Thiết kế hệ thống treo và mô phỏng dao động xe 12 chỗ ngồi

Hệ thống treo trên ôtô có vai trò hết sức quan trọng, nó góp phần nâng cao độ êm dịu và an toàn chuyển động của ôtô. Có rất nhiều hệ thống treo với cấu tạo, chức năng và công dụng khác nhau, mỗi loại lại có các ưu, nhược điểm riêng. Vì vậy việc thiết kế một hệ thống treo phù hợp với các thông số kết cấu của xe sẽ nâng cao tính tiện nghi và độ êm dịu cho xe. Bên cạnh quá trình thiết kế, để đánh giá hệ thống treo thì việc đánh giá chất lượng dao động của hệ thống treo cũng góp phần không nhỏ trong quá trình kiểm định thiết kế cũng như đánh giá sự phù hợp giữa thông số cơ bản, thông số kết cấu và điều kiện chuyển động thực tế của ôtô trên đường. Hiện nay phương pháp mô phỏng số đang được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các cơ hệ đặc biệt là hệ dao động của ô tô. Cùng với sự phát triển của máy tính, quá trình mô phỏng đã thể hiện được tính ưu việt của nó, đặc biệt là có thể mô tả được cả các hệ phi tuyến cũng như các quá trình vật lý phức tạp. Trong thời gian vừa qua có nhiều tác giả trong và ngoài nước đã đề cập đến vấn đề nghiên cứu dao động của ô tô, tuy nhiên do tính phức tạp của vấn đề này, phần lớn tác giả đã phải sử dụng giả thiết đơn giản hoá để chuyển hệ dao động thực tế về hệ dao động tuyến tính hoặc phi tuyến yếu.

Muc luc

lời nói Đầu 1

Chương 1 3

1.1 Tổng quan về sự phát triển công nghiệp ô tô Việt Na 3

1.1.1 Tình hình phát triển 10 năm qua, quan điểm phát triển trong tương lai .3

1.1.2 Chính sánh nội địa hoá và phát triển công nghiệp ô tô trong nước 4

1.2 Tổng quan về hệ thống treo 7

1.2.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo 7

1.2.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo 8

1.2.3 Phân loại hệ thống treo 15

1.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động 22

1.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động 24

1.3.2 Mô hình dao động 26

1.3.3 Hàm kích động 30

Chương 2 tính toán hệ thống treo trước 31

2.1.Tính toán nhíp 31

2.1.1.Chọn thông số chính của lá nhíp 31

2.1.2 Tính độ cứng thực tế của nhíp 32

2.2.Tính toán giảm chấn 35

2.2.1 Xác định hệ số cản của giảm chấn Kg 36

2.2.1.2 Tính toán hệ số cản của giảm chấn 37

2.3.Tính toán giảm chấn 38

2.3.1 Xác định kích thước các van 38

2.3.2 Xác định kích thước van trả 41

2.3.3 Xác định kích thước van nén 44

2.3.4 Kiểm tra điều kiện bền 46

2.3.5 Xác định kích thước một số chi tiết khác của giảm chấn 48

Chương 3 52

3.1.Tính toán nhíp 52

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

3.1.1.Tính toán và chọn thông số chính của lá nhíp: 52

3.1.2.Tính độ cứng thực tế của nhíp 54

3.1.3 Xác định các phản lực tác dụng tại các đầu mút của lá nhíp 58

3.1.4 Tính bền tai nhíp 59

3.1.5 Tính kiểm tra chốt nhíp 61

3.2.Tính toán giảm chấn 62

3.2.1 Xác định hệ số cản của giảm chấn Kg 62

3.2.2 Tính toán hệ số cản của giảm chấn 63

3.3.Tính toán giảm chấn 64

3.3.1 Xác định kích thước các van 65

3.3.3 Kiểm tra điều kiện bền 73

3.3.4 Xác định kích thước một số chi tiết khác của giảm chấn lò xo 74

Chương4 Tính toán dao động của xe 79

4.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động 81

5.1 Nhiệm vụ, yêu cầu của piston 86

5.2 Vật liệu làm piston 87

5.3 Những yêu cầu kĩ thuật cơ bản gia công piston 87

5.4 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết 87

5.5 Quy trình công nghệ khi gia công piston 88

5.5.1 Chọn phương án gia công 88

5.5.2 Tính toán và lập quy trình công nghệ gia công chi tiết 88

5.6 Xác định lượng dư và chế độ cắt cho các nguyên công: 89

5.6.1 Nguyên công 1 Tiện khoả mặt đầu piston, rãnh trên mặt đầu 89

5.6.2 Nguyên công 2 Khoan, doa lỗ 8,5 92

5.6.3 Nguyên công 3 Tiện mặt đáy, mặt ngoài 32, rãnh xéc măng 94

5.6.4 Nguyên công 4 Khoan doa các lỗ trả mạnh và lỗ nén nhẹ 5.6.5 Nguyên công 5 Vát mép các lỗ van 102

5.6.6 Nguyên công 6 Kiểm tra 103

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô là phương tiện vận tải có vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tếquốc dân, vì nó có những ưu điểm đặc biệt hơn hẳn các loại phương tiện vận tảikhác: thông dụng, đơn giản, dễ sử dụng và có tính cơ động cao được ứng dụngrộng rãi trong tất cả các lĩnh vực dân sự cũng như quốc phòng Cùng với sự pháttriển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nền công nghiệp ô tô trên thế giới pháttriển ngày càng cao, đã cho ra đời nhiều loại xe ô tô hiện đại phục vụ cho nhucầu và mục đích sử dụng của con người Việc thiết kế các hệ thống, các cụm chitiết trên ôtô, cũng như đánh giá chất lượng làm việc của chúng ngày càng đượcquan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng của ôtô

Hệ thống treo trên ôtô có vai trò hết sức quan trọng, nó góp phần nâng cao

độ êm dịu và an toàn chuyển động của ôtô Có rất nhiều hệ thống treo với cấutạo, chức năng và công dụng khác nhau, mỗi loại lại có các ưu, nhược điểmriêng Vì vậy việc thiết kế một hệ thống treo phù hợp với các thông số kết cấucủa xe sẽ nâng cao tính tiện nghi và độ êm dịu cho xe Bên cạnh quá trình thiết

kế, để đánh giá hệ thống treo thì việc đánh giá chất lượng dao động của hệ thốngtreo cũng góp phần không nhỏ trong quá trình kiểm định thiết kế cũng như đánhgiá sự phù hợp giữa thông số cơ bản, thông số kết cấu và điều kiện chuyển độngthực tế của ôtô trên đường

