tính toán thiết kế hệ thống treo xe con

Với mục đích tính toán và thiết kế hệ thống treo trên một xe cụ thể em đã lựa chọn đề tài ‘‘Tính toán thiết kế hệ thống treo xe Tata Nano’’, để có thể thực hiện được đề tài này đầu tiên

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại

1.2 Kết cấu chung của hệ thống treo

1.3 Lựa chọn phương án thiết kế

1.4 Mục tiêu, phương pháp, nội dung nghiên cứu

2.1 Xác định độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước và sau.

2.2 Tính toán thiết kế phần tử đàn hồi

3.2 Kiểm tra chẩn đoán

3.3 Bảo dưỡng, sửa chữa

LỜI NÓI ĐẦU

Trong vài năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam có những bước phát triển vượt bậc,đời sống người dân được nâng cao, cùng với việc chính phủ đang đầu tư rất nhiều vàoquy hoạch và xây dựng hệ thống giao thông vận tải, đã khiến ô tô trở thành phương tiện

đi lại tiện nghi và phổ biến, được nhiều người quan tâm Không như các nước phát triển,với Việt Nam thì ôtô vẫn là chủ đề mới mẻ, đặc biệt là những ứng dụng công nghệ tiêntiến trên xe Vì thế việc nghiên cứu thiết kế ô tô là rất cần thiết đặc biệt là tính toán thiết

kế hệ thống treo để đảm bảo tính êm dịu khi chuyển động của xe để tạo cảm giác thoảimái cho người nguồi trên xe

Với mục đích tính toán và thiết kế hệ thống treo trên một xe cụ thể em đã lựa chọn

đề tài ‘‘Tính toán thiết kế hệ thống treo xe Tata Nano’’, để có thể thực hiện được đề

tài này đầu tiên em đã tìm hiểu về tổng quan hệ thống treo trên ô tô và thu thập tài liệuliên quan đến xe cơ sở và phân tích để lựa chọn phương án thiết kế phù hợp sau đó em sẽtính toán thiết kế hệ thống đã lựa chọn từ đó sẽ xây dựng các quy trình bảo dưỡng, sửachữa phù hợp với hệ thống đã tính toán nhằm mục đích khai thác tốt nhất cho hệ thốngmang lại cảm giác hài lòng cho người sử dụng

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Tạ

Tuấn Hưng và các thầy trong bộ môn cùng sự đóng góp của các bạn trong lớp, tuy nhiên

trong quá trình làm còn nhiêu sai sót, mong các thầy và các bạn đóng góp để em hoàn

thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Trần Mạnh Hùng

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại

1.1.1 Công dụng

Khái niệm hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết giữa bánh xe và khung

xe hoặc vỏ xe Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi nó có chức năng chính sauđây:

- Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳngđứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, hạn chế tới mức cóthể chấp nhận được những chuyển động không muốn có khác của bánh xe (như lắcngang, lắc dọc)

- Truyền lực và mô men giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng,phản lực), lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực kéo với khung, vỏ), lực bên(lực li tâm, lực gió bên, phản lực bên), mô men chủ động, mô men phanh

1.1.2 Yêu cầu

Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải mềm nhưngcũng phải đủ khả năng để truyền lực Quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầu chính sauđây:

a, Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe (xe

chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau)

b, Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định.

c, 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 vàđộng lực học của chuyển động bánh xe

d, Không gây nên tải trọng tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ

e, Có độ bền cao

f, Có độ tin cậy lớn, không gặp hư hỏng bất thường

* Đối với xe con chúng ta cần phải quan tâm đến các yêu cầu sau:

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

- Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên thùng, vỏ tốt

- Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển, chuyển động của ô tô ở tốc độ cao, ô tô điềukhiển nhẹ nhàng

1.1.3 Phân loại

a Theo bộ phận đàn hồi

+ Nhíp (chủ yếu trên các xe tải);

+ Lò xo (chủ yếu trên các xe con);

+ Thanh xoắn (xe con);

+ Khí nén (xe hạng sang như BMW, Mercedes, xe Bus)

b Theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng

+ Treo độc lập: 2 bánh xe dao động độc lập với nhau, không có dầm cầu nối với 2 bánh;+ Treo phụ thuộc: Dầm cầu liên kết 2 bánh với nhau

c Theo phương pháp dập tắt chấn động

+ Loại giảm chấn thủy lực (đa số các xe hiện nay đều sử dụng loại này);

+ Loại ma sát cơ (các lá nhíp trên hệ thống treo cũng góp một phần vai trò giảm chấn nhờ

+ Nhìn chung nhíp dài hơn thì mềm hơn Nhíp nhiều lá hơn thì chịu tải lớn hơn, songnhíp sẽ cứng hơn và tính êm dịu chuyển động sẽ kém hơn Tuy vậy, nhíp vẫn được dùng

phổ biến nhất vì nhíp vừa là cơ cấu đàn hồi, vừa là cơ cấu dẫn hướng và một phần làmnhiệm vụ giảm chấn, tức là làm toàn bộ nhiệm vụ của hệ thống treo

