Thiết kê hệ thống treo macpherson

1
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU :..............................................................................................................2
CHƯƠNG I : Tổng quan về đề tài và lựa chọn phương án thiết kế........................3
1.1 Những vấn đề chung về hệ thống treo.........................................................3
1.1.1 Công dụng của hệ thống treo.................................................................3
1.1.2 Những bộ phận cơ bản của hệ thống treo..............................................3
1.1.3 Phân loại hệ thống treo..........................................................................3
1.1.4 Những yêu cầu khi thiết kế hệ thống treo..............................................4
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài..................................................................7
1.3 Thông số kỹ thuật của ô tô tham khảo thiết kế...........................................7
1.4 Lựa chọn kết cấu hệ thống treo....................................................................8
1.4.1 Lựa chọn kết cấu hệ thống treo..............................................................8
1.4.2 Lựa chọn kết cấu giảm chấn................................................................9
CHƯƠNG II : Thiết kế hệ thống treo độc lập Mc.Pherson.…...............................12
2.1 Các thông số cơ bản của hệ thống treo thiết kế .........................................12
2.1.1 Các thông số kỹ thuật của xe...............................................................12
2.1.2 Xác định các thông số cơ bản của hệ treo............................................12
2.2 Thiết kế hệ thống treo ................................................................................15
2.2.1 Xác định sơ bộ kích thước và vị trí đòn...............................................15
2.2.2 Xây dựng họa đồ kiểm tra động học hệ thống treo mc.pherson..........20
2.2.3 Bố trí hệ treo đảm bảo góc nghiêng dọc ε...........................................23
2.2.4 Tính toán động lực học hệ thống treo mc.pherson..............................23
2.2.5 Kiểm tra bền đòn ngang dưới..............................................................33
2.2.6 Kiểm tra bền rôtuyn.............................................................................35
2.2.7 Kiểm tra bền lò xo trụ..........................................................................36
2.2.8 Chọn giảm chấn và kiểm tra bền thanh đẩy.........................................39
CHƯƠNG III : Bảo dưỡng kỹ thuật và chẩn đoán hệ thống treo..........................44
3.1. Đặc điểm hư hỏng của hệ thống treo.........................................................44
3.2. Những hư hỏng thông thường, nguyên nhân và biện pháp khắc phục những hư
hỏng của hệ thống treo......................................................................................44

3.3 .Các dấu hiệu hư hỏng báo hiệu cho người sử dụng...................................45
KẾT LUẬN..................................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................51


2

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, ô tô được sử dụng rộng rãi như một phương tiện đi lại thông
dụng. Các trang thiết bị, bộ phận trên ô tô ngày càng hoàn thiện và hiện đại,
đóng một vai trò quan trọng đối với việc bảo đảm độ tin cậy và an toàn cho
người vận hành và chuyển động của ô tô. 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 và mục đích sử
dụng của con người. Trong đó, độ êm dịu và an toàn chuyển động của ô tô được
đặt lên hàng đầu. Do vậy, hệ thống treo có vai trò hết sức quan trọng. 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. Vì vậy 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.
Để nắm bắt những vấn đề về công nghệ cũng như đi vào những ứng dụng
đầu tiên trong công việc thiết kế cũng như khai thác hệ thống treo để từ đó khai
thác và vận hành ô tô có hiệu quả, với vai trò là một kỹ sư tương lai Em được
nhận đề tài : “ Thiết kế hệ thống treo độc lập Mc.Pherson cho cầu trước của ô
tô con ”. Do thời gian làm đồ án có hạn cùng với kiến thức thực tế còn hạn chế,
nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự
đóng góp ý kiến của các thầy giáo và các bạn.
Đồ án được hoàn thành đúng tiến độ nhờ có sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình
của Thầy giáo ThS. Nguyễn Hùng Mạnh và PGS.TS. Nguyễn Khắc Trai cùng
các thầy giáo trong Bộ môn Cơ khí ô tô. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
các Thầy giáo và các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này !

Hà Nội , ngày 30 tháng 04 năm 2011.
Sinh viên
Bùi Bảo Ngọc


3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.
1.1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THỐNG TREO.
1.1.1. CÔNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG TREO.

- Liên kết mềm giữa bánh xe và thân xe, làm giảm tải trọng động thẳng đứng tác
dụng lên thân xe và đảm bảo bánh xe lăn êm trên nền đường.
- Truyền lực từ bánh xe lên thân xe và ngược lại, để xe có thể chuyển động,
đồng thời đảm bảo sự chuyển dịch hợp lý vị trí của của bánh xe so với thùng xe.
- Dập tắt nhanh các dao động của mặt đường tác động lên thân xe.
1.1.2. NHỮNG BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TREO.

