Thiết kế ô tô 5 chỗ dựa trên cơ sở ô tô Ford Fiesta – Thiết kế hệ thống treo trước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MƠN CƠ KHÍ Ơ TƠ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài: Thiết kế ô tô 5 chỗ dựa trên cơ sở ô tô Ford Fiesta – Thiết kế hệ
thống treo trước
Sinh viên: Vũ Đức Hiển
Chun ngành: Cơ khí ơ tơ

Lớp: Cơ khí ơ tơ 1

Hệ: Chính quy

Khóa: K57

Người hướng dẫn: PGS.TS : Trần Văn Như

Hà Nội, 2020




MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH....................................................................................ii
DANH MỤC BẢNG...................................................................................ii
LỜI NĨI ĐẦU : ...................................................................................... .1
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN. .................................................................. .2
1.1 Những vấn đề chung về hệ thống treo ............................................. 2
1.1.1 Công dụng của hệ thống treo .......................................................... 2
1.1.2 Những bộ phận cơ bản của hệ thống treo ........................................ 2

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 ..................................................... 6
1.3 Thông số kỹ thuật của ô tô tham khảo thiết kế ................................ 6
1.4 Lựa chọn kết cấu hệ thống treo ....................................................... 7
1.4.1 Lựa chọn kết cấu hệ thống treo ....................................................... 7
1.4.2 Lựa chọn kết cấu giảm chấn ........................................................... 8
CHƯƠNG II : TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC HỆ
THỐNG TREO.… .............................................................................. ...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 ..................................... 13
2.2 Tính tốn động học hệ thống treo ................................................ 16
2.2.1 Xác định sơ bộ kích thước và vị trí địn ........................................ 16
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 ............................. ........22
2.3 Tính tốn động lực học hệ thống treo mc.pherson ................ .........23
CHƯƠNG III :TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO ................ 34
3.1. Kiểm tra bền địn ngang dưới. ....................................................... 34
3.2. Kiểm tra bền rơtuyn ....................................................................... 36
3.3 . Tính tốn bộ phận đàn hồi ............................................................. 37
3.4. Chọn giảm chấn và kiểm tra bền thanh đẩy. .................................. 40
KẾT LUẬN ............................................................................................ 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................

i


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ tổng thể hệ thống treo phụ thuộc và hệ treo độc lập...................3

Hình 1.2 . Các chuyển vị của bánh xe đối với thân xe..........................................5
Hình 1.3 . Sơ đồ cấu tạo hệ thống treo Mc.Pherson..............................................7
Hình 1.4 . Giảm chấn 2 lớp vỏ..............................................................................8
Hình 1.5 . Giảm chấn 1 lớp vỏ..............................................................................9
Hình 2.1. Tuyến hình ơ tơ tham khảo....................................................................12
Hình 2.2 . Xây dựng quan hệ động học hệ thống treo Mc.Pherson........................19
Hình 2.3. Xác định các quan hệ sau thiết kế động học hệ thống treo Mc.Pherson.20
Hình 2.4 . Các chuyển vị của hệ thống treo Mc.Pherson thiết kế........................22
Hình 2.5 . Phương án bố trí góc nghiêng dọc ....................................................23
Hình 2.6 . Sơ đồ hệ thống treo và kết cấu địn ngang...........................................24
Hình 2.7 . Phân tích lực khi có mặt lực Z...........................................................25
Hình 2.8 . Phân tích lực khi có mặt lực X............................................................28
Hình 2.9 . Phân tích lực khi có mặt lực Y............................................................32
Hình 3.1 . Lực tác dụng lên địn ngang trong trường hợp có lực Z và Y............34
Hình 3.2 . Tiết diện địn ngang.............................................................................34
Hình 3.3 . Lực tác dụng lên địn ngang trong trường hợp có lực Z và X...............35
Hình 3.4 . Cấu tạo rơtuyn......................................................................................36
Hình 3.5 . Sơ đồ bố trí lị xo..................................................................................37
Hình 3.6 . Cấu tạo lị xo........................................................................................38
Hình 3.7 . Sơ đồ bố trí giảm chấn.........................................................................41
Hình 3.8 . Đặc tính giảm chấn của hệ thống treo trước........................................43
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của ô tô tham khảo..................................................6
Bảng 2.1. Bảng các giá trị của B ;  theo dịch chuyển của bánh xe..................21
Bảng 3.1. Bảng chọn thông số giảm chấn.............................................................43

