Thuyết minh đồ án thiết kế hệ thống treo

Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

MỤC LỤC

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

LỜI NÓI ĐẦU
Trong các phương tiện giao thông hiện đang được sử dụng trên th ế gi ới
cũng như ở Việt Nam thì phương tiện giao thông đường bộ được sử dụng
nhiều nhất, mà phần lớn là ô tô do có nhiều ưu đi ểm so v ới các loại ph ương
tiện khác như: tính cơ động, nhanh gọn, giá thành vận chuy ển r ẻ (ở các c ự ly
gần và trung bình)…
Với yêu cầu đòi hỏi ngày càng cao của công ngh ệ v ận tải, c ủa kỹ thu ật thì
tính tiện nghi của ô tô ngày càng phải hoàn thi ện hơn. Đặc biệt là tính năng
êm dịu chuyển động của xe để tạo cho con người cảm giác th ật tho ải mái, bảo
quản hàng hóa khi vận chuyển, tăng tuổi thọ làm vi ệc của ô tô và gi ảm vi ệc
bảo dưỡng tu bổ đường sá. Hệ thống treo là một hệ thống rất quan trọng trên
ô tô, nó góp phần tạo độ êm dịu ổn định và tính ti ện nghi của xe. Đ ối v ới đ ồ án
tốt nghiệp được giao: “Thiết kế hệ thống treo cho xe tải 2.5 tấn” và trước
những yêu cầu thực tế của ngành ô tô trong nước em chọn phương án thi ết kế
để đảm bảo thỏa mãn đồng thời những tiêu chí ấy.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp do thời gian có h ạn, trình đ ộ và ki ến

thức bản thân còn hạn chế nên khó tránh khỏi những thi ếu sót. Em r ất mong
nhận được sự đóng góp ý kiến cùng với sự chỉ bảo của thầy và các bạn sinh
viên.
Đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thành nhờ có sự giúp đ ỡ và ch ỉ b ảo t ận
tình của các thầy trong bộ môn và các bạn đặc bi ệt là th ầy Trương Đ ặng Vi ệt
Thắng. Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy và các bạn.
Hà N ội, ngày 4 tháng 6 năm 2015
Sinh viên
Nguy ễn Xuân Tùng

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 2


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO
1. Công dụng và phân loại hệ thống treo
1.1. Công dụng:

Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ô tô v ới bánh xe, có tác

dụng làm êm dịu cho quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động h ọc
bánh xe.
- Khi ô tô chuyển động, nó cùng với lốp hấp th ụ và c ản l ại các rung
động, các dao động và các va đập tác dụng lên xe do mặt đường
không bằng phẳng, để bảo vệ hành khách, hành lý và cải thi ện tính
-

ổn định.
Xác định động học chuyển động của bánh xe, truyền lực kéo và lực
phanh sinh ra do ma sát giữa mặt đường và các bánh xe, l ực bên và

-

các mô men phản lực đến gầm và thân xe
Dập tắt các dao động thẳng đứng của khung vỏ sinh ra do ảnh
hưởng của mặt đường không bằng phẳng.
Trong trường hợp hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo n ối khung

vỏ với bánh xe thông qua dầm cầu, hoặc vỏ cầu. Đ ể đơn gi ản chúng ta
coi hệ thống treo nối đàn hồi với khung vỏ bánh xe.
Xe chuyển động có êm dịu hay không phụ thu ộc ch ủ yếu vào ch ất
lượng của hệ thống treo
Để đảm bảo công dụng như đã nêu ở hệ th ống treo th ường có 3 b ộ
phận chủ yếu:
- Bộ phận đàn hồi
- Bộ phận giảm chấn
- Bộ phận hướng
Bộ phận đàn hồi: Nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe, ti ếp nh ận lực
thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ tới bánh xe và ngược lại. Bộ phận đàn
hồi có cấu tạo chủ yếu là một chi tiết (hoặc một cụm chi ti ết) đàn h ồi
bằng kim loại (nhíp, lò xo xoắn, thanh xoắn) hoặc b ằng khí (trong
trường hợp hệ thống treo bằng khí hoặc thủy khí).
SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 3


Đồ án tốt nghiệp

tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

Bộ phận giảm chấn: Có tác dụng dập tắt nhanh chóng các dao đ ộng
bằng cách biến năng lượng dao động thành nhi ệt năng tỏa ra ngoài,
việc biến năng lượng dao động thành nhiệt năng nhờ ma sát. Giảm
chấn trên ô tô là giảm chấn thủy lực, khi xe dao động, chất l ỏng trong
giảm chấn được piston giảm chấn dồn từ buồng nọ sang buồng kia qua
các lỗ tiết lưu. Ma sát giữa chất lỏng với thành lỗ tiết lưu và giữa các l ớp
chất lỏng với nhau biến thành nhiệt nung nóng vỏ giảm chấn tỏa ra
ngoài.
Bộ phận hướng: Có tác dụng đảm bảo động học bánh xe, tức là đảm
bảo cho bánh xe chỉ dao động trong mặt phẳng đứng, bộ phận hướng
còn làm nhiệm vụ truyền lực dọc, lực ngang, mô men giữa khung v ỏ và
bánh xe.
1.2. Phân loại:

Hệ thống treo ô tô thường được phân loại dựa vào cấu tạo c ủa b ộ

phận đàn hồi, bộ phận dẫn hướng và theo phương pháp dập tắt dao động
1.2.1. Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo bộ phận dẫn hướng:
Hệ thống treo phụ thuộc: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh
bên phải được liên kết với nhau bằng dầm cứng (liên kết dầm cầu liền),
nên khi một bánh xe bị dịch chuyển (trong mặt phảng ngang ho ặc đứng)
thì bánh xe bên kia cũng bị dịch chuyển. Ưu điểm của hệ th ống treo phụ
thuộc là đơn giản, rẻ tiền, và đảm bảo độ êm dịu chuy ển động c ần thi ết
cho các xe có tốc độ chuyển động không cao lắm. Nếu ở hệ th ống treo phụ
thuộc có phần tử đàn hồi là nhíp thì nó làm được cả nhi ệm vụ của b ộ
phận dẫn hướng.

Hệ thống treo độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên phải vá bánh
xe bên trái không có liên kết cứng với nhau. Do đó sự dịch chuy ển c ủa m ột
bánh xe không gây nên sự dịch chuyển của bánh xe kia. Tùy theo m ặt
phẳng dịch chuyển của bánh xe mà người ta phân ra hệ th ống treo độc lập
có sự dịch chuyển bánh xe trong mặt phẳng ngang, trong mặt phẳng dọc
và đồng thời cả hai mặt phẳng. Hệ thống treo độc lập chỉ sử dụng ở

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 4


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

những xe có kết cấu rời, có độ êm dịu của cả xe cao, tuy nhiên k ết c ấu b ộ
phận dẫn hướng phức tạp, giá thành đắt.
Hệ thống treo cân bằng: dùng ở những xe có tính năng thông qua cao
với 3 hoặc 4 cầu chủ động để tạo mối quan hệ phụ thuộc giữa hai hàng
bánh xe ở hai cầu liền nhau.

a) Hệ thống treo phụ thuộc

b) Hệ thống treo độc lập
Hình 1.1: Phân loại HT treo
1.2.2. Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo của phần tử đàn hồi:
• Phần tử đàn hồi là kim loại: nhíp, lò xo, thanh xoắn.
• Phần tử đàn hồi là khí nén: bình chứa khí là cao su k ết h ợp s ợi v ải b ọc
•
•

1.2.3.
•
•

làm cốt, dạng màng phân chia và dạng liên hợp.
Phần tử đàn hồi là thủy khí có loại kháng áp và không kháng áp.
Phần tử đàn hồi là cao su có loại làm việc ở chế độ nén chế độ xoắn.
Phân loại hệ thống treo theo phương pháp dập tắt dao động:
Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn thủy lực dạng đòn và ống
Dập tắt dao động nhờ ma sát cơ học trong phần tử đàn hồi và trong

1.3.

phần tử hướng.
Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế hệ thống treo

1.3.1. Các phương án bố trí:

a)

b)

c)

d)

Hình 1.2: Một số phương án bố trí:
a) Hệ thống treo ph ụ thuộc nhíp
b) Hệ thống treo độc lập đ ặt nghiêng
SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 5

Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

c) Hệ thống treo độc l ập thanh xo ắn lo ại 2 đòn
d) Hệ thống treo McPheson (treo ki ểu n ến)
1.3.2. Phân tích ưu, nhược điểm của các phương án bố trí:
a) Ưu, nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc:
• Ưu điểm:
Khi bánh xe dịch chuyển theo phương thẳng đứng, khoảng cách hai
bánh xe (được nối cứng) không thay đổi. Điều này làm cho mòn l ốp gi ảm
đối với trường hợp treo độc lập. Do hai bánh xe được n ối cứng nên khi có
lực bên tác dụng thì lực này được chia đều cho hai bánh xe làm tăng kh ả
năng truyền lực bên của xe, nâng cao khả năng chống trượt bên của xe.
Hệ thống treo phụ thuộc dùng cho cầu bị động có cấu tạo đơn giản h ơn
so với HT treo độc lập.
Giá thành thấp, kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp sửa chữa, bảo dưỡng.
•

Nhược điểm:
Khối lượng phần liên kết bánh xe (phần không được treo) l ớn, đ ặc bi ệt

là ở cầu chủ động. Khi xe chạy trên đường không bằng phẳng, tải tr ọng
động sinh ra sẽ gây nên và đập mạnh giữa phần không treo và ph ần treo
làm giảm độ êm dịu chuyển động. Mặt khác bánh xe va đập mạnh trên n ền
đường sẽ làm xấu sự tiếp xúc của bánh xe với đường.
Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải l ớn đ ể đảm bảo cho d ầm c ầu

có thể thay đổi vị trí, do vậy chỉ có thể lựa chọn là chiều cao trọng tâm l ớn.

Hình 1.3: Sự thay đổi vị trí bánh xe và của xe khi xe trèo lên mô đ ất.