Hiện nay phương pháp mô phỏng số đang được sử dụng rộng rãi đểnghiên cứu các cơ hệ đặc biệt là hệ dao động của ô tô Cùng với sự phát triểncủa máy tính, quá trình mô phỏng đã thể hiện được tính ưu việt của nó, đặc biệt

là có thể mô tả được cả các hệ phi tuyến cũng như các quá trình vật lý phức tạp

Trong thời gian vừa qua có nhiều tác giả trong và ngoài nước đã đề cậpđến vấn đề nghiên cứu dao động của ô tô, tuy nhiên do tính phức tạp của vấn đề

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

này, phần lớn tác giả đã phải sử dụng giả thiết đơn giản hoá để chuyển hệ daođộng thực tế về hệ dao động tuyến tính hoặc phi tuyến yếu

Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã có rất nhiều phầnmềm tính toán với khả năng ứng dụng cao Thực tế đã cho thấy Matlab -Simulink là một trong những phần mềm có khả năng ứng dụng rất cao trong việcgiải các bài toán kỹ thuật bằng các tính năng chuyên biệt như: lập trình, xử lý số

và đồ hoạ để mô phỏng, phân tích một hệ thống động

Xuất phát từ những yêu cầu trên chúng em đã lựa chọn đề tài: Thiết kế hệ

thống treo và mô phỏng dao động xe 12 chỗ ngồi

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Võ Văn Hường cùngcác thầy trong bộ môn ô tô đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo trong quá trình thựchiện đồ án

Em xin cám ơn ! Sinh viên:

Đoàn Khắc Quang

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về sự phát triển công nghiệp ô tô Việt Nam

1.1.1 Tình hình phát triển 10 năm qua, quan điểm phát triển trong tương lai

Từ khi thực hiện chính sách đổi mới, mở cửa nền kinh tế Việt Nam đã có

sự tăng trưởng mạnh mẽ của các ngành kinh tế, đời sống của nhân dân đượcnâng cao Trong xu thế phát triển chung đó ngành công nghiệp ôtô Việt Namcũng không ngừng phát triển trở thành một trong những ngành kinh tế mũi nhọn.Trong thực tế ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đã có từ khá lâu nhưng thực sựmới phát triển trong vòng 15 năm trở lại đây và phát triển trên cơ sở nội lực liêndoanh liên kết

Hiện nay, nền công nghiệp ôtô Việt Nam cơ bản gồm có 3 thành phần:+ Các công ty liên doanh ôtô: Bao gồm các liên doanh của các công ty ôtônổi tiếng thế giới như: Liên doanh Toyota Việt Nam, Huyndai Việt Nam, FordViệt Nam, Vidamco, Nissan

+ Các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ôtô phát triển trên cơ sở các công ty

cơ khí quốc doanh: Công ty ôtô Hoà Bình, công ty ôtô 1-5, công ty ôtô 3-2

+ Các doanh nghiệp tư nhân: Doanh nghiệp tư nhân Xuân Kiên, Công tyôtô Trường Hải, công ty TNHH ôtô Chiến Thắng Trong đó có gần 20 cơ sởlắp ráp ôtô, gần 20 cơ sở sản xuất thân xe, rơmooc và hơn 60 cơ sở sản xuất phụtùng xe

Trong những năm gần đây nền công nghiệp ôtô Việt Nam có nhữngchuyển biến tích cực đó là việc tham gia ngày càng nhiều của các công ty tưdoanh, họ cũng rất mạnh dạn trong việc đầu tư không chỉ trong lĩnh vực lắp ráp

mà còn đầu tư trong việc mua dây chuyền công nghệ của các nước khác nhưNhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, như công ty Xuân Kiên, công ty ôtô Chiến

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

Thắng Đồng thời có sự tăng trưởng mạnh mẽ các nhà máy sản xuất phụ tùngôtô cung cấp cho các nhà máy lắp ráp ôtô trong nước và tiến tới xuất khẩu ra thịtrường trong khu vực

Mặc dù đã có sự phát triển nhưng cho đến nay thực tế sự phát triển củanền công nghiệp ôtô Việt Nam vẫn là trong lĩnh vực lắp ráp thuần tuý Trong khi

đó thì chất lượng ôtô lại chỉ ở mức trung bình, tỷ lệ nội địa hoá chưa đạt, côngnghệ vẫn còn rất hạn chế Ngoài ra, do nền kinh tế của đất nước đang trên đàphát triển, cơ sở hạ tầng giao thông ngày càng được cải thiện đáng kể, đời sốngcủa nhân dân cũng ngày càng được nâng cao thì nhu cầu sử dụng ôtô của thịtrường trong nước ngày càng tăng Số lượng xe ôtô đưa vào sử dụng trongnhững năm qua ngày càng tăng mạnh tuy nhiên vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầucủa thị trường trong nước

Sau nhiều năm Chính Phủ đã định hình được ở Việt Nam có 4 tổng công

ty đầu mối về sản xuất ôtô đó là: VINAMOTOR, VEAM, VINACOAL vàSAIGONMOTOR bao quát tất cả những loại xe cần thiết Để định hướng chonền công nghiệp ôtô Việt Nam phát triển trong những năm tới Chính Phủ và đặcbiệt là Bộ Công Nghiệp và một số ngành có liên quan đã đưa ra những chínhsách, giải pháp để phấn đấu đến năm 2020 công nghiệp ô tô Việt Nam sẽ trởthành một ngành công nghiệp quan trọng của đất nước có khả năng đáp ứng ởmức cao nhất nhu cầu của thị trường trong nước, tham gia vào thị trường khuvực và thế giới

1.1.2 Chính sánh nội địa hoá và phát triển công nghiệp ô tô trong nước

a Quan điểm cơ bản về phát triển ngành công nghiệp ôtô

- Công nghiệp ôtô là ngành công nghiệp quan trọng, cần được ưu tiên pháttriển để phục vụ có hiệu quả trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa vàcủng cố an ninh quốc phòng của đất nước

- Phát triển ngành công nghiệp ôtô Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu trongnước đồng thời tạo động lực cho các ngành công nghiệp hỗ trợ khác phát triển,từng bước nâng cao khả năng xuất khẩu phụ tùng ôtô sang các nước trong khuvực và thế giới

- Phát triển ngành công nghiệp ôtô trên cơ sở đẩy mạnh quá trình liêndoanh, liên kết trong nước và phân công hợp tác quốc tế Tổ chức sản xuất theohướng chuyên môn hóa cao trên cơ sở hình thành các khu công nghiệp phụ trợlàm vệ tinh cho các doanh nghiệp lớn sản xuất và lắp ráp ôtô.

