Trường ĐHKT Thái Nguyên Khoa Cơ khí BM Động Lực

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

 

Tên đề tài: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống treo độc lập cho xe VIOS

Giáo viên hướng dẫn:  

Các thông số cho trước: Tham khảo các thông số của một xe cụ thể.

Nội dung thuyết minh:

1. Tổng quan về hệ thống treo

2. Phân tích cấu trúc của hệ thống treo thiết kế

3. Tính chọn các thông số cơ bản của hệ thống treo.

            - Lò xo

            - Giảm chấn

4. Thiết kế hệ thống treo

5. Kết luận về hệ thống treo đã thiết kế

Số lượng bản vẽ:

1. 01 bản vẽ A₀ về các phương án lựa chọn hệ thống treo

2. 01 bản vẽ A₀ về bố trí của hệ thống treo trên xe

3. 01 bản vẽ A₀ về cấu tạo của giảm chấn và lò xo

4. 01 bản vẽ A₃ về tính toán lò xo đàn hồi

 

LỜI NÓI ĐẦU

                                  

Trước đây, nhu cầu đi lại là một vấn đề quan trọng trong cuộc sống vì vậy được con người hết sức quan tâm và luôn có ý thức phát triển. Từ những phương tiện dùng sức kéo của động vật cho đến những hệ thống cơ khí đơn giản. Chúng ta đã phát triển thành những cỗ máy hiện đại hơn nhiều luôn đáp ứng kịp thời nhu cầu phát triển của xã hội.

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, các ngành kinh tế làm cho mức sống của nhân loại được nâng lên, nhu cầu đi lại, vận chuyển lại càng được quan tâm hoàn thiện không ngừng. Trong các loại phương tiện giao thông hiện đang được sử dụng trên thế giới cũng như ở Việt Nam thì phương tiện giao thông đường bộ mà đặc biệt ôtô là loại phương tiện được sử dụng phổ biến nhất, do nó có nhiều ưu điểm hơn so với các loại khác: cơ động, giá thành rẻ, nhanh gọn, (ở cự ly gần và trung bình). Để đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người thì mỗi loại xe được thiết kế phù hợp với từng ngành nghề du lịch, xây dựng, quân sự, môi trường...Và hiện nay Việt Nam là một nước đang phát triển, đất nước với địa hình trải dài từ bắc vào nam cơ sở hạ tầng, mạng lưới giao thông đường bộ còn nhiều yếu kém vì vậy việc đi lại còn rất nhiều khó khăn.Đồng thời ngày nay kinh tế ngày càng phát triển lên nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc sống là một nhu cầu cần thiết cho cuộc sống.Vì vậy việc thiết kế ra một phương tiện giao thông đường bộ giải quyết được vấn đề nâng cao cuộc sống của con người và đảm bảo an toàn cho con người là rất cần thiết. Qua thực tế tôi nhận thấy xe ôtô du lịch hiện nay là nhu cầu cần thiết để cho cuộc sống của mỗi người hiện nay. Hiện nay có rất nhiều loại ôtô du lịch đã nâng cao cuộc sống của con người.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

Tuy nhiên vì địa hình của Việt Nam rất phức tạp, đường đồi núi nhiều mấp mô ảnh hưởng lớn đến kết cấu, các bộ phận máy móc,và tâm lý của lái xe và độ êm khi di chuyển lên việc thiết ké hệ thống treo của ôtô là một biện pháp tối ưu hoá cả về kỹ thuật lẫn tính kinh tế và nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc sống của con người

Chính từ những nhu cầu cần thiết đó tôi đã được nhận đề tài thiết kế hệ thống treo độc lập cho xe du lịch và cụ thể là xe TOYOTA VIOS

Đề tài này được thiết kế và hoàn thành tại trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên với sự giúp đỡ của các thầy cô bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn

Trong quá trình làm đồ án chắc sẽ không tránh khỏi các thiếu sót, vì vậy rất mong có được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn. Tôi xin chân thành cảm ơn.

BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE THAM KHẢO

 

 

-         Khối l­ượng không tải +Cầu trước                          + Cầu sau	G0   = 1130 kg. G01 = 61% G0   = 689 kg. G02 = 39% G0   =   441 kg.
-         Khối l­ượng toàn tải + Cầu tr­ước                        + Cầu sau	Gt   = 1750 kg. Gt1 = 59% Gt = 1032 kg. Gt2 = 41%Gt   = 718   kg.
- Kích thư­ớc cơ bản	L0 x B0 x H0 = 4305 x 1695 x 1390.
-   Chiều dài cơ sở	L = 2620 mm
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trư­ớc	a = 1022(mm).
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau	b = 1598 (mm).
Chiều cao trọng tâm	hg = 491 mm.
Chiều rộng cơ sở của cầu trứơc	B1 = 1475 mm
Chiều rộng cơ sở của cầu sau	B2 = 1470 mm.
Cỡ lốp	185/60 R14H
Vận tốc lớn nhất	Vmax = 192 km/h
Công suất cực đại của động cơ	Nemax= 126 (mã lực) /6500 v/p                                                                                         = 93 kw /6500v/p
Mômen xoắn cực đại của động cơ Memax	144 Nm /5200 v/p.
Kiểu động cơ	4 xilanh thẳng hàng
Bố trí động cơ	Trước – ngang.
Kiểu truyền lực	Cầu trước chủ động
Số chỗ ngồi	5
Số cửa	4
Kiểu xe	Sedan

