Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU_____________________________________________________________3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO_________________________________4
1.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo_________________________________________4
1.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo____________________________________________4
1.2.1 Bộ phận đàn hồi_________________________________________________________________4
1.2.2 Bộ phận dẫn hướng______________________________________________________________6
1.2.3 Bộ phận giảm chấn______________________________________________________________7
1.2.4 Thanh ổn định_________________________________________________________________10
1.2.5 Các vấu cao su tăng cứng và hạn chế hành trình_____________________________________11

1.3 Phân loại hệ thống treo______________________________________________________11
1.3.1 Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo bộ phận dẫn hướng_______________________________11
1.3.2 Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo của phần tử đàn hồi______________________________12
1.3.3 Phân loại hệ thống treo theo phương pháp dập tắt dao động____________________________12

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ________________13
2.1 Phân tích các phương án bố trí hệ thống treo phụ thuộc___________________________13
2.1.1 Các phương án bố trí____________________________________________________________13
2.1.2 Phân tích ưu, nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc________________________________15

2.2 Phân tích lựa chọn thiết kế bộ phận đàn hồi_____________________________________16
2.3 Phân tích lựa chọn thiết kế giảm chấn__________________________________________17
2.4 Số liệu cơ bản______________________________________________________________18

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO TRƯỚC_________________________19
3.1 Tính phần tử đàn hồi nhíp___________________________________________________19
3.1.1 Xác định tần số dao động________________________________________________________19
3.1.2 Tính toán và chọn thông số chính của lá nhíp________________________________________20
3.1.3 Tính độ cứng thực tế của nhíp____________________________________________________21

3.1.4 Tính bền các nhíp_______________________________________________________________23
3.1.5 Tính bền tai nhíp_______________________________________________________________28
3.1.6 Tính kiểm tra chốt nhíp__________________________________________________________29

3.2 Tính toán giảm chấn________________________________________________________30
3.2.1 Xác định hệ số cản của giảm chấn_________________________________________________30
3.2.2 Lực cản của giảm chấn__________________________________________________________31
3.2.3 Xác định các thông số của giảm chấn_______________________________________________33
3.2.4 Xác định kích thước lỗ van giảm chấn______________________________________________35

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO SAU____________________________38
4.1 Xác định tải trọng lên nhíp chính và nhíp phụ___________________________________38

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 1


Đồ án tốt nghiệp
4.2 Tính toán nhíp chính________________________________________________________39
4.2.1 Chọn sơ bộ các thông số cơ bản___________________________________________________39
4.2.2 Xác định chiều dài các lá nhíp____________________________________________________40
4.2.3 Tính độ cứng thực tế của nhíp____________________________________________________41
4.2.4 Kiểm bền nhíp chính____________________________________________________________43
4.2.5 Tính bền tai nhíp_______________________________________________________________48
4.2.6 Tính kiểm tra chốt nhíp__________________________________________________________49

4.3 Tính toán nhíp phụ_________________________________________________________50
4.3.1 Chọn sơ bộ các thông số cơ bản___________________________________________________50
4.3.2 Xác định chiều dài các lá nhíp____________________________________________________50

4.3.3 Tính độ cứng thực tế của nhíp____________________________________________________51
4.3.4 Kiểm bền nhíp phụ______________________________________________________________53

CHƯƠNG 5: CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC______57
5.1. Hư hỏng thường gặp_______________________________________________________57
5.1.1. Bộ phận đàn hồi_______________________________________________________________57
5.1.2. Bộ phận giảm chấn_____________________________________________________________57

5.2. Kiểm tra, điều chỉnh hệ thống treo_____________________________________________59

KẾT LUẬN______________________________________________________________60
TÀI LIỆU THAM KHẢO___________________________________________________61

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 2


Đồ án tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống treo trên ô tô là hệ thống liên kết khung vỏ xe với cầu hoặc bánh xe. Hệ
thống đảm bảo động học của xe giống với mong muốn của người thiết kế và dập tắt
các dao động từ bề mặt đường tác dụng lên vỏ xe, đảm bảo sự an toàn và độ êm dịu
cho xe.
Từ khi ra đời đến nay, hệ thống treo trên ô tô được nghiên cứu phát triển rất hiện
đại và đa dạng. Trên xe tải chủ yếu sử dụng treo phụ thuộc với các dạng như hệ
thống sử dụng lá nhíp, lá nhíp phụ, lò xo, ba lông khí...
Để hiểu sâu hơn về hệ thống treo trên xe tải nên em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp:
“thiết kế hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải”.
Đồ án của em được trình bày theo các mục sau:

-

Tổng quan hệ thống treo
Lựa chọn hệ thống treo trên xe tải
Tính toán thiết kế hệ thống treo phụ thuộc

Với trình độ còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện đồ án không tránh khỏi
thiếu sót, rất mong sự đóng góp của các thầy và các bạn sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn và đặc biệt sự hướng dẫn tận
tình của thầy Trịnh Minh Hoàng.
Hà Nội, tháng 1 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 3


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO
1.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo
Hệ thống treo là hệ thống các cụm chi tiết liên kết giữa cầu xe hoặc bánh xe với
khung hoặc vỏ xe.
- Công dụng:
+ Đỡ trọng lượng của ô tô và truyền lực và mô men từ bánh xe lên khung (vỏ) xe
và ngược lại.
+ Tạo điều kiện cho bánh xe dao động theo phương thẳng đứng đối với khung
hoặc vỏ xe một cách êm dịu.
+ Giữ cho bánh xe có động học đúng và duy trì sự bám đường của bánh xe.

- Yêu cầu:
+ Có độ cứng thích hợp để xe chuyển động được êm dịu đồng thời có khả năng
dập tắt nhanh các dao động.
+ Quan hệ động học của bánh xe hợp lý để đảm bảo động học và động lực học
đúng của ô tô.
1.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo
1.2.1 Bộ phận đàn hồi
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  120 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.
Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi thường gặp là:
a. Nhíp lá

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 4


Đồ án tốt nghiệp
Nhíp được làm từ các lá thép cong, gọi là nhíp, sắp xếp lại với nhau theo thứ tự từ
ngắn đến dài. Đặc tính làm việc của nhíp là khi tải trọng tác dụng lên nhíp tăng thì
biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính.
Trong hệ thống treo nó không chỉ có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động mà còn
đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng.
b. Thanh xoắn
Thanh xoắn là 1 thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó để cản lại
sự xoắn. Một đầu thanh xoắn được ngàm vào khung hay 1 dầm nào đó của xe, đầu
kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn của hệ thống treo.
Trên một số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục cầu chủ động người ta dùng

thanh xoắn thường được gây tải trước (có ứng suất dư) do đó nó chỉ thích hợp cho
một chiều làm việc. Trên các thanh xoắn ở 2 phía đều phải đánh dấu để tránh nhầm
lẫn khi lắp ráp.
Sử dụng thanh xoắn có các đặc điểm sau:
+ Trọng lượng nhỏ.
+ Chiếm ít không gian, có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe.
+ Đơn giản, gọn, giá thành rẻ và dễ chế tạo.
+ Thanh xoắn không có nội ma sát nên thường phải lắp kèm giảm chấn để dập tắt
nhanh dao động.
c. Lò xo
Bao gồm các dạng là lò xo xoắn ốc, lò xo côn và lò xo trụ. Do lò xo trụ có đường
kính vòng ngoài không đổi nên biến dạng của nó sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với lực tác
dụng, còn đối với lò côn hay lò xo xoắn ốc thì khi tải nhẹ đầu lò xo sẽ bị nén lại và
hấp thụ năng lượng va đập, còn phần giữa lò xo có độ cứng lớn hơn sẽ đủ cứng để
chịu tải lớn.
- Ưu điểm:
Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 5


Đồ án tốt nghiệp
+ Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi được bố trí lồng vào giảm chấn.
+ Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lò xo trụ có khối lượng nhỏ hơn nhíp
và tuổi thọ cao hơn nhíp.
- Nhược điểm:
+ Khi làm việc ở giữa các vòng lò xo không có nội ma sát như nhíp nên thường
phải bố trí thêm giảm chấn kèm theo để dập tắt nhanh dao động.
+ Do lò xo chỉ làm nhiệm vụ đàn hồi, còn nhiệm vụ dẫn hướng và giảm chấn do
các bộ phận khác đảm nhận nên với hệ thống treo dùng lò xo trụ thì có kết cấu phức

tạp hơn do nó còn phải bố trí thêm hệ thống đòn dẫn hướng để dẫn hướng cho bánh
xe và truyền lực kéo hay lực phanh.
d. Phần tử đàn hồi loại khí
Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí dựa trên nguyên tắc không khí có tính đàn hồi
khi bị nén. Hệ thống treo loại khí được sử dụng tốt ở các ô tô có trọng lượng phần
lớn được thay đổi khá lớn như ở ô tô trở khách, ô tô vận tải và đoàn xe. Loại này có
thể tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp suất không khí
bên trong phần tử đàn hồi. Giảm độ cứng của hệ thống treo sẽ làm cho độ êm dịu
chuyển động tốt hơn.
Hệ thống treo khí không có ma sát trong phần tử đàn hồi, trọng lượng nhỏ và
giảm được chấn động cũng như giảm được tiếng ồn từ bánh xe truyền lên buồng lái
và hành khách. Nhưng hệ thống này có kết cấu phức tạp hơn vì phải có bộ phận dẫn
hướng riêng và trang thiết bị cung cấp khí, bộ điều chỉnh áp suất...
1.2.2 Bộ phận dẫn hướng
Bộ phận dẫn hướng có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và các mômen từ
bánh xe lên khung hoặc thân xe. Nó có thể có những chi tiết khác nhau tùy thuộc hệ
thống treo phụ thuộc hay độc lập, phần tử đàn hồi là nhíp, lò xo hay thanh xoắn.