- Phát triển ngành công nghiệp ôtô với phương châm đi tắt đón đầu trên

cơ sở tiếp thu công nghệ tiên tiến của thế giới kết hợp với việc đẩy mạnh hoạtđộng nghiên cứu phát triển trong nước và tận dụng có hiệu quả cơ sở vật chất,trang thiết bị sẵn có nhằm nhanh chóng đáp ứng nhu cầu trong nước

- Phát triển ngành công nghiệp ôtô phải phù hợp với chính sách tiêu dùngcủa đất nước và phải đồng bộ với việc phát triển hệ thống hạ tầng giao thông,các yêu cầu về bảo vệ và cải thiện môi trường

Để đẩy nhanh quá trình phát triển nền công nghiệp ôtô Việt Nam, đồngthời tạo động lực cho các ngành công nghiệp hỗ trợ khác phát triển thì Bộ CôngNghiệp đã có những định hướng phát triển cụ thể trong giai đoạn từ nay đếnnăm 2020 như:

- Tập trung sản xuất các loại ôtô thông dụng và ôtô chuyên dùng hiện đạiđang có nhu cầu lớn trong nước

- Ưu tiên đầu tư vào lĩnh vực sản xuất phụ tùng ôtô, khuyến khích phát triển những ngành công nghiệp hỗ trợ nhằm phục vụ hiệu quả nhu cầu trong nước và xuất khẩu phụ tùng ôtô ra nước ngoài

- Các dự án sản xuất động cơ ôtô thuộc chương trình cơ khí trọng điểm sẽđược giao cho các doanh nghiệp nhà nước để đảm bảo tập trung nguồn lực,tránh phân tán, tạo thuận lợi cho khả năng cung cấp cho thị trường

- Kết hợp phương thức sản xuất lắp ráp ban đầu với việc từng bước nângcao khả năng chế tạo trong công nghiệp ôtô Việt Nam Khuyến khích tăng tỷ lệnội địa hóa trong công nghiệp phụ tùng ôtô

- Trước mắt không phát triển thêm các doanh nghiệp sản xuất ôtô cao cấp.Các doanh nghiệp trong nước sản xuất và lắp ráp ôtô khi xây dựng các dự ánđầu tư mới đều phải thực hiện đầy đủ các nguyên tắc lựa chọn các dự án đầu tư

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

đã được xác lập trong Quy hoạch phát triển công nghiệp ôtô 2004 - 2010, tầmnhìn 2020

- Coi trọng đầu tư vào khâu tư vấn thiết kế và chuyển giao công nghệtrong công nghiệp ôtô nhằm nâng cao năng lực cho ngành, đẩy mạnh công tácxúc tiến thương mại để hỗ trợ và khuyến khích các doanh nghiệp xuất khẩu phụtùng ôtô

b Mục tiêu phát triển

Phát triển ngành công nghiệp ôtô Việt Nam trên cơ sở tiếp thu và ứngdụng công nghệ tiên tiến của thế giới kết hợp khai thác và từng bước nâng caocông nghệ và thiết bị hiện có, đáp ứng phần lớn nhu cầu thị trường về phụ tùng

và ôtô trong nước, hướng tới xuất khẩu phụ tùng và ôtô

Về các loại xe thông dụng ( xe tải nhỏ, xe khách, xe con ): Đạt tỷ lệ nộiđịa hoá 60% và đáp ứng trên 80% nhu cầu trong nước về số lượng vào năm

2015 ( riêng phần động cơ phấn đấu đạt tỷ lệ nội địa hoá 50% và hộp số đạt 90%)

Về các loại xe chuyên dùng: Đạt tỷ lệ 60% tỷ lệ nội địa hoá và đáp ứngkhoảng 60% nhu cầu trong nước về số lượng

Các loại xe du lịch do liên doanh hoặc doanh nghiệp trong nước sản xuấtđạt tỷ lệ nội địa hoá là 40-45% vào năm 2010

Các loại xe xe tải, xe khách cao cấp đạt tỷ lệ nội địa hoá 35-40% và đápứng 80% nhu cầu thị trường trong nước vào năm 2010

Đồng thời phấn đấu xuất khẩu phụ tùng ôtô đạt 5-10% giá trị tổng sảnlượng của ngành vào năm 2010 và nâng dần giá trị kim ngạch xuất khẩu cho đếngiai đoạn tiếp theo

Ngoài những yêu cầu đạt ra cho ngành công nghiệp sản xuất ôtô ViệtNam thì Chính Phủ có những giải pháp và chính sách hỗ trợ sau:

+ Các chính sách về thuế đối với ôtô, linh kiện phụ tùng ôtô

+ Các chính sách và giải pháp về thị trường

+ Bảo vệ thị trường

+ Tạo lập thị trường

+ Các chính sách và giải pháp về đầu tư.

+ Chính sách và giải pháp về khoa học và công nghệ

+ Chính sách và giải pháp về nguồn nhân lực

+ Các chính sách và giải pháp về huy động vốn

+ Các chính sách và giải pháp về quản lý ngành

+ Tổ chức thực hiện

c Đặc điểm thị trường ôtô Việt Nam

Thị trường ôtô Việt Nam có thể chia làm 2 loại cơ bản như sau:

- Với thị trường xe du lịch: Đây là thị trường có yêu cầu rất cao đòi hỏi xephải có chất lượng cao kiểu dáng đẹp, tiện nghi hiện đại vì xe phục vụ cho dulịch và mục đích trang trí vui chơi Thị trường này dành cho giới thượng lưu vàcác cơ quan doanh nghiệp chuyên chỉ phục vụ cho công việc đi lại của lãnh đạonên nhu cầu ngày càng phát triển mạnh khi nền kinh tế phát triển Nhưng trongđiều kiện hiện nay thì khi công nghệ của các nhà máy ôtô Việt Nam chưa thểđáp ứng được yêu cầu thì thị phần này chủ yếu dành cho các công ty liên doanhvới nước ngoài có công nghệ tiên tiến và xe nhập khẩu

- Với thị trường xe thương mại: Xe phục vụ cho mục đích kinh doanh vậntải như: xe buýt, xe vận tải hàng hoá, xe chuyên dùng… Đây được đánh giá làthị trường nhiều tiềm năng và rộng lớn, đồng thời có thể coi là vừa sức với cácnhà máy ôtô Việt Nam trong giai đoạn hiện nay Trong xu thế dịch vụ vận tảihành khách công cộng và dịch vụ vận tải hàng hoá ngày càng cao, đặc biệt làloại hình xe búyt và xe vận tải cỡ nhỏ phù hợp cho các vùng đô thị và nông thônvận tải cung đường ngắn, số lượng ít Hàng năm có hàng nghìn xe hết niên hạn

sử dụng và lộ trình xe quá đát Chính phủ đòi hỏi một lượng không nhỏ xe tảinhỏ, xe khách để thay thế Đây là một thị trường đầy sức hấp dẫn để côngnghiệp ôtô Việt Nam đầu tư phát triển chiếm lĩnh thị trường đặc biệt là doanhnghiệp nhà nước và doanh nghiệp tư nhân