ii


LỜI NĨI ĐẦU

Ngày nay, ơ tơ được sử dụng rộng rãi như một phương tiện đi lại thông dụng.
Các trang thiết bị, bộ phận trên ơ tơ ngày càng hồn thiện và hiện đại, đóng một
vai trị 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 tồn chuyển động của ơ tơ được đặt lên hàng
đầu. Do vậy, hệ thống treo có vai trị 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 thơng 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 ơ tơ có hiệu quả, với vai trị 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 cịn hạn chế,
nên trong đồ án khơng 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 hồn thành đúng tiến độ nhờ có sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình
của Thầy giáo PGS.TS. Trần Văn Như cùng các thầy giáo trong Bộ môn Cơ khí
ơ tơ. 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 2020.
Sinh viên
Vũ Đức Hiển
1


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN .
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 cịn 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.

2

Việc phân loại hệ thống treo dựa theo các căn cứ sau :
- Theo bộ phận đàn hồi chia ra:
+ Loại bằng kim loại (nhíp lá, lị 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 địn, hai địn ).

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:
+ 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.

3


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 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 khơng q 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 ơ tơ ở tốc độ cao.
Ngồi các u 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  = 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 :

4


+ 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

 (độ)

+ Thay đổi góc nghiêng ngang trụ đứng

 (độ)

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

 S (độ)

Các chuyển vị này phải nằm trong giới hạn cho phép. Các thơng 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 tốn nhờ các bài tốn 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 khơng gian để có thể bố trí cơ cấu phanh, hệ thống lái, khoang
động cơ và đảm bảo khả năng cơ động của xe.
5

7. Trọng lượng của phần khơng được treo nhỏ.
8. Có tuổi bền và độ tin cậy cao.
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 .
- Tính tốn thiết kế bền của địn 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.
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của ô tô tham khảo
Hãng sản xuất

FORD

Kiểu động cơ

4DW83-73

Loại động cơ

Diesel - 4 kỳ - 4 xi lanh thẳng
hàng - turbo tăng áp -làm mát khí
nạp

Dung tích cơng tác

1498 cc

Dung tích bình nhiên liệu

43 lít

Dài x rộng x cao (mm)

4320 x 1722 x 1489
6


Chiều dài cơ sở (mm)

2489

Chiều rộng cơ sở (Trước/sau - mm)

1478/1465

Trọng lượng (kg)

Khơng tải : 1107 kg, Tồn tải :

1427 kg

Hệ thống treo

Trước : Kiểu Mac.Pherson
Sau : Thanh xoắn

Lốp xe

195/50R16

1.4. Lựa chọn kết cấu hệ thống treo.
1.4.1. Lựa chọn kết cấu hệ thống treo.

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 địn ngang, hệ thống
treo 1 đòn ngang (Mc.Pherson), hệ thống treo đòn dọc, hệ thống treo địn 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 địn 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 khơng 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;

7


Cấu tạo hệ thống treo Mc.Pherson gồm : một đòn ngang, lị xo trụ, giảm
chấn. Địn 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 trị vừa là trụ xoay của bánh xe (dẫn hướng)
và giảm chấn. Lị xo có thể được lồng ra ngoài giảm chấn nhằm thu gọn kích
thước của hệ thống treo.
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 :

8


* Nguyên lý làm việc:
+ Hành trình nén : Khi bánh xe đến gần khung xe cần píttơng mang theo van
dịch chuyển xuống phía dưới đi sâu vào lịng 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 píttơng chốn 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
píttơng mang theo van chuyển động lên trên đi ra khỏi xy lanh, thể tích khoang A
giảm, áp suất tăng ép dầu thông qua van I chảy sang khoang B. Đồng thời do cần
píttơng 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 :