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 6


Đồ án tốt nghiệp

1.2.3 Bộ phận giảm chấn
Trên xe ô tô giảm chấn được sử dụng với các 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.
Để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động giảm chấn sẽ biến đổi cơ năng
thành nhiệt năng nhờ ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu.
Trên ô tô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai
chiều ở cấu trúc hai lớp.
a. Giảm chấn hai lớp vỏ
Giảm chấn hai lớp vỏ ra đời vào năm 1938, đây là một loại giảm chấn quen thuộc
và được dùng phổ biến cho đến nay.
Trong giảm chấn, piston di chuyển trong xy lanh, chia không gian trong thành hai
buồng A và B. ở đuôi của xy lanh thuỷ lực có một cụm van bù. Bao ngoài vỏ trong
là một lớp vỏ ngoài, không gian giữa hai lớp vỏ là buồng bù thể tích chất lỏng và
liên hệ với B qua các cụm van một chiều (III, IV).
Buồng C được gọi là buồng bù chất lỏng, trong C chỉ điền đầy một nửa bên trong
là chất lỏng, không gian còn lại chứa không khí có áp suất bằng áp suất khí quyển.
Các van (I) và (IV) lần lượt là các van nén mạnh và nén nhẹ, còn các van (II) và
(III) lần lượt là các van trả mạnh và trả nhẹ của giảm chấn.

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 7


Đồ án tốt nghiệp
Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo như sau:

1-khoang vỏ trong
2- phớt làm kín

3- bạc dẫn hướng
4- vỏ chắn bụi
5- cần piston
6- piston
7- van cố định
8- vỏ ngoài

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ
+ Nguyên lý làm việc:
Ở hành trình nén bánh xe tiến lại gần khung xe, lúc đó ta có thể tích buồng B
giảm nên áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A và sang khoang
C ép không khí ở buồng bù lại. Trên nắp của giảm chấn có phớt che bụi, phớt chắn
dầu và các lỗ ngang để bôi trơn cho trục giảm chấn trong quá trình làm việc.
Ở hành trình trả bánh xe đi xa khung xe, thể tích buồng B tăng do đó áp suất
giảm, chất lỏng qua van (II, III) vào B, không khí ở buồng bù giãn ra, đẩy chất lỏng
nhanh chóng điền đầy vào khoang B.
Trong quá trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng bao giờ cũng có các lỗ
van lưu thông thường xuyên. Cấu trúc của nó tuỳ thuộc vào kết cấu cụ thể. Van trả,
van nén của hai cụm van nằm ở piston và xylanh trong cụm van bù có kết cấu mở
theo hai chế độ, hoặc các lỗ van riêng biệt để tạo nên lực cản giảm chấn tương ứng
khi nén mạnh, nén nhẹ, trả mạnh, trả nhẹ.
Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 8


Đồ án tốt nghiệp
Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết diện rất nhỏ tạo nên lực ma sát làm cho
nóng giảm chấn lên. Nhiệt sinh ra truyền qua vỏ ngoài (8) và truyền vào không khí
để cân bằng năng lượng.

+ Ưu điểm của giảm chấn hai lớp có độ bền cao, giá thành hạ làm việc tin cậy ở
cả hai hành trình, trọng lượng nhẹ.
+ Nhược điểm là khi làm việc ở tần số cao có thể xảy ra hiện tượng không khí lẫn
vào chất lỏng làm giảm hiệu quả của giảm chấn.
b. Giảm chấn một lớp vỏ
Giảm chấn một lớp vỏ có cấu tạo như sau:
1- Van một chiều;
2- Cần piston;
3- Cụm làm kín;
4- Xy lanh;












5- Buồng chứa dầu;
6- Piston;