Hệ thống treo gồm 3 bộ phận chính : đàn hồi, dẫn hướng và giảm chấn.
- Bộ phận đàn hồi :
+ Có nhiệm vụ đưa vùng tần số dao động của xe phù hợp vùng tần số thích
hợp với người sử dụng.
+ Nối mềm giữa bánh xe và thùng xe giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ
bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu khi chuyển động.
+ Có đường đặc tính đàn hồi phù hợp với các chế độ hoạt động của xe.
- Bộ phận dẫn hướng :
+ Xác định tính chất chuyển động (động học) của bánh xe với khung, vỏ xe.
+ Tiếp nhận và truyền lực, mômen giữa bánh xe với khung vỏ xe.
- Bộ phận giảm chấn :

+ Dập tắt dao động từ mặt đường lên khung xe phát sinh trong quá trình xe
chuyển động trong các địa hình khác nhau một cách nhanh chóng.
+ Đảm bảo dao động của phần không treo nhỏ nhất, sự tiếp xúc của bánh xe
trên nền đường, nâng cao khả năng bám đường và an toàn trong chuyển động.
Ngoài ra trong hệ thống treo còn có các kết cấu khác như: thanh ổn định
ngang, vấu giảm va đập và hạn chế hành trình.
1.1.3. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TREO.

Việc phân loại hệ thống treo dựa theo các căn cứ sau :


4
- Theo bộ phận đàn hồi chia ra:
+ Loại bằng kim loại (nhíp lá, lò xo, thanh xoắn ).
+ Loại khí ( loại bọc bằng cao su-sợi, màng, loại ống).
+ Loại thuỷ lực ( loại ống ).
+ Loại cao su.
- Theo bộ phận dẫn hướng chia ra:
+ Loại phụ thuộc với cầu liền ( loại riêng, loại thăng bằng).
+ Loại độc lập ( một đòn, hai đòn ).

a)

b)

Hình 1.1: Sơ đồ tổng thể hệ thống treo phụ thuộc (a) và hệ treo độc lập (b)
1: Thân xe; 2: Bộ phận đàn hồi; 3: Bộ phận giảm chấn;
4: Dầm cầu; 5: Đòn ngang dưới, trên.

- Theo phương pháp dập tắt dao động chia ra:

Phụ thộc
Độc
lập
Hình 1.1

+ Loại giảm chấn thuỷ lực ( tác dụng 1 chiều, 2 chiều).
+ Loại ma sát cơ ( trong bộ phận đàn hồi, dẫn hướng ).
- Theo phương pháp điều khiển chia ra:
+ Hệ thống treo bị động (không được điều khiển ).
+ Hệ thống treo chủ động ( có điều khiển ).
1.1.4. NHỮNG YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO.

Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải
mềm nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực. Quan hệ này được thể hiện
ở các yêu cầu chính sau đây:


5
+ Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ
thuật của xe như chạy trên đường tốt hoặc xe có khả năng chạy trên nhiều loại
địa hình khác nhau.
+ Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn không gian hạn chế.
+ Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính
của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá
hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe.
+ Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ.
+ Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường.
Đối với ô tô con còn được chú ý đến các yêu cầu sau:
+ Giá thành thấp và mức độ phức tạp của kết cấu không quá lớn.
+ Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ

xe tốt.
+ Đảm bảo tính điều khiển và ổn định chuyển động của ô tô ở tốc độ cao.
Ngoài các yêu cầu chung của các kết cấu cơ khí đặt trên xe ôtô phải đặc biệt
quan tâm tới các yêu cầu riêng sau:
1. Đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi ôtô hoạt động. Thông số này được đánh giá
thông qua tần số riêng của hệ thống treo. Đối với ôtô con, tần số dao động
riêng n = 60 ÷ 90 (v/ph) tương ứng với tần số góc ω = 6,2 ÷ 9,4 (rad/s).
2. Khi bánh xe chuyển vị thẳng đứng (chuyển vị cần thiết) ở mức độ nào đó,
chẳng hạn với mức độ lớn nhất ∆Zmax = ft + fđ thì sinh ra các chuyển vị liên
quan (chuyển vị không mong muốn) của bánh xe như :


6
∆γ

∆ε
∆δ

∆z
∆B

∆V

∆δs

Hình 1.2: Các chuyển vị của bánh xe đối với thân xe.

+ Thay đổi khoảng cách giữa hai vết lốp bánh xe

∆B (mm)

+ Thay đổi độ chụm trước bánh xe

∆V (mm)

+ Thay đổi góc nghiêng ngang bánh xe

∆γ (độ)

+ Thay đổi góc nghiêng dọc trục đứng

∆ε (độ)

+ Thay đổi góc nghiêng ngang trụ đứng

∆δ (độ)

+ Thay đổi vị trí cầu sau (đánh giá bằng góc xoay cầu xe)

∆δ S (độ)

Các chuyển vị này phải nằm trong giới hạn cho phép. Các thông số này
chọn phù hợp với bố trí chung, hệ thống truyền lực của xe, thông qua việc tham
khảo các xe tương tự hoặc tính toán nhờ các bài toán ổn định động của ôtô.
3. Đảm bảo khả năng truyền lực và mômen giữa bánh xe và khung (thân) xe.
4. Đảm bảo khoảng sáng gầm xe tối thiểu khi xe đầy tải.
5. Đảm bảo góc lắc thùng xe phải nhỏ và phù hợp giữa treo trước và sau, thông
số này phụ thuộc vào các đòn dẫn hướng của hệ treo và sơ đồ bố trí chung.
6. Tiết kiệm không gian để có thể bố trí cơ cấu phanh, hệ thống lái, khoang động
cơ và đảm bảo khả năng cơ động của xe.