9


* Nguyên lý làm việc:
+ Trong giảm chấn một lớp vỏ khơng cịn 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 píttơng dịch chuyển xuống dưới tạo nên sự chênh áp, dẫn đến mở van
1, chất lỏng chảy lên phía trên của píttơng. Khi píttơng đi lên làm mở van 7, chất
lỏng chảy xuống dưới píttơng. 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 khơng an tồn cho sự làm
việc của giảm chấn. Trong q trình làm việc píttơng 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 píttơng 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 ngồi, đường kính của cần píttơng 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 píttơng 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 cơng nghệ thấp, bao kín khơng tốt.
- Tuổi thọ của phớt và độ mịn của píttơng với ống dẫn hướng cao.
10


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 khơng tốt, khi làm việc ở tần số cao, biên
độ lớn có thể xảy ra hiện tượng trộn hịa khơng 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

11


CHƯƠNG 2 : TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
HỆ THỐNG TREO

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 tồn xe khi khơng tải M 0: M0 = 1107

(kg).

+ Khối lượng của toàn xe khi đầy tải MT: MT = 1427

(kg).

+ Khối lượng đặt lên cầu trước khi không tải M01: M01 = 609 (kg).
+ Khối lượng đặt lên cầu sau khi không tải M 02: M02 = 498

(kg).

+ Khối lượng đặt lên cầu trước khi đầy tải M T1: MT1 = 785

(kg).

+ Khối lượng đặt lên cầu sau khi đầy tải M T2: MT2 = 642

(kg).

+ Chiều dài cơ sở của xe L : L = 2489

(mm).

+ Kích thước bao dài x rộng x cao: 4320 x 1722 x 1489

(mm).

+ Kí hiệu lốp: 195/50R16
+ Khoảng sáng gầm xe khi đầy tải Hmin : Hmin = 140

(mm).

+ Khối lượng không được treo của cầu trước Mkt: Mkt = 87

(kg).

+ Chiều rộng cơ sở của cầu trước BT: BT = 1478

(mm).

+ Chiều rộng cơ sở của cầu sau BS: BS = 1465

(mm).

+ Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải hg : hg = 395

(mm).

Hình 2.1. Tuyến hình ơ tơ tham khảo
12


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  = 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
.
2

(N/m)

(2.1)

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

(N/m).

 : Tần số dao động riêng của hệ treo



(rad/s).

2n. 2.75.
=

= 7,85 (rad/s)
60
60

Mdt : Khối lượng phần được treo của ô tô đặt lên cầu trước.

(2.2)
( kg ).

Khi xe ở trạng thái khơng 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 = 87(kg).
Vậy :

Mdt0 = 609 – 87 = 522

(kg).

Khi xe ở trạng thái đầy tải thì khối lượng của phần được treo là:
Mdt1 = MT1 - Mkt = 785 - 87 = 698

(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:
Ct0 

M dt 0 2 522
. 
.7,85 2 = 16083 (N/m).
2
2

Ct1 

M dt1 2 698
. 
.7,85 2 = 21506 (N/m).
2
2

Như vậy độ cứng của 1 bên hệ treo được lấy từ giá trị trung bình:
13


Ct 

Ct0  Ct1 16083  21506
= 18795 (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 

(mm)

(2.5)

Trong đó:
ft : Hành trình tĩnh của bánh xe.

(mm).

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

(rad/s).

g



2



9,81
 0,160 m = 160 (mm).
7,85 2

c) Xác định hành trình động của bánh xe.
Hành trình động của bánh xe được tính theo cơng thức:
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 :
fđ  f t . max

hg
b

(mm)

(2.7)

Trong đó:
max: Hệ số bám lớn nhất. max= 0,75  0,8
b : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau.
Tính được b = 1120 (mm).
hg : Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải : hg = 395 (mm)
Chọn  max = 0,80 thay vào công thức 2.7 được:
fđ  160.0,8.