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 6


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

Sự nối cứng bánh xe 2 bên bờ dầm liên kết gây nên hi ện tượng xuất hi ện
chuyển vị phụ khi xe chuyển động.
• Vấn đề sử dụng hệ thống treo phụ thuộc:
Do yêu cầu của thực tế và do trình độ phát tri ển của kỹ thu ật thì t ốc đ ộ
của ô tô ngày càng được nâng cao. Khi tốc độ ô tô ngày càng cao thì yêu c ầu
về kỹ thuật của ô tô ngày càng khắt khe : trọng tâm của ô tô cần ph ải được
hạ thấp. Vấn đề ổn định lái phải tốt, trọng lượng phần không được treo
nhỏ để tăng sự êm dịu khi chuyển động. Vì lí do như vậy mà h ệ th ống treo
phụ thuộc không được sử dụng trên xe có vận tốc cao.
b) Ưu, nhược điểm của hệ thống treo độc lập:
Ưu điểm: Khác với HT treo phụ thuộc, HT treo độc lập có đặc đi ểm là
hai bánh xe hai bên ít phụ thuộc vào nhau, do đó mà độ ổn đ ịnh chuy ển
động cao. Hai bánh xe được liên kết bở các đòn ngang ho ặc đòn d ọc, ph ần
không được treo nhỏ, ô tô chuyển động đạt được độ êm dịu cao. Hệ treo
không cần sử dụng dầm ngang, khoảng không gian cho nó dịch chuy ển chủ
yếu là hai bên sườn xe. Đặc điểm này cho phép hạ thấp tr ọng tâm xe do đó
nâng cao được tốc độ của xe.
Nhược điểm: Ở hệ thống treo độc lập các bộ phận đàn hồi, bộ phận

hướng là riêng biệt nên không tránh khỏi sự phức tạp v ề mặt k ết c ấu. S ự
phức tạp trong kết cấu cũng gây khó khăn cho vi ệc b ố trí các h ệ th ống
khác trên ô tô. HT treo độc lập dầm cầu thường là dầm cầu r ời nên khi xe
đi trên các đoạn đường gồ ghề rất dễ làm thay đổi các góc đặt bánh xe, dẫn
đến sự mất ổn định của xe.
Giá thành của hệ thống treo độc lập cũng đắt hơn rất nhiều so v ới h ệ
thống treo phụ thuộc.
1.4.
Phương án thiết kế hệ thống treo xe tải 2.5 tấn:
1.4.1. Hệ thống treo trước
Hệ thống treo có ba phần tử: Phần tử dẫn hướng, phần tử đàn hồi, phần
tử giảm chấn.
Nhiệm vụ chính của bộ phận đàn hồi là ti ếp nhận và truy ền l ực th ẳng
đứng từ đường lên khung xe, giảm tải trọng động và đảm bảo độ êm dịu
cho ô tô khi chuyển động trên những đoạn đường khác nhau.
Bộ phận đàn hồi của xe tải thường sử dụng các loại sau:
+ Loại lò xo trụ
SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 7


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

+ Loại khí
+ Loại nhíp

a)

b)

a)Nhíp

b)Lò xo trụ

c)

c)Thanh xo ắn

Nhíp: là bộ phận đàn hồi được sử dụng rất nhi ều trong ô tô. Ch ức năng
chính là đàn hồi theo phương thẳng đứng. Chức năng dẫn hướng truyền
lực dọc, ngang, có thể cả lực bên. Chức năng giảm chấn đảm nhi ệm nh ờ
giảm chấn, ma sát giữa các lá nhíp, ma sát trong các l ớp cao su. Nhíp có k ết
cấu đơn giản, chắc chắn, rẻ tiền, sửa chữ thay thế cũng rất đơn giản.
 Với những đặc điểm trên chọn bộ phận đàn hồi của hệ th ống
treo là hệ nhíp.
Hệ nhíp vừa làm nhiệm vụ đàn hồi, vừa làm nhi ệm v ụ dẫn hướng. Bộ
phận dẫn hướng của hệ thống treo có mục đích xác định đ ộng h ọc và tính
chất dịch chuyển của các bánh xe tương đối với khung hay v ỏ ô tô và dùng
để truyền lực dọc (lực kéo tiếp tuyến hoặc lực phanh) lực ngang cũng như
các mô men phản lực và mô men phanh. Bộ phận dẫn hướng phải đảm
bảo giữ được động học của bánh xe khi chuyển động, giữ được ổn định các
góc đặt của bánh xe dẫn hướng. Khi bánh xe dao động không làm ảnh
hưởng đế động lực học quay vòng của bánh xe. Truyền được lực d ọc và lực
ngang và giữ được góc nghiêng của thùng xe trong một gi ới h ạn nh ất đ ịnh.
Đảm bảo cho việc bố trí cho HTTL được dễ dàng, khi HT treo làm vi ệc
không làm ảnh hưởng đến HTTL.
Bộ phận giảm chấn làm việc dựa trên nguyên lý bi ến dao động của năng
lương thành nhiệt năng bằng cách chuyển chất lỏng từ buồng chứa này

đến buồng chứa khác qua những van tiết lưu rất bé. Khi chất l ỏng qua van
tiết lưu sẽ sinh sức cản lớn do sự chuy ển động của chất l ỏng t ạo ma sát
giữa chất lỏng và các lỗ van, chất lỏng và chất lỏng, ch ất lỏng và v ỏ sinh
nhiệt năng làm nóng giảm chấn do đó dập tắt được dao động. Như vậy ta
SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 8


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

chọn phương án: Hệ thống treo phụ thuộc có phần tử dẫn hướng và đàn
hồi là nhíp nửa elip đặt dọc và giảm chấn loại ống.

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống treo
1.4.2. Hệ thống treo sau.

