LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền kinh tế đang tăng trưởng mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu về giao
thông vận tải ngày càng lớn. Vai trò quan trọng của ôtô ngày càng được khẳng định
vì ôtô có khả năng cơ động cao, vận chuyển được người và hàng hoá trên nhiều loại
địa hình khác nhau. Những năm gần đây, lượng xe du lịch có xu hướng tăng lên đặc
biệt là loại xe Toyota Vios với ưu điểm về khả năng cơ động tính kinh tế và thích
hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau.Với ôtô nói chung và xe Toyota Vios nói
riêng an toàn, êm dịu chuyển động là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất
lượng khai thác và sử dụng của phương tiện. Một trong các hệ thống quyết định đến
tính an toàn, êm dịu và ổn định chuyển động là sự kết hợp hoàn hảo của hệ thống lái
và hệ thống treo đặc biệt là ở tốc độ cao. Chính vì vậy em rất muốn tìm hiểu sâu
hơn nữa về hai hệ thống này và cũng rất may cho em vì các thầy giáo trong bộ môn
cơ khí ôtô đã đồng ý cho em được nhận đồ án tốt nghiệp của mình là thiết kế hệ
thống treo trên xe du lịch 5 chỗ nên em đã lựa chọn thiết kế dựa trên thông số cơ
bản của xe Toyota Vios. Sau hơn ba tháng làm việc nghiêm túc cùng với sự hướng
dẫn tận tình của thầy giáo Vũ Thế Truyền cùng các thầy giáo trong bộ môn cơ khí
và của các bạn sinh viên cùng lớp, em đã cơ bản hoàn thành đồ án tốt nghiệp của
mình. Trong quá trình thực hiện, chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót do
đó em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyênngày tháng năm 2019
Sinh viên thực hiện
Cao Văn Quang
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO
1.1.
Công dụng, yêu cầu của hệ thống treo
a. Công dụng
Hệ thống treo ở đây được hiểu 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 cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng
đứng đối 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 (tải trọng, phản lực)
lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực kéo với khung, vỏ) lực bên (lực li tâm,
lực gió bên, phản lực bên ).
b. Yêu cầu
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 :
+ Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe
(xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau).
+ Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định.
+ 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 bền cao
+ Có độ tin cậy lớn, không gặp hư hỏng bất thường.
• Đối với xe con chúng ta cần phải quan tâm đến các yêu cầu sau :
- Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn.
- Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên thùng, vỏ tốt
- Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc độ cao, ô tô
điều khiển nhẹ nhàng.
1.2. Các bộ phận chính của hệ thống treo
a.
Bộ phận đàn hồi
1
+ Chức năng: là bộ phận nối mềm 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.
Các bộ phận đàn hồi thường được sử dụng:
1. Bộ phận đàn hồi nhíp lá
2. Bộ phận đàn hồi lò xo trụ
3. Bộ phận đàn hồi thanh xoắn.
Hình 1.1. Bộ phận đàn hồi
• Nhíp
Nhíp được làm từ các lá thép mỏng, có độ đàn hồi cao, các lá thép có kích thước
chiều dài nhỏ dần từ lá lớn nhất gọi là lá nhíp chính. Hai đầu của nhíp chính được uốn lại
thành hai tai nhíp dùng để nối với khung xe. Giữa bộ nhíp có các lỗ dùng để bắt bulông
siết các lá nhíp lại với nhau. Quang nhíp dùng để giữ cho các lá nhíp không bị sô lệch về
hai bên, các lá nhíp có thể dịch chuyển tương đối với nhau theo chiều dọc. Khi dịch
chuyển tương đối theo chiều dọc, giữa các lá nhíp có lực ma sát, lực ma sát này dùng để
dập tắt dao động theo phương thẳng đứng của ôtô. Khi làm việc, mặt trên của lá nhíp sẽ
chịu kéo, còn mặt dưới sẽ chịu nén.
• Lò xo
Lò xo chỉ có chức năng là một cơ cấu đàn hồi khi bộ phận chịu lực theo phương
thẳng đứng. Còn các chức năng khác của hệ thống treo sẽ do bộ phận khác đảm nhiêm.
Lò xo chủ yếu được sử dụng trong hệ thống treo độc lập, nó có thể đặt ở đòn trên hay đòn
dưới của bộ phận dẫn hướng.
2
• Thanh xoắn
Thanh xoắn giống như lò xo xoắn loại này cũng chỉ có chức năng đàn hồi khi chịu lực
tác dụng theo phương thẳng đứng còn lại chức năng khác do bộ phận khác của hệ thống
treo đảm nhận.
Hình 1.2. Thanh xoắn
Thanh xoắn được chế tạo từ thanh thép dài, có tiết diện tròn, đàn hồi theo chiều
xoắn vặn. Một đầu của thanh xoắn được gắn cứng vào khung xe, đầu còn lại gắn vào một
tay đòn
Hiện nay bộ phận đàn hồi được làm có xu hướng “mềm mại” hơn nhằm tạo điều
kiện cho bánh xe lăn “êm” trên mặt đường.