7. Trọng lượng của phần không được treo nhỏ.
8. Có tuổi bền và độ tin cậy cao.


7
1.2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI.
Yêu cầu : Thiết kế hệ thống treo độc lập Mc.Pherson cho cầu trước của ô tô con.
Nội dung cơ bản :
- Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo độc lập.
+ Xác định hành trình tĩnh của bánh xe (hay độ võng tĩnh của hệ treo).
+ Xác định hành trình động của bánh xe.
+ Xác định các thông số cơ bản của phần tử đàn hồi, của giảm chấn.
+ Xác định kết cấu cơ bản (vị trí các khớp nối và chiều dài các thanh đòn).
- Xác định các quan hệ động học của HTT Mc.pherson.
+ Xác định sơ bộ kích thước và vị trí.
+ Xây dựng lại mối quan hệ động học.
+ Bố trí hệ treo đảm bảo góc nghiêng dọc ε.
- Tính toán thiết kế bền của đòn ngang dưới.
- Thiết kế phần tử đàn hồi và chọn giảm chấn.
1.3. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA Ô TÔ THAM KHẢO THIẾT KẾ.
Hãng sản xuất
Kiểu động cơ
Loại động cơ

TOYOTA
2ZR-FE
4 xi lanh thẳng hàng, 16 van

Dung tích công tác
Dung tích bình nhiên liệu

Dài x rộng x cao (mm)
Chiều dài cơ sở (mm)
Chiều rộng cơ sở (Trước/sau - mm)
Trọng lượng (kg)

DOHC, VVT-i kép
1798 cc
55 lít
4540 x 1760 x 1465
2600
1530/1535
Không tải : 1260 kg

Hệ thống treo

Toàn tải : 1634 kg
Trước : Kiểu Mac.Pherson

Lốp xe

Sau : Thanh xoắn
195/65R15

1.4. LỰA CHỌN KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO.
1.4.1. LỰA CHỌN KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO.


8
Trên cơ sở xe thiết kế là loại xe con có 5 chỗ ngồi, hệ thống treo thường
được sử dụng là hệ thống treo độc lập, trong đó có hệ thống treo 2 đòn ngang, hệ

thống treo 1 đòn ngang (Mc.Pherson), hệ thống treo đòn dọc, hệ thống treo đòn
chéo. Đối với cầu trước có thể sử dụng hệ thống treo 2 đòn ngang hoặc hệ thống
treo 1 đòn ngang (Mc.Pherson). Ở đây chọn kết cấu hệ thống treo kiểu
Mc.Pherson bởi hệ treo này có các đặc điểm sau đây : so với cấu tạo hệ treo 2
đòn ngang thì cấu trúc này ít chi tiết, có thể giảm nhẹ khối lượng phần không
được treo, không gian chiếm chỗ nhỏ, có khả năng giải phóng được nhiều
khoảng không phía trong dành cho khoang truyền lực hoặc khoang hành lý.
A

Hình 1.3 : Sơ đồ cấu tạo hệ treo Mc.Pherson
1: Giảm chấn; 2 : Đòn ngang dưới; 3 : Bánh xe;
4 : Lò xo; 5 : Trục giảm chấn;
P : Tâm quay bánh xe; S : Tâm nghiêng cầu xe;

Cấu tạo hệ thống treo Mc.Pherson gồm : một đòn ngang, lò xo trụ, giảm
chấn. Đòn ngang có đầu trong liên kết với thân xe bởi khớp trụ, đầu ngoài nối
với đầu dưới của giảm chấn bởi khớp cầu. Đòn ngang có dạng hình chữ A để
đảm bảo khả năng tiếp nhận lực ngang và dọc tác động lên hệ thống treo khi xe
chuyển động. Trục của bánh xe được nối cứng với vỏ của giảm chấn. Đầu trên
của giảm chấn liên kết với thân xe bằng khớp tự lựa, đòn dưới liên kết với đòn
ngang bằng khớp cầu, như vậy giảm chấn đóng vai trò vừa là trụ xoay của bánh
xe (dẫn hướng) và giảm chấn. Lò xo có thể được lồng ra ngoài giảm chấn nhằm
thu gọn kích thước của hệ thống treo.


9
1.4.2. LỰA CHỌN KẾT CẤU GIẢM CHẤN.

Giảm chấn dùng cho xe con có nhiều loại, đến nay chỉ sản xuất giảm chấn
ống thủy lực có tác dụng hai chiều. Các dạng giảm chấn ống bao gồm :

+ Giảm chấn ống có hai lớp vỏ.
+ Giảm chấn ống có một lớp vỏ.
a) Giảm chấn hai lớp vỏ :
Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo như sau :
3
2

Hình 1.4. Giảm chấn 2 lớp vỏ
1. Xilanh giảm chấn; 2. Phớt làm kín;
3. Bạc dẫn hướng;4.Vỏ chắn bụi;
5. Cần đẩy; 6. Píttông; 7. Cụm van đế;
8. Vỏ ngoài; A. Khoang trên;
B. Khoang dưới; C. Khoang bù
I ,IV . Van nén mạnh và van nén nhẹ
II,III . Van trả mạnh và van trả nhẹ