7- Van một chiều;
8- Khoang chứa khí



Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn một lớp vỏ
+ Nguyên lý làm việc: Trong giảm chấn một lớp vỏ không còn bù dầu nữa mà thay
thế chức năng của nó là buồng 8 chứa khí nén. Đây là sự khác nhau giữa giảm chấn
một lớp vỏ và hai lớp vỏ.
Khi piston dịch chuyển xuống dưới tạo nên sự chênh áp, dẫn đến mở van 1, chất
lỏng chảy nên phía trên của piston. Khi piston đi lên làm mở van 7, chất lỏng chảy
xuống dưới piston. 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
Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 9


Đồ án tốt nghiệp
chấn. Trong quá trình làm việc piston 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.
Giảm chấn này có độ nhạy cao kể cả khi piston 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 piston 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 piston 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 thấp.
+ Độ mòn của piston với ống dẫn hướng cao.
1.2.4 Thanh ổn định
Trên các loại xe con ngày nay 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, một đầu chữ U được nối với phần

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 10


Đồ án tốt nghiệp
không được treo, còn đâu kia được nối với thân (vỏ) xe, các đầu nối này dùng ổ đỡ
bằng cao su.
1.2.5 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 piston nhằm hạn chế hành trình
làm việc của bánh xe.
Vấu cao su có những ưu điểm sau:
+ Có thể được làm dưới mọi hình dạng khác nhau.
+ Không có tiếng ồn khi làm việc, không phải bôi trơn.
1.3 Phân loại hệ thống treo
Hệ thống treo ô tô thường được phân loại dựa vào cấu tạo của bộ phận đàn hồi, bộ
phận dẫn hướng và theo phương pháp dập tắt dao động.
1.3.1 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 bên phải được
liên kết với nhau bằng dầm cứng (liên kết dầm cầu liền), cho nên khi một bánh xe bị
chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc thẳng đứng) thì bánh xe bên kia cũng bị
dịch chuyển. Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc là cấu tạo đơn giản. rẻ tiền, và
bảo đảm độ êm dịu chuyển động cần thiết cho các xe có tốc độ chuyển động không
cao lắm. Nếu ở hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi là nhíp thì nó làm được
cả nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng.
- 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.
- Hệ thống treo độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên phải và bánh xe bên trái
không có liên kết cứng. Do đó sự dịch chuyển của một bánh xe không gây nên sự
Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 11


Đồ án tốt nghiệp
dịch chuyển của bánh xe kia. Tùy theo mặt phẳng dịch chuyển của bánh xe mà
người ta phân ra hệ thống treo độc lập có sự dịch chuyển bánh xe trong mặt phẳng
ngang, trong mặt phẳng dọc và đồng thời trong cả hai mặt phẳng dọc và ngang. Hệ
thống treo độc lập chỉ sử dụng ở những xe có kết cấu rời, có độ êm dịu của cả xe
cao, tuy nhiên kết cấu của bộ phận hướng phức tạp, giá thành đắt.
1.3.2 Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo của phần tử đàn hồi
- Phần tử đàn hồi là kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn.
- Phần tử đàn hồi là khí nén gồm: phần tử đàn hồi khí nén có bình chứa là cao su kết
hợp sợi vải bọc 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 và làm việc ở chế độ xoắn.
1.3.3 Phân loại hệ thống treo theo phương pháp dập tắt dao động

- Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn thủy lực gồm giảm chấn dạng đòn và dạng
ống.
- Dập tắt dao động nhờ ma sát cơ học ở trong phần tử đàn hồi và trong phần tử
hướng.

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 12


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
HỆ THỐNG TREO PHỤ THUỘC
2.1 Phân tích các phương án bố trí hệ thống treo phụ thuộc
2.1.1 Các phương án bố trí