Hiện nay người ta dùng các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi độ cứng trong
một giới hạn rộng. Khi xe chạy ít tải, độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, khi tăng tải thì độ
cứng cần phải có giá trị lớn. Chính vì vậy mà cần phải có thêm các bộ phận đàn hồi phụ
như : Nhíp phụ,vấu tỳ bằng cao su biến dạng, đặc biệt là các bộ phận đàn hồi có khả năng
thay đổi tự động độ cứng theo tải trọng kết hợp với các bộ phận thay đổi chiều cao trọng
tâm của xe.
b. Bộ phận dẫn hướng
Cho phép các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng ở mỗi vị trí của nó so với khung vỏ,
bánh xe phải đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ. Bộ phận dẫn hướng phải thực hiện
tốt chức năng này. Trên mỗi hệ thống treo thì bộ phận dẫn hướng có cấu tạo khác nhau.
Quan hệ của bánh xe với khung xe khi thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng được gọi
là quan hệ động học.
Khả năng truyền lực ở mỗi vị trí được gọi là quan hệ động lực học của hệ treo.
Trong mối quan hệ động học các thông số chính được xem xét là : sự dịch chuyển
(chuyển vị) của các bánh xe trong không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thay đổi theo
phương thẳng đứng (z).Mối quan hệ động lực học được biểu thị qua khả năng truyền các
lực và các mô men khi bánh xe ở các vị trí khác nhau.
c. Bộ phận giảm chấn
3
Đây là bộ phận hấp thụ năng lượng dao động cơ học giữa bánh xe và thân xe. Bộ
phận giảm chấn có ảnh hưởng tới biên độ dao động. Trên các xe hiện đại chỉ dùng loại
giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều trả và nén. Trong hành trình trả (bánh xe đi
xa khung và vỏ) giảm chấn có nhiệm vụ giảm bớt xung lực va đập truyền từ bánh xe lên
khung.
Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với mục đích sau:
- Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đường
không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho người sử
dụng .
- Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm
làm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.
-Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc ,
khả năng an toàn khi chuyển động.
d. Thanh ổn định
Hình1.3. Thanh ổn định
Trên xe con thanh ổn định hầu như đều có. Trong trường hợp xe chạy trên nền
đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới tác dụng của lực li tâm phản lực thẳng
đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng độ nghiêng thùng xe và làm
giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với mặt đường. Thanh ổn định có tác
dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải
trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu chịu tải ít hơn. Cấu tạo chung của nó có
dạng chữ U. Các đầu chữ U nối với bánh xe còn thân nối với vỏ nhờ các ổ đỡ cao su.
e. Các vấu cao su tăng cứng và hạn chế hành trình
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.
f. Các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe
4
Hệ thống treo đảm nhận mối liên kết giữa bánh xe và thùng vỏ, do vậy trên hệ thống
treo có thêm các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe. Các cơ cấu này rất
đa dạng nên ở mỗi loại xe lại có cách bố trí khác nhau, các loại khác nhau.
1.3. Các thông số tương đương
a. Các thông số tương đương
- Phần được treo: Là bộ phận chủ yếu của ôtô bao gồm: khung, thùng, hệ thống
động cơ và các chi tiết bộ phận khác gắn trên thùng xe hoặc khung xe. Toàn bộ khối
lượng của các bộ phận này được đỡ trên hệ thống treo.
- Phần không được treo gồm có: Cầu , dầm cầu, hệ thống chuyển động (cụm bánh
xe ), cơ cấu dẫn động lái. Các bộ phận này đặt dưới hệ thống treo.
- Có một số chi tiết và bộ phận vừa được lắp lên phần được treo vừa được lắp lên
phần không được treo như: nhíp, lò xo, giảm chấn, trục cardan. Do đó một phần khối
lượng của chúng được xem như thuộc phần được treo và nửa kia thuộc phần không được
treo.
1.4. Hệ thống treo phụ thuộc
Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cầu cứng.
Trong trường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép định
hình, còn trường hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có một phần của
hệ thống truyền lực.
Đối với hệ treo này thì bộ phận đàn hồi có thể là nhíp lá hoặc lò xo xoắn ốc, bộ
phận dập tắt dao động là giảm chấn.
Hình 1.4. Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp
Nếu bộ phận đàn hồi là nhíp lá thì nhíp đóng vai trò là bộ phận dẫn hướng, có thể
dùng thêm giảm chấn hoặc không.
2
1
6
5
5
3
Hình 1.5. Treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc
2 xoắn ốc 3. Giảm chấn 4.Đòn dọc dưới
1.Dầm cầu 2.Lò xo
5.Đòn dọc trên 6. Thanh giằng Panhada
Nếu như bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn phải dùng thêm hai đòn dọc dưới và một
hoặc hai đòn dọc trên. Đòn dọc dưới được nối với cầu, đòn dọc trên được nối với khớp
trụ (hình ). Để đảm bảo truyền được lực ngang và ổn định vị trí thùng xe so với cầu người
3
ta cũng phải dùng thêm “đòn Panhada”, một đầu nối với cầu còn đầu kia nối với thùng
xe.