4
5
1
6

A
B
III

7

I

II

8

IV

C

* Nguyên lý làm việc:
+ Hành trình nén : Khi bánh xe đến gần khung xe cần píttông mang theo
van dịch chuyển xuống phía dưới đi sâu vào lòng xi lanh, thể tích khoang B
giảm, dầu bị nén với áp suất tăng đẩy van II mở cho phép dầu thông khoang từ
khoang B sang khoang A. Do thể tích cần píttông choán một thể tích chất lỏng
nhất định nên một lượng thể tích tương đương sẽ được chuyển vào buồng bù C
thông qua van IV. Lực cản giảm chấn sinh ra khi dòng chất lỏng tiết lưu qua các
van.
+ Hành trình trả: Ngược lại ở hành trình nén, khi bánh xe xa khung xe cần
píttông mang theo van chuyển động lên trên đi ra khỏi xy lanh, thể tích khoang


10
A giảm, áp suất tăng ép dầu thông qua van I chảy sang khoang B. Đồng thời do
cần píttông dịch chuyển ra khỏi xy lanh nên một phần thể tích thiếu hụt sẽ được
bù lại nhờ thể tích dầu từ buồng bù C chảy vào khoang B thông qua van III. Sức
cản sinh ra do dòng chất lỏng tiết lưu qua van sẽ đẩy xy lanh giảm chấn đi lên
đồng thời qua đó trả thân xe lai vị trí ban đầu.
b) Giảm chấn một lớp vỏ:
Giảm chấn một lớp vỏ có cấu tạo như sau :

3
Hình 1.5. Giảm chấn 1 lớp vỏ

1.Van trả; 2.Vỏ giảm chấn; 3.Buồng chứa khí;
4.Pít tông tự do; 5.Buồng chất lỏng; 6.Píttông;
7.Van nén; 8.Cụm bao kín; 9.Trục giảm chấn;

2
1

4
5
6
7
8
9

* Nguyên lý làm việc:
+ Trong giảm chấn một lớp vỏ không còn bù dầu nữa mà thay thế chức
năng của nó là buồng 3 chứa khí nén có áp suất P = 23 kG/cm2 đây là sự khác
nhau giữa giảm chấn một lớp vỏ và hai lớp vỏ.
+ Khi píttông dịch chuyển xuống dưới tạo nên sự chênh áp, dẫn đến mở
van 1, chất lỏng chảy lên phía trên của píttông. Khi píttông đi lên làm mở van 7,
chất lỏng chảy xuống dưới píttông. Áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi không
lớn và dao động xung quanh vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu,
nhờ vậy mà tránh được hiện tượng tạo bọt khí, là một trạng thái không an toàn
cho sự làm việc của giảm chấn. Trong quá trình làm việc píttông ngăn cách 4 di
chuyển để tạo nên sự cân bằng giữa chất lỏng và chất khí do đó áp suất không bị
hạ xuống dưới giá trị nguy hiểm.


11
+ Giảm chấn này có độ nhạy cao kể cả khi píttông dịch chuyển rất nhỏ,

tránh được hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho áp
suất thay đổi.
c) So sánh giữa hai loại giảm chấn :
* So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ, giảm chấn một lớp vỏ có các ưu điểm
sau:
- Khi có cùng đường kính ngoài, đường kính của cần píttông có thể làm
lớn hơn mà sự biến động tương đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn.
- Điều kiện toả nhiệt tốt hơn.
- Giảm chấn có píttông ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố
trí nào.
* Nhược điểm của loại giảm chấn một lớp vỏ là:
- Làm việc kém tin cậy, có thể bị bó kẹt trong các hành trình nén hoặc trả
mạnh.
- Có tính công nghệ thấp, bao kín không tốt.
- Tuổi thọ của phớt và độ mòn của píttông với ống dẫn hướng cao.
d) Kết luận.
Trong đề tài này lựa chọn loại giảm chấn ống có hai lớp vỏ. Loại này có
các ưu, nhược điểm sau :
+ Ưu điểm : Tuổi thọ cao hơn so với loại 1 lớp vỏ, giá thành hạ, trọng
lượng nhẹ.
+ Nhược điểm : Bao kín không tốt, khi làm việc ở tần số cao, biên độ lớn
có thể xảy ra hiện tượng trộn hòa không khí với dầu và tạo nên bọt khí trong
chất lỏng, nhất là khi giảm chấn có buồng bù lớn gây nên giảm hiệu quả làm
việc của giảm chấn.

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO ĐỘC LẬP
MC.PHERSON


12

2.1. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TREO THIẾT KẾ.
2.1.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE.