 

PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO

I.1: ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG

I.1.1Khái niệm độ êm dịu chuyển động

          Hệ thống treo của ôtô là hệ treo đàn hồi, liên kết giữa phần treo (khung xe) với phần không treo (bánh xe, cầu xe). Do đó, khi chuyển động trên những con đường không bằng phẳng, ôtô sẽ bị dao dộng dưới tác động kích thích của mặt đường. Trong những điều kiện cụ thể, dao động đó là có hại. Để đánh giá dao động của ôtô trong quá trình chuyển động người ta dùng khái niệm độ êm dịu chuyển động.

          Vậy độ êm dịu khi chuyển động của ôtô là khả năng xe chuyển động trên đường ở những tốc độ sử dụng xác định mà không xảy ra va đập cứng, có thể ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ của người, của lái xe, hàng hoá chuyên chở trên xe và đến độ chính xác của các chi tiết trên ôtô.

          Do ôtô là một hệ đàn hồi nên độ êm dịu chuyển động của nó gắn với hai hiện tượng khác nhau về bản chất nhưng có ảnh hưởng tương tác với nhau.

          Một mặ do có hệ thống treo đàn hồi nên thùng xe sẽ dao động trong quá trình sử dụng.

          Dao động luôn thay đổi sẽ ảnh hưởng tới cơ quan tiền đình của con người và ở những điều kiện cụ thể nó có thể gây nên căn bệnh thần kinh.

          Ngoài ra, bản thân các thông số đặc trưng cho quá trình dao động( như biên độ, tần số và đặc biệt là gia tốc dao động, chúng gây tác động trực tiếp đến khung xe và truyền đến hành khách, hàng hoá các cụ chi tiết của xe) cũng có thể vượt quá giới hạn cho phép.

          Mặt khác, độ đàn hồi của hệ thống treo có thể không đủ để tiếp nhận các xung va đập( xung năng lượng) tác động lên bánh xe khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳn hoặc tác động lên thùng xe có chuyển động không đều.

          Khi đó sẽ xảy ra va đập cứng giữa các chi tiết phần không được treo với chi tiết phần được treo( thùng xe). Lúc xảy ra va đập cứng, gia tốc của thùng xe tăn lên rất lớn( bị quá tải). Trị số của gia tốc thùng xe có thể gấp 3, 4 lần gia tốc trọng trường hoặc lớn hơn.

          Va đập cứng xảy ra trước hết do tăng tốc độ chuyển động cho ôtô. Để tránh xảy ra va đập cứng buộc lòng phải giảm tốc độ chuyển động của xe. Nếu như lựa chọn các thông số của hệ thống treo không đúng, sẽ phát sinh cộng hưởng ở một số vùng tốc độ, do đó sẽ làm tăng biên độ dao động của thùng xe, cuối cùng lại cũng xảy ra va đập cứng.

          Để tránh va đập cứng, buộc lái xe phải giảm tốc độ khi đi trên đường không tốt và gồ ghề. Điều đó làm giảm tốc độ trung bình của xe, giảm tốc độ và giảm cả khả năng chất tải sẽ làm tăng năng lượng tiêu hao nhiên liệu. Ngoài ra, nhiên liệu còn bị tiêu tốn cho việc hấp thụ các tải trọng và dập tắt dao động.

          Vì vậy, độ êm dịu chuyển động của ôtô không tốt sẽ làm giảm cả tính kinh tế.

          Tải trọng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng luôn bị thay đổi, khi có dao động sẽ ảnh hưởng xấu đến điều kiện chuyển động ỏn định và đặc tính lái của xe. Điều này càng đặc biệt nguy hiểm khi có bánh xe bị nhấc lên khỏi mặt đường, nhất là với xe nhiều cầu có chiều dài cơ sở lớn. Vì vậy, độ êm dịu chuyển động của ôtô là một chỉ tiêu quan trọng. Đặc biệt với xe quân sự, độ êm dịu chuyển động trở thành một nhân tố xác định vùng tốc độ có thể hoạt động của xe cũng như để xác định độ tin cậy và tuổi thọ của một loạt các chi tiết quan trọng.

          Như vậy, khảo sát độ êm dịu chuyển động của ôtô chính là việc khảo sát ảnh hưởng của dao động ôtô trong điều kiện đường xá khác nhau đến người, hàng hoá chuyên chở trên xe và đến chính ôtô đó.

 

Trong đó:

          Ôtô được coi như một hệ dao động, chịu tác động của hành khách, hàng hoá( tải trọng tác dụng) và của mặt đường( là tác nhân kích thích).

          Hành khách, lái xe, hàng hoá vừa là đối tượng chịu tác động do dao động của ôtô sinh ra, vừa là tác nhân gây dao động ( khối lượng của ôtô được tính vào khối lượng phần được treo khi khảo sát dao động của ôtô).

          Lái xe còn là tác nhân điều khiển. Nó sẽ làm tăng hoặc hạn chế ảnh hưởng của dao động đến đối tượng chịu tác động của dao động.