Lò xo xoắn ốc trong trường hợp này có thể đặt trên đòn dọc hoặc đặt ngay trên cầu.
Giảm chấn thường được đặt trong lòng lò xo xoắn ốc để chiếm ít không gian.
4
*Cấu tạo của hệ thống treo phụ thuộc có những ưu nhược điểm:
• Nhược điểm:
- Khối lượng phần liên kết
5 bánh xe (phần không được treo) lớn, đặc biệt là ở cầu chủ
động. Khi xe chạy trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên và
đập mạnh giữa phần không treo và phần treo làm giảm độ êm dịu chuyển động. Mặt khác
bánh xe va đập mạnh trên nền đường sẽ làm xấu sự tiếp xúc của bánh xe với đường.
- Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu có thể thay
6 chọn là chiều cao trọng tâm lớn
đổi vị trí, do vậy chỉ có thể lựa
Hình 1.6. Sự thay đổi vị trí bánh xe và của xe khi xe trèo lên mô đất.
-Sự nối cứng bánh xe 2 bên bờ dầm liên kết gây nên hiện tượng xuất hiện chuyển vị
phụ khi xe chuyển động.
• Ưu điểm:
-Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy không xảy ra hiện
tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập.
-Khi chịu lực bên (lực li tâm, lực gió bên, đường nghiêng). 2 bánh xe liên kết cứng
bởi vậy hạn chế hiện tượng trượt bên bánh xe.
6
-Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa.
-Giá thành thấp
*Vấn đề sử dụng hệ thống treo phụ thuộc:
Do yêu cầu của thực tế và do trình độ phát triển của kỹ thuật thì tốc độ của ô tô
ngày càng được nâng cao. Khi tốc độ ô tô ngày càng cao thì yêu cầu về kỹ thuật của ô tô
ngày càng khắt khe : trọng tâm của ô tô cần phải 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 hệ thống treo phụ thuộc không được sử dụng trên xe có vận tốc cao, có chăng
chỉ được sử dụng ở những xe có tốc độ trung bình trở xuống và những xe có tính năng
việt dã cao.
1.5. Hệ thống treo độc lập
• Đặc điểm :
- Trên hệ thống treo độc lập dầm cầu được chế tạo rời, giữa chúng liên kết với nhau
bằng khớp nối, bộ phận đàn hồi là lò xo trụ, bộ giảm chấn là giảm chấn ống. Trong hệ
thống treo độc lập hai bánh xe tráI và phảI không quan hệ trực tiếp với nhau vì vậy khi
chúng ta dịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng ngang bánh xe còn lại vẫn giữ
nguyên. Do đó động lực học của bánh xe dẫn hướng sẽ giữ đúng hơn hệ then treo phụ
thuộc.
a. Khi oto chuyển động trên đường
không bằng phẳng
b. Khi một bánh xe trong hệ thống treo độc lập
Hình 1.7. Hệ thống treo độc lập của ôtô hoạt động trên đường không bằng phẳng.
•
Ưu điểm của hệ thống treo độc lập:
+ Khối lượng phần không được treo nhỏ, đặc tính bám đường của bánh xe tốt vì
vậy sẽ em dịu khi chuyển động và có tính ổn định tốt.
+ Các lò xo chỉ làm nhiệm vụ đỡ thân ôtô mà không phải làm nhiệm vụ dẫn hướng
nên có thể làm lò xo mềm hơn nghĩa là tính êm dịu tốt hơn.
+ Do không có sự nối cứng giữa các bánh xe bên trái và bên phải nên có thể hạ
thấp sàn ôtô và vị trí lắp động cơ. Do đó mà có thể hạ thấp trọng tâm ôtô.
7
• Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp.
+ Khoảng cách bánh xe và các vị trí đặt bánh xe thay đổi cùng với sự dịch chuyển
lên xuống của các bánh xe.
- Trong hệ thống treo độc lập còn được phân ra các loại sau :
+ Dạng treo 2 đòn ngang
+ Dạng treo M.Pherson
+ Dạng treo kiểu đòn dọc
+Dạng treo kiểu đòn dọc có thanh ngang liên kết.
+ Dạng treo đòn chéo
Đặc điểm kết cấu của các dạng treo :
1.5.1. Dạng treo 2 đòn ngang
1. Bánh xe. 2. Đòn trên 3. Khung xe 4. Trụ đứng
5. Khớp cầu trên 6. Khớp cầu dưới 7. Đòn dưới 8. Lò xo
9. Giảm chấn
Hình 1.8. Hệ thống treo hai đòn ngang
*Đặc điểm :
Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang bao gồm 1 đòn ngang trên, một đòn ngang dưới. Các
đầu trong được liên kết với khung, vỏ bằng khớp trụ. Các đầu ngoài được liên kết bằng
khớp cầu với đòn đứng. Đòn đứng được nối cứng với trục bánh xe. Bộ phận đàn hồi có
thể nối giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới. Giảm chấn cũng đặt giữa khung với đòn
trên hoặc đòn dưới. Hai bên bánh xe đếu dùng hệ treo này và được đặt đối xứng qua mặt
phẳng dọc giữa xe.