+ Khối lượng của toàn xe khi không tải M0: M0 = 1260 (kg).
+ Khối lượng của toàn xe khi đầy tải MT: MT = 1634 (kg).
+ Khối lượng đặt lên cầu trước khi không tải M01: M01 = 756 (kg).
+ Khối lượng đặt lên cầu sau khi không tải M02: M02 = 504 (kg).
+ Khối lượng đặt lên cầu trước khi đầy tải MT1: MT1 = 817(kg).
+ Khối lượng đặt lên cầu sau khi đầy tải MT2: MT2 = 817 (kg).
+ Chiều dài cơ sở của xe L : L = 2600 (mm).
+ Kích thước bao dài x rộng x cao: 4540 x 1760 x 1465 (mm).
+ Kí hiệu lốp: 195/65R15
+ Khoảng sáng gầm xe khi đầy tải Hmin : Hmin = 140 (mm).
+ Khối lượng không được treo của cầu trước Mkt: Mkt = 64 (kg).
+ Chiều rộng cơ sở của cầu trước BT: BT = 1530 (mm).
+ Chiều rộng cơ sở của cầu sau BS: BS = 1535 (mm).
+ Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải hg : hg = 395 (mm).
2.1.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ TREO.

Có rất nhiều chỉ tiêu để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô như tần
số dao động riêng, gia tốc dao động, vận tốc dao động, trong đồ án này đánh giá
độ êm dịu của ôtô thông qua tần số dao động riêng n của hệ thống treo. Đối với
xe con thì tần số dao động riêng nằm trong khoảng n = 60 ÷ 90 (dđ/ph) tương
ứng với tần số góc ω = 6,2 ÷ 9,4 (rad/s) nhằm đảm bảo không gây mệt mỏi cho
người lái cũng như hành khách trên xe. Do đó chọn n = 75 (dđ/ph).
a) Xác định độ cứng của hệ treo thông qua tần số dao động riêng của cơ hệ :
Độ cứng của hệ thống treo được xác định theo công thức:
Ct =

M dt 2

.ω
2

(N/m)

(2.1)

Trong đó:
Ct : Độ cứng của hệ thống treo đối với một bánh xe

(N/m).


13
ω : Tần số dao động riêng của hệ treo

2n.π 2.75.π
=
= 7,85 (rad/s)
60
60

ω=

(rad/s).
(2.2)

Mdt : Khối lượng phần được treo của ô tô đặt lên cầu trước. ( kg )
Khi xe ở trạng thái không tải thì khối lượng của phần được treo là:
Mdt0 = M01 - Mkt

(2.3)

Mkt : Khối lượng phần không được treo của cầu trước. Mkt = 64 (kg)
Vậy :

Mdt0 = 756 - 64 = 692 (kg).

Khi xe ở trạng thái đầy tải thì khối lượng của phần được treo là:
Mdt1 = MT1 - Mkt = 817- 64 = 753 (kg).
Thay số vào công thức 2.1 được độ cứng của 1 bên hệ treo trước khi không tải
và khi đầy tải là:
C t0 =

M dt 0 2 692
.ω =
.7,85 2 = 21321 (N/m).
2
2

C t1 =

M dt1 2 753
ω =
.7,85 2 = 23201 (N/m).
2
2

Như vậy độ cứng của 1 bên hệ treo được lấy từ giá trị trung bình:
Ct =

C t0 + C t1 21321 + 23201
=
= 22261 (N/m)
2
2

(2.4)

b) Xác định hành trình tĩnh của bánh xe (hay độ võng tĩnh của hệ treo).
Độ võng tĩnh của hệ thống treo ở chế độ đầy tải:
ft =

G
g
= 2
Ct ω

ft : Hành trình tĩnh của bánh xe.

(mm)
(mm)

g : Gia tốc trọng trường ( g = 9,81 m/s2).
ω: Tần số góc.
ft =

(rad/s).

g

9,81
=
= 0,160 m = 160 (mm).
2
ω
7,85 2

c) Xác định hành trình động của bánh xe.
Hành trình động của bánh xe được tính theo công thức:

(2.5)


14
fđ = (0,7 ÷ 1,0)ft

(mm)

(2.6)

Khi phanh thì cầu trước bị chúi xuống, để không xảy ra va đập cứng vào ụ tỳ
trước thì độ võng động cần đảm bảo sao cho :
hg

fđ ≥ f t .ϕ max

b

(mm)

(2.7)

Trong đó:
ϕmax: Hệ số bám lớn nhất. ϕmax= 0,75 ÷ 0,8
b : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau.
Tính được b = 1300 (mm).
hg : Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải : hg = 395 (mm)
Chọn ϕ max = 0,80 thay vào công thức 2.7 được:
fđ ≥ 160.0,8.

395
= 38,89 (mm).
1300

Theo công thức 2.6 thì lấy : fđ = 0,8.ft = 0,8 . 160 = 128 (mm).
+ Xác định khoảng sáng gầm xe H0 :
Để đảm bảo cho xe khi dao động đầu xe không bị đập vào nền đường thì độ
võng động của xe phải thỏa mãn :
fđ ≤ H0 - Hmin

(2.8)

⇔ H0 ≥ fđ + Hmin = 128 + 140 = 268 (mm)

Chọn : H0 = 280 (mm)
+ Độ võng tĩnh của hệ thống treo ở trạng thái không tải :
f ot = M o'

ft
M 't

(mm)

(2.9)

Trong đó: M o' , M t' : Khối lượng đặt lên một bánh xe khi không tải, khi đầy tải
tĩnh. ( Khi tính với một người là 55 kg và 20 kg hành lý).
M o' =

Suy ra :

f0t =

M dt 0
M
; M t' = dt1 ;
2
2

(kg)