          Mặt đường được coi là tác nhân kích thích gây ra dao động điều kiện đường xá thay đổi thì trạng thái dao động cũng thay đổi theo.

          Hệ “ lái xe - ôtô - đường” có tác động tương hỗ với nhau. Tuỳ đièu kiện cụ thể của tong đối tượng, tác động tương hỗ giữa chúng cũng khác nhau.

          Khảo sát độ êm dịu chuyển động của ôtô trên quan điểm nhằm cải thiện điều kịên đi lại ( bằng phương tiện ôtô) của con người; điều kiện chuyên chở hàng hoá. Các phần tử của mô hình nêu trên sẽ được khảo sát theo các mặt:

          - Khả năng chịu đựng của con người; của hàng hoá chuyên chở trên xe khi ôtô chuyển động trên đường.

          - Những thông số kết cấu của ôtô ảnh hưởng đến trạng thái của con người ( hàng hoà)

          - Tác động của mặt đường đến ôtô, qua đó ảnh hưởng đến hành khách, hàng hoá chuyên chở trên xe.

I.1.2 Các thông số tương ứng:

          Kết cấu hệ dao động ôtô gồm 3 phần chính:

 

 

          a. Phần được treo:

          Là bộ phận chủ yếu của ôtô, bao gồm khung, thùng, hệ thống động lực và các cơ phận khác liên kết với nhau. Toàn bộ khối lượng của các bộ phận này được đặt lên hệ thống đàn hồi và dẫn hướng gọi là hệ thống treo.

          b. Phần không được treo:

          Gồm có cầu – dầm cầu, hệ thống chuyển động( bánh xe), cơ cấu dẫn động lái…Trọng lượng này không tác dụng lên hệ thống treo. Có một số cơ phận của ôtô vừa được lắp lên phần được treo vừa được lắp lên phần không được treo như nhíp, giảm chấn, trục cácđăng… do đó, một phần khối lượng của chúng được xem như phụ thuộc phần được treo và nửa kia thuộc phần không được treo.

          c. Hệ thống treo:

          Là bộ phận bao gồm các phần tử đàn hồi, giảm chấn, liên kết và dẫn hướng. Các bộ phận này nối bánh xe với các cầu và bánh xe ôtô, từng bộ phận thực hiện nhiệm vụ sau đây:

          Bộ phận đàn hồi giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ mặt đường, đảm bảo tính êm dịu chuyển động cần thiết.

          Bộ phận giảm chấn để dập tắt dao động của phần được treo của ôtô

          Bộ phận dẫn hướng để truyền lực dọc và mômen từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe. Động học của bộ phận dẫn hướng xác định tính chất dịch chuyển tương đối giữa bánh xe và khung xe.

          Lốp là thành phần đàn hồi thực hiện việc nâng đỡ và truyền lực cho ôtô, đảm bảo cho bánh xe tiếp xúc tốt với mặt đường và làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng lên phần không được treo.

          Khái niệm về các thông số tương đương: Ôtô là một hệ dao động bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau. Mỗi bộ phận có một khối lượng và các thông số đặc trưng riêng của nó. Bộ phận có tác dụng làm giảm chấn động từ mặt đường lên là hệ thống treo. Hệ thống treo là đối tượng chính khi nghiên cứu dao động. Bản thân hệ thống treo cũng có các thông số đặc trưng. Các thông số của hệ thống treo luôn đi kèm với một bộ các thông số khác của ôtô như khối lượng được treo, khối lượng các phần tử không được treo, tỷ lệ phân phối khối lượng trên các cầu… hình thành một thể thống nhất quyết định đến các chỉ tiêu về độ êm dịu, ổn định chuyển động của ôtô.

          Để khảo sát dao động của ôtô và tính toán nó, thông thường ta phải mô tả ôtô bằng một sơ đồ dao động tương đương, trong sơ đồ tương đương phải có đầy đủ các đại lượng chủ yếu liên quan đến dao động ôtô như: Khối lượng được treo M, khối lượng không được treo m, hệ thống treo.

          d. Khối lượng được treo M:

          Khối lượng được treo M gồm những cụm chi tiết mà trọng lượng của chúng tác dụng lên hệ thống treo. Đó là khung vỏ xe, hành khách, hàng hoá và một số chi tiết khác. Giữa chúng được nối với nhau một cách đàn hồi nhờ các đệm đàn hồi. Khối lượng được treo thực ra là một nhóm khối lượng được liên kết đàn hồi thành một hệ thống. Tuỳ sơ đồ bố trí cụ thể của ôtô mà có thể chia khối lượng được treo thành hai hoặc nhiều khối lượng, giữa các khối lượng liên kết với nhau bằng các phần tử đàn hồi. Giữa các thành phần của khối lượng được treo có biến dạng rât nhỏ so với biến dạng của hệ thống treo và lốp, cho nên trong trường hợp đơn giản có thể coi khối lượng được treo là một khối đồng nhất.

          e. Khối lượng không được treo m:

          Khối lượng không được treo m gồm những cụm mà trọng lượng của chúng không tác động lên hệ thống treo mà chỉ tác động lên lốp và truyền xuống mặt đường. Đó là bán trục, dầm, cầu, bánh xe, một phần chi tiết của hệ thống treo, truyền động lái, nhíp, giảm chấn, một phần của trục cácđăng.