Hệ treo trên 2 đòn ngang (hình 2.6) được sử dụng nhiều trong các giai đoạn trước đây
nhưng hiện nay hệ treo này đang có xu hướng ít dần do kết cấu phức tạp, chiếm khoảng
không gian quá lớn.
8
1.5.2. Dạng treo Mc.Pherson
1. Lò xo trụ
2. Đòn ngang chữ A.
3,4. Khớp trụ liên kết đòn ngang với khung
5. Khớp cầu
6. Giảm chấn
Hình 1.9. Hệ thống treo Mc.Pherson
*Đặc điểm:
Hệ treo này chính là biến dạng của hệ treo 2 đòn ngang. Coi đòn ngang trên có
chiều dài bằng 0 và đòn ngang dưới có chiều dài khác 0. Chính nhờ cấu trúc này mà ta có
thể có được khoảng không gian phía trong để bố trí hệ thống truyền lực hoặc khoang
hành lý. Sơ đồ cấu tạo của hệ treo bao gồm : một đòn ngang dưới, giảm chấn đặt theo
phương thẳng đứng, một đầu được gối ở khớp cầu B. đầu còn lại được bắt vào khung xe.
Bánh xe được nối cứng với vỏ giảm chấn. Lò xo có thể được đặt lồng giữa vỏ giảm chấn
và trục giảm trấn.
Nếu ta so sánh với hệ treo 2 đòn ngang thì hệ treo Mc.Pherson kết cấu ít chi tiết
hơn, không chiếm nhiều khoảng không và có thể giảm nhẹ được trọng lượng kết cấu.
Nhưng nhược điểm chủ yếu của hệ treo Mc.Pherson là do giảm chấn vừa phải làm chức
năng của giảm chấn lại vừa làm nhiệm vụ của trụ đứng nên trục giảm chấn chịu tải lớn
nên giảm trấn cần phải có độ cứng vững và độ bền cao hơn do đó kết cấu của giảm chấn
phải có những thay đổi cần thiết.
1.5.3 Hệ treo đòn dọc
*Đặc điểm:
Hệ treo hai đòn dọc ( Hình 1.13) là hệ treo độc lập mà mỗi bên có một đòn dọc. Mỗi
đầu của đòn dọc được gắn cứng với trục quay của bánh xe, một đầu liên kết với khung vỏ
bởi khớp trụ. Lò xo và giảm chấn đặt giữa đòn dọc và khung. Đòn dọc vừa là nơi tiếp
9
nhận lực ngang, lực dọc, và là bộ phận hướng dẫn. Do phải chịu tải trọng lớn nên nó
thường được làm có độ cứng vững tốt.
Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý hệ treo hai đòn dọc
1. Khung vỏ 2. Lò xo 3. Giảm chấn 4. Bánh xe
5. Đòn dọc 6. Khớp quay
Khớp quay của đòn dọc thường là khớp trụ, với hai ổ trượt đặt xa nhau để có khả
năng chịu lực theo các phương cho hệ treo. Đồng thời đòn dọc đòi hỏi cần phải có độ
cứng vững lớn, nhằm mục đích chịu được các lực dọc, lực bên và chịu mômen phanh lớn.
Do có kết cấu như vậy, nên hệ treo này chiếm ít không gian và đơn giản về kết cấu,
giá thành hạ. Hệ treo này thường được bố trí cho cầu sau bị động, khi máy đặt ở phía
trước, cầu trước là cầu chủ động.
Hệ treo đòn dọc chiếm các khoảng không gian hai bên sườn xe nên có thẻ tạo điều
kiện cho việc hạ thấp trọng tâm xe và có thể nâng cao tốc độ, dành một phần không gian
lớn cho khoang hành lý.
1.5.4 Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết
Hệ treo này xuất hiện trên xe con vào những năm 70 cùng với sự hoàn thiện kết cấu
cho các xe có động cơ và cầu trước chủ động.
4
5
6
1
2
3
10
Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết.
1.Bánh xe 2. Khớp quay trụ cầu đòn dọc 3. Đòn dọc 4. Thùng xe
5. Lò xo 6. Giản chấn
Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết
có đặc điểm là hai đòn dọc được nối cứng với nhau bởi một thanh ngang. Thanh
ngang liên kết đóng vai trò như một thanh ổn định như đối với các hệ treo độc lập khác.
Thanh ngang liên kết có độ cứng chống xoắn vừa nhỏ để tăng khả năng chống lật của xe
vừa có khả năng truyền lực ngang tốt. Đòn dọc vừa là nơi tiếp nhận lực ngang, lực dọc
vừa là bộ phận hướng nên nó cần thiết có độ cứng vững tốt còn khớp trụ ở đầu đòn dọc
thường có độ dài vừa đủ để tăng khả năng ổn định
gang của hệ treo.