M dt 0 . f t
692.160
=
= 147 (mm)
M dt1
753

d) Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn Ktb :

15
Hệ số dập tắt dao động của hệ thống treo được tính theo công thức:
D = 2.ψ.ω (rad/s)

(2.10)

Trong đó:

ψ : Hệ số cản tương đối. ψ = 0,15 ÷ 0,3. Chọn ψ = 0,25.
Thay vào 2.10 :
D = 2 . 0,25 . 7,85 = 3,93 (rad/s).
Hệ số cản trung bình của giảm chấn quy dẫn về bánh xe :
K tb =

G′
.D
g

(Ns/m)

(2.11)

G’: Trọng lượng phần được treo đặt lên một bánh xe (N).
G’ =

M dt1
.g
2

(N)

(2.12)

g : Gia tốc trọng trường ( g = 9,81 m/s2 )
Thay vào 2.11 :
Ktb =

M dt1
753
.D =
.3,93 = 1479,6 (Ns/m)
2
2

Các số liệu tính toán này sẽ sử dụng cho các tính toán cụ thể cho hệ treo
Mc.Pherson ở các phần sau.
2.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO
2.2.1. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC VÀ VỊ TRÍ ĐÒN.

a) Các thông số đã tính toán và tham khảo.
- Chiều rộng cơ sở của xe

B = 1530 mm.

- Bán kính bánh xe : ký hiệu lốp 195/65R15:

rbx = 317 mm.

- Góc nghiêng bánh xe

γ o = 0o

- Góc nghiêng ngang trụ đứng

δo = 12o

- Góc nghiêng dọc trụ đứng

εo

- Bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng

ro = - 22 mm.

- Khoảng sáng gầm xe

Hmin = 140 mm.

- Độ võng khi không tải

f0t = 147 mm.

= 70


16
- Độ võng tĩnh

ft

= 160 mm.

- Độ võng động

fđ

= 128 mm.

- Chiều dài của trụ xoay đứng

Kt

= 160 mm.

- Chiều cao tai xe lớn nhất

Htmaz = 810 mm.

b) Cơ sở để xác định kích thước và vị trí các đòn ngang.
- Xác định các kích thước và vị trí lắp ráp đòn ngang nhằm thỏa mãn các công
dụng của hệ thống treo.
- Đảm bảo nối mềm thân xe với bánh xe .
- Loại bỏ hoặc làm giảm những chuyển vị không mong muốn .
- Tính bền cho các thanh đòn nối giữa thân xe và bánh xe.
- Đảm bảo tâm nghiêng ngang tức thời của cầu xe từ đó biết được chuyển vị
sắp tới của bánh xe .
- Đảm bảo dập tắt dao động thì tìm hệ số cản trung bình của giảm chấn kết
hợp với dao động tìm được ta chọn được giảm chấn lắp trên xe.
c) Chọn tỷ lệ xích và giả thiết của phương pháp vẽ.

- Sử dụng phương pháp đồ thị phẳng.
- Trên khổ giấy Ao lấy tỉ lệ 1: 2 .
- Cách xác định độ dài các đòn ngang và vị trí các khớp được tiến hành theo
giả thiết là coi khung xe đứng yên, bánh xe dao động tương đối so với khung
xe.
d) Trình tự xác định.
Các bước cụ thể như sau :
- Kẻ đường nằm ngang biểu diễn mặt phẳng đường : dd
- Vẽ đường trục đối xứng ngang Aom: Aom vuông góc dd
- Trên A0m đặt: A0A1 = Hmin = 140 mm.
A1A2 = fđ

= 128 mm.

A2A3 = ft

= 160 mm.

A3A4 = fot

= 147mm.


17
- Trên A0d (mặt phẳng đường ) đặt A oBo = B/2 = 765mm. (B o là điểm tiếp xúc
của bánh xe và mặt đường ở trạng thái không tải).
- Tại Bo dựng B0z ⊥ dd (vì γ o = 0 nên đây là mặt phẳng bánh xe).
- Trên đường B0d lấy ra phía ngoài của bánh xe một đoạn B0C0 .
B0C0 =r0= 22 mm.
- Tại C0 dựng C0n : đường nghiêng ngang của đường tâm trụ quay đứng giả