          Coi khối lượng không được treo là một vật thể đồng nhất cứng tuyệt đối có khối lượng m tập trung và tâm các bánh xe.

          Ngoài tác dụng là hệ thống di chuyển và đỡ toàn bộ trọng lượng của ôtô, bánh xe còn là hình ảnh thu nhỏ của hệ thống treo, nghĩa là nó cũng bao gồm một thành phần đàn hồi và một thành phần giảm chấn.

          f. Hệ thống treo :

          Hệ thống treo trên ôtô có nhiệm vụ nối phần được treo M và phần không được treo m một cách đàn hồi.

          Hệ thống treo cùng với lốp làm giảm những chấn động gây nên do những mấp mô của mặt đường khi xe chuyển động.

          Hệ thống treo gồm những thành phần sau:

          Thành phần đàn hồi: Lò xo, nhíp, thanh xoắn, bình khí… Nó được biểu hiện bằng một lò xo có độ cứng C

          Độ võng tĩnh f_t: là thông số mang tính quyết định đến độ êm dịu chuyển động, nói chung f_t­ không nên ít hơn 150 -300 mm đối với xe du lịch.

          Theo tài liệu thiết kế ôtô, để đảm bảo độ êm dịu chuyển động thì tỉ số độ võng tĩnh của hệ thống treo sau và độ võng tĩnh của hệ thống treo trước phải nằm trong các giới hạn sau:

          Ôtô du lịch: f_ts/f_tt= 0,8 – 0,9

          Độ võng động f_đ của hệ thống treo:

          Ôtô du lịch: f_đ = ( 0,8 – 0,9 ).f_t

          Ôtô buýt       : f_đ = ( 0,7 -0,8 ) f_t

          Ôtô tải        : f_d = 1.0. f_t

          Thành phần giảm chấn có nhiệm vụ dập tắt những chấn động. Nó được đặc trưng bằng hệ số cản giảm chấn

 

 

I.1.3. Mô hình dao động của ôtô:

         

                                       Hình I.1.1 Mô hình dao động dọc của xe con

Hình I.1.2. Mô hình dao động ngang của ôtô

 

 

I.1.4. Cấu tạo của hệ thống treo;

Trong ôtô thường sử dụng hai hệ thống treo nên ở trên hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập.

-         Ở hệ thống treo nào cũng vậy bao giờ cũng có 3 phần chính:

-         Bộ phận dẫn hướng

-         Bộ phận đàn hồi

-         Bộ phận giảm chấn.

a. Bộ phận hướng:

Dùng để xác định động học và tính chất dịch chuyển của các bánh xe tương đối với khung hay vỏ ôtô, và dùng để truyền lực dọc( lực kéo tiếp tuyến hoặc lực phanh). Lực ngang cũng như các mômen phản lực và mômen phanh.

- Ở hệ thống treo phụ thuộc nhíp vừa làm nhiệm vụ của bộ phận đàn hồi và vừa làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng.

* Yêu cầu:

Đối với bánh xe dẫn hướng nên tránh sự thay đổi góc nghiêng.

- Đảm bảo truyền lực và các mômen từ bánh xe lên khung xe mà không gây nên biến dạng rõ rệt.

- Giữ được đúng động học của truyền động lái.

- Bộ phận hướng phải có kết cấu đơn giản dễ bảo dưỡng thay thế, các khớp phải được bôi trơn.

- Do động học của bộ phận hướng xác định tính chất dịch chuyển tương đối của bánh xe với khung xe.

 

Hình I.1.3. Nhíp là bộ phận hướng của hệ thống treo

b. Bộ phận đàn hồi.

          Với công dụng để truyền chủ yếu các lực thẳng đứng và để giảm tải trọng động khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng, cũng như để đảm bảo độ êm dịu chuyển động cần thiết.

-         Ở bộ phận đàn hồi có thể dùng các loại như:

+ Nhíp

+ Lò xo

+ Thanh xoắn

+ Cao su

+ Loại hơi thuỷ lực và liên hợp.

* Nhíp;

Kết cấu chính và phụ của hệ thống treo có thể thay đổi độ cứng.

-         Được sử dụng rộng rãi ở các ôtô có dầm cầu không cắt.

-         Kết cấu của nhíp bao gồm nhiều lá nhíp ghép lại, các lá nhíp được nối với nhau bởi bulông trung tâm, các lá nhíp có thể dịch chuyển tương đối với nhau thep chiều dọc, do đó khi nhíp biến dạng sẽ sinh ra sự ma sát làm giảm các dao động khi ôtô chuyển động

-         Đối với từng hệ thống treo thì độ cứng của nhíp và chiều dài của lá nhíp sẽ khác nhau vì phải đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho xe khi chuyển động.

-         Nhíp thường sử dụng cho hệ thống treo trên xe tải vì độ cứng của nhíp lớn hơn.