Đối với hệ thống treo sau được gắn với thùng xe chủ y ếu dùng đ ể ch ở
hàng hóa, nên cầu sau không cần đảm bảo độ êm dịu như c ầu tr ước. Kh ối
lượng thay đổi lớn nên cần có thêm nhíp phụ.

Thông số cơ bản của xe tham khảo
SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 9


Đồ án tốt nghiệp
tấn

STT

1
2
3
4
5
6

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

Thông số
Kích thước toàn bộ
Dài
Rộng
Cao
Chiều dài cơ sở
Vết bánh trước/sau
Trọng lương xe không tải
Phân bố lên cầu trước
Phân bố lên cầu sau
Trọng lượng toàn bộ
Phân bố lên cầu trước
Phân bố lên cầu sau
Trọng lượng không được
treo phần trước
Trọng lượng không được
treo phần sau

Giá trị

Đơn vị

6020
1900
2240
3360
1550/1425
27600
13250
14350
54550
16365
38185
1500

mm
mm
mm
mm
mm
N
N
N
N
N
N
N

2500

N

CHƯƠNG II:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC
Trên các ô tô hiện đại thường sử dụng loại nhíp bán elip, th ực hi ện
chức năng của bộ phận đàn hồi và bộ phận dẫn hướng. Ngoài ra nhíp bán elip
còn thực hiện một chức năng hết sức quan trọng là kh ả năng phân b ố t ải
trọng lên khung xe hoặc thùng xe.
SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 10


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

Trong thực tế, khi xe có tải HT treo sẽ phải chịu những tác đ ộng l ớn h ơn
trường hợp xe chạy không tải và thời gian xe chạy có tải chi ếm ph ần l ớn th ời
gian hoạt động của xe, vì vậy tất cả các tính toán thi ết kế HT treo đều được
thực hiện đối với trường hợp xe chạy có tải. Sau đó tiến hành kiểm nghiệm
HT treo khi không tải.
2.1 Đặc tính đàn hồi
Đặc tính đàn hồi là quan hệ giữa phản lực pháp tuy ến Z tác dụng lên
bánh xe và độ biến dạng của hệ thống treo f đo ngay tại tr ục bánh xe, quan h ệ
hàm Z=g(f)
Đặc tính đàn hồi được xây dựng với giả thiết bỏ qua ma sát và kh ối
lượng phần không được treo thì có thể trừ đi phần khối lượng này khi tính
phản lực Z. Đặc tính được xem như là tuyến tính, đường đặt tính phải đi qua 2
điểm A(ft, Zt); B(fđ, Zđ).
Trong đó: Zt tải trọng tĩnh tác dụng tại bánh xe gây ra biến dạng f t, Zđ tải
trọng động tác dụng tại bánh xe gây ra biến dạng f đ

Hình 2.1: Đặc tính đàn hồi của HT treo
2.2.

Xác định tần số dao động.
Hệ thống treo là đối xứng 2 bên, vì v ậy khi tính toán ta ch ỉ c ần tính toán

cho 1 bên. Tải trọng tác dụng lên 1 bên của hệ thống treo sau:
Trọng lượng được treo:
SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 11


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

= 7432,5 (N)
Trọng lượng không được treo tại vị trí cầu trung gian (G 0t2) và cầu sau
(G0t3):
= 750 (N)
Phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe:
Hệ thống treo thiết kế ra phải đảm bảo cho xe đ ạt đ ộ êm d ịu theo các
chỉ tiêu đã đề ra. Hiện nay có rất nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm d ịu chuy ển
động như tần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động…
Chọn chỉ tiêu tần số dao động để đánh giá như sau:
Tần số dao động của xe tải: n = 60 ÷ 120 (lần/phút). Với số lần như vậy
thì người khỏe mạnh có thể chịu được đồng thời hệ treo đủ cứng vững.
Ta có:
với

ft : độ võng của HT treo (m)

Chọn sơ bộ tần số dao động của hệ th ống treo sau ns = 100 (lần/phút)
 Độ võng tĩnh

= 0,09 (m) = 9 (cm)

Độ cứng sơ bộ của hệ thống treo: = 825,8 (N/cm)
Độ võng động

fđ = 36 (cm).

Chọn fđ = 6 (cm)

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 12


Đồ án tốt nghiệp
tấn
2.3.
2.3.1.

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

Tính toán nhíp
Tính toán và chọn thông số chính của lá nhíp

O

A
X'
Z1

Z'
Z

B X''
α
Z''
Z2

Hình 2.2: Sơ đồ lực tác dụng
Lực tác dụng lên lá nhíp là phản lực của đất Z tác d ụng lên nhíp t ại
điểm tiếp xúc của nhíp với dầm cầu. Quang nhíp thường được đặt dưới
một góc α, vì vậy trên nhíp sẽ có lực dọc X tác dụng. Muốn gi ảm lực X góc α
phải làm càng nhỏ nếu có thể. Nhưng góc α phải có trị số gi ới hạn nh ất
định để đảm bảo cho quang nhíp không vượt quá giá tr ị trung gian (v ị trí
thẳng đứng). Khi ô tô chuyển động không tải thì góc α th ường được ch ọn
không bé hơn 5°. Khi tải trọng đầy góc α có thể đạt tr ị s ố 40 50°. Đ ể đ ơn
giản tính toán sẽ không tính đến ảnh hưởng của lực X.
• Phản lực từ mặt đường tác dụng lên một bánh xe phía trước:
7432,5+750 = 8182,5 (N)
• Chọn chiều dài lá nhíp chính: Đối với nhíp trước xe tải
L = (0,220,35) LX
Lx: chiều dài của xe (3360 mm).
 L = (0,220,35) . 3360 = 739,21176 (mm).
Chọn chiều dài lá nhíp chính L = 1100 (mm)
Chọn chiều rộng quang nhíp lq = 120 (mm).
1/2 lá nhíp từ quang nhíp: lk = (L – lq)/2 = 490 (mm)