tưởng với δo = 120 so với phương thẳng đứng.
- Trên C0n tìm điểm O2 là điểm liên kết của giảm chấn với tai xe. O 2 cách mặt
đường một đoạn Htmaz = 810 mm theo phương trụ đứng.
- Trên B0z đặt B0B = rbx = 317 mm.
- Tại B dựng đường vuông góc với B0z đường này cắt C0n tại C2. C2 là điểm nối
cứng của trục bánh xe với vỏ giảm chấn.
- Trên C0n, từ C2 đặt xuống phía dưới một đoạn C2C1 = Kt/2 = 80mm.
C2C1 là khoảng cách từ tâm trục bánh xe tới khớp quay ngoài của đòn ngang. C 1
là vị trí khớp quay ngoài của đòn ngang ở vị trí không tải.
Bằng cách dựng tương tự ta sẽ xác định được vị trí khớp quay ngoài của
đòn ngang ở trạng thái đầy tải như sau :
Khi hệ treo biến dạng lớn nhất, nếu coi thùng xe là đứng yên thì bánh xe
dịch chuyển tịnh tiến lên phía trên tới điểm B 1 (nếu coi khoảng cách giữa hai vết
lốp bánh xe ở trạng thái này là thay đổi không đáng kể so với trạng thái xe
không tải).
Khi đó: B0B1 = A1A4 = fđ + ft - f0t = 128 +160 – 147 = 141 mm.
- Từ B1 kẻ B1q // dd
- Trên B1q đặt B1D1 = B0C0 = r0= 22 mm.
- Nối D1O2 thì D1O2 là đường tâm trụ xoay đứng ở vị trí hệ treo biến dạng lớn
nhất. Trong quá trình chuyển dịch bánh xe, khoảng cách C 0C1 không thay đổi.
Do đó trên D1O2 ta đặt D1D2 = CoC1 . D2 là vị trí khớp cầu ngoài của đòn ngang
ứng với trạng thái hệ treo biến dạng lớn nhất.


18
Như vậy C1 và D2 sẽ cùng nằm trên một cung tròn có tâm là khớp trong O 1
của đòn ngang, bán kính là chiều dài đòn ngang l đ (chưa biết). Tâm khớp trong
O1 phải nằm trên đường trung trực của C1D2.
Tiến hành xác định vị trí của O1 bằng cách tìm điểm gặp nhau giữa đường
trung trực của C1D2 và đường song song với mặt đường kẻ từ A4, ứng với vị trí

hệ treo biến dạng lớn nhất. O1 chính là khớp quay trong của đòn ngang.
- Nếu kéo dài C1O1 và kẻ đường vuông góc với O2Co thì chúng gặp nhau tại P. P
là tâm quay tức thời của bánh xe trong mặt phẳng ngang.
- Nối P với B0, PB0 cắt đường đối xứng của xe tại S. S là tâm quay tức thời của
cầu xe và cũng là tâm quay tức thời của thùng xe trong mặt phẳng ngang cầu xe.
Đến đây tìm được độ dài của đòn ngang và vị trí các khớp quay của hệ
treo (O1,O2,C1). Độ dài đòn ngang thực tế ld sẽ bằng độ dài C1O1 nhân với tỉ lệ
xích.
Từ cách vẽ như trên ta tìm được lđ = 369 mm.


z

n

δo = 120
m

A0A1 = Hmin = 140 mm ;
A1A2 = fđ
= 128 mm ;
A2A3 = ft
= 160 mm ;
A3A4 = f0t = 147 mm ;
Chiều rộng cơ sở : B = 1530 mm ;
Bán kính bánh xe : rbx = 317 mm ;
Góc nghiêng ngang bánh xe : γo = 0º ;
Góc nghiêng ngang trụ đứng : δo = 12º ;
Bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng : r = 22 mm.

19


20
2.2.2. XÂY DỰNG HỌA ĐỒ KIỂM TRA ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG TREO
MC.PHERSON.

Khi đã xác định được độ dài đòn ngang l đ ta đi xây dựng được hoạ đồ biểu
thị sự thay đổi góc nghiêng của giảm chấn và đòn ngang khi độ võng của thân xe
(hay độ đi lên của bánh xe) thay đổi:

z
3

O2

4
Δδ (độ)

2
0
1
4
4 3
3 2
20
1
0
4

O1

1

3
S(m
m
)

2
0
1

ΔB (mm)

Hình 2.2 : Xác định các quan hệ sau thiết kế động học hệ thống treo Mc.Pherson

Δδ (độ)


21
* Cách xây dựng họa đồ kiểm tra động học.
+ Việc thiết lập mối quan hệ động học của hệ treo thông qua các vị trí của chúng
khi không tải (ký hiệu 0).
+ Dựng lại chính xác vị trí khi hệ treo chịu tải trọng lớn nhất (ký hiệu là 4).
+ Tìm ra vị trí của hệ treo khi bánh xe ở vị trí lớn nhất (lấy khoảng 40 ÷ 60 mm
so với vị trí không tải ) (ký hiệu là 1).
+ Sau đó tìm các vị trí trung gian (từ 3÷ 4 vị trí).
+ Giá trị ∆z thay đổi theo hành trình của bánh xe từ : vị trí thấp nhất → 0 → f0 →
ft →fđ.

+ Vẽ đồ thị : các chuyển vị của ∆B ; ∆δ theo dịch chuyển bánh xe (phương
∆B = f(S), ∆δ = f(S).

thẳng đứng) :

ΔB (mm)
S(mm)

ΔB
(mm)

Δδ (độ)
S(mm)

Δδ (độ)

Hình 2.3 : Các chuyển vị của hệ thống treo Mc.Pherson thiết kế

So sánh chuyển vị của hệ thống treo thiết kế với các xe hiện đại (hình 2.4)
có quan hệ động học tốt thì hệ treo thiết kế đã thỏa mãn các quan hệ động học.