Theo dự báo của Bộ công nghiệp năm 2010, nhu cầu ôtô của Việt Nam sẽvào khoảng 100.000 xe/năm Để thực hiện mục tiêu này, Bộ công nghiệp đangsoạn thảo kế hoạch phát triển ngành ôtô Việt Nam Theo đó, Bộ sẽ kiến nghị với

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

Chính phủ cho vay ưu đãi đối với các doanh nghiệp đầu tư sản xuất ôtô giá rẻ,giảm thuế nhập khẩu đối với các linh kiện mà trong nước chưa sản xuất được

Tóm lại thị trường ôtô Việt Nam là thị trường mở, đầy tiềm năng có tácđộng tích cực thúc đẩy ngành sản xuất ôtô Việt Nam đầu tư phát triển, đặc biệt

là đầu tư phát triển các nhà máy sản xuất, lắp ráp xe Minibus và xe tải nhỏ đápứng nhu cầu thị trường trong nước và tiến tới xuất khẩu sang khu vực và thếgiới

1.2 Tổng quan về hệ thống treo

1.2.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo

Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe vàkhung xe hoặc vỏ xe Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chứcnăng chính sau đây:

+ Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theophương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êmdịu”, hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn

có khác của bánh xe như lắc ngang, lắc dọc

+ Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc

và lực bên

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

+ Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹthuật của xe (xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau)

+ Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định

+ Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chínhcủa hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏngcác 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 xe con và xe minibus chúng ta cần phải quan tâm đến các yêu cầusau:

+ Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn

+ Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ

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

Trên xe Autobiantri nhíp có thể thay thế cho đòn ngang trên của hệ thốngtreo Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn giản rẻ tiềnnhưng lại có nhược điểm là thùng xe ở trên cao nên chiều cao trọng tâm xe sẽlớn ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn định khi xe chuyển động

b Thanh xoắn

Thanh xoắn là 1 thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó đểcản lại sự xoắn Một đầu thanh xoắn được ngàm vào khung hay 1 dầm nào đócủa xe, đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn của hệ thống treo

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

Trên một số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục cầu chủ động người tadùng thanh xoắn thường được gây tải trước ( có ứng suất dư) do đó nó chỉ thíchhợp cho một chiều làm việc Trên các thanh xoắn ở 2 phía đều phải đánh dấu đểtránh nhầm lẫn khi lắp ráp

Sử dụng thanh xoắn có các đặc điểm sau:

sẽ bị nén lại và hấp thụ năng lượng va đập, còn phần giữa lò xo có độ cứng lớnhơn sẽ đủ cứng để chịu tải lớn

độ bền với nhíp thì lò xo trụ có Hình 1.1 - Cấu tạo lò so

khối lượng nhỏ hơn nhíp và tuổi thọ cao hơn nhíp

kết cấu phức tạp hơn do nó còn phải bố trí thêm hệ thống đòn dẫn hướng để dẫnhướng 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 tínhđàn hồi khi bị nén Hệ thống treo loại khí được sử dụng tốt ở các ôtô có trọnglượng phần lớn được thay đổi khá lớn như ở ôtô 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 thayđổi áp suất không khí bên trong phần tử đàn hồi Giảm độ cứng của hệ thốngtreo 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 lênbuồng 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 suấtv v

Hiện nay bộ phận đàn hồi được làm có xu hướng “mềm mại” hơn nhằmtạo điều kiện cho bánh xe lăn “êm” trên mặt đường Đồng thời người ta dùngcác bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi độ cứng trong một giới hạn rộng Khi

xe chạy ít tải, độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, khi tăng tải thì độ cứng cần phải

có giá trị lớn Chính vì vậy mà cần phải có thêm các bộ phận đàn hồi phụ như:nhíp phụ, vấu tỳ bằng cao su biến dạng, đặc biệt là các bộ phận đàn hồi có khảnăng thay đổi tự động độ cứng theo tải trọng kết hợp với các bộ phận thay đổichiều cao trọng tâm của xe

1.2.2.2 Bộ phận dẫn hướng

Bộ phận dẫn hướng có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và cácmômen từ bánh xe lên khung hoặc thân xe Nó có thể có những chi tiết khácnhau tùy thuộc hệ thống treo phụ thuộc hay độc lập, phần tử đàn hồi là nhíp, lò

xo hay thanh xoắn

Quan hệ của bánh xe với khung xe khi thay đổi vị trí theo phương thẳngđứng được gọi là quan hệ động học Khả năng truyền lực ở mỗi vị trí được gọi

là quan hệ động lực học của hệ treo

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

1.2.2.3 Bộ phận giảm chấn

Trên xe ôtô 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 nềnđường không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiệnnghi cho người sử dụng

+ Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làmtốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

+ Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, khảnăng an toàn khi chuyển động

Để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động giảm chấn sẽ biến đổi cơnăng thành nhiệt năng nhờ ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu

Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụnghai chiều ở cấu trúc hai lớp

Buồng C được gọi là buồng bù chất lỏng, trong C chỉ điền đầy một nửabên trong là chất lỏng, không gian còn lại chứa không khí có áp suất bằng ápsuất 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

Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo như sau:

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 sangkhoang 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 trìnhlàm việc

ở hành trình trả bánh xe đi xa khung xe, thể tích buồng B tăng do đó ápsuất giảm, chất lỏng qua van (II, III) vào B, không khí ở buồng bù giãn ra, đẩychất lỏng nhanh chóng điền đầy vào khoang B

Trong quá trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng bao giờ cũng cócác lỗ van lưu thông thường xuyên Cấu trúc của nó tuỳ thuộc vào kết cấu cụthể 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.

Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết diện rất nhỏ tạo nên lực ma sát làmcho nóng giảm chấn lên Nhiệt sinh ra truyền qua vỏ ngoài (8) và truyền vàokhông khí để cân bằng năng lượng

+ Ưu điểm của giảm chấn hai lớp có độ bền cao, giá thành hạ làm việc tincậy ở cả hai hành trình, trọng lượng nhẹ

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

+ Nhược điểm là khi làm việc ở tần số cao có thể xảy ra hiện tượng khôngkhí lẫn vào chất lỏng làm giảm hiệu quả của giảm chấn

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, chấtlỏng chảy xuống dưới piston áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi không lớn vàdao động xung quanh vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu, nhờvậy mà tránh được hiện tượng tạo bọt khí, là một trạng thái không an toàn cho

sự làm việc của giảm chấn Trong quá trình làm việc piston ngăn cách 4 dichuyển 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, tránhđược hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho áp suấtthay 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 ưuđiểm sau:

+ Khi có cùng đường kính ngoài, đường kính của cần piston có thể làmlớn 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 bốtrí 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 trảmạnh