Phương án 1: hệ thống treo sử dụng nhíp lá

Phương án 2: hệ thống treo sử dụng nhíp phụ

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 13


Đồ án tốt nghiệp

Phương án 3: hệ thống treo sử dụng lò xo

Phương án 4: hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi khí nén

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 14


Đồ án tốt nghiệp
2.1.2 Phân tích ưu, nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc
a. Ưu điểm của hệ theo phụ thuộc:
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 lốp giảm đối với trường hợp
treo độc lập. Do hai bánh xe được nối cứng nên khi có lực bên tác dụng thì lực này
đựơc chia đều cho hai bánh xe làm tăng khả năng truyền lực bên của xe, nâng cao
khả năng chống trượt bên.
Hệ treo phụ thuộc được dùng cho cầu bị động có cấu tạo đơn giản.
Giá thành chế tạo thấp, kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp, sửa chữa, bảo dưỡng.
b. Nhược điểm của hệ treo phụ thuộc:
Do đặc điểm kết cấu của hệ thống treo phụ thuộc nên chúng có khối lượng không
được treo rất lớn. Trên cầu bị động khối lượng này bao gồm khối lượng rầm thép,
khối lượng cụm bánh xe, một phần nhíp hoặc lò xo và giảm chấn. Nếu là cầu chủ
động thì nó gồm vỏ cầu và toàn bộ phần truyền lực bên trong cầu cộng với một nửa
khối lượng đoạn các đăng nối với cầu. Trong truờng hợp là cầu dẫn hướng thì khối
lượng của nó còn thêm phần các đòn kéo ngang, đòn kéo dọc của hệ thống lái. Khối
lượng không được treo lớn sẽ làm cho độ êm dịu chuyển động không được cao và
khi di chuyển trên các đoạn đường gồ ghề sẽ sinh ra các va đập lớn làm khả năng
bám của bánh xe kém đi.
Kết cấu của hệ treo phụ thuộc khá cồng kềnh, lớn và chiếm chỗ dưới gầm xe. Có
hai bánh xe được lắp trên dầm cầu cứng nên khi dao động thì cả hệ dầm cầu cũng
dao động theo cho nên dưới gầm xe phải có khoảng không gian đủ lớn. Do đó thùng

xe cần phải nâng cao lên, làm cho trọng tâm xe nâng lên, điều này không có lợi cho
sự ổn định chuyển động của ô tô.
Về mặt động học, hệ treo phụ thuộc còn gây ra một bất lợi khác là khi một bên
bánh xe dao động thì bánh bên kia cũng dao động theo, chuyển dịch của bánh bên
này phụ thuộc bánh bên kia và ngược lại. Điều đó gây mất ổn định khi xe quay
vòng.
Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 15


Đồ án tốt nghiệp
2.2 Phân tích lựa chọn thiết kế bộ phận đàn hồi
- Bộ phận đàn hồi kim loại: Bộ phận đần hồi kim loại thường có 3 dạng chính để
lựa chọn: nhíp lá, lò xo xoắn và thanh xoắn.
+ Nhíp lá thường được dùng trên hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo thăng
bằng. Khi chọn bộ phận đàn hồi là nhíp lá, nếu kết cấu và lắp ghép hợp lý thì bản
thân bộ phận đàn hồi có thể làm luôn nhiệm vụ của bộ phận hướng. Điều này làm
cho kết cấu của hệ thống treo trở nên đơn giản, lắp ghép dễ dàng. Vì thế nhíp lá
được sử dụng rộng rãi trên nhiều loại xe kể cả xe du lịch. Nhíp lá ngoài nhược điểm
chung của bộ phận đần hồi kim loại còn có nhược điểm là khối lượng lớn.
+ Lò xo xoắn thường được sử dụng trên nhiều hệ thống treo độc lập. Lò xo xoắn
chỉ chịu được lực thẳng đứng do đó hệ thống treo có bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn
phải có bộ phận hướng riêng biệt. So với nhíp lá, lò xo xoắn có trọng lượng nhỏ
hơn.
+ Bộ phận đàn hồi là thanh xoắn cũng được sử dụng trên một số hệ thống treo
độc lập của ô tô. So với nhíp lá, lò xo xoắn có thế năng đàn hồi lớn hơn, trọng lượng
nhỏ và lắp đặt dễ dàng.
Bộ phận đàn hồi kim loại có ưu điểm là kết cấu đơn giản, giá thành hạ. Nhược
điểm của loại này là độ cứng không đổi (C=const). Độ êm dịu của xe chỉ được đảm

bảo một vùng tải trọng nhất định, không thích hợp với những xe có tải trọng thường
xuyên thay đổi. Mặc dù vậy bộ phận đàn hồi kim loại được sử dụng phổ biến chủ
yếu trên các loại xe hiện nay.
- Bộ phận đàn hồi bằng khí: Loại này có ưu điểm là độ cứng của phần tử đàn hồi
(lò xo khí) không phải là hằng số do vậy có đường đặc tính đàn hồi phi tuyến rất
thích hợp khi sủ dụng trên ô tô. Mặt khác tuy theo tải trọng có thể điều chỉnh độ
cứng của phần tử đàn hồi cho phù hợp. Vì thế hệ thống treo loại này có độ êm dịu
cao. Tuy nhiên bộ phận đần hồi này có kết cấu phức tạp, giá thành cao, trọng lượng
Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 16