22
∆B (mm)

∆δ (độ)

S(mm)

S(mm)

40

40
20

0

20
∆B(mm)

0

-2

0

2
∆δ(độ)

0

PORSCHE 924; B = 1420mm
∆B (mm)

∆δ (độ)

S(mm)

S(mm)

40
40

4040
20

0

20
∆B(mm)

0

-2

0

0

2

∆δ(độ)

BMW 320 ; B = 1380mm
∆B (mm)

∆δ (độ)
40
S(mm)

S(mm)

40
40
20

0

40

20
∆B(mm)

0

-2

0

0

∆δ(độ)

2

FIAT 127 ; B = 1445mm
Hình 2.4. Các chuyển vị của hệ treo Mc. Phersol
đo trên xe khi tháo lò xo

40

40


23
2.2.3. BỐ TRÍ HỆ TREO ĐẢM BẢO GÓC NGHIÊNG DỌC ε.

Trên hệ treo này O2 cố định vì vậy góc ε thay đổi rất nhỏ. Phương án bố
trí trình bày trên hình 2.5 :

ε
O2
Hình 2.5. Phương án bố trí góc nghiêng dọc ε
Với : ε ≠ 0; nk ≠ 0 (thay đổi);

O1

O1
nk

Với mục đích nâng cao sự ổn định chuyển động ở vận tốc cao, các góc
này được bố trí theo cách phối hợp các hệ treo độc lập trước và sau trên một xe.
2.2.4. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG TREO MC.PHERSON.

a) Các giả thiết.
+ Chế độ tải trọng tác dụng lên các thanh đòn của hệ thống treo.
* Các lực tác dụng :
- Tải trọng thẳng đứng (pháp tuyến) : Z
- Tải trọng theo phương dọc :

X

- Tải trọng theo phương ngang :

Y

* Chế độ tải trọng.
- Hệ thống treo chịu tải trọng động thẳng đứng lớn nhất :
Zmax= Kđ.Ztĩnh. ; X = Y = 0.
- Hệ thống treo chịu tải trọng dọc lớn nhất (khi phanh) :
Z = Ztĩnh ; X = Xmax ; Y = 0.
- Hệ thống treo chịu tải trọng ngang lớn nhất ( khi quay vòng ) :
Z = Ztĩnh ; X = 0 ; Y = Ymax .
+ Bỏ qua các góc bố trí bánh xe.
+ Tính toán ở chế độ tải trọng lớn nhất.
+ Lựa chọn kết cấu đòn ngang dạng chữ A có kết cấu và kích thước như sau :


24
+ Sơ đồ hệ thống treo và các kích thước cho như sau :
m = 486 mm; n = 80 mm; s = 396 mm;
t = 170 mm; ls = 100 mm; r = 317 mm;
r0 = -22 mm; δo = 12o ;
lđ = 369 mm; d1 = 130 mm; d2 = 130 mm.

δ A
S
O

D

m

d1
d2

s
E

n

r

B

t

C

ls
ro

ld

Hình 2.6 : Sơ đồ hệ thống treo và kết cấu đòn ngang

b) Xác định các lực và phản lực tác dụng lên đòn ngang.
*. Trường hợp chỉ có lực Z :
Trong trường hợp này chỉ có lực Z, còn các lực X = 0 và Y = 0.

Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên tâm bánh xe là:
Z1t =

M T1
817
.g =
.9,81 = 4007,4 (N)
2
2

(2.13)

Nhưng do xe chịu tải theo chế độ tải trọng động cho nên:
Z = Kđ .Z1t

(2.14)

Với Kđ : Hệ số tải trọng động, Kđ = 1,7 ÷ 2,0. Chọn Kđ = 1,8.
Thay vào 2.14 :
Z = 1,8 . 4007,4 = 7213 (N).
Do đặc điểm kết cấu hệ thống treo Mc.Pherson nên trụ xoay đứng của
bánh xe cũng đồng thời là thân của giảm chấn, đầu trên A của nó ăn khớp gối tựa


25
với thân (khung vỏ) xe còn đầu dưới B thì bắt khớp cầu với đầu ngoài C của đòn
ngang, đầu trong D của đòn ngang được liên kết bản lề với thân xe.
Chính vì vậy nên các phản lực tác dụng lên giảm chấn và đòn ngang được
xác định tại những chỗ khớp nối đó.

ZA A
AZY
MZ
δ A
Zlx
O
r

Z ro

Dy

m
C

B n
BMZ BZY
Zy
ZAB

d1

D

E

Cy

d2
Ey

Hình 2.7: Phân tích lực khi có mặt lực Z

- Phản lực Z đặt tại bánh xe gây nên đối với trục đứng AB (hình 2.7)
→

→

→

Z = Z AB + Z Y và mômen Mz(yoz)

- ZAB cân bằng với Zlx :

Zlx =

Z
cos δ

Tại đầu A, lực dọc tác dụng :
Z
7213
=
= 7374 (N)
cos δ cos12 0

ZA = ZAB = Zlx =

(2.15)

Lực Z gây ra lực ngang ZY và mômen MZ là:
ZY = Z . tgδ = 7213 . tg12° = 1533

(N)

(2.16)

MZ = Z .r0 . cosδ.

(Nm)

(2.17)

r0 : Bán kính quay bánh xe xung quanh trụ đứng. r0 = 0,022 m.
Thay vào 2.17 :
MZ = 7213 . 0,022 . cos12° = 155 (Nm)