Theo cấu trúc của nó có thể phân chia thành loại treo nửa độc lập và treo nửa phụ
thuộc. Theo khả năng làm việc của hệ treo, tuỳ thuộc vào độ cứng vững của đòn liên kết
mà có thể xếp là loại phụ thuộc hay độc lập. ở đây hệ treo được phân loại là treo độc lập
tức là đòn liên kết có độ cứng nhỏ hơn nhiều so với độ cứng của dầm cầu phụ thuộc.
Hệ treo đòn dọc có thanh liên kết hiện nay cũng dược dùng rộng rãi trên một số ôtô
có vận tốc cao vì nó có những ưu điểm sau:
-Kết cấu của hệ treo khá gọn, khối lượng nhỏ, có thể sản xuất hàng loạt và khả năng
lắp rắp nhanh, chính xác, điều này có lợi cho việc làm giảm giá thành, đặc biệt đối với hệ
treo có bộ phận đàn hồi là thanh xoắn.
-Giảm nhẹ được lực tác dụng lên đòn ngang và các khớp quay do có thanh liên kết nên
có thể san bớt lực tác dụng ngang cho cả hai khớp trụ ở hai bên, do đó mỗi bên khớp trụ
sẽ chịu một lực nhỏ hơn, các khớp trụ sẽ có độ bền cao hơn.
-Không gây nên sự thay đổi góc nghiêng ngang bánh xe, vết của bánh xe.
-Tuỳ theo vị trí đặt đòn ngang mà người ta có thể không cần dùng đến thanh ổn định
của hệ treo độc lập ( đòn ngang đảm nhận chức năng của thanh ổn định).
Bên cạnh những ưu điểm đó hệ treo này còn tồn tại một số nhược điểm như là đòi
hỏi công nghệ hàn cao, tải trọng đặt lên cầu xe hạn chế và có thể làm quay trục cầu xe
khi xe đi trên đường vòng ở trạng thái quay vòng thừa.
1.5.5 Hệ treo đòn chéo
Hệ thống treo trên đòn chéo là cấu trúc mang tính trung gian giữa hệ treo đòn ngang
và hệ treo đòn dọc.Bởi vậy sử dụng hệ treo này cho ta tận dụng được ưu điển của hai hệ
treo trên và khắc phục được một số nhược điểm của chúng. Đặc điểm của hệ treo này là
đòn đỡ bánh xe quay trên đường trục chéo và tạo nên đòn chéo trên bánh xe
11
Hình 1.12. Sơ đồ hệ treo đòn chéo
1.Dầm cầu 2. Đòn chéo 3. Các đăng
Trong hệ treo đòn chéo (hình 1.15) chi tiết đàn hồi phần lớn là lò xo xoắn ốc. Các
loại lò xo này có thể là dạng trụ hoặc dạng xếp. Loại lò xo xếp có ưu điểm là gọn, hành
trình làm việc lớn. Loại lò xo hình trụ thường được lồng vào giảm chấn như đối với hệ
treo đòn dọc để chúng chiếm ít không gian. Ngoài ra đối với hệ treo này, người ta còn
hay dùng thêm thanh ổn định để làm tăng sự êm dịu trong quá trình chuyển động.
So với các hệ treo đã xét ở trên thì hệ treo đòn chéo có đặc điểm ở chỗ : khi bánh xe
dao động theo phương thẳng đứng thì cũng kéo theo sự thay đổi khoảng cách giữa hai vết
bánh xe, góc nghiêng ngang, nhưng sự thay đổi đó nhỏ hơncác loại đã xét ở trên. Riêng
độ chạm trước cửa bánh xe thì thay đổi không đáng kể.
12
Chương 2
KẾT CẤU CÁC CHI TIẾT HỆ THỐNG TREO
2.1. Xác định các thông số cơ bản của xe Toyota Vios
Các thông số ban đầu của xe Toyota Vios
Nhóm các thông số tải trọng:
- Tải trọng toàn xe khi không tải
G0 = 12800 N.
- Tải trọng toàn xe khi đầy tải
GT = 17300 N.
- Tải trọng đặt lên cầu trước khi không tải G10 = 7000 N.
- Tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải G1T = 8500 N.
- Tải trọng đặt lên cầu sau khi không tải G20 = 5800 N.
- Tải trọng đặt lên cầu sau khi đầy tải
G2T = 8800 N.
- Chiều dài cơ sở : L = 2630 (mm).
- Chiều rộng cơ sở : B = 1480 (mm).
- Dài× Rộng× Cao : 4490× 1710× 1425.
- Kích thước bánh xe : Kí hiệu lốp 185/65 R14 H.
- Khoảng sáng gầm xe khi đầy tải : Hmin = 100 (mm).
- Khối lượng phần không treo :
mkt = 11x2 = 22 Kg .
- Khối lượng phần bánh xe :
mbx = 16 Kg.
- Vết bánh xe:
trước =1300(mm).
sau = 1310(mm).
Ne max = 110 (ml) / 6000 (v/ph).
vmax = 195 (km/h).