Đồ án tốt nghiệp
lớn. Trên xe du lịch thường chỉ trang bị cho các dòng xe đắt tiền, sang trọng. Còn
đối với xe tải được sử dụng đối với các xe có tải trọng lớn.
Qua những phân tích ưu nhược điểm của các loại bộ phận đàn hồi và dựa trên
xe cơ sở là xe hino 7 tấn, ta chọn phương án thiết kế (1) cầu trước, phương án thiết
kế (2) cho cầu sau.
2.3 Phân tích lựa chọn thiết kế giảm chấn
Giảm chấn sử dụng trên ô tô dựa theo nguyên tắc bằng cách tạo ra sức cản nhớt và
sức cản quán tính của chất lỏng công tác khi đi qua lỗ tiết lưu nhỏ để hấp thụ năng
lượng dao động do phần tử đàn hồi gây ra. Về mặt tác dụng có thể có loại giảm chấn
1 chiều hoặc 2 chiều. Loại tác dụng 2 chiều có loại tác dụng đối xứng hoặc không
đối xứng. Đối với giảm chấn tác dụng đơn thì có nghĩa trong 2 hành trình (nén và
trả) thì chỉ có một hành trình giảm chấn có tác dụng (thường là ở hành trình trả).
Còn đối với giảm chấn 2 chiều, do cấu tạo của pittông giảm chấn loại này bao gồm
hai lỗ với hai nắp van (dạng van một chiều) với kích thước lỗ khác nhau. Lỗ nhỏ có
tác dụng ở hành trình trả còn lỗ lớn có tác dụng ở hành trình nén. Như vậy lực cản
của giảm chấn ở hành trình trả sẽ lớn hơn ở hành trình nén, phù hợp với yêu cầu làm

việc của hệ thống treo. Do đó ta chọn thiết kế giảm chấn trên xe là loại thủy lực 2
chiều.

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 17


Đồ án tốt nghiệp

2.4 Số liệu cơ bản
Số liệu tham khảo của xe hino 500fc model FC9JJSW
Chiều dài cơ sở
Chiều dài tổng thể
Chiều cao tổng thể
Chiều rộng tổng thể
Trọng lượng đầy tải
Trọng lượng xe
Phân bố trọng lượng xe toàn phần (đủ tải)
lên cầu trước
lên cầu sau
Trọng lượng bản thân

4350 mm
7490 mm
2275 mm
2470 mm
104000 N
29400 N
36000 N

68000 N

phân ra cầu trước

14400 N

phân ra cầu sau

15000 N

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 18


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO TRƯỚC
3.1 Tính phần tử đàn hồi nhíp
3.1.1 Xác định tần số dao động
Hệ thống treo là đối xứng hai bên, vì vậy khi tính toán hệ thống treo ta chỉ cần tính
toán cho một bên. Tải trọng tác dụng lên một bên của hệ thống treo trước:
Trọng lượng không được treo (Got):
Trọng lượng được treo (Gdt):

Gdt 

Got 

2500

 1250( N ).
2

36000  1250
 17375( N )
2

Tần số dao động của xe: n=60120 (lần/phút). Với số lần như vậy thì người khoẻ
mạnh có thể chịu được đồng thời hệ thống treo đủ cứng vững.
n

Ta có:

30
ft

trong đó ft: độ võng tĩnh của hệ thống treo (m)

Nếu n<60 (lần/phút) thì càng tốt đối với sức khoẻ con người nhưng độ võng tĩnh
của hệ thống treo rất lớn nên khi kiểm nghiệm thì lại không đủ cứng vững.
Nếu n>120 (lần/phút) không phù hợp với hệ thần kinh của con người dẫn đến mệt
mỏi, ảnh hưởng đến sức khoẻ và an toàn khi lái xe.
Chọn sơ bộ tần số dao động của hệ thống treo trước: ntr= 80 (lần/phút).
2

Vậy độ võng tĩnh (ft) :

2

�30 � �30 �

ft  � � � � 0,141( m)
�ntr � �80 �

Độ cứng sơ bộ của hệ thống treo:

Ct 

Gdt 17375

 123227( N / m)
ft
0,141

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 19


Đồ án tốt nghiệp
Độ võng động fđ của hệ thống treo phụ thuộc vào đường đặc tính của hệ thống treo
và độ võng tĩnh ft. Giá trị độ võng động fđ chính xác bằng bao nhiêu hiện nay chưa
định được nhưng khi thiết kế thường lấy:
fđ = (0,6 �1,0)ft=(0,6 �1,0).141= 84,6 �141 (mm). Chọn fđ=90 (mm)
3.1.2 Tính toán và chọn thông số chính của lá nhíp

Hình 3.1 bố trí hệ thống treo trước
Ta chọn nhíp là loại nửa elip đối xứng, khi đó cầu ô tô được gắn ở phần giữa còn
các đầu nhíp được nối với khung.
-