Hình 1.1 Nhíp

Ưu điểm

+ Kết cấu đơn giản, chắc chắn và giá thành thấp Do bản thân nhíp đã đủ độ cứng vững

để giữ cầu xe ở vị trí chính xác, nên không cần sử dụng các thanh nối Mặt khác, chế tạo

và sửa chữa nhíp cũng đơn giản

Nhược điểm

+ Trọng lượng lớn, tuổi thọ thấp và có đường đặc tính tuyến tính Ngoài ra, việc bố trínhíp ở bánh trước khó vì muốn đảm bảo độ võng tĩnh và độ võng động lớn thì phải làmnhíp dài mà càng dài thì càng khó bố trí Do nội ma sát nên nhíp khó hấp thụ những daođộng nhỏ từ mặt đường Vì vậy, nhíp thường được sử dụng cho những xe thương mạilớn, tải nặng và cần độ bền cao

- Lò xo trụ

+ Lò xo được làm từ dây thép lò xo đặc biệt, được quấn thành ống Khi đặt tải lên lò xo,dây lò xo sẽ bị xoắn do lò xo bị nén Lúc này năng lượng ngoại lực được dự trữ, và va

đập được giảm bớt, lò xo trụ được sử dụng chủ yếu trong ôtô du lịch làm bộ phận đànhồi Lò xo trụ có thể có tiết diện tròn hay vuông.

Hình 1.2 Lò xo trụ

Ưu điểm

+ Nếu cùng một độ cứng và độ bền thì lò xo trụ có trọng lượng nhỏ hơn nhíp, khi làmviệc giữa các vành lò xo không có ma sát như nhíp Đồng thời không phải bảo dưỡngchăm sóc như đối với nhíp

Nhược điểm

+ Nó chỉ làm được nhiệm vụ đàn hồi, còn các nhiệm vụ khác như giảm chấn dẫn hướngphải có các phần tử khác đảm nhận Vì vậy, nếu kể chung cả hai phần tử sau thì hệ thốngtreo lò xo trụ có kết cấu phức tạp hơn so với hệ thống treo loại nhíp

- Thanh xoắn

- Thanh xoắn là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó để cản lại sựxoắn Một đầu thanh xoắn được bắt chặt vào khung hay một dầm nào đó của thân xe, đầukia được gắn vào một kết cấu chịu tải xoắn Thanh xoắn cũng được dùng làm thanh ổnđịnh

- Giảm độ cứng của hệ thống treo sẽ làm độ êm dịu chuyển động tốt hơn, một là giảmbiên độ dịch chuyển của buồng lái trong vùng tần số thấp, hai là đẩy được vùng cộnghưởng xuống vùng có tần số dao động thấp hơn, giảm được gia tốc của buồng lái, vàgiảm được sự dịch chuyển của vỏ và bánh xe.

- Đường đặc tính của hệ thống treo khí là phi tuyến và tăng đột ngột trong cả hành trìnhnén và trả, nên cho dù khối lượng cả phần được treo và không được treo có bị giới hạn docác dịch chuyển tương đối đi nữa thì độ êm dịu chuyển động vẫn lớn

- Không có ma sát trong phần tử đàn hồi, phần tử đàn hồi có trọng lượng nhỏ và giảmđược chấn động từ bánh xe lên buồng lái

- Ngoài ra, khi sử dụng hệ thống treo khí còn có thể thay đổi được vị trí của cỏ xe đối vớimặt đường.

1.2.2 Phần tử dẫn hướng:

a, Hệ thống treo phụ thuộc

- Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cầu Trongtrường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép định hình, còn trường hợp là

cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có một phần của hệ thống truyền lực Đối

với hệ treo này thì bộ phận đàn hồi có thể là nhíp lá hoặc lò xo xoắn ốc, bộ phận dập tắtdao động là giảm chấn, nếu bộ phận đàn hồi là nhíp lá thì nhíp đóng vai trò là bộ phậndẫn hướng, có thể dùng thêm giảm chấn hoặc không

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

+ Giá thành thấp

Nhược điểm

+ Khối lượng phần liên kết bánh xe (phần không được treo) lớn, đặc biệt là ở cầu chủđộng Khi 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 Mặt khácbánh xe va đập mạnh trên nền đường sẽ làm xấu sự tiếp xúc của bánh xe với đường

b, Hệ thống treo độc lập

Hình 1.6 Hệ thống treo độc lập

- Trên hệ thống treo độc lập dầm cầu được chế tạo rời, giữa chúng liên kết với nhau bằngkhớp nối, bộ phận đàn hồi là lò xo trụ, bộ giảm chấn là giảm chấn ống Trong hệ thốngtreo độc lập hai bánh xe trái và phải không quan hệ trực tiếp với nhau vì vậy khi chúng tadịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng ngang bánh xe còn lại vẫn giữ nguyên Do đóđộng lực học của bánh xe dẫn hướng sẽ giữ đúng hơn hệ thống treo phụ thuộc

 Ưu điểm

+ Khối lượng phần không được treo nhỏ, đặc tính bám đường của bánh xe tốt vì vậy sẽ