Như vậy ll = 490 (mm).
Chọn số lá nhíp là 9 được chia làm hai nhóm:
SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 13


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

Nhóm 1: gồm 2 lá có L = 1100 (mm) chiều dày 6 (mm)
Nhóm 2: gồm 7 lá, chiều dày các lá 6,4 (mm)
Chiều rộng các lá 55 (mm)
Độ êm dịu của ô tô phụ thuộc nhiều vào đ ộ võng tĩnh và đ ộ võng đ ộng
của nhíp. Khi xác định các đại lượng này để thiết kế HT treo với việc k ể
đến tần số dao động cần thiết của nhíp và bắt chúng vào cầu, ng ười ta
chuyển sang xác định kích thước chung của nhíp và các lá nhíp. Đ ộ b ền và
chu kỳ bảo dưỡng của nhíp phụ thuộc chủ yếu vào vi ệc lựa ch ọn chi ều
dài của nhíp trên cơ sở tải trọng, ứng suất, độ võng tĩnh.
Ta biết rằng ứng suất tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài nhíp, vì
vậy khi tăng một chút chiều dài nhíp, ta phải tăng đáng kể bề dày các lá
nhíp. Điều này rất quan trọng với lá nhíp gốc vì nó ph ải ch ịu thêm c ả t ải
trọng ngang, dọc và momen xoắn. Nếu chiều dài nhíp bé ta không th ể tăng
chiều dài lá nhíp gốc mặc dù thỏa mãn các yêu cầu tải tr ọng, độ võng, ứng
suất. Nếu nhíp quá dài làm chô độ cứng của nhíp gi ảm, nhíp làm vi ệc
nặng nhọc hơn gây va đập giữa ụ nhíp và khung xe.
Tóm lại, ta không thể lấy chiều dài nhíp quá bé hoặc quá l ớn mà còn
kết hợp cả bề dày và bề rộng của nhíp để xác định kích thước hình h ọc
của nhíp.
Khi nhíp làm việc các lá nhíp không ch ỉ ch ịu l ực th ẳng đ ứng mà còn

chịu lực ngang và momen xoắn, các lực này tác động chủ y ếu lên lá g ốc và
tai nhíp, chỉ có một phần lực được chuyển cho các lá kế tiếp lá nhíp gốc.
Do vậy để tăng độ bền của lá nhíp chính và tai nhíp ta phải tăng chi ều dày
lá nhíp chính và chiều dài của một số lá sát với lá nhíp chính.
Việc xác định chiều dài các lá nhíp là m ột trong nh ững đi ều ki ện c ơ
bản để đảm bảo độ đồng đều giữa các lá nhíp, đi ều này cần thi ết đ ể năng
cao tuổi thọ của nhíp. Chiều dài các lá nhíp được xác định từ đi ều ki ện sao
cho dạng của nhíp thực tế trong mặt phẳng gần trùng với dầm hình thang
và điều kiện cân bằng phản lực trên đầu mút các lá nhíp từ tải tr ọng ngoài
được xác định bằng phương pháp tải trọng tập trung. Hệ phương trình
dùng để xác định chiều dài nhíp có dạng:
SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 14


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

l3 3 l 2
j2 l1
j2

0,5
(3
−
1)
−
(1
+

)
+
0,
5(
) .(3 − 1) = 0

j1 l2
j1
l2
l3


j3 l2
j3
l 4 3 l3
0,5 (3 − 1) − (1 + ) + 0, 5( ) .(3 − 1) = 0
j2 l 3
j2
l3
l4

.........................................................................

jn
ln −1
jn

0,5 j (3 l − 1) − (1 + j ) = 0

n −1

n
n −1
Trong đó: li: chiều dài lá nhíp thứ i
ji: momen quán tính mặt cắt ngang của lá nhíp th ứ i

j=


b.d 3
12

trong đó b, d lần lượt là bề rộng và bề dày của lá nhíp

j1 = = 1980 (mm4); j3 = … = j9 = = 1201 (mm4)

với l1 = 490 (mm) giải hệ phương trình ta được:
Từ phương trình cuối ta có: l 9 = 0,6l8 thế lần lượt từ dưới lên trên ta
được kết quả sau: l8 =0,725l7; l7=0.788l6; l6=0,827l5; l5=0,854l4; l4=0.873l3;
l3=0.888l2
mà l2 = l1 =490 (mm) => l3 =435 mm; l4 = 380 (mm) ; l5 = 325(mm) ;
l6=269 (mm) ; l7 = 212 (mm) ; l8 = 154 (mm) ; l9 = 92 (mm)
Từ phương trình Lk = 2lk + lq ta có bảng sau :
Bảng 2.1 : Chiều dài thực tế các thanh nhíp Lk
Nhíp
số

