N.
2

+ Độ võng tĩnh trong trờng hợp không tải.
f t kt =

Z tkt
3470
=
= 7,03 cm.
Ct
493,478

+ Tần số dao động riêng.
ntkt =

300
f t kt

=

300
7,03

= 113,2 lần/phút.

b. Khi đầy tải:
+ Tải trọng tác dụng lên một bên nhíp trớc trong trờng hợp đầy tải.
dt

Z tdt =

Gt 2.Gbx Gct
.10 N
2

Trong đó :
G tkt : Khối lợng tác dụng lên cầu trớc khi đầy tải : G tdt =1020kg
G bx : Khối lợng bánh xe có lắp lốp : G bx = 38kg
G ct : Khối lợng cầu trớc : G ct = 120kg


Z tdt =

1020 2.38 120
.10 = 4120 N.
2

+ Độ võng tĩnh trong trờng hợp đầy tải.

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

21


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

ft

dt

Z tdt
4120
=
=
= 8,35 cm.
Ct
493,478

+ Tần số dao động riêng.
ntdt =

300
ft

=

dt

300
8,35

= 103,8 lần/phút.

Kết luận:
So sánh các giá trị về độ võng tĩnh cũng nh các giá trị về tần số dao
động riêng này với các giá trị của độ võng tĩnh và tần số dao động riêng của
hệ thống treo để đảm bảo độ êm dịu của xe ta thấy hệ thống treo trớc không
thoả mãn về độ êm dịu cả trong trờng hợp xe không tải và xe chở đầy tải.
4.1.2 Tính bền nhíp trớc.

Sơ đồ tính bền nhíp:
l1
P
X2
X3
X4
X5
X6
X7
l7
l6
l5
l4
l3
l2

+ Số lá nhíp là 7.
+ Tải trọng P tác dụng lên cánh nhíp (ở đây tải):

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

22


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Z tdt 4120
Pt =

=
= 2060 N.
2
2

+ Mômen quán tính của các lá nhíp
- Lá nhíp cái m = 2 nên
J1=

2
2
3
.b.hc =
.5,5.0,6 3 = 0,198 cm4.
12
12

- Các lá nhíp khác J2=J3=J4=J5=J6=J7=
=

1
.b.h
12

3

1
.5,5.0,6 3 = 0,099 cm4.
12

hk : chiều dầy các lá nhíp hk = hc = h = 0,6 cm.
b : chiều rộng nhíp b = 5,5 cm.
+ Xác định các hệ số Ak, Bk, Ck.
Ak= 0.5.

Jk
l
(3. k 1 1)
J k 1
lk

Bk= - (1 +

Jk
)
J k 1

Ck= 0.5.(

l k +1 3
l
) .(3. k 1)
lk
l k +1

Ta lập bảng quan hệ giữa các thông số lk, Ak, Bk, Ck.

k

lk

Ak

Bk

Ck

1
2
3
4
5
6
7

50
42
34
26
19
12
6

0,64
1,35
1,46
1,55
1,82
2,5

-1,5
-2
-2
-2
-2
-2

0,72
0,65
0,61
0,54
0,31
-

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

23


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

Ta có hệ phơng trình
0,64.2060 1,5. X2 + 0,72 .X3 = 0
1,35. X2 2. X3 + 0,65. X4 = 0
1,46. X3 2. X4 + 0,61. X5 = 0
1,55. X4 2. X5 + 0,54. X6 = 0
1,82. X5 2. X6 + 0,31. X7 = 0
1,5 . X6 2. X7

=0
Giải hệ phơng trình này ta đợc
X2 = 1763 N.
X3 = 1841,8 N.
X4 = 2036,9 N.
X5 = 2270,8 N.
X6 = 2563 N.
X7 = 3203,7 N.
Khi có các giá trị X k ta có biểu đồ mômen và xác định đợc các giá trị
mômen tại A và B của từng lá nhíp.
lk
Xk
lk+1

Xk+1

Xk.lk- Xk+1.lk+1

Xk.(lk- lk+1)

B
ứng suất của nhíp đợc xác định:
u =

A

Mu
Wu

Mu : mômen uốn nhíp. Ncm.

Wuc : mômen chống uốn của nhíp chính.
2

b.hc
5,5.0,6 2
Wuc = 2.
= 2.
= 0,66 cm3.
6
6

Wu : mômen chống uốn của nhíp.

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

24


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Lê Trung Kiên Lớp Ôtô K44

b.h 2 5,5.0,6 2
Wu =
=
= 0,33 cm3.
6
6

Ta lập bảng quan hệ

k
1
2
3
4
5
6
7

lk
50
43
36
29
22
15
9

Xk
2060
1763
1841,8
2063,9
2270,8
2563
3203,7

MuA
28954
11424,8

9661,8
9814,6
12388,8
11533,8
19222,2

MuB
16480
14104
14742,4
15895,5
15895,5
15378
-

Wu uA(N/cm2)
0,66
43869,7
0,33
34620,6
0,33
29278,2
0,33
29741,2
0,33
37541,9
0,33
34950,9
0,33
58249

uB(N/cm2)
24969,7
42739,4
44673,9
48160,1
48168,1
46600
-

Kết luận:
So sánh giá trị ứng suất uốn tại A và B với ứng suất uốn cho phép của
vật liệu thép làm nhíp [] = 60000 N/cm2 khi chịu tải trọng tĩnh ta thấy nhíp
trớc đủ bền.
4.1.3 Tính bền tai nhíp.
Tai nhíp chịu lực thẳng đứng P và lực dọc P x (lực kéo Pk hoặc lực
phanh PP). Lực hệ thống treo P gây lên uốn cho lá nhíp đã đợc tính ở phần
trên. Lực Px gây ra uốn và kéo (hoặc nén) tai nhíp.
ứng suất uốn tai nhíp đợc xác định:
u =

Mu
Wu

Trong đó
M u = Px max .
Wu =

D+h
2

b.h 2
6

ứng suất kéo (hay nén) tai nhíp đợc xác định:
u =

Px max
b.h

ứng suất tổng hợp ở tai nhíp:
th = u + k(n)

Thiết kế cải tiến hệ thống treo xe UAZ

25