êm dịu khi chuyển động và có tính ổn định tốt;

+ Các lò xo chỉ làm nhiệm vụ đỡ thân ô tô mà không phải làm nhiệm vụ dẫn hướng nên

có thể làm lò xo mềm hơn nghĩa là tính êm dịu tốt hơn;

+ Do không có sự nối cứng giữa các bánh xe bên trái và bên phải nên có thể hạ thấp sàn

ô tô và vị trí lắp động cơ Do đó mà có thể hạ thấp trọng tâm ô tô

Nhược điểm

+ Kết cấu phức tạp;

+ Khoảng cách bánh xe và các vị trí đặt bánh xe thay đổi cùng với sự dịch chuyển lênxuống của các bánh xe.

c, Dạng treo 2 đòn ngang

Hình 1.7 Hệ thống treo hai đòn ngang

- Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang bao gồm 1 đòn ngang trên, một đòn ngang dưới Cácđầu trong được liên kết với khung, vỏ bằng khớp trụ Các đầu ngoài được liên kết bằngkhớp cầu với đòn đứng Đòn đứng được nối cứng với trục bánh xe Bộ phận đàn hồi cóthể nối giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới Giảm chấn cũng đặt giữa khung với đòntrên hoặc đòn dưới Hai bên bánh xe đếu dùng hệ treo này và được đặt đối xứng qua mặtphẳng dọc giữa xe Hệ treo trên 2 đòn ngang được sử dụng nhiều trong các giai đoạntrước đây nhưng hiện nay hệ treo này đang có xu hướng ít dần do kết cấu phức tạp,chiếm khoảng không gian quá lớn

Ưu điểm

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

+ Các lò xo chỉ làm nhiệm vụ đỡ thân ô tô mà không phải làm nhiệm vụ dẫn nên có thểlàm lò xo mềm hơn nghĩa là tính êm dịu tốt hơn;

+ Có thể đi trên các địa hình xấu

Nhược điểm

+ Khối lượng phần liên kết bánh xe (phần không được treo) lớn, đặc biệt là ở cầu chủđộng Khi 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 Mặt khácbánh xe va đập mạnh trên nền đường sẽ làm xấu sự tiếp xúc của bánh xe với đường

d, Dạng treo Macpherson

Hình 1.8 Dạng treo Macpherson

1 Lò xo trụ 2 Đòn ngang chữ A 3.4 Khớp trụ liên kết đòn ngang với khung 5 Khớp cầu 6 Giảm chấn

- Hệ treo này chính là biến dạng của hệ treo 2 đòn ngang Coi đòn ngang trên có chiềudài bằng 0 và đòn ngang dưới có chiều dài khác 0 Chính nhờ cấu trúc này mà ta có thể

có được khoảng không gian phía trong để bố trí hệ thống truyền lực hoặc khoang hành lý

Sơ đồ cấu tạo của hệ treo bao gồm: một đòn ngang dưới, giảm chấn đặt theo phươngthẳng đứng, một đầu được gối ở khớp cầu B đầu còn lại được bắt vào khung xe Bánh xeđược nối cứng với vỏ giảm chấn Lò xo có thể được đặt lồng giữa vỏ giảm chấn và trụcgiảm chấn

- Nếu ta so sánh với hệ treo 2 đòn ngang thì hệ treo Macpherson kết cấu ít chi tiết hơn,không chiếm nhiều khoảng không và có thể giảm nhẹ được trọng lượng kết cấu Nhưngnhược điểm chủ yếu của hệ treo Macpherson là do giảm chấn vừa phải làm chức năngcủa giảm chấn lại vừa làm nhiệm vụ của trụ đứng nên trục giảm chấn chịu tải lớn nêngiảm

chấn cần phải có độ cứng vững và độ bền cao hơn do đó kết cấu của giảm chấn phải cónhững thay đổi cần thiết

Ưu điểm

+ Khối lượng treo nhỏ lên chạy êm hơn, các lò xo không liên quan đên việc định vị bánh

xe vì thế có thể sử dụng các lò xo mềm vì không có trục nối giữa các bánh xe bên phải và

bên trái nên sàn xe và động cơ có thể hạ thấp xuống, điều này có nghĩ là trọng tâm của xethấp hơn.

Nhược điểm

+ Cấu tạo phức tạp, khoảng cách và định vị bánh xe bị thay đổi, cùng với chuyển động

lên xuống của bánh xe, nhiều kiểu xe trang bị thanh ổn định để giảm hiện tượng xoayđứng khi xe quay vòng và tăng độ êm của xe

e, Hệ treo đòn dọc

- Hệ treo hai đòn dọc là hệ treo độc lập mà mỗi bên có một đòn dọc Mỗi đầu của đòndọc được gắn cứng với trục quay của bánh xe, một đầu liên kết với khung vỏ bởi khớptrụ Lò xo và giảm chấn đặt giữa đòn dọc và khung Đòn dọc vừa là nơi tiếp nhận lựcngang, lực dọc, và là bộ phận hướng dẫn, do phải chịu tải trọng lớn nên nó thường đượclàm có độ cứng vững tốt