 

                                               Hình I.1.4. Kết cấu nhíp

          - Mô hình nhíp được thể hiện qua ( Hình I.4 )

1. Nhíp chính và nhíp phụ                         11. Bulông

2. Ống bạc chốt nhíp                                  12. Đai ốc

3, 4, 5 : Quang nhíp đai nhíp                      10. Bạc bulông quang nhíp

6 : Bạc tỷ đai nhíp và bulông                     9 .Đệm

7. Đệm tỳ bắt nhíp                                               8. Chốt nhíp

Trong trường hợp tải trọng tác dụng lên cầu có thể thay đổi đột ngột như cầu sau của ôtô tải, người ta bố trí nhíp đôi gồm một nhíp chính và một nhíp phụ.

- Nhíp phụ có thể đặt trên hoặc dưới nhíp chính tuỳ thuộc vào vị trí giữa cầu và khung, kích thước của nhíp và biến dạng yêu cầu của nhíp.

 

* Lò xo trụ:

 

1- Nắp

2- Đệm làm kín

3 – Vỏ

4 - Đầu bắt lò xo

6 – Tấm đế

 

                                                  Hình I.1.5. Lò xo khí nén dạng ống trụ

          Cấu tạo của lò xo khí nén dạng ống trụ làm bằng vật liệu sợi tổng hợp bọc cao su, ở phía nắp trên và nắp dưới được tăng cường bằng các đế và được bắt chặt với vỏ nhờ các vít và vòng thép.

          Được dùng nhiều ở các loại ôtô du lịch nó đòi hỏi sự êm dịu cao khi chuyển động và thường được áp dụng với hệ thống treo độc lập.

-         Lò xo trụ thường:

Lò xo được làm từ dây thép đặc biệt quấn thành hình ống. Khi đặt tải lên lò xo, dây lò xo bị xoắn do ống lò xo bị nén.

 

                             Hình I.1.7. Các loại lò xo cải tiến

- Thanh xoắn:

 

           Hình I.1.8. Sơ đồ hệ thống treo sử dụng bộ phận đàn hồi là thanh xoắn

          * Ưu điểm:

          - Kết cấu đơn giản, kích thước gọn gàng nhất là khi bố trí giảm chấn ống ở trong lò xo, lò xo trụ trong hệ thống treo chỉ làm nhiệm vụ đàn hồi mà không làm nhiệm vụ đẩy hoặc hướng bánh. Thường được áp dụng cho hệ thống treo độc lập, có 3 loại chính:

          + Loại dơn

          + Loại kép

          + Loại lá

          * Nhược điểm:

- Chỉ làm nhiệm vụ hướng và đàn hồi, đường đặc tính và tuyến tính, bố trí khó khăn vì chiều dài thanh xoắn khá lớn.

                      

         * Hệ thống treo bộ phận đàn hồi khí nén:

          + Ngày nay hệ thống này được sử dụng rộng rãi và phát triển nhiều hơn. đặc biệt trên các loại ôtô có trọng lượng phần được treo thay đổi như : ôtô tải, ôtô khách…

          + Có nhiều dạng hệ thống treo loại khí.

                   Sơ đồ bố trí chung hệ thống treo hệ thống treo loại khí nén

1- Treo khí

2 – cầu

3 – khung xe

4, 10 – Bình khí

5,7 – ống dẫn khí

8 – van điều khiển

9, 11 – Van an toàn

12 – Van điều áp

13 – Van phân phối       Hình I.1.9. Sơ đồ hệ thống treo bộ phận đàn hồi là khí nén

          - Hệ thống treo loại khí có bộ phận đàn hồi khí làm theo loại ống têlescop, ở đây áp suất khí đựơc truyền qua chất lỏng sẽ tiến hành dập tắt dao động. Bởi vậy bộ phận đàn hồi thuỷ khí đồng thời sẽ làm luôn nhiệm vụ của bộ phận giảm chấn, tuy nhiên với choc năng như vậy nó có kết cấu phức tạp, khó bảo dưỡng sửa chữa nên không đựoc sử dụng rộng rãi.

          - Do bịt kín chất lỏng dễ hơn bịt kín chất khí nên bộ phận dàn hồi thuỷ khí gọn hơn bộ phận đàn hồi khí, bởi vì bộ phận đàn hồi thuỷ khí dùng áp suất khá cao đến 20MN/m.

          - Ngày nay những xe hiện đại với hệ thống treo sử dụng khí nén nên xe có thể thay đổi độ cao của xe và có thể điều khiển được độ cứng của hệ thống treo.

c. Bộ phận giảm chấn:

          Ta chia ra lam 2 loại :

         + Loại tác dụng một chiều

         + Loại tác dụng hai chiều

         - Được phân loại theo kết cấu tạo bao gồm iảm chấn đơn và giảm chấn ống. Ở trên các xe hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất là loại giảm chấn thuỷ lực. Là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống treo đảm bảo góp phần nâng cao an toàn chuyển động và độ êm dịu chuyển động nhất là trong các trường hợp chuyển động trong điều kiện đường xấu, đặc biệt đối với loại ôtô quân sự nhất thiết phải bố trí giảm chấn thuỷ lực được đặt ở tất cả các hệ treo, đối với xe nhiều cầu để nâng cao độ tin cậy làm việc thì có thể bố trí hai giảm chấn thuỷ lực cùng làm việc ở một hệ treo.

          - Giảm chấn thuỷ lực, lực cản chấn động do giảm chấn sinh ra phụ thuộc vào vận tốc tương đối của các dao động thùng xe đối với bánh xe.