1

2

3

4

5

6

7

8

9

490

lk

490

435

380

325

269

212

154

92

Lk

1100 1100 990

880

770

658

544

428

304

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 15


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

Tính độ cứng thực tế của nhíp

2.4.

p

f

Hình 2.3: Lực tác dụng lên thanh nhíp
Phương pháp tính độ cứng theo thế năng biến dạng đàn hồi.
Xét một thanh như hình 2.3, khi chịu lực P thanh bi ến d ạng m ột đo ạn là
f.
Gọi U là thế năng biến dạng đàn hồi của thanh ta có :
f =

U =P.f  f = . Nếu thanh có tiết diện không đổi thì

dU
dP

Sử dụng sơ đồ như hình 2.3 để tính nhíp. Các lá nhíp ch ồng khít lên
nhau, một đầu được ngàm chặt, đầu còn lại chịu tác dụng của lực P. Sử

dụng công thức trên ta có:

Z n 3
f =
∑ ak +1 ( Yk − Yk +1 )
6.E.α i =1
Cn =

6.E.α

n

∑a
k =1

3

k +1

(Yk − Yk +1 )

Vậy độ cứng của nhíp là:
Trong đó: E là mô đun đàn hồi của vật liệu: E = 2,1.107 (N/cm2)
α là hệ số thực nghiệm. Đối với xe tải α = 0,85
ak = (l1-lk) với li là chiều dài của lá nhíp thứ i
Yk =
= ; = + ;...; = + + ... + ;...

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 16


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

, , ..., : Momen quán tính của mặt cắt ngang từ lá nhíp thứ nhất
đến lá nhíp thứ k.
rong bộ nhíp có 2 lá nhíp cái có chiều dài và chi ều dày gi ống nhau
T

nên ta coi 2 lá nhíp là một quy về lá nhíp thứ nhất với
Bảng 2.2: Các hệ số để tính độ cứng

mbhk3
jk =
12

k

lk
mm

ak+1
mm

b
hk
mm mm

jk
mm4

ik
mm4

Yk
10-4

Yk-Yk+1

10-4

a3(Yk-Yk+1)

1
3
4
5
6
7
8
9

490
435
380
325
269
212
154
92

55
110
165
221
278
336
398
490

55
55
55
55
55
55
55
55

1980
1201
1201
1201
1201
1201
1201
1201

1980
3181
4382
5583
6784
7985
9186
1038
7

5,051

3,144
2,282
1,791
1,474
1,252
1,089
0,963

1,907
0,862
0,491
0,317
0,222
0,163
0,126
0,963

317
1147
2206
3422
4770
6183
7944
113296

6.2
6,4
6,4
6,4

6,4
6,4
6,4
6,4

Σa 3(Yk-Yk+1)

139285

Vậy độ cứng của nhíp là: Cn = = 769N/cm

2.5.

Độ võng thực tế của nhíp:
9,6 (cm)
Số lần dao động trong một phút: = 97 (lần/phút)
Vậy HT treo thỏa mãn về độ êm dịu khi đầy tải
Kiểm tra độ êm dịu khi xe chuyển động không tải
Trọng lượng được treo Gđt:
= 5875 (N)
Độ võng tĩnh thực tế của nhíp:
= 7,6 (cm)
Số lần dao động trong một phút:
= 109 (lần/phút)
Vậy HT treo đảm bảo độ êm dịu của xe trong tất cả th ời gian ho ạt đ ộng
của xe. Việc tính toán tần số dao động của HT treo sau khi xe chuy ển đ ộng

2.6.

không tải chỉ để xác định thông số của xe.

Xác định phản lực tác dụng tại các đầu mút của lá nhíp
Tính theo phương pháp tải trọng tập trung. Gi ả thi ết các lá nhíp khi là
việc chỉ tiếp xúc ở hai đầu lá như vậy lực được truyền từ lá này sang lá kia
chỉ qua hai điểm đầu mút của lá, phần còn lại không ti ếp xúc và như v ậy lá

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 17


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

được biến dạng tự do. Với giả thiết tải trọng tập trung, giữa cá c lá ở hai
đầu đưa vào các con lăn, phần giữa nhíp được kẹp cứng bằng các quang
nhíp, truyên lực giũa các lá chỉ nằm giữa hai đầu.
Nếu chỉ khảo sát ½ lá nhíp, ta có th ể hình dung b ộ nhíp được c ấu t ạo t ừ
một số dầm được ngàm chặt một đầu, ở đầu tự do chịu tác động của m ột
tải trọng ngoài, ứng suất trong các lá có thể xác định nếu biết các l ực tác
động lên mỗi lá nhíp. Như vậy bài toán xác định ứng su ất chuy ển v ề bài
toán xác định các lực đặt lên các lá nhíp: X1, X2, … Xn-1
Sơ đồ tính nhíp:

Tại điểm đầu của lá nhíp thứ hai thì bi ến dạng của lá nhíp th ứ nh ất và
lá nhíp thứ hai bằng nhau, tương tự tại đầu của lá nhíp thứ k thì bi ến
dạng của lá nhíp thứ k-1 và lá thứ k bằng nhau. Bằng cách lập bi ểu th ức
biến dạng tại các điểm trên và cho chúng bằng nhau từng đôi m ột ta sẽ đi
đến 1 hệ n-1 phương trình với n-1 ẩn là các giá trị X2, …Xn-1
Ta có hệ phương trình để tính toán phản lực:
A 2 P + B2 X1 + C 2 X 2 = 0

A X + B X + C X = 0
 3 1
3 2
3 3

.....................................