Chọn chiều dài lá nhíp chính:
Đối với nhíp trước của xe tải: L=(0,260,35)Lx
Lx: chiều dài cơ sở của xe: 4350 (mm).
L=(0,260,35).4350=1131 1522,5(mm)
Ta chọn chiều dài lá nhíp chính L = 1400 (mm)
Chọn số lá nhíp là 9, với h=10(mm); b=80(mm)

-

Xác định chiều dài các lá nhíp:

l3 3 l 2
j2
� j2 l1
0,5
(3

1)

(1

)

0,5(
) (3  1)  0
� j
l2
j1
l2
l3

1
�
� j3 l2
j
l
l
0,5 (3  1)  (1  3 )  0,5( 4 ) 3 (3 3  1)  0
�
j2
l3
l4
� j2 l3
�
.........................................................................
�
ln 1
jn
� jn
0,5
(3

1)

(1

)0
� j
l
j
Thiết kế tính toán hệ thống

treo
phụ
thuộc
trên
xe
tải
� n 1
n
n 1

Trang: 20


Đồ án tốt nghiệp

Trong đó:
li: nửa chiều dài lá nhíp thứ i
ji: mô men quán tính mặt cắt ngang của lá nhíp thứ i
j 1 = j 2 = j3=j4=j5=j6=j7=j8=j9
Biết l =(L- l q )/2=(1400-110)/2=645 (mm)
1

Giải hệ phương trình bằng matlab:
[l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8,l9]=solve('l1-645',...
'0.5*(3*l1/l2-1)-2+0.5*(l3/l2)^3*(3*l2/l3-1)',...
'0.5*(3*l2/l3-1)-2+0.5*(l4/l3)^3*(3*l3/l4-1)',...
'0.5*(3*l3/l4-1)-2+0.5*(l5/l4)^3*(3*l4/l5-1)',...
'0.5*(3*l4/l5-1)-2+0.5*(l6/l5)^3*(3*l5/l6-1)',...
'0.5*(3*l5/l6-1)-2+0.5*(l7/l6)^3*(3*l6/l7-1)',...
'0.5*(3*l6/l7-1)-2+0.5*(l8/l7)^3*(3*l7/l8-1)',...

'0.5*(3*l7/l8-1)-2+0.5*(l9/l8)^3*(3*l8/l9-1)',...
'0.5*(3*l8/l9-1)-2')
Ta có kết quả:
Nhíp số
l k (mm)
Lk  2lk  lq

(mm)

1
645

2
580

3
516

4
450

5
385

6
319

7
251

8
182

9
109

1400 1270

1142

1010

880

748

612

366

328

3.1.3 Tính độ cứng thực tế của nhíp
Có nhiều phương pháp tính độ cứng của nhíp. Ta sử dụng phương pháp tính độ
cứng theo thế năng biến dạng đàn hồi.

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 21

Đồ án tốt nghiệp

p
f

Hình 3.2 Sơ đồ tính lá nhíp
Xét một thanh như hình trên khi chịu lực P, thanh biến dạng một đoạn là f. Gọi U là
thế năng biến dạng đàn hồi của thanh thì ta có:
U  Pf � f 

Nếu thanh có tiết diện không đổi thì:

f 

U
P

dU
dP

Sử dụng sơ đồ hình trên để tính nhíp. Các lá nhíp chồng khít lên nhau, một đầu
được ngàm chặt, đầu còn lại chịu tác dụng của lực P.
C 

Ta có độ cứng nhíp là:

6E
n

�a
k 1

3

k 1

(Yk  Yk 1 )

Trong đó:
E=2,1.105 (MN/m2)
: hệ số thực nghiệm, lấy trong khoảng 0, 83  0, 87 ( Chọn  = 0, 85)
ak=l1-lk . li: nửa chiều dài hiệu dụng lá nhíp thứ i
Yk 

1
Ik

i

I k  �jk
k 1

jk: mô men quán tính mặt cắt ngang từ lá nhíp thứ nhất đến lá nhíp thứ k:

jk 

bhk3
12

Sử dụng MATLAB để giải:
h=ones(1,9)*10/10^3;
b=80/10^3; a1=0.85; E=2.1*10^11;
Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 22


Đồ án tốt nghiệp
l=[645 580 516 450 385 319 251 182 109 0]
l=l/10^3
Jk=b*h.^3/12;
Jk=cumsum(Jk);
Yk=1./Jk;
Yk(10)=0;
DYk=-diff(Yk);
a=l(1)*ones(1,10)-l;
a=a(2:10);
C=a1*6*E/sum(a.^3.*DYk)
Kết quả nhận được: C= 186280(N/m)
Trọng lượng được treo: Gdt  17375( N )

Độ võng tĩnh thực tế của nhíp:

ft 

G t 17375

 0, 093(m)
C n 186280

30
30

 98
ft
0, 093

n

Số lần dao động trong một phút:

(lần/phút)

Như vậy hệ thống treo thiết kế thoả mãn về độ êm dịu khi đầy tải.
3.1.4 Tính bền các nhíp
l

P
X

l
Xk

lk

Xn-

ln-
ln

Xn

Hình 3.3. Sơ đồ tính bền nhíp
Khi tính toán chỉ tính cho 1/2 lá nhíp nên có các giả thiết:

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 23


Đồ án tốt nghiệp
- Coi nhíp là loại 1/4 elíp với 1 đầu được gắn chặt, một đầu chịu lực
- Bán kính cong của các lá nhíp bằng nhau, các lá nhíp chỉ tiếp xúc với nhau ở các
đầu mút và lực chỉ truyền qua các đầu mút.
- Biến dạng ở vị trí tiếp xúc giữa 2 lá nhíp cạnh nhau thì bằng nhau.
- Biểu thức biến dạng của các lá nhíp khi chịu phản lực như sau:

f 

Pl 3
3EJ

Sử dụng công thức trên để tính biểu thức biến dạng tại các điểm tiếp xúc giữa 2 lá
nhíp và cho chúng bằng nhau từng đôi một ta sẽ đi đến 1 hệ n-1 phương trình với
n-1 ẩn là các giá trị X 2 ,…X n .
�A2 P  B2 X 2  C2 X 3  0
�A X  B X  C X  0
�3 2
3 3

3 4
�
..........................
�
�A X  B X  0
Hệ phương trình đó như sau : � n n 1 n n
3

�
� jk �
�
j �3l
1 �l ��3l
Ak  k � k 1  1�
; Bk   �
1
; Ck  �k 1 �� k  1�
�
2 jk 1 � lk
2 �lk ��lk 1 �
�
� jk 1 �
Trong đó :
;

Gdt 17375

 8687,5( N )
2
P= 2

Dùng MATLAB để giải hệ phương trình trên:
h=10*ones(1,9)/10^3;
b=80/10^3;
l=[645 580 516 450 385 319 251 182 109]
l=l/10^3
J=b*(h.^3)./12;
Ak=0.5*J(2:end)./J(1:end-1).*(3*l(1:end-1)./l(2:end)-1)
Bk=-(1+J(2:end)./J(1:end-1))
Ck=0.5*(l(3:end)./l(2:end-1)).^3.*(3*l(2:end-1)./l(3:end)-1)
V=zeros(8,1);V(1,1)=-17375*0.5*Ak(1,1);
M=diag(Ak(2:end),-1)+diag(Bk)+diag(Ck,1)
X=inv(M)*V
Kết quả nhận được:
STT

1

2

3

4

5

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

6

7

8

9
Trang: 24


Đồ án tốt nghiệp
Xi(N

8687,

8697,

8678,

8700,

8681,

8666,

8694,

8695,

8715,

)

5

8

2

6

8

3

2

8

7

Tính ứng suất nhíp trước :
Xk

lk
lk+1

Xk+1

Xk.lk-Xk+1.lk+1
Xk (lk-lk+1)

Hình 3.4. Sơ đồ tính ứng xuất lá nhíp.
Mômen tại điểm A: MA = Xk(lk - lk+1) ;
Mômen tại điểm B: MB = Xklk -Xk+1lk+1
Wu: môđun chống uốn tại điểm tiết diện tính toán:
b.h 2
80.103.(10.10 3 ) 2
6
Wu = 6 =
=1,3.10-6 (m3)

Bảng ứng suất sinh ra trong các lá nhíp
lk
0,645
0,580
0,516
0,450
0,385
0,319
0,251
0,182
0,109

Wu (m3)
1,3.10-6
1,3.10-6
1,3.10-6
1,3.10-6
1,3.10-6
1,3.10-6
1,3.10-6

1,3.10-6
1,3.10-6

Xk (N)
8687,5
8697,8
8678,2
8700,6
8681,8
8666,3
8694,2
8695,8
8715,7

A

B

MA (N.m)
564,6875

(N/m2)
434,4.106

MB (N.m)
558,7135

(N/m2)
429,8.106

556,6592
572,7612
565,539
572,9988
589,3084
599,8998
634,7934
0

428,2.106
440,6.106
435,0.106
440,8.106
453,3.106
461,5.106
488,3.106
0,0

566,7728
562,6812
572,777
577,9433
582,3055
599,6086
632,6243
950,0113

436,0.106
432,8.106
440,6.106

444,6.106
447,9.106
461,2.106
486,6.106
730,8.106

Thiết kế tính toán hệ thống treo phụ thuộc trên xe tải

Trang: 25