                                      Z_g= K.Z_t

          K: Là hệ số giảm chấn.

          - Hàm số Z_g = fx(Z_t) biểu diễn đường đặc tính của giảm chấn tuỳ theo giá trị của hàm số mũ, đường đặc tính có thể là đường thẳng nếu (n=1), đường cong lồi nếu (n<1); (n> 1).

          - Đường cong có dạng này hay dạng khác phụ thuộc vào kích thước lỗ và độ nhớt của chất lỏng và kết cấu của các van ta thấy giá trị lớn nhất của vận tốc tương đối, giá trị lớn nhất của vận tốc tương đối, giá trị công suấ tiêu hao( tỷ lệ với diện tích nằm dưới đường đặc tính) thông thường giá trị (n) dao động trong khoảng 1,5 – 2,5 lần, thông thường ôtô hiện đại vận tốc nén trả từ (0,3 – 0,6 ) m/s.

          - Ở giảm chấn tác dụng một chiều dao động được dập tắt nhanh ở hành trình trả có nghĩa là khi bánh xe đi ra khỏi khung.

          Giảm chấn tác dụng hai chiều dao động được dập tắt cả ở hành trình nén và hành trình trả, ngày nay các hệ thống treo thường dùng giảm chấn tác dụng 2 chiều để dập tắt dao động nhanh hơn, tốt hơn.

          Giảm chấn ống có ưu điểm hơn giảm chấn đòn là trọng lượng bố trí gọn gàng hơn, áp suất chất lỏng trong giảm chấn cũng nhỏ hơn, ngoài ra thoát nhiệt cũng tốt hơn vì nó tiếp xúc trực tiếp với toàn bộ luồng khí có tốc độ lớn khi ôtô chuyển động, hệ thống giảm chấn ống trứơc kia chỉ áp dụng cho ôtô du lịch, nhưng ngày nay do công nghệ khoa học kỹ thuật tiên tiến được áp dụng hệ thống này rộng rãi hơn trên các loại xe.

          - Cấu tạo giảm chấn ống thuỷ lực tác dụng 2 chiều không đối xứng thể hiện qua hình vẽ sau:

          - Hình a cấu tạo chung

          - Hình b làm việc ở hành trình nén

          - Hình c làm việc ở hành trình trả

          + Với nguyên lý làm việc của bộ phận giảm chấn các loại đều được dựa trên nguyên tắc chuyển động chất lỏng từ buồng chứa này đến buồng chứa khác thông qua các van tiết lưu sẽ sinh ra các lực cản lớn cho sự chuyển động do đó dập tắt được dao động.

          - Giảm chấn sử dụng trong hệ thống treo có rất nhiều loại nhưng trong xe con chủ yếu sử dụng loại giảm chấn loại hai ống

                         Hình I.1.10. Giảm chấn loại hai ống

   

               Hình I.1.11. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của giảm chấn

1 – Tai giảm chấn; 2 – nắp có ren; 3,4 – Gioăng làm kín; 5 – van lá; 6 – Lỗ tiết lưu van nén

7 – van lá; 8 – lò xo van trả mạnh; 9 – van lá; 10 – van nén mạnh; 11 – lò xo van nén mạnh; 12 – ecu điều chỉnh; 13 – lỗ tiết lưu khí trả; 14 – pittông giảm chấn; 15 – lỗ tiết lưu khi trả; 16 – phớt làm kín; 17 – ống xi lanh ngoài;18 – ống xilanh trong; 19 – cần pittông;

20 – bạc dẫn hướng; 21 – phớt làm kín; 22 – lò xo; 23 – nắp chặn; 24 – phớt làm kín.

                - Yêu cầu với giảm chấn:

          + Đảm bảo trị số và thay đổi đường đặc tính của các dao động như dập tắt càng nhanh các dao động nếu tần số dao động càng lớn mục đích là để thùng xe khỏi bị lắc qua lẵc lại khi qua đường mấp mô.

          + Dập tắt chậm các dao động nếu có của ôtô chạy trên đường ít mấp mô.

          + Hạn chế những chấn động qua giảm chấn lên thùng xe.

          + Làm việc ổn định khi ôtô chuyển động trong các địa hình thay đổi.

          + Có tuổi thọ làm việc cao.

          + Trọng lượng, kích thước nhỏ gọn, giá thành hạ.

I.1. 5. Sự phát triển của hệ thống treo.

          Ngày nay trên thế giới các nhà thiết kế đã đi xa trong việc thiết kế hệ thống treo, dựa trên sự phát triển giữa khoa học chuyên ngành cơ bản với ứng dụng các thành tựu khoa học này mà hệ thống treo ngày nay càng hoàn thiện hơn và tính năng cũng như phạm vi hoạt động của nó.