+ Có tính công nghệ thấp, bao kín không tốt

+ Tuổi thọ của phớt và độ mòn của piston với ống dẫn hướng cao

1.2.2.4 Thanh ổn định

Trên các loại xe con ngày nay thanh ổn định hầu như đều có Trongtrường hợp xe chạy trên nền đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới tácdụng của lực li tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽlàm cho tăng độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bêncủa bánh xe với mặt đường Thanh ổn định có tác dụng khi xuất hiện sự chênhlệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịutải nhiều sang bên cầu chịu tải ít hơn Cấu tạo chung của nó có dạng chữ U, mộtđầu chữ U được nối với phần không được treo, còn đâu kia được nối với thân(vỏ) xe, các đầu nối này dùng ổ đỡ bằng cao su

1.2.2.5 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 giảmchấn Vấu cao su vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình của piston nhằm hạn chếhành trình làm việc của bánh xe

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

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

1.2.3 Phân loại hệ thống treo

Từ các cách bố trí các bộ phận trên theo các cách khác nhau sẽ tạo ra 2nhóm chính là hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc:

a) b)

Hình 1.4 - Sơ đồ hệ treo

a) Hệ thống treo phụ thuộc; b) Hệ thống treo độc lập.

1- Thùng xe; 2- Bộ phận đàn hồi; 3- Bộ phận giảm chấn;

4- Dầm cầu; 5 - Các đòn liên kết của hệ treo.

+ Đối với hệ treo này thì do bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn nên phải dùngthêm hai đòn dọc dưới và một hoặc hai đòn dọc trên Đòn dọc dưới được nối vớicầu, đòn dọc trên được nối với khớp trụ (hình 1.5) Để đảm bảo truyền được lựcngang và ổn định vị trí thùng xe so với cầu người ta cũng phải dùng thêm “đònPanhada”, một đầu nối với cầu còn đầu kia nối với thùng xe

Cấu tạo của hệ thống treo phụ thuộc có những ưu nhược điểm như sau:

+ Nhược điểm:

- Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt là ở cầu chủ động nênkhi xe chạy trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên vàđập mạnh giữa phần không treo và phần treo làm giảm độ êm dịu chuyển động

- Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu

có thể thay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm lớn

- Sự nối cứng bánh xe 2 bên bờ dầm liên kết gây nên hiện tượng xuất hiệnchuyển vị phụ khi xe chuyển động

+ Ưu điểm:

- Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy khôngxảy ra hiện tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập.

- Khi chịu lực bên (lực li tâm, lực gió bên, đường nghiêng) 2 bánh xe liênkết cứng bởi vậy hạn chế hiện tượng trượt bên bánh xe

- Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa

- Giá thành thấp

1.2.3.2 Hệ thống treo độc lập

Đặc điểm của hệ thống treo này là:

- Hai bánh xe không lắp trên một dầm cứng mà là lắp trên loại cầu rời, sựchuyển dịch của 2 bánh xe không phụ thuộc vào nhau (nếu như coi thùng xeđứng yên)

- Mỗi bên bánh xe được liên kết bởi các như vậy sẽ làm cho khối lượngphần không được treo nhỏ như vậy mô men quán tính nhỏ do đó xe chuyển động

êm dịu

- Hệ treo này không cần dầm ngang nên khoảng không gian cho nó dịchchuyển chủ yếu là khoảng không gian 2 bên sườn xe như vậy sẽ hạ thấp đượctrọng tâm của xe và sẽ nâng cao được vận tốc của xe

Trong hệ thống treo độc lập còn được phân ra các loại sau :

a Dạng treo 2 đòn ngang:

Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang bao gồm 1 đòn ngang trên, một đònngang dưới Mỗi đòn không phải chỉ là 1 thanh mà thường có cấu tạo hình tamgiác hoặc hình thang Cấu tạo như vậy cho phép các đòn ngang làm được chứcnăng của bộ phận hướng

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

Hình 1.6 - Sơ đồ nguyên lý của hệ

treo 2 đòn ngang

Các đầu trong được liên kết với khung, vỏ bằng khớp trụ Các đầu ngoàiđược liên kết bằng khớp cầu với đòn đứng Đòn đứng được nối cứng với trụcbánh xe Bộ phận đàn hồi có thể nối giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới.Giảm chấn cũng đặt giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới Hai bên bánh xeđếu dùng hệ treo này và được đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc giữa xe

b Dạng treo Mc.Pherson

Hệ treo này chính là biến dạng của hệ treo 2 đòn ngang nếu coi đòn ngangtrên có chiều dài bằng 0 và đòn ngang dưới có chiều dài khác 0 Chính nhờ cấutrúc này mà ta có thể có được khoảng không gian phía trong xe để bố trí hệthống truyền lực hoặc khoang hành lý Sơ đồ cấu tạo của hệ treo trên hình 1.7bao gồm: đòn ngang dưới, giảm chấn đặt theo phương thẳng đứng làm nhiệm vụcủa trụ xoay đứng có một đầu được bắt khớp cầu với đầu ngoài của đòn ngangtại B, đầu còn lại được bắt vào khung xe Bánh xe được nối cứng với vỏ giảmchấn Lò xo được đặt lồng vào giữa vỏ giảm chấn và trục giảm trấn

Hình 1.7 - Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson.

Nếu ta so sánh với hệ treo 2 đòn ngang thì hệ treo Mc.Pherson kết cấu ítchi tiết hơn, không chiếm nhiều khoảng không và có thể giảm nhẹ được trọnglượng kết cấu Nhưng nhược điểm chủ yếu của hệ treo Mc.Pherson là do giảmchấn vừa phải làm chức năng của giảm chấn lại vừa làm nhiệm vụ của trụ đứngnên trục giảm chấn chịu tải lớn nên giảm chấn cần phải có độ cứng vững và độbền cao hơn do đó kết cấu của giảm chấn phải có những thay đổi cần thiết

A

Hình 1.8 - Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson

Trong hệ thống treo nói chung, và hệ treo của cầu dẫn hướng nói riêngcác góc đặt bánh xe có một ý nghĩa vô cùng quan trọng Chúng phải đảm bảocho việc điều khiển nhẹ nhành, chính xác, không gây lực cản lớn cũng như làmmòn lốp quá nhanh

Trong quá trình chuyển động bánh xe luôn luôn dao động theo phươngthẳng đứng, sự dao động này kéo theo sự thay đổi góc nghiêng ngang của bánh

xe, trụ xoay dẫn hướng và khoảng cách giữa hai vết bánh xe (hình 1.8-a), độchụm trước của bánh xe (hình 1.8-c) và góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng(hình 1.8-b) Các quan hệ giữa các thông số đó phụ thuộc vào sự chuyển vị củabánh xe theo phương thẳng đứng đó là mối quan hệ động học của hệ treo

c Hệ treo 2 đòn dọc

Hệ treo hai đòn dọc (hình vẽ 1.9) là hệ treo độc lập mà mỗi bên có mộtđòn dọc Các đòn dọc thường được bố trí song song sát hai bên bánh xe Mộtđầu của đòn dọc được gắn cố định với moayơ bánh xe, đầu còn lại liên kết bản

lề với khung hoặc dầm ôtô Lò xo và giảm chấn đặt giữa đòn dọc và khung Đòn

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

dọc vừa là nơi tiếp nhận lực ngang, lực dọc, và là bộ phận dẫn hướng Do phảichịu tải trọng lớn nên nó thường được làm có độ cứng vững tốt

Hình 1.9 - Sơ đồ nguyên lý hệ treo hai đòn dọc

Đồng thời đòn dọc đòi hỏi cần phải có độ cứng vững lớn, nhằm mục đíchchịu được các lực dọc, lực bên và chịu mômen phanh lớn

Do có kết cấu như vậy, nên hệ treo này chiếm ít không gian và đơn giản

về kết cấu, giá thành hạ Hệ treo này thường được bố trí cho cầu sau bị động, khimáy đặt ở phía trước, cầu trước là cầu chủ động

d Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết

Hệ treo đòn dọc có thanh liên kết xuất hiện trên xe con vào những năm 70cùng với sự hoàn thiện kết cấu cho các xe có động cơ và cầu trước chủ động.Theo cấu trúc của nó có thể phân chia thành loại treo nửa độc lập và treo nửaphụ thuộc Theo khả năng làm việc của hệ treo, tuỳ thuộc vào độ cứng vững củađòn liên kết mà có thể xếp là loại phụ thuộc hay độc lập ở đây hệ treo được

phân loại là treo độc lập tức là đòn liên kết có độ cứng nhỏ hơn nhiều so với độcứng của dầm cầu phụ thuộc.

Hình 1.10 - Sơ đồ nguyên lý hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết.

Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết (hình vẽ 1.10) có đặc điểm là haiđòn dọc được nối cứng với nhau bởi một thanh ngang Thanh ngang liên kếtđóng vai trò như một thanh ổn định như đối với các hệ treo độc lập khác Cũnggiống như các hệ treo độc lập khác, hệ treo đòn dọc có thanh liên kết bộ phậnđàn hồi của nó có thể là lò xo trụ xoắn Lò xo được đặt giữa khung và đòn dọc

Để tiết kiệm không gian, lò xo thường được lồng vào giảm chấn

e Hệ treo đòn chéo

Hệ thống treo trên đòn chéo là cấu trúc mang tính trung gian giữa hệ treođòn ngang và hệ treo đòn dọc Bởi vậy sử dụng hệ treo này cho ta tận dụngđược ưu điển của hai hệ treo trên và khắc phục được một số nhược điểm củachúng Đặc điểm của hệ treo này là đòn đỡ bánh xe quay trên đường trục chéo

và tạo nên đòn chéo trên bánh xe

1

4 5

6

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

1-Dầm cầu;

2- Đòn chéo;

3- Các đăng.

Hình 1.11 - Sơ đồ hệ treo đòn chéo

Trong hệ treo đòn chéo (hình vẽ 1.11) chi tiết đàn hồi phần lớn là lò xoxoắn ốc Ngoài ra đối với hệ treo này, người ta còn hay dùng thêm thanh ổn định

để làm tăng sự êm dịu trong quá trình chuyển động

So với các hệ treo đã xét ở trên thì hệ treo đòn chéo có đặc điểm nổi bật ởchỗ: khi bánh xe dao động theo phương thẳng đứng thì cũng kéo theo sự thayđổi khoảng cách giữa hai vết bánh xe, góc nghiêng ngang, nhưng sự thay đổi đónhỏ hơn các loại đã xét ở trên Riêng độ chụm trước cửa bánh xe thì thay đổikhông đáng kể

Hiện nay trên thị trường trong nước và thế giới đang sử dụng nhiều loại

hệ thống treo rất đa dạng và phong phú, với đủ mẫu mã và chủng loại Nhưngđối với ôtô con hiện đại ngày nay người ta thường hay sử dụng các loại hệ thốngtreo độc lập cho hệ treo trước như: hệ thống treo hai đòn ngang, hệ thống treoMc.Pherson, hệ thống treo đòn dọc, đòn chéo là những loại có cấu tạo đơngiản, ít số chi tiết, khối lượng phần không được treo nhỏ, giá thành hạ, dễ tháolắp sửa chữa và bảo dưỡng Còn treo sau thì đa số là dùng hệ treo phụ thuộcnhưng cũng có không ít xe dùng hệ thống treo độc lập

=> lựa chọn phương án thiết kế

+ Cầu trước: Hệ thống treo với nhíp nằm ngang và giảm chấn

+ Cầu sau: Hệ treo nhíp đặt dọc và giảm chấn

1.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động

Khi ô tô chuyển động trên đường dao động xuất hiện trong toàn bộ hệthống của xe dưới tác động kích thích của các mấp mô biên dạng đường.Daođộng của ô tô ảnh hưởng đến bản thân người lái và hành khách, hàng hoáchuyên chở trên xe, độ bền, tuổi thọ của các kết cấu ô tô Nghĩa là trong quátrình chuyển động ô tô luôn bị dao động, với thời gian kéo dài sẽ gây ra mệt mỏivới người lái và hành khách, làm giảm hiệu suất công việc, có thể gây ra nguy

cơ mắc bệnh thần kinh và não dẫn đến mất phản ứng linh hoạt và điều khiểnchính xác gây ra tai nạn giao thông

Vì vậy khi nói đến dao động của ô tô theo quan điểm của chế độ sử dụngthì: độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảohạn chế các tác động của dao động có ảnh hưởng xấu tới con người, hàng hoá vàcác kết cấu của ô tô

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì dao động của ô tô gây ra sựthay đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặtđường Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì

sẽ làm giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc, ngang( Lực kéo, lực phanh, lựcbám ngang), dẫn đến hiện tượng tách bánh khỏi đường gây mất an toàn khi xe

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

chuyển động, phanh và quay vòng còn khi giá trị phản lực này tăng thì sẽ làmtăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường và ngược lại với các kết cấu củaxe

Từ các khái niệm trên để có thể đánh giá chất lượng xe một cách kháchquan, chính xác cần phải nghiên cứu và phát triển lý thuyết dao động trong tất cảlĩnh vực liên quan Nghiên cứu tổng quát về dao động xe đó là giải quyết mốiquan hệ “Đường-Xe-Người”

dao động có chất lượng tốt, các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao trình

độ công nghệ thiết kế, cải tiến ô tô, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và năngsuất vận chuyển của ô tô trong nền kinh tế quốc dân

1.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động

Các tính chất dao động của ô tô thường được đánh giá theo 2 quan điểm:

- Đánh giá theo quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốcdao động có tính chất quyết định vì nó tác dụng lên lái xe và hành khách