A n X n −2 + Bn X n −1 = 0
3

Trong đó:



j  3l
j 
1l 
Ak = k  k −1 − 1÷; Bk = − 1 + k ÷; Ck =  k +1 ÷
2 jk −1  lk
jk −1 
2  lk 


P = = = 3716,25 (N)

lk: ½ chiều dài hiệu dụng của lá nhíp thứ k
P: phản l ực tác dụng lên tai nhíp
SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 18

 3l

.  k − 1÷
 lk +1 


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

Xi: phản lực tại các đầu mút.
Bảng 2.3: Các hệ số của hệ phương trình
k
2
3
4
5
6
7
8
9

lk (mm)
490
435
380
325
269
212

154
92

jk (mm4)
1980
1201
1201
1201
1201
1201
1201
1201

Ak
1
0,722
1,217
1,254
1,312
1,403
1,565
2

Bk
-2
-1,607
-2
-2
-2
-2

-2
-2

Ck
0,832
0,811
0,784
0,744
0,687
0,600
0,429
-

Thay các giá trị vào hệ phương trình trên ta được:
P − 2X 2 + 0, 832X 3 = 0
0, 722X − 1, 607X + 0, 811X = 0
2
3
4

1, 217X 3 − 2X 4 + 0, 784X 5 = 0

1, 254X 4 − 2X 5 + 0, 744X 6 = 0

1, 312X 5 − 2X 6 + 0, 687X 7 = 0
1, 403X 6 − 2X 7 + 0, 600X 8 = 0

1, 565X 7 − 2X 8 + 0, 429X 9 = 0
 2X − 2X = 0
8

9


Giải hệ trên bằng phương pháp thế với P = 3716,25 (N) ta được kết
quả:
X1 = X2 = 1,1X3 = 2985(N); X3 = … =X9 = 2716 (N)

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 19


Đồ án tốt nghiệp
tấn
2.7.

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

Xây dựng biểu đồ ứng suất

Hình 2.4: Biểu đồ ứng suất

δC =
Công thức tính ứng suất:

δB =

M C X k .lk − X k +1.l k +1
=
Wu
Wu
M B X k . ( l k − l k +1 )

=
Wu
Wu

Trong đó Wu là mo men chống uốn:

2b.h 2
Wu1 =
6

(N/cm2)

(N/cm2)

b.h 2
Wui =
6
;

Sử dụng các công thức trên tay số ta có kết quả ở bảng:
Bảng 2.4: Ứng suất sinh ra trong các lá nhíp
STT
1
3
4
5
6
7
8
9

l
(cm)
49
43,5
38
32,5
26,9
21,2
15,4
9,2

X (N)
2985
2716
2716
2716
2716
2716
2716
2716

Wu
(cm3)
0,66
0,38
0,38
0,38
0,38
0,38

0,38
0,38

Mc
(Ncm)
16418
14938
14938
15210
15481
15753
16839
24987

σ c ( N cm 2 )

MB(Ncm)

σ B ( N cm 2 )

24875
39311
39311
40026
40740
41455
44313
65756

16418

14938
14938
15210
15481
15753
16839
24987

24875
39311
39311
40026
40740
41455
44313
65756

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 20


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

Ta thấy ứng suất sinh ra của mỗi nhíp đều nhỏ hơn ứng suất cho phép
của vật liệu. [σ] = 60000 (N/cm2) do đó các lá nhíp đủ bền.
2.8.
Tính toán một số chi tiết khác của nhíp
2.8.1. Tính đường kính tai nhíp

Hình 2.5: Tai nhíp
Trong đó: D là đường kính trong của tai nhíp
H0 là chiều dày của lá nhíp chính.
b là chi ều r ộng của lá nhíp
Tai nhíp chịu tác động của lực kéo P k hay phanh Pp trị số của lực này
được xác định theo công thức: Pkmax = Ppmax = φ.Zbx
Trong đó: φ là hệ số bám của bánh xe với đường φ = 0,7
Zbx là phản lực của đường tác dụng lên bánh xe.
Zbx = 8182,5 (N) => Ppmax = 8182,5.0,7 = 5727,75 (N)
Tai nhíp làm việc theo uốn nén hoặc kéo. Ứng suất u ốn ở tai nhíp:
PK max .

σuốn =

D + h0 6
D + h0
. 2 = 3PK max .
2
bho
b.h0 2

Ứng suất nén hoặc kéo ở tai nhíp: σnÐn=

PK max
bh0

Ứng suất tổng hợp ở tai nhíp được tính theo công thức :

PK max .(3

σth =

D + h0 1
+
)
bh0
bh0

Ứng suất tổng hợp cho phép : [σth] =350(MN/m2)=35000(N/cm2)
SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 21


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

Như vậy đường kính trong max của tai nhíp được xác định :

[σ ]
( th
D max =

PK max

1 bh0 2
−
).
− h0
bh0 3

Thay số ta có : Dmax = 0,6 = 3,2 (cm)
Chọn đường kính tai nhíp : D = 3 (cm) = 30 (mm)
Ứng suất tổng hợp lớn nhất sinh ra :

= 5727, 75.(3

3 + 0, 6
1
+
) = 32978( N / cm 2 )
2
5,5.0, 6
0, 6.5,5

σth
σth < [σ] vậy tai nhíp đủ bền.