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý hệ treo đòn dọc

- Khớp quay của đòn dọc thường là khớp trụ, với hai ổ trượt đặt xa nhau để có khả năngcác phương cho hệ treo Đồng thời đòn dọc đòi hỏi cần phải có độ cứng vững lớn, nhằmmục đích chịu được các lực dọc, lực bên và chịu mô men phanh lớn Hệ treo này thườngchịu lực theo được bố trí cho cầu sau bị động, khi máy đặt ở phía trước, cầu trước là cầuchủ động

Ưu điểm

+ Hệ treo này chiếm ít không gian và đơn giản về kết cấu;

+ Hệ treo đòn dọc chiếm các khoảng không gian hai bên sườn xe nên có thẻ tạo điều kiệncho việc hạ thấp trọng tâm xe và có thể nâng cao tốc độ, dành một phần không gian lớncho khoang hành lý.

Nhược điểm

+ Giá thành sản xuất cao;

+ Bảo dưỡng và sửa chữa phúc tạp

f, Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết

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

- Theo cấu trúc của nó có thể phân chia thành loại treo nửa độc lập và treo nửa phụ thuộc.Theo khả năng làm việc của hệ treo, tuỳ thuộc vào độ cứng vững của đòn liên kết mà cóthể xếp là loại phụ thuộc hay độc lập Ở đây hệ treo được phân loại là treo độc lập tức làđòn liên kết có độ cứng nhỏ hơn nhiều so với độ cứng của dầm cầu phụ thuộc

Ưu điểm

1

4 5

6

+ Kết cấu của hệ treo khá gọn, khối lượng nhỏ, có thể sản xuất hàng loạt và khả năng lắprắp nhanh, chính xác, điều này có lợi cho việc làm giảm giá thành, đặc biệt đối với hệtreo có bộ phận đàn hồi là thanh xoắn;

+ Giảm nhẹ được lực tác dụng lên đòn ngang và các khớp quay do có thanh liên kết nên

có thể san bớt lực tác dụng ngang cho cả hai khớp trụ ở hai bên, do đó mỗi bên khớp trụ

sẽ chịu một lực nhỏ hơn, các khớp trụ sẽ có độ bền cao hơn;

+ Không gây nên sự thay đổi góc nghiêng ngang bánh xe, vết của bánh xe;

+ Tùy theo vị trí đặt đòn ngang mà người ta có thể không cần dùng đến thanh ổn địnhcủa hệ treo độc lập (đòn ngang đảm nhận chức năng của thanh ổn định)

Nhược điểm

+ Đòi hỏi công nghệ hàn cao, tải trọng đặt lên cầu xe hạn chế và có thể làm quay trục cầu

xe khi xe đi trên đường vòng ở trạng thái quay vòng thừa

1.2.3 Bộ phận giảm chấn:

Đây là bộ phận hấp thụ năng lượng dao động cơ học giữa bánh xe và thân xe Bộ phận

giảm chấn có ảnh hưởng tới biên độ dao động Trên các xe hiện đại chỉ dùng loại giảmchấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều trả và nén Trong hành trình trả (bánh xe đi xakhung và vỏ) giảm chấn có nhiệm vụ giảm bớt xung lực va đập truyền từ bánh xe lênkhung

Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với nhiều mục đính cơ bản được tổng hợp lại làcác mục đích như sau:

- Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đường khôngbằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho người sử dụng

- Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt sự tiếpxúc của bánh xe với mặt đường

- Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, khả năng an toànkhi chuyển động

Hiện nay để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động người ta dùng giảm chấnthủy lực Giảm chấn thuỷ lực sẽ biến cơ năng các dao động thành nhiệt năng và sự làmviệc của nó là nhờ ma sát giữa các chất lỏng và lỗ tiết lưu là ma sát chủ yếu để dập tắtcác dao động Giảm chấn phải đảm bảo dập tắt nhanh các dao động nếu tần số dao động

lớn nhằm mục đích tránh cho thùng xe lắc khi đường mấp mô và phải dập tắt chậm các dao động nếu ôtô chạy trên đường ít mấp mô để cho ôtô chuyển động êm dịu

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

 Giảm chấn hai lớp vỏ:

Cấu tạo giảm chấn vỏ hai lớp (Hình 1.11):

Trong giảm chấn, piston di chuyển trong xy lanh, chia không gian trong thành buồng

A và B Ở đuôi của xy lanh thuỷ lực có một cụm van bù Bao ngoài vỏ trong là một lớp

vỏ ngoài, không gian giữa hai lớp vỏ là buồng bù thể tích chất lỏng và liên hệ với B qua các cụm van một chiều (III, IV)

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

A

B I IV

II

C III

Hình 1.11 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ có tác dụng hai chiều

1 Phớt làm kín 2 Bạc dẫn hướng 3 Vỏ chắn bụi

4 Đũa đẩy 5.Piston 6 Van cố định 7 Vỏ ngoài.