          - Hệ thống treo với cơ cấu chấp hành là thuỷ lực và khi nén kết hợp với cơ cấu điều khiển và các mạch điện tử chính là xu hướng phát triển của hệ thống trong tương lai, nó hoạt động dựa trên nguyên lý dùng các cảm biến điện tử để thi nhận các thông số cần thiết trong quá trình vận hành như tải trọng của xe, gia tốc dao động thẳng đứng, góc đặt bánh xe, độ cao sàn xe…sau đó được mã hoá và đưa về mạch điều khiển để tự động điều khiển các mạch cơ cấu chấp hành và như vậy ta đã có một hệ thống treo có thể điều chỉnh tự động đường đặc tính của nó phù hợp với các điều kiện chuyển động hoàn thiện nhất, đây chính là ưu điểm hơn hẳn mà các hệ thống treo trước đây không có được, mặc dù vậy hiện nay nó chưa đựoc sử dụng phổ biến trên thế giới và đặc biệt ở nước ta do giá thành rất cao và nó đòi hỏi phải có một công nghệ chế tạo hiện đại.

II. CÔNG DỤNG

Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung hoặc vỏ ôtô, máy kéo với hệ thống truyền động.

Tiếp nhận và giập tắt dao động từ mặt đường tác dụng lên xe để xe có thể chuyển động êm dịu hơn.

Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống treo la giảm các va đập sinh ra trong quá trình chuyển động và làm cho ôtô, máy kéo chuyển động êm dịu khi gặp phải các bề mặt gồ gề không bằng phẳng.

- Là bộ phận dẫn hướng và ổn định cho xe trong quá trình chuyển động

III. YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG TREO

Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng với khung xe hoặc vỏ xe, theo yêu cầu dao động êm ái hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn có khác của bánh xe (như lắc ngang, lắc dọc).

- Hệ treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe như chạy trên nền đường tốt hoặc xe có khả năng chạy trên mọi địa hình khác nhau.

- Bánh xe có thể chuyển động trong một giới hạn không hạn chế.

- Có độ bền cao.

- Không gây tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung và vỏ.

- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ thống treo làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động lực học và động học của chuyển động bánh xe.

- Ngoài các yêu cầu nêu trên, hệ thống treo phải đảm bảo các yêu cầu đặc biệt sau đây:

+ Có tần số dao động riêng của vỏ thích hợp, tần số dao động này được xác định bằng độ võng tĩnh(ft)

+ Có độ võng động (fđ) đủ để cho không sinh ra va đập lên các ụ đỡ cao su.

+ Có độ dập tắt dao động của vỏ và bánh xe thích hợp.

+ Khi quay vòng hoặc phanh ôtô không bị nghiêng trục đứng của các bánh dẫn hướng không đổi.

+ Đảm bảo cho chiều rộng cơ sở và góc đặt các trục đứng của các bánh xe dẫn hướng không đổi.

+ Đảm bảo sự tương ứng giữa động học các bánh xe và động học của truyền độn lái.

 

IV. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TREO

IV.1.1. Phân loại theo quan hệ giữa các bánh xe trên cầu

A- Hệ thống treo phụ thuộc:

- Biểu diễn qua ( Hình I.4.1)

- Hệ thống treo phụ thuộc là hệ thống treo mà các bánh xe trái và phải được nối với nhau bằng một dầm cứng.

                        Hình I.4.1: Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp của xe tải

1. Nhíp trước: 1- giá đỡ trước; 2- chốt nhíp; 3- bộ nhíp; 4- giá tỳ ụ cao su nhíp; 5- ốp nhíp;

6 –ụ cao su; 7- quang nhíp; 8 – giảm chấn ống; 9- ụ cao su; 10 – giá đỡ sau.

1. Nhíp sau; 1- giá đỡ trước; 2- nhíp chính; 3- chốt nhíp; 4- giá đỡ nhíp phụ; 5 – nhíp phụ;

6 – quang nhíp; 7 – ốp nhíp; 8 – giá đỡ sau; 9- đai.

* Kết cấu:

- Hai bánh xe trái và phải được liên kết với nhau bằng một dầm cầu cứng. Hệ thống treo phụ thuộc có thể sử dụng nhíp làm bộ phận đàn hồi hoạc có thể dùng lò xo làm bộ phận đàn hồi.

- Bộ phận giảm chấn thường sử dụng là ống giảm chấn. Khi sử dụng nhíp thì nhíp làm bộ phận dẫn hướng đồng thời làm bộ phận đàn hồi. Khi sử dụng lò xo làm bộ phận đàn hồi thì có thêm bộ phận dẫn hướng riêng.

- Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp thì các lá nhíp được bó lại và có thể đặt trên hay dưới cầu xe.

 

                         Hình I.4.2 Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng lò xo đàn hồi

* Ưu điểm :

+ Khi dịch chuyển theo phương thẳng đứng, khoảng cách giữ hai bánh xe trái và phải không thay đổi( do được nối cứng) và hiện tượng mài mòn lốp so với hệ thống treo độc lập là ít hơn.

+ Khả năng truyền lực giữa hai bánh xe rất tốt khi có lực bên do lực ly tâm quay vòng, khi đi trên đường nghiêng hoặc gió bên .Các bánh xe cùng chịu tải trọng do đó nâng cao khả năng chống trượt bên.

+ Cấu tạo đơn giản, giá thành hạ, tháo lắp dễ.

* Nhược điểm:

+ Do kết cấu của hệ thống treo phụ thuộc nên khống lượng của phần không được treo lớn dẫn đến lực quán tính lớn. Điều này gây bất lợi cho ôtô khi đi trên đường xấu sẽ phát sinh lực va đập cho bánh xe và bám đường kém. Do đó ảnh hưởng đến sự êm dịu của xe khi chuyển động.