395
= 45,14 (mm).
1120

Theo cơng thức 2.6 thì lấy : fđ = 0,8.ft = 0,8 . 160 = 128 (mm).
+ Xác định khoảng sáng gầm xe H0 :
14


Để đảm bảo cho xe khi dao động đầu xe khơng 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 60 kg và 20 kg hành lý).
M o' 

M dt 0
M
; M t'  dt1 ;
2
2

Suy ra :

f0t =

(kg)

M dt 0 . f t
522.160
=
= 118 (mm)
698
M dt1

d) Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn Ktb :
Hệ số dập tắt dao động của hệ thống treo được tính theo cơng thức:
D = 2. . (rad/s)

(2.10)

Trong đó:

 : Hệ số cản tương đối.  = 0,15 ÷ 0,3. Chọn  = 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)

g : Gia tốc trọng trường ( g = 9,81 m/s2 )
Thay vào 2.11 :
15

(2.12)

Ktb =

M dt1
698
.D 
.3,93 = 1371,6 (Ns/m)
2
2

Các số liệu tính tốn này sẽ sử dụng cho các tính tốn cụ thể cho hệ treo
Mc.Pherson ở các phần sau.
2.2. Tính tốn động học hệ thống treo
2.2.1. Xác định sơ bộ kích thước và vị trí địn.

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

B = 1478 mm.

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

rbx = 285 mm.

- Góc nghiêng bánh xe

 o = 0o

- Góc nghiêng ngang trụ đứng

o = 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 = 118 mm.

- 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.

= 70

b) Cơ sở để xác định kích thước và vị trí các địn ngang.
- Xác định các kích thước và vị trí lắp ráp địn ngang nhằm thỏa mãn các
cơng dụng của hệ thống treo.
- Đảm bảo nối mềm thân xe với bánh xe .
- Loại bỏ hoặc làm giảm những chuyển vị khơng 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.
16


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 địn 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 vng góc dd
- Trên A0m đặt: A0A1 = Hmin = 140 mm.
A1A2 = fđ

= 128 mm.

A2A3 = ft

= 160 mm.

A3A4 = fot

= 118mm.

- Trên A0d (mặt phẳng đường ) đặt AoBo = B/2 = 739mm. (Bo là điểm tiếp
xúc của bánh xe và mặt đường ở trạng thái khơng tải).
- Tại Bo dựng B0z  dd (vì o = 0 nên đây là mặt phẳng bánh xe).
- Trên đường B0d lấy ra phía ngồi 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 o = 120 so với phương thẳng đứng.
- Trên C0n tìm điểm O2 là điểm liên kết của giảm chấn với tai xe. O2 cách
mặt đường một đoạn Htmaz = 810 mm theo phương trụ đứng.
- Trên B0z đặt B0B = rbx = 285 mm.
- Tại B dựng đường vng 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 địn ngang.

C1 là vị trí khớp quay ngồi của địn ngang ở vị trí khơng tải.
17


Bằng cách dựng tương tự ta sẽ xác định được vị trí khớp quay ngồi của địn
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 B1 (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 khơng tải).
Khi đó: B0B1 = A1A4 = fđ + ft - f0t = 128 +160 – 118 = 170 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 khơng thay đổi.
Do đó trên D1O2 ta đặt D1D2 = CoC1 . D2 là vị trí khớp cầu ngồi của đòn ngang
ứng với trạng thái hệ treo biến dạng lớn nhất.
Như vậy C1 và D2 sẽ cùng nằm trên một cung trịn có tâm là khớp trong O 1
của địn ngang, bán kính là chiều dài địn ngang lđ (chưa biết). Tâm khớp trong O 1
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 địn ngang.
- Nếu kéo dài C1O1 và kẻ đường vng 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 địn 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.

18


19

d

q

C1

C2

B1

Co Bo

D1

B

D2

120

z

O2

δo =

n

S
A1

A2

Ao

A4

r0 = 22 mm.

Mc.Pherson

d

Bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng :

Góc nghiêng ngang trụ đứng : δo = 12º ;

Góc nghiêng ngang bánh xe : γo = 0º ;

Bán kính bánh xe : rbx = 285 mm ;

Chiều rộng cơ sở : B = 1478 mm ;

Hình 2.2. Xây dựng quan hệ động học hệ thống treo

O1

A3

m

= 118 mm ;

= 160 mm ;

A2A3 = ft
A3A4 = f0t

= 128 mm ;

A1A2 = fđ

A0A1 = Hmin = 140 mm ;

P


2.2.2. Xây dựng họa đồ kiểm tra động học hệ thống treo mc.pherson.

Hình 2.3. Họa đồ kiểm tra động học hệ thống treo Mc.pherson

20