 Nguyên lý làm việc:

Ở hành trình nén (bánh xe tiến lại gần khung xe), lúc đó ta có thể tích buồng B giảm nên áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A và sang khoang C ép không khí ở buồng bù lại Vỏ ngoài của giảm chấn có tác dụng chứa dầu và thoát nhiệt ra môi trường không khí xung quanh Trên nắp của giảm chấn có phớt che bụi, phớt chắn

1















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 nhỏtạo nên lực ma sát làm cho nóng giảm chấn lên Nhiệt sinh ra truyền qua vỏ ngoài (8) vàtruyền vào không khí để cân bằng năng lượng

I

II

Hình 1.12 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn ống thuỷ lực một lớp vỏ có tác dụng hai chiều.

1 Van một chiều 2 Đũa đẩy 3 Cụm làm kín 4 Xy lanh

5 Buồng chứa dầu 6 Piston 7 Van một chiều 8 Khoang chứa khí

- Sự khác nhau giữa các giảm chấn hiện nay là ở các kết cấu van trả van nén, cụm baokín và đường kính, hành trình làm việc Việc bố trí trên xe cho phép nghiêng tối đa là 450

so với phương thẳng đứng

Trong một giảm chấn một lớp vỏ không còn bù dầu nữa mà thay thế chức năng của nó

là buồng II chứa khí nén có P = 2.5*106 N/mm2 đây là sự khác nhau giữa giảm chấn mộtlớp vỏ và hai lớp vỏ

Khi piston dịch chuyển xuống dưới tạo nên sự chênh áp dẫn đến mở van (1) chất lỏngchảy nên phía trên của piston Khi piston đi lên làm mở van (7) chất lỏng chảy xuốngdưới piston áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi không lớn và dao động xung quanh vị trícân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu, nhờ vậy mà tránh được hiện tượng tạo bọtkhí, một trạng thái không an toàn cho sự làm việc của giảm chấn Trong quá trình làmviệc piston ngăn cách (4) di chuyển 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 có độ nhạy cao kể cả pistondịch chuyển rất nhỏ, tránh được hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽlàm cho áp suất thay đổi

 So sánh giữa hai loại giảm chấn :

So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ, giảm chấn một lớp vỏ có ưu điểm sau:

- Khi có cùng đường kính ngoài, đường kính của cần piston có thể làm lớn hơn mà sựbiến động tương đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn

- Điều kiện toả nhiệt tốt hơn Ở nhiệt độ thấp (Vùng băng giá) giảm chấn không bị bó kẹt

ở những hành trình đầu tiên

- Giảm chấn có piston ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố trí nào Nhờcác ưu điểm này mà giảm chấn một lớp một lớp vỏ được sử dụng rộng rãi trên hệ treoMc.pherson và hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết

Nhược điểm của dẫn hướng:

- Ở loại giảm chấn một lớp vỏ: phớt bao kín hỏng trước ống dẫn hướng của cần piston

1.3 Lựa chọn phương án thiết kế

1.3.1 Giới thiệu xe cơ sở

 Giới thiệu về xe Tata nano

Tata Nano ra mắt lần đầu hồi năm 2009 tại Ấn Độ với mức giá 2000 USD Xe có 4

chỗ, 4 cửa và được trang bị động cơ 2 xi lanh công suất 37 mã lực Xe có trong lượngkhông tải nhỏ, bán kính quay vòng nhỏ nên có tính linh hoạt cao Sau khi ra mắt thịtrường Tata Nano đang dần khẳng định được chỗ đứng của mình tại thị trường các nướcđang phát triển dựa trên ưu thế giá rẻ Quá trình chạy thử xe cho thấy xe có khả năngchạy ổn định trên các địa hình gồ ghề của đường sá Ấn Độ Phanh trợ lực tang trốngnhưng hiệu quả không thua kém nhiều so với phanh đĩa, bộ ly hợp kết hợp hộp số 4 cấpnhẹ nhàng khiến cho việc điều khiển xe khá nhẹ nhàng và thỏa mái Ngoài ra xe có một

ưu điểm vô cùng đáng chú ý là mức tiêu hao nhiên liệu khá thấp chỉ khoảng 4,5l/ 100km

Bảng 1.1 Thông số xe Tata nano

STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

+ Tăng được khả năng bám đường, do đó tăng được tính điều khiển và ổn định của xe

- Nhược điểm của nó là:

+ Phức tạp và đắt tiền khi sử dụng ở các cầu chủ động Vì thế các ôtô du lịch hiện đạithường dùng hệ thống treo phụ thuộc ở cầu sau Hệ thống treo độc lập ở các cầu chủđộng chỉ sử dụng trên các ôtô có tính cơ động cao

+ Với cơ sở phân tích trên, cùng với đặc điểm, mục đích sử dụng của xe thiết kế tatính chọn hệ thống treo độc lập trước và sau

* Các bộ phận của hệ thống treo:

- Bộ phận đàn hồi:

+ Loại lò xo trụ, có các ưu điểm: kết cấu, chế tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn dễ bố

trí Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm: chỉ tiếp nhận lực thẳng đứng, cần có bộ phậnhướng riêng