Me max = 145 (N.m) / 4800 (v/ph).
2.2. Lựa chọn phương án thiết kế
Hiện nay trên thị trường trong nước và thế giới đang sử dụng nhiều loại HTT rất đa
dạng và phong phú , với đủ kiểu mẫu và chủng loại .Nhưng đối với ôtô con hiện đại ngày
nay người ta thường hay sử dụng các loại hệ thống treo độc lập như:
- HTT hai đòn ngang
- HTT Mc.Pherson
- HTT đòn dọc
- HTT đòn dọc có thanh liên kết
- Một số ít các ôtô khác có sử dụng HTT đòn chéo hoặc HTT nhiều khâu
Kết hợp với việc sử dụng HTT độc lập là sử dụng loại lốp có bề rộng lớn và có áp
suất thấp . Điều này có lợi cho việc biến dạng lốp , và làm tăng độ êm dịu chuyển động
của ôtô. Tăng khả năng bám đường của lốp và do đó nâng cao được tốc độ chuyển động
của ôtô, tăng khả năng ổn định khi quay vòng .
13
Các HTT của ôtô con hiện nay thường dùng loại có cấu tạo đơn giản , giảm số chi
tiết , giảm trọng lượng HTT , giá thành hạ , dễ tháo lắp sửa chữa và bảo dưỡng
Ở đồ án này với một khoảng thời gian ngắn và trình độ hạn chế em chỉ đi sâu vào
nghiên cứu và thiết kế HTT cho xe Toyota Vios với hệ thống treo trước là hệ thống
Mc.Pherson.
2.3 Cấu tạo các chi tiết của hệ thống treo độc lập Mc.Pherson
2.3.1 Kết cấu của hệ thống treo trước
1. Lò xo trụ
2. Đòn ngang chữ A.
3,4. Khớp trụ liên kết đòn ngang với khung
5. Khớp cầu
6. Giảm chấn
Hình 2.1. Hệ thống treo trước Mc.Pherson
Đặc điểm của hệ thống treo độc lập kiểu Mc.Pherson 1 đòn ngang
+ Cấu tạo tương đối đơn giản
+ Do có ít chi tiết nên nó nhẹ, giảm được khối lượng không được treo
+Chiếm ít không gian nên tăng không gian sử dụng của khoang động c
Hoạt động của hệ thống treo: Khi xe đi trên những đoạn đường xấu, chạy với vận
tốc cao và khi xe quay vòng trong quá trình hoạt động phản lực từ mặt đường sẽ tác dụng
trực tiếp lên bánh xe truyền đến hệ thống treo, lên vỏ xe và đến hành khách ngồi trên xe.
Hệ thống treo có nhiệm vụ tạo cảm giác an toàn và thoải mái cho người lái và hành khách
trên xe thông qua kết cấu của nó. Lò xo trụ có tác dụng tạo cảm giác êm ái không bị xóc
nhưng nó không tự giảm được chu kỳ dao động của chính nó sau mỗi va chạm vì vậy cần
có thêm bộ phận hấp thụ những dao đồng này đó chính là giảm chấn. Giảm chấn có tác
dụng hấp thụ toàn bộ năng lượng dao động từ mặt đường truyền lên nhờ kết cấu của các
14
van thông qua cùng áp lực của chất lỏng, giảm chấn biến năng lượng dao động thành
nhiệt năng tỏa ra ngoài môi trường. Đi cùng với hệ thống treo là các thanh cân bằng
ngang và các tay đòn biên làm tăng tính ổn định, an toàn cho xe khi quay vòng.
2.3.2 Kết cấu, nguyên lý làm việc của một số phần tử trên hệ thống treo
2.3.2.1 Lò xo trụ
- Kết cấu
a
a) lò xo trụ phía trước;
b
b) lò xo trụ phía sau
Hình 2.2 Kết cấu của lò xo trụ
- Hoạt động : Khi chịu tác dụng của tải trong thẳng đứng, do tính chất đàn hồi của
thép lò xo mà lò xo bị nén lại, khi tải trọng thôi không tác dụng thì lò xo lại giãn ra quá
trình đó cứ lặp đi lặp lại trọng quá trình ôtô chuyển động. Lò xo trước có dạng hình côn
điều này giúp nó có khả năng thay đổi độ cứng hợp lý tưởng ứng với tải trọng đặt lên nó.