- Theo quan điểm về độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuốngnền thì giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đường là thông số mang tínhchất quyết định

a- Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, các nước có nền côngnghiệp ô tô phát triển hàng đầu trên thế giới đã đưa đưa ra các chỉ tiêu đánh giá

độ êm dịu khác nhau.Dựa vào các công trình nghiên cứu của nước ngoài và cáctài liệu của viện khoa học kĩ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, đưa ra một số chỉtiêu đặc trưng cho độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau:

+ Chỉ tiêu về tần số:

Con người khi tham gia vào giao thông cũng là một hệ dao động, “đi lại”

là hoạt động thường xuyên của con người đã trở thành một thói quen Khi conngười đi lại tương đương với hệ thực hiện dao động, tuỳ thuộc vào hình dáng,trọng lượng riêng, thói quen từng người mà số lần bước trong một phút thườngtrong khoảng 60-90 bước, tương ứng với tần số dao động khoảng 1-1,5Hz Vậynên từ thói quen đó con người chịu dao động hợp lý trong khoảng tần số vừa nêutrên Khi đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô với các điều kiện mặt đườngcũng như kết cấu cụ thể thì tần số dao động của ô tô phải nằm trong giới hạn 1-1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh giá dao động của ô tô như sau:

- Đối với xe con(du lịch) n = 60:90 (dđ/ph)

- Đối với xe vận tải n = 100:120 (dđ/ph)

+ Chỉ tiêu về gia tốc dao động.

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

Chỉ tiêu này được xác định dựa trên cơ sở trị số bình phương trung bìnhcủa gia tốc theo các phương X, Y, Z là: X ,Y ,Z Chúng có các giá trị sau:

số tài liệu tham khảo các tác giả còn đưa ra một số chỉ tiêu khác đánh giá độ êmdịu chuyển động của ô tô

b Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường

Theo quan điểm về an toàn chuyển động(xét theo khía cạnh về tính điềukhiển) và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng đứnggiữa bánh xe với đường cũng là thông số quan trọng để đánh giá Lực động)

(t

F d xác định phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ô tô,vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường

Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị

số lớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của)

(t

F d để đánh giá, nếu F d (t) càng lớn thì sự ảnh hưởng do lực tác động tới lốp

xe và các bộ phận chi tiết của xe và nền đường càng bị tác động xấu nhiều hơn.Mặt khác để giảm sự ảnh hưởng của F d (t)thì trong trường hợp giảm tải trọngbánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nghĩa là làm giảm khả năng tiếp nhận lựctiếp tuyến(nhất là khi phanh) và lực ngang(quan trọng khi quay vòng) Trongtrường hợp đặc biệt bánh xe bị nảy khỏi mặt đường khi đó lực tác dụng từđường lên bánh xe sẽ bằng 0 và ô tô sẽ mất tính điều khiển Để đánh giá tínhchất dao động của ô tô theo quan điểm về an toàn chuyển động cần xác định tỉ

số giữa lực động F d (t) và tải trọng tĩnh của bánh xe là R t K:

K t

d

R F

K 

Khảo sát dao động của ô tô người ta quan tâm đến sự bám của lốp với mặtđường, nhằm đảm bảo dao động của ô tô thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịunhưng bánh xe vẫn phải bám đường, nếu không đạt 2 chỉ tiêu đó sẽ dẫn đến làmmất tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu

Giá trị gần đúng của lực tác dụng xuống nền đường có thể xác định nhưsau:

F d C L(   q)

Trong đó: C L: độ cứng của lốp

 : chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng

q : chiều cao mấp mô biên dạng đường

Có thể xác định giá trị tdmax-là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đốicủa bánh xe với đường theo biểu thức:

- Mục tiêu nghiên cứu

- Cấu trúc riêng của đối tượng nghiên cứu

- Khả năng tính toán và phương tiện tính toán

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật khả năng tính toán hầunhư không bị hạn chế(có nhiều phần mềm rất mạnh hỗ trợ tính toán), nên chủyếu khi chọn và lập mô hình thường căn cứ vào mục tiêu và đặc điểm kết cấucủa đối tượng

Về mục tiêu nghiên cứu có thể bao hàm các vấn đề sau:

1 Nghiên cứu tối ưu hệ treo, kể cả hệ treo tích cực Đối vớimục tiêu này thì mô hình 1/4 là đủ

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

2 Nghiên cứu về dao động liên kết, thường dùng mô hìnhphẳng; mô hình phẳng cũng còn dùng để nghiên cứu ảnh hưởng củađường

3 Nghiên cứu sự trượt và lật dưới tác động của ngoại lực nhưđường mấp mô, gió bên nên thưòng sử dụng mô hình 1/2

Sau đây là một số mô hình cơ bản được trình bày trong nhiều tài liệu củacác tác giả nổi tiếng

Hình 1.13 - Mô hình 1/4

Để có thể chuyển mô hình vật lý thành mô hình động lực học hệ dao động

ô tô, cần phải có một số giả thiết nhằm đơn giản cho việc tính toán nhưng vẫn



M 1T

đảm bảo tính đúng đắn của kết quả Quá trình nghiên cứu trong mô hình 1/4 chỉxét dao động của một trong bốn bánh xe, dao động của hệ là nhỏ, tuyến tính,xung quanh vị trí cân bằng tĩnh, bánh xe lăn không trượt và luôn tiếp xúc vớiđường

Mô hình 1/4 có thể dùng để chọn tối ưu các thông số như độ cứng lốp, khốilượng không được treo m, độ cứng C và hệ số cản giảm chấn K theo các hàmmục tiêu vừa nêu trên

Trong quá trình nghiên cứu các hệ số C và K có thể được mô tả phi tuyến:

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

Hình 1.14 - Mô hình 1/2

c Mô hình dao động liên kết

Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ô tô 2 cầu ở dạng môhình phẳng, có nghĩa là ô tô được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe và xem

độ mấp mô của biên dạng đường ở dưới bánh xe trái và phải là như nhau.Khốilượng treo được qui dẫn về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng M(đại diện cho khối lượng được treo là thân xe) và m1, m2( đại diện cho khốilượng không được treo là cầu xe) với 4 bậc tự do là Z,, ξ 1 , ξ 2

Hình 1.15 - Mô hình phẳng dao động ô tô 2 cầu

Mô hình này hiệu quả với bài toán bố trí chung, và là mô hình đơn giảnkhi nghiên cứu về đường và phân bổ tải khi phanh

d Mô hình không gian xe con

Mô hình không gian xe con được Kortum/ Lugner đưa ra như trong hình 1.4 Xe con có khối lượng bé, nhưng lại có yếu tố phi tuyến hình học và vật lý lớn nên không thể bỏ qua khi lập mô hình Đặc điểm kết cấu là vỏ chịu lực, treo độc lập có yếu tố phi tuyến hình học cao