+ Bộ phận đàn hồi loại nhíp lá: kết cấu đơn giản, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, có thểđồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận hướng Tuy vậy, nó có nhược điểm: trọng lượnglớn, tốn nhiều kim loại hơn so với phần tử đàn hồi kim loại khác, thời hạn phục vụ thấp

do ma sát

+ Hệ thống treo trước, sau: chọn bộ phận đàn hồi loại lò xo trụ

+ Chọn bộ phận đàn hồi phụ của cả hai hệ thống treo là ụ hạn chế bằng cao su có độbền cao, không cần bôi trơn, bảo dưỡng, trọng lượng bé và có đường đặc tính phù hợp,

có nhược điểm là xuất hiện biến dạng thừa dưới tác dụng của tải trọng kéo dài và tảitrọng thay đổi, cao su bị hoá cứng khi nhiệt độ thấp

- Đặc điểm đó cho phép bố trí luôn giảm chấn hay phần tử đàn hồi thuỷ khí vào kếtcấu trụ quay đứng hay thanh nối Nhờ đó đơn giản được kết cấu, giảm được số lượngkhâu khớp và giảm được khối lượng cũng như không gian bố trí hệ thống treo

- Nhược điểm của kết cấu này là yêu cầu chất lượng chế tạo ống trượt cao, các thông

số động học kém hơn so với loại hai đòn chiều dài khác nhau

 Vậy lựa chọn hệ thống treo độc lập kiểu Mc.pherson cho cầu trước

1.4 Mục tiêu, phương pháp, nội dung nghiên cứu.

1.4.1 Mục tiêu

- Tính toán thiết kế hệ thống treo dựa trên cơ sở xe Tata Nano theo các tiêu chuẩn đã

được công bố nhằm đáp ứng yêu cầu làm việc thực tế

1.4.2 Phương pháp

- Phương pháp lý thuyết: Tìm hiểu tổng quan về xe cơ sở và phân tích lựa chọnphương án thiết kế phù hợp cho loại xe cơ sở từ đó tính toán thiết kế kiểm nghiệm theocác tiêu chuẩn và tài liệu hiện hành đã được công bố

- Phương pháp thực tế: Quan sát, kiến tập tại xưởng thực tập

1.4.3 Nội dung

- Đồ án với mục tiêu thiết kế cho hệ thống treo cho xe cơ sở Tata Nano đồ án đã đượctrình bày như sau:

Chương I: Tổng quan hệ thống treo

Chương II: Tính toán, thiết kế hệ thống treo

Chương III: Bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống treo

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO

2.1 Xác định độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước và sau

Bảng 2.1 Các thông số cơ bản:

6 Trọng lượng đăt lên cầu sau khi đầy tải Gt2 462 Kg

- Bỏ qua ma sát và khối lượng phần không được treo Nếu có số liệu về khối lượngphần không được treo thì có thể trừ đi phần khối lượng này khi tính phản lực Z

Xem như đặc tính có dạng tuyến tính

- Đặc tính đàn hồi yêu cầu của hệ thống treo phải đi qua hai điểm: A(ft , Zt), B(fđ ,

Zđ), trong đó:

Zt: tải trọng tĩnh tác dụng tại bánh xe gây ra biến dạng ft

ft: biến dạng tĩnh của hệ thống treo đo tại trục bánh xe

Zđ: tải trọng động tác dụng lên bánh xe gây ra biến dạng fđ

fđ: biến dạng thêm của hệ thống treo dưới tác dụng của tải trọng động

fđ

ft

fđd

fhct

fc

st

fhcd

Z (Kg)Zmax

Zt

f(mm)

A

BC

Hình 2.1 Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo a) Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước

Để xây dựng đặc tính đàn hồi yêu cầu của hệ thống treo, trước tiên ta xác định haiđiểm A(ft , Zt), B(fđ , Zđ)

- Xác định Ztt, ta có:

Tải trọng tác dụng ôtô đầy tải : G = Gt1- Gkt [kg]

Trong đó:

Gt1: trọng lượng toàn bộ phân bố lên cầu trước

Gkt: trọng lượng phần không được treo ở cầu trước [kg]

Trong đó: kđ là hệ số tải trọng động, kđ=1,75¸2,5, đối với xe chở khách thì kđ nằm

ở giới hạn nhỏ, còn đối với xe tải thì kđ nằm ở giới hạn lớn, ta chọn kđ=1,75

Vậy: Zđt = kđ.Ztt =1,75.176,5 = 309 (kg)

- Xác định fđt: Biến dạng thêm của hệ thống treo dưới tác dụng của tải trọng động

fđ phải đủ lớn để thùng xe không va đập liên tục vào ụ hạn chế, nhưng fđ không quá lớn

vì ôtô sẽ giảm tính ổn định, phức tạp truyền động lái, tăng yêu cầu với bộ phận hướng,thay đổi khoảng sáng gầm xe đối với hệ thống treo độc lập

Theo kinh nghiệm thì xe du lịch có: fđt = 0,8.ftt

- Xác định fts: Để tránh các dao động lắc dọc kiểu ngựa phi của ôtô thì tỷ số giữa