Đối với treo trước của xe Toyota Vios chúng ta sử dụng phương pháp đặt lệch lò xo
Ở hệ thống treo Mc Pherson này giảm chấn hoạt động như một thanh liên kết hệ
thống treo, chịu các tải trọng thẳng đứng. Tuy nhiên vì giảm chấn cũng chịu tải từ các
bánh xe nên nó hơi cong 1 chút. Nó gây ra lực ngang (A và B) tạo ra ma sát giữa piston
và bạc dẫn hướng, giữa piston và thành trong xi lanh sinh ra tiếng kêu không bình thường
tạo ra tiếng kêu không bình thường và ảnh hưởng xấu đến độ êm dịu. Có thể hạn chế tối
đa hiện tượng này bằng cách đặt lệch lò xo với đường tâm giảm chấn để tạo ra lực a và b
ngược chiều với A và B
15
Hình 2.3 Cách đặt lò xo giảm chấn
2.3.3. Giảm chấn
- Kết cấu
16
a) Cấu tạo chung;
b) Hành trình trả;
c) Hành trình nén
1 Pít tông cụm van
2 Đế lò xo
3 Xylanh công tác
4 Cần Pít tông
5 Lỗ van trả
6 Lỗ van nén.
Hình 2.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của giảm chấn
- Nguyên lý hoạt động của giảm chấn
- Nén nhẹ (bánh xe và thân xe tiến lại gần nhau) áp suất dầu trong buồng C tăng lên
một chút sẽ có một phần dầu từ C đi qua những lỗ van không bị bịt kín ở hàng L để về
buồng B. Đồng thời cũng có một lượng dầu nhỏ qua van nén F về khoang D gọi là
khoang bù (lúc nén nhẹ van nén E chưa mở được vì không thắng được lực căng của lò
xo) lượng dầu lưu thông ít dập tắt chậm những dao động nhỏ.
- Trả nhẹ (bánh xe và thân xe tách xa nhau) áp suất trong buồng C giảm không
nhiều nên chưa mở được van trả L chỉ có một lượng dầu nhỏ từ khoang B qua những lỗ
nhỏ L không bị bịt kín, dầu từ khoang bù qua một phần van K về buồng C.
- Nén mạnh (bánh xe và thân xe tiến vào nhau mạnh đột ngột) dầu ở khoang C áp
suất tăng đột ngột mở toàn bộ hàng van E và qua một số lỗ nhỏ ở hàng L không bịt kín để
lên khoang B. Đồng thời mở toàn bộ van F để sang khoang bù D. Lượng dầu lưu thông
nhiều dập tắt nhanh dao động.
- Trả mạnh (bánh xe tách khỏi thân xe đột ngột) áp suất trong buồng C giảm nhiều,
lúc đó dầu từ khoang B đẩy mở toàn bộ van trả L để về buồng C. Dầu từ khoang bù D mở
toàn bộ van trả (hàng lỗ) K để về khoang C dầu lưu thông nhiều dập tắt nhanh dao động.
17
Hình 2.5. Tay đòn dưới
18
Chương 3
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC
MC.PHERSON
3.1. Xác định tần số dao động của hệ thống treo Mc.Pherson
Có rất nhiều các thông số đánh giá độ êm dịu của ôtô khi chuyển động như tần số
dao động , gia tốc dao động và vận tốc dao động .
Trong đồ án này ta đánh giá độ êm dịu của ôtô thông qua tần số dao động của HTT.
Đối với ôtô con tần số dao động n = 60 ÷ 90 lần/ph để đảm bảo phù hợp với dao
động của con người .
a. Xác định 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 .
Độ cứng của hệ thống treo được tính toán theo công thức :
2πn
Mt 2
Ct =
.ω
với ω = ( 60 )2
2
Ta tính theo công thức sau:
ω=
g
=
ft
10
= 7.45 (rad/s).
0.18
-
Khối lượng phần không treo :
mkt = 22 kg .
Khối lượng phần treo ở trạng thái không tải : MT0 = m10 - mkt - mbx
⇔ MT0 = 700 -22 - 16x2 = 646 Kg.
m10 _ tải trọng đặt lên cầu trước khi không tải m10 = 700 Kg.
- Khối lượng phần treo ở trạng thái đầy tải : MT1 = m1T - mkt - mbx
⇔ MT1 = 850 - 22 - 16x2 = 796 Kg.
m1T _ tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải m1T = 850 Kg.
19
Độ cứng của một bên hệ treo ở trạng thái không tải :
C T0 =
-
Độ cứng của một bên hệ treo ở trạng thái đầy tải :
C 1T =
-
M T 0 2 646
.ω =
x7.452 = 17927 N/m = 17.927 (N/mm).
2
2
M T 1 2 796
.ω =
x7.452 = 22090 N/m = 22.09 (N/mm).
2
2
Độ cứng của một bên hệ treo lấy từ giá trị trung bình :
1
Ct1 Ct0
+
CT =
= x(17927 + 22090) = 20008.5 N/m = 20.008 (N/mm).
2
2
2
b. Xác định hành trình tĩnh của bánh xe (Độ võng tĩnh của hệ treo).
- Độ võng tĩnh của hệ treo (khi đầy tải) :
ft =
M T1 g
796 x9,81
.
=
= 195 (mm).
2 x 20008
2 CT
- Kiểm nghiệm lại độ võng tĩnh vói C T = 20008 N/m.
Từ công thức : f T0 =
M .g
2.CT
+ Ở chế độ không tải : f T0 =
Mà : f T0 =
g
ω
2
ot
M T 0 .g
646 x9,81
=
= 158 (mm).