+ Hệ thống cồng kềnh, lớn về thể tích vì vậy chiếm diện tích dưới gầm xe nhiều. Chiều cao trọng tâm củ xe lớn.

B- Hệ thống treo độc lập:

- Biểu diễn qua( Hình I.4.3)

.........................................................................

 

Mômen xoắn lớn nhất tác dụng lên thanh ổn định:

                          M_Smax= Z_SmaxP = 9954.100 = 995400 (Nmm)

Và ứng suất tiếp lớn nhất     t_smax = M_Smax/W_p

                          Với W_p = 0,2D³ = 0,2.30³ =5400 (mm³)

Thay vào trên: t_smax 995400/5400=184 (N/mm²) => t_smax < [t] thanh đủ bền

                                               

                                                 KẾT LUẬN

Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp với sự cố gắng của bản thân và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Th.S Lê Đình Đạt cùng các thầy trong bộ môn em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao trong đồ án.

Kết quả đạt được trong đồ án của em là:

- Tổng quan về hệ thống treo ôtô

- Thiết kế hệ thống treo trên ôtô gồm:

                + Tính toán thiết kế bộ phận đàn hồi

                + Tính toán thiết kế bộ phận giảm chấn.

                + Tính toán và thiết kế một số bộ phận khác của hệ thống treo.

Đây là bản đồ án hoàn thành khá hoàn thiện về mặt lý thuyết thiết kế hệ thống treo Mac – Pherson, tuy nhiên bản đồ án này chưa có điều kiện để có thể áp dụng trong thực tế. Nhưng qua khảo sát không gian bố trí hệ thống treo trên xe VIOS thì hoàn toàn được bố trí như trong đồ án của em. Thậm trí với nhiều loại xe khác cũng đều bố trí như bộ trí hệ thống treo trong đồ án của em.

Do điều kiện về nhiều mặt và trình độ của em còn hạn chế mà khối lượng công việc trong đồ án rất lớn nên chất lượng đồ án vẫn còn nhiều hạn chế và thậm chí có thể còn rất nhiều thiếu sót và trong phần tính toán còn nhiều chỗ chưa hợp lý. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy trong bộ môn để em có kính nghiệm sau này đi làm tránh khỏi những thiếu sót đó.

   Em xin chân thành cảm ơn!

 

 

PHẦN I4

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO.. 4

I.1: ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG.. 4

I.1.1Khái niệm độ êm dịu chuyển động. 4

I.1.2 Các thông số tương ứng:6

I.1.3. Mô hình dao động của ôtô:10

I.1.4. Cấu tạo của hệ thống treo;11

I.1. 5. Sự phát triển của hệ thống treo.20

II. CÔNG DỤNG.. 21

III. YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG TREO.. 21

IV. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TREO.. 23

IV.1.1. Phân loại theo quan hệ giữa các bánh xe trên cầu. 23

A- Hệ thống treo phụ thuộc:23

III.1.2. Phân loại theo phần tử đàn hồi chia làm các loại:31

V. LỰA CHỌN HỆ THỐNG TREO ÁP DỤNG CHO XE THIẾT KẾ.. 35

PHẦN 2:38

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO ĐỘC LẬP CHO XE TOYOTA VIOS  38

I. chọn phương án thiết kế. 39

II. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ TREO :39

II.1 - Xác định độ cứng của hệ thống treo trước Mc.Pherson :40

II.2 - Xác định độ võng tĩnh và độ võng động của hệ treo .41

II.2.2 - Xác định độ võng động của hệ treo.41

II.2.3 - Tổng hành trình bánh xe.41

II.3 - Kiểm tra hành trình động của bánh xe theo điều đảm bảo khoảng sáng gầm xe tối thiểu.42

II.4 - Kiểm tra hành trình động để không xảy ra va đập cứng vào ụ tì khi phanh.42

II.5 - Xác định độ võng của hệ tống treo ở trạng thái không tải.42

II.6 - Xác định hệ số cản của giảm chấn.43

II.6.1 - Hệ số dập tắt dao động của hệ thống treo :43

II.6.2 - Hệ số cản trung bình của giảm chấn quy dẫn về bánh xe. 43

III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO MACPHERSON.. 43

III.1 Các thông số hình học của hệ thống treo :43

III.2.Động học hệ thống treo Macpherson:44

III.2.1. Xây dựng hoạ đồ động học hệ thống treo Macpherson:44

III.3.Động lực học hệ thống treo Macpherson:49

III.3.1. Trường hợp xe chỉ chịu tải trọng động theo phương thẳng đứng. 49

III.3.2. Trường hợp có lực kéo hoặc lực phanh cực đại :50

III.3.4. Xác định các lực và phản lực tác dụng lên cơ cấu :53

III.4. Tính chọn và kiểm tra bèn một số bộ phận chính. 63

III.4.1. Tính chọn và kiểm tra bền đòn ngang dưới:63

III.4. 2 Tính bền Rô Tuyn. 68

III.4. 3 Tính lò xo trụ. 70

III.4. 4 Tính giảm chấn:73

III.4. 5 Thanh ổn định:87

KẾT LUẬN.. 90