độ võng tĩnh của hệ thống treo sau và trước phải phù hợp, với xe du lịch ta có tỷ số nhưsau:

f ts

f tt=(0,8÷0,9)

Trong đó: fts: độ võng tĩnh của hệ thống treo sau [mm]

ftt: độ võng tĩnh của hệ thống treo trước [mm]

2.2 Tính toán thiết kế phần tử đàn hồi

2.2.1 Tính toán thiết kế phần tử đàn hồi hệ thống treo trước

- Tính lực tác dụng lên lò xo :

Để tính toán đường kính và các kích thước của phần tử đàn hồi lò xo ta phải xác địnhđược lực tác dụng lên lò xo (Zlx), độ võng tĩnh (ft) và độ võng động (fd) của lò xo khi chịutải trọng tĩnh Từ đó tính các kích thước còn lại theo các ứng suất tác dụng lên lò xo.Tải trọng tĩnh tác dụng lên mỗi bánh xe:

Ztbx= Zt=176,5 [Kg]=1765 [ N ].

- Tính các kích thước của lò xo :

+ Chọn tỷ số a: a=

D d

Trong đó: D – Đường kính trung bình của lò xo

dây lò xo

Tỷ số a được lấy trong khoảng :[4÷10] Ta chọn: a = 10

- Tính đường kính dây lò xo (d):

Từ phương trình ứng suất tiếp lớn nhất trong lò xo, ta có :

Bảng 2.2 Các thông số ban đầu của hệ thống treo trước:

Vật liệu chế tạo lò xo của hệ thống treo tương tự như vật liệu làm nhíp, thường là:

55 ΓCC (55MnSi), 50 C2 (50Si2), 60 C2 (60Si2),… các vật liệu này có ứng suất cho

phép trong khoảng: [ τ ] =800÷1000 MPa khi chịu biến dạng cực đại Ta chọn ứng suất

cho phép của vật liệu là 800 Mpa = 8.108 (Pa)

Ta có: a=

D d

==> D= a.d = 10.10 = 100(mm)

- Tính độ cứng của lò xo(Clx):

- Chiều dài nhỏ nhất của lò

xo khi ụ cao su chịu tải trọng động:

- Chiều dài của lò xo khichịu tải trọng tĩnh (Lt):

- Bước xoắn của lò xo (t):

2.2.2 Tính toán thiết kế hệ thống treo sau

Tính toán tương tự như hệ thống treo trước, ta chỉ xét và tính toán cho trường hợp

xe đầy tải

Bảng 2.3 Các thông số ban đầu của hệ thống treo sau:

fdlx= fd=115 [ cm]

- Tính các kích thước lò xo

+Chọn tỷ số (a): a=

D d

Tỷ số a được lấy trong khoảng (4 ¸ 9) Ta chọn: a = 7,5

K – Hệ số tính đến sự tăng ứng suất ở bề mặt trong của lò xo Hệ số này tăng khi

giảm tỷ số D/d và được xác định theo công thức:

K= 4 a+2

4 a−3 == > K = 1,185Ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo lò xo nằm trong khoảng:

vật liệu là 900 Mpa = 9.108 Pa

Vậy ta có: τmax≤9.108 [ Pa]

 - là khe hở nhỏ nhất của dây lò xo khi chịu tải Chọn:  = 1,5 mm.

⇒ Lmin≥8.0,007+(6−1).1,5.10−3=0,0635 [m ]

Ta chọn: Lmin = 0,065[m]

- Chiều dài của lò xo khi chịu tải trọng tĩnh (L t ):

- Bước xoắn của lò xo (t):

2.3 Tính toán thiết kế giảm chấn

Để đảm bảo độ êm dịu khi xe hoạt động trên đường, trên ô tô hiện nay người tathường lắp thêm các bộ phận giảm chấn Giảm chấn có tác dụng: dập tắt nhanh các daođộng có tần số cao để tránh cho thùng xe không bị lắc khi qua đường mấp mô lớn và hạnchế các lực truyền qua giảm chấn tác dụng lên thùng xe

Hiện nay có rất nhiều loại giảm chấn như giảm chấn cơ khí,giảm chấn loại đòn,các loại giảm chấn thuỷ lực dạng ống (loại 1 ống, loại 2 ống lồng vào nhau, loại có vangiảm tải, loại không có van giảm tải) Loại đòn hiện nay ít được dùng vì có khối lượnglớn, cồng kềnh, làm việc với áp suất cao nên tuổi thọ giảm, đòi hỏi vỏ giảm chấn phảidày Đối với xe thiết kế là xe con ta chọn loại giảm chấn thuỷ lực có dạng ống

Tính toán bộ phận giảm chấn gồm các bước như sau:

+ Xây dựng đặc tính yêu cầu của giảm chấn

+ Xác định các kích thước cơ bản của giảm chấn

+ Xác định tiết diện thông qua các van

+ Tính toán nhiệt của giảm chấn.