2

L2 L1

tả những yếu tố gây dao động, và thường được mô tả dưới dạng các hàm biêndạng sau:

j k

i t t f h

- Hàm dao động ngẫu nhiên: hf

 



 



Với mf: giá trị trung bình

Rf: Hàm quan hệ

: Thời gian tương quan

Việc chọn loại kích động nào thì phụ thuộc cụ thể vào từng mục tiêunghiên cứu Nếu nghiên cứu về ảnh hưởng của đường thì buộc phải dùng hàmkích động ngẫu nhiên Còn nếu tối ưu hệ treo thì dùng hàm sin và xung là đủ

Theo quan niệm bây giờ, ngoài mấp mô của đường là yếu tố gây daođộng, còn có các yếu tố gây dao động khác mà ta có thể kể ra như sau:

1 Gió, nhất là gió ngang;

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

Các thông số kỹ thuật của xe Mercedes Sprinter

Phân bố trọng lượng xe toàn phần toàn tải

lên cầu trước

lên cầu sau

16170 N

22050 NTrọng lượng bản thân

phân ra cầu trước

phân ra cầu sau

12230,4 N20893,6 NLốp

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO TRƯỚC

Độ êm dịu của ôtô phụ thuộc nhiều vào độ võng tĩnh và độ võng động củanhíp Khi xác định các đại lượng này để thiết kế hệ thống treo với việc kể đếntần số dao động cần thiết của nhíp người ta chuyển sang xác định kích thướcchung của lá nhíp Độ bền và chu kỳ bảo dưỡng của nhíp phụ thuộc chủ yếu vàoviệc lựa chọn chiều dài của nhíp, bề dày nhíp trên cơ sở tải trọng, ứng suất, độvõng tĩnh đã biết

Ta biết rằng ứng suất tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài nhíp, vì vậykhi tăng một chút chiều dài nhíp, ta phải tăng đáng kể bề dày các lá nhíp Điềunày rất quan trọng với lá nhíp vì nó phải chịu thêm cả tải trọng ngang, dọc vàmômen xoắn Nếu chiều dài nhíp bé ta không thể tăng bề dày lá nhíp mặc dù đãthoả mãn các yêu cầu về tỷ lệ tải trọng, độ võng, ứng suất Nếu nhíp dài quá làmcho độ cứng của nhíp giảm, nhíp làm việc nặng nhọc hơn, gây nên các va đậpgiữa ụ nhíp

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

Tóm lại, ta không thể lấy chiều dài nhíp quá bé hoặc quá lớn mà còn kếthợp cả bề dày và bề rộng của nhíp để xác định kích thước hình học của nhíp

Kích thước của nhíp được chọn theo xe tham khảo như sau:

+ Số lá nhíp: n = 1 (lá)+ Chiều rộng của nhíp: 7 (cm)+ Chiều dài của nhíp: L = 124 (cm)+ Chiều dày của nhíp: h = 4 (cm)

2.1.2 Tính độ cứng thực tế của nhíp

Hình 2.1

Xét một thanh như hình 2.1 khi chịu lực P thanh biến dạng một đoạn là f

Do thanh có tiết diện không đổi nên ta tính được độ cứng của thanh nhíp theocông thức

Trong đó:

Cn: Độ cứng của thanh nhíp

E: Mô đun đàn hồi của vật liệu, E = 2,1.1011 (N/m2)

Ix: Mômen quán tính thanh nhíp

Hình 2.2 Sơ đồ phân bố ứng suất

Ta có mô men chống uốn của thanh nhíp là:

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

6

138,575.10

x

M W

hay   138MN m/ 2

Với thép hợp kim với hàm lượng các bon (55-65) ứng suất cho phép có thể lấy

 

 Xác định bán kính cong ở trạng thái tự do của lá nhíp:

Bán kính cong của lá nhíp được xác định theo công thức sau:

0 0

1

i

ic

R R

- R0: Bán kính lựa chọn của nhíp (xác định theo lá nhíp cơ sở )

- Z ic: Khoảng cách từ đường trung hoà của mặt cắt lá nhíp tới thớ phíangoài (nhánh chịu kéo), ở đây do biên dạng nhíp đối xứng nên Z ic h 2

0

R : Được xác định theo công thức sau:

2 0

8( pc p p )

L R

f Y Y



Trong đó:

- L: Chiều dài cơ sở của nhíp

- Y 1: Biến dạng của nhíp dưới tác dụng của tải trọng tĩnh Y  p1 0

- Y 2: Biến dạng dư của nhíp sau khi lắp

Từ công thức (2-2) ta tính được: R = 4,47 (m)

2.2.Tính toán giảm chấn

1 Sự cản chấn động ở hệ thống treo không chỉ phụ thuộc vào giảmchấn mà còn do ma sát giữa các lá nhíp, ma sát giữa các khớp nối của hệ thốngtreo Việc tác động của chúng ta vào sự cản chấn động ở hệ thống treo bằng cáchthiết kế giảm chấn chính là việc tác động của chúng ta vào thông số mà chúng takiểm soát được, tức là lực cản chấn động của giảm chấn ảnh hưởng dập tắt chấnđộng của các yếu tố không kiểm soát được là không lớn lắm, vì vậy khi thiết kếgiảm chấn, ta coi sự cản dao động của toàn bộ hệ thống treo là sự cản dao độngcủa giảm chấn Khi làm việc, giảm chấn phải thực hiện được nhiệm vụ của nó làdập tắt dao động tương đối của phần được treo và phần không được treo

2 Để thiết kế giảm chấn, ta phải thực hiện việc chọn trước một sốthông số ban đầu của giảm chấn dựa trên những xe tương đương và không gian

bố trí của giảm chấn Sau đó, ta xác định kích thước các lỗ, van của giảm chấn

2.2.1 Xác định hệ số cản của giảm chấn K g

Hệ số cản của hệ thống treo K góp phần quan trọng, nó tạo ra độ êm dịucủa xe Tương tự bộ phận đàn hồi, tùy thuộc cách lắp giảm chấn trên xe Hệ sốcản của giảm chấn Kg có thể bằng hoặc không bằng hệ số cản của hệ thống treo 2.2.1.1 Hệ số cản của hệ thống treo:

Trong lý thuyết ôtô để đánh giá sự dập tắt chấn động người ta sử dụng hệ

số dập tắt chấn động tương đối như sau:

K CM

§å ¸n tèt nghiÖp – ThiÕt kÕ hÖ thèng treo xe du lÞch 12 chç

Trong đó: C: độ cứng của hệ thống treo t( / )

M: khối lượng được treo tính trên một bánh xe

: hệ số dập tắt chấn động (ở các ôtô hiện nay  = 0, 15  0,3)

2.2.1.2 Tính toán hệ số cản của giảm chấn