2.CT
2 x 20008
⇒ ωt 0 =
2
9,81
= 62.08
0,158
⇒ ω t 0 = 62.08 = 7.88 (rad/s).
30.ω ot
30x7.88
Từ công thức : n ot =
=
= 75.2 (l/ph) .
π
π
+ Ở chế độ đầy tải : f 1T t =
Mà : f 1T =
g
ω
2
t1
M t1.
796 x9,81
g =
= 195 (mm).
2.CT
2 x 20008
⇒ ω t1 =
2
9,81
=50.3
0,195
⇒ ω t1 = 50.3 = 7.09 (rad/s).
30.ω1t
30x7.09
Từ công thức : n 1t =
=
= 67.7 (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 trong khoảng 60 ÷ 90 (l/ph) đảm bảo được yêu cầu đặt ra . Do đó với bộ phận đàn
hồi có độ cứng C T = 20.008 (N/mm) thoả mãn được yêu cầu tính toán thiết kế .
• Xác định hành trình tĩnh của bánh xe: hay chính là độ võng tĩnh của hệ treo
ft =
g
9.81
= 0.18 (m).
2 =
ω
7.45 2
c. Xác định hành trình động của bánh xe (độ võng động của hệ treo )
Ta có:
fđ = (0.7 ÷ 1.0) ft
Chọn:
fđ = 0,8 ft = 0,8 . 180 = 144 (mm).
20
Tổng hành trình của bánh xe (tính từ vị trí bánh xe bắt đầu chịu tải đến lúc chạm vào
vấu tỳ hạn chế):
fTổng = fđ + ft =144 + 180 = 324 (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.
d. Kiểm tra hành trình động của bánh xe
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 thiểu = 100 mm
⇒ H0 ≥ fđ + Hmin = 144 + 100 = 244 mm.
⇒ H0 ≥ 244 mm.
∗ Đối với cầu trước cần kiểm tra hành trình động để không xẩy ra va đập cứng vào ụ tì
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 = 0.75
- Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau b =L.55% =2630x55% =1.446m
- Chiều dài cơ sở xe L = 2630 mm.
- Chiều cao cơ sở xe hg = 500 mm.
Pj
L
G
a
G
hg
Pp
Z1
b
a
(Hình 3.1)
⇒ fđ ≥ 180 x 0.7x
500
= 46.68 mm.
1446
Thỏa mãn.
* Xác định độ võng tĩnh của hệ treo ở trạng thái không tải tĩnh :
21
b
Z2
646
M T 0.. fT
f0T =
= 796 x180 = 146(mm).
MT1
e. Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn : KTB
Hệ số dập tắt dao động của hệ treo :
D = 2 x ψ x ω (rad/s).
Trong đó :
ψ : Hệ số cản tương đối ψ = 0,2. (ψ = 0.15 ữ 0.3)
ω = 7.45 (rad/s).
⇒ D = 2 x 0.2 x 7.45 = 2.98 (rad/s).
- Hệ số cản trung bình của giảm chấn quy dẫn về bánh xe :
-
KTB =
-
1
M T1
796
1
xDx
=
x 2.98 x
= 120.9 (Ns/m).
g
2
2
9.81
Số liệu cơ sở để tính toán
Chiều rộng cơ sở của xe ở cầu trước BT = 1480 mm.
Bán kính bánh xe : Kí hiệu lốp 185/65 R14 H. Rbx=298 mm.
Góc nghiêng ngang trụ xoay đứng(góc Kingpin): δ0= 10o.
Sự thay đổi góc nghiêng ngang trụ đứng ∆δ = 2o.
Góc nghiêng ngang bánh xe(góc Camber): γ o=0o.
Bán kính bánh xe quay quanh trụ đứng ro = -15 mm.
Khoảng sáng gầm xe: Hmin =110 mm.
Độ võng tĩnh
fT = 180 mm.
Độ võng động fđ = 144 mm.
Độ võng của hệ treo ở trạng thái không tải f0T = 146 mm .
Chiều dài trụ đứng
Kr = 150 mm.
Chiều cao tai xe lớn nhất
Ht max = 800 mm.
Tâm quay tức thời của thùng xe nằm dưới mặt đường
hs = 50 mm.
3.2. Động học của hệ thống treo Mc.Pherson
3.2. 1 Xác định độ dài càng chữ A và vị trí các khớp (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 = 110 mm.
A1A2 = fđ = 144 mm.
A2A3 = fT = 180 mm.
A3A4 = f0T = 146 mm.
AoA5 = hs = 50 mm.
22
- 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|=15 mm.
- Tại Co dựng Con tạo với phương thẳng đứng một góc δo=10o .
- Trên Boz đặt BoB=rbx=298 mm.
- Tại B dựng đường vuông góc với Boz cắt Con tại C2 . C2là điểm nối cứng của trụ bánh
xe với trụ xoay đứng .
- Trên Con từ C2 đặt về phía trên và phía dưới các đoạn :
C2C1 =
Kr
150
=
= 75 mm.
2
2
C1, C2 là tâm quay ngoài của hai đòn ngang ở vị trí không tải
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 B1.
23