2.8.2.

Tính kiểm tra chốt nhíp
Đường kính chốt nhíp được chọn bằng đường kính danh nghĩa của tai

nhíp :

Dchốt nhíp = 3 (cm) = 30 (mm)

Chọn vật liệu chế tạo nhíp là thép hợp kim xemantic hóa lo ại 20X v ới
ứng suất chèn dập cho phép :

[σ] = 9001000 (N/cm2)

σ chendap =
Chốt nhíp được kiểm nghiệm theo ứng suất dập :

PK max
Db

Trong đó : D là đường kính chốt nhíp
b là bề rộng của lá nhíp
thay số ta có : σchendap = = 347 (N/cm2)
Như vậy ứng suất chén dập sinh ra nhỏ hơn ứng suất cho phép v ật
liệu.

Vậy chốt nhíp đủ bền.

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 22


Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

2.9. Tính phần tử giảm chấn
2.9.1.

Đặc tính của giảm chấn

Hình 2.6 : Đặc tính giảm chấn

Lực cản giảm chấn Pg do giảm chấn sinh ra phụ thuộc vào lực cản
tương đối của các dao động thùng xe với các bánh xe. Pg =K.Ztn
K là hệ số cản của giảm chấn , m là số mũ phụ thuộc vào giá trị của Z t,
trong vùng vận tốc hiện nay của giảm chấn Z t = 0,3 (m/s) thì m nằm
trong khoảng từ 1 2 khi tính toán ta thừa nhận m = 1. Đường đặc tính
của giảm chấn là đường không đối xứng tác dụng hai chiều.

ψ=
Hệ số dập tắt của giảm chấn :

K
2 CM
C=

Trong đó: C là độ cứng của HT treo

Gt
ft

(N/m)

M là khối lượng tĩnh trên 1 bánh xe
ψ
ψ
là hệ số dập tắt chấn động. lấy
= 0,2
Gt trọng lượng được treo tính trên 1 bánh xe ở trạng thái tĩnh
ft là độ võng tĩnh của HT treo ft = 9(cm)

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 23

Đồ án tốt nghiệp
tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

K tr =

2ψ Gt
3,13 ft

Hệ số cản của HT treo được xác định theo công thức:



Ktr = = 3166 (Ns/m)

Hệ số cản trung bình của giảm chấn: Kgc = Ktr =3166 (Ns/m)
Tính toán hệ số cản giảm chấn, ta có phương trình: K n + Ktr = 2Kgc
Trong đó: Kn,, Ktr lần lượt là hệ số cản giảm chấn với hành trình nén và
trả
Chọn Ktr = 3Kn ta có hệ phương trình sau:
 K tr + K n = 2 K gc
 Ktr + K n = 6332
==> 

 K tr = 3K n
 Ktr − 3K n = 0
Giải hệ ta được : Kn = 1583 (Ns/m) & Ktr = 4749 (Ns/m)

2.9.2. Xác định kích thước ngoài của giảm chấn

Chế độ làm việc căng thẳng được xác định là: v = 0,3 (m/s)
Công suất tiên thụ của giảm chấn được xác định:

Ng =

Ptr + Pn
( K + K n ) 2 1583 + 4749
Vg = tr
Vg =
0, 32 = 284,94(W )
2
2
2

Công suất tỏa nhiệt của một vật thể kim loại có di ện tích tỏa nhi ệt là
Fđược tính như sau: Nt = 427.α.F.(Tmax – Tmin)
Trong đó: α là hệ số truyền nhiệt. α = 0,12 0,168 chọn α = 0,13
Nhiệt độ cho phép: Tmax = 120°; Tmin = 20°
 284,94 = 427.0,13.F.(120 – 20)
 F = 0,0513 (m2)
F = πDL; chọn D = 45 (mm) = 0,045 (m)
L = 0,36 (mm)
Chọn sơ bộ giảm chấn L = 380 (mm)

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 24


Đồ án tốt nghiệp

tấn

Thiết kế hệ thống treo xe tải 2,5

Chiều dài giảm chấn gồm:
Ld là chiều dài phần đầu giảm chấn
Lm là chiều dài bộ phận làm kín
Lp là chiều dài piston giảm chấn
Lg là hành trình làm việc cực đại của giảm chấn
Nếu lấy đường kính piston d làm thông số cơ bản các thông số khác

2.9.3.
•
•
•
•

được xác định :
D= 4,5 (cm) ; d = 3,5 (cm) ; dc=1(cm) ; dn=3,8 (cm); Dn = 5,0 (cm)
Lp = 3,5 (cm); Ld = 5(cm); Lm = 5(cm); Lv=3(cm); Lg = 24,5 (cm)
Xác định kích thước các van
Khi giảm chấn làm việc có những trường hợp sau:
Trường hợp van trả nhẹ
Trường hợp van trả mạnh
Trường hợp van nén nhẹ
Trường hợp van nén mạnh
Ta có phương trình Becnuli cho toàn dòng ch ất l ỏng (t ại m ặt c ắt 1-1
và 2-

SV thực hiện: Nguyễn Xuân Tùng – Khóa 55Trang 25