2.3.1 Tính toán giảm chấn của hệ thống treo trước

* Xây dựng đặc tính yêu cầu của giảm chấn

Đặc tính của giảm chấn là đường biểu diễn mối quan hệ giữa lực cản và tốc độpiston của giảm chấn

Quan hệ giữa lực cản giảm chấn (Pg) và tốc độ dịch chuyển của piston giảm chấn(Vg) được xác định như sau:

Pgn= Kgn.Vgm

Pgt= Kgt.Vgm

Trong đó:

Kgn, Kgt: hệ số cản giảm chấn ở hành trình nén và trả,

Vg: vận tốc của piston giảm chấn

z : Độ dịch chuyển của piston giảm chấn

m: số mũ có giá trị phụ thuộc kích thước lỗ tiết lưu, độ nhớt của chất lỏng vàkết cấu các van, thường m = 1,0 ¸ 2,0, khi tính toán ta thừa nhận gần đúng m = 1 Trongtrường hợp tổng quát thì đặc tính giảm chấn là một đường phi tuyến, khi chọn m = 1 thìđặc tính là tuyến tính

Hình 2.2 Đặc tính giảm chấn của hệ thống treo

Để xây dựng đường đặc tính của giảm chấn ta cần xác định các điểm a, b,

c, d, e, f và các hệ số cản Kgn, K’gn, Kgt, K’gt Các điểm a, d tương ứng với lúc giảm chấn

mở van giảm tải, thường chọn tương ứng với piston đạt khoảng 30 cm/s Lúc này các hệ

số cản giảm chấn K’gn ,K’gt giảm xuống, hạn chế áp suất cực đại của chất lỏng và cường

độ tăng lực cản K’gn ,K’gt được chọn xuất phát từ giá trị tải trọng lớn nhất tác dụng lênpiston giảm chấn và tốc độ dịch chuyển lớn nhất Vgmax nằm trong giới hạn từ 50¸60 cm/

s Từ đó ta biết được tung độ các điểm a,b,c,d,e,f và tung độ điểm b,e Để xác định tung

độ các điểm a và d ta cần xác định các hệ số cản Kgn và Kgt của giảm chấn

Kgn và Kgt được xây dựng theo điều kiện êm dịu thông qua hệ số cản K của hệthống treo (thực chất là hệ số cản của giảm chấn quy về trục bánh xe) được xác định theo

hệ số tắt dần Kngh Kngh được xác định như sau:

Nếu K nhỏ thì dao động kéo dài lâu tắt, trường hợp này cũng không tốt

Để đánh giá khả năng dập tắt dao động, người ta dùng hệ số dập tắt dao độngtương đối , với:

ta sẽ tính được Kg cần thiết của giảm chấn Một cách tổng quát:

Trong đó:

 : là hệ số phụ thuộc loại và cách lắp đặt giảm chấn quy dẫn về trục bánh xe, phụthuộc vào cách lắp đặt giảm chấn Với kiểu bố trí giảm chấn theo phương thẳng đứnglệch góc 15o theo kinh nghiệm ta chọn  = 2,69

K gn=2 ξ K 1+α =

Hình 2.3 Các thông số của giảm chấn

* Xác định các thông số của giảm chấn:

- Đường kính Piston giảm chấn:

t: Chiều dày thành giảm chấn, chọn t= 5 mm

Để đảm bảo điều kiện làm việc an toàn của giảm chấn khi chịu lực Pgmax thì ápsuất chất lỏng trong giảm chấn không vượt quá giới hạn cho phép 2,5¸5MPa,với xe thiết

kế là xe con ta chọn pmax = 2,5MPa cho cả hành trình nén và trả

=> K'gn= 1,2 Kgn = 1,2.231,7 = 278 (Ns/m)

=> Pgnmax =K'gn.Vgmax = 278 0,5 = 139(N)Trong đó: Vgmax là tốc độ của piston giảm chấn khi van giảm tải mở,

F

v g

pt vt

.2

2 c

2 p pt





v: hệ số lưu lượng, khi tính toán thừa nhận chọn v = 0,7

 = 910 Kg/m3: trọng lượng riêng của chất lỏng

2 p pn





v: hệ số lưu lượng, khi tính toán thừa nhận chọn v= 0,7

 = 910 Kg/m3: trọng lượng riêng của chất lỏng

t: Hệ số truyền nhiệt của giảm chấn ra không khí.Chọn t = 80.

Sg: Diện tích ngoài cuả giảm chấn Sg được tính như sau:

Nhiệt độ này thỏa mãn, nhỏ hơn giá trị cho phép < 1200

2.3.2 Tính toán giảm chấn của hệ thống treo sau

Tương tự như quá trình tính toán giảm chấn trước ta có quá trình tính toán giảmchấn sau như sau:

* Xây dựng đường đặc tính yêu cầu của giảm chấn

Đặc tính của giảm chấn sau cũng được xây dựng trên mối quan hệ giữa lực cản Pg

và tốc độ piston Vg của giảm chấn ta có quan hệ giữa lực cản giảm chấn (Pg) và tốc độdịch chuyển của piston giảm chấn (Vg) như sau: