Thiết kế hệ thống treo trước Macpherson cho xe du lịch 5 chỗ

Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức năng chính sau đây:Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳngđứng đối với khung xe hoặc vỏ xe th

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 5

1.1 Công dụng, yêu cầu của hệ thống treo 5

1.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo 6

1.3 Các thông số tương đương và mô phỏng hoạt động 9

1.4 Phân loại hệ thống treo 10

1.4.1 Hệ thống treo phụ thuộc 10

1.4.2 Hệ thống treo độc lập 13

1.4.2.1 Dạng treo 2 đòn ngang 14

1.4.2.2 Dạng treo Mc.Pherson 15

1.4.2.3 Hệ treo đòn dọc 15

1.4.2.4 Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết 16

1.4.2.5 Hệ treo đòn chéo 18

1.5 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống treo(HTT) 19

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC 21

2.1 Xác định các thông số cơ bản của hệ thông treo 21

2.1.1 Các thông số ban đầu 21

2.1.2 Xác định các thông số cơ bản của HTT 21

2.2 Động học hệ treo mc.pherson 25

2.2.1 Xác định độ dài càng chữ A và vị trí các khớp (phương pháp đồ thị) 25

2.2.2 Đồ thị động học để kiểm tra động học hệ treo 30

2.2.3 Mối quan hệ hình học của hệ treo Mc.Pherson 31

3.2.4 Đồ thị động học hệ treo Mc.Pherson 32

2.3 Động lực học hệ treo Mc.Pherson 33

2.3.1 Các chế độ tải trọng tính toán 33

2.3.2 Xác định độ cứng và chuyển vị của phần tử đàn hồi 34

2.3.3 Xác định các phản lực và lực tác dụng lên hệ treo cầu trước dẫn hướng 36

2.4 Chọn và kiểm bền các bộ phận chính: 41

2.4.1 Đòn ngang chữ A: 41

2.4.2 Tính bền rôtuyn: 46

2.5 Tính toán lò xo 48

2.5.1 Lực lớn nhất tác dụng lên lò xo 48

2.5.2 Trình tự thiết kế lò xo 49

2.5.3 Kết luận 52

2.6 Tính thanh ổn định 52

2.7 Tính toán giảm chấn 57

2.7.1 Chọn giảm chấn 57

2.7.2 Tính toán thiết kế giảm chấn 60

2.7.3.Tính bền ty đẩy piston của giảm chấn 66

CHƯƠNG III: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO RÔTUYN 69

3.1 Phân tích chi tiết gia công 69

3.1.1 Kết cấu rôtuyn 69

3.1.2 Phân tích điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật của rôtuyn 69

3.1.3 Lập quy trình công nghệ gia công khớp cầu 69

3.1.4 Chọn phôi 70

3.2 Lập sơ đồ nguyên công 70

3.2.1 Nguyên công 1: Tiện mặt đầu, khoan lỗ tâm và tiện đứt phôi 70

3.2.2 Nguyên công 2: Khoan lỗ tâm, tiện mặt đầu mặt còn lại, tiện thô φ16 71

3.2.3 Nguyên công 3: Tiện các bề mặt𝛗14,21, tiện côn và tiện ren M16 72

3.2.4 Nguyên công 4: Tiện cầu R15 73

3.2.5 Nguyên công 5: Khoan lỗ ∅ 4 74

3.2.6 Nguyên công 6: Nhiệt luyện 74

3.2.7 Nguyên công 7: Mài 75

3.2.8 Nguyên công 8: Kiểm tra 76

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

LỜI NÓI ĐẦU

Khi ôtô chạy trên đường không bằng phẳng sẽ phát sinh dao động Những dao độngnày thường ảnh hưởng xấu tới hàng hoá, tuổi thọ của xe và đặc biệt ảnh hưởng người lái

và hành khách ngồi trên xe

Ở những nước phát triển, dao động của ôtô được quan tâm đặc biệt Dao động của xeđược nghiên cứu đưa về mức tối ưu làm giảm đến mức thấp nhất những tác hại của nóđến con người đồng thời làm tăng tuổi thọ của xe cũng như các bộ phận được treo

Ở nước ta, mục tiêu của ngành Công nghiệp ôtô trong những năm tới là nội địa từng phần

và tiến tới nội địa toàn phần sản phẩm ôtô Không chỉ dừng lại ở đó, chúng ta đã bắt đầuquan tâm đến tính êm dịu chuyển động, tính an toàn chuyển động hay nói cách khác làtính năng động lực học ôtô, từ đó có những cải tiến hợp lý với điều kiện sử dụng củanước ta Để hoàn thành được mục tiêu này, chúng ta phải thiết kế các cụm, các chi tiếtsao cho phù hợp với điều kiện sử dụng mặt khác còn phải đảm bảo tính công nghệ tạiViệt Nam

Trước những yêu cầu thực tế đó trong đồ án tốt nghiệp chuyên ngành ôtô em đượcgiao nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống treo trước Macpherson cho xe du lịch 5 chỗ

Với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Vũ Thế Truyền nhưng do năng lực bản

thân còn hạn chế và kinh nghiệm thiết kế còn chưa có nên đồ án không tránh khỏi nhữngthiếu sót Chúng em mong các thầy thông cảm và đóng góp ý kiến để em có thể làm tốthơn trong tương lai

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO VÀ LỰA

CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ1.1 Công dụng, yêu cầu của hệ thống treo

a Công dụng:

Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và khung xehoặc vỏ xe Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức năng chính sau đây: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 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 )

b 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 :

+ 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)

+ 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 chính của hệ thốngtreo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động học

và động lực học của chuyển động bánh xe

+ Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ

+ Có độ bền cao

+ 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 tôđiều khiển nhẹ nhàng

1.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo

a.Bộ phận đàn hồi:

+ Chức năng: là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, nhằm biến đổi tần sốdao động cho phù hợp với cơ thể con người (60-80 lần/ph) Bộ phận đàn hồi có thể bố tríkhác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương thẳngđứng

Các bộ phận đàn hồi thường được sử dụng:

 Thanh xoắn

Thanh xoắn giống như lò xo xoắn loại này cũng chỉ có chức năng đàn hồi khi chịulực tác dụng theo phương thẳng đứng còn lại chức năng khác do bộ phận khác của hệthống treo đảm nhận

Hình1.2 Thanh xoắn

Thanh xoắn được chế tạo từ thanh thép dài, có tiết diện tròn, đàn hồi theo chiềuxoắn vặn Một đầu của thanh xoắn được gắn cứng vào khung xe, đầu còn lại gắn vào mộttay đòn

Hiện nay bộ phận đàn hồi được làm có xu hướng “mềm mại” hơn nhằm tạo điềukiện cho bánh xe lăn “êm” trên mặt đường

b Bộ phận dẫn hướng:

Cho phép các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng ở mỗi vị trí của nó so với khung vỏ,bánh xe phải đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ Bộ phận dẫn hướng phải thực hiệntốt chức năng này Trên mỗi hệ thống treo thì bộ phận dẫn hướng có cấu tạo khác nhau.Quan hệ của bánh xe với khung xe khi thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng 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.Trong mối quan hệ động học các thông số chính được xem xét là : sự dịch chuyển(chuyển vị) của các bánh xe trong không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thay đổi theophương thẳng đứng (z).Mối quan hệ động lực học được biểu thị qua khả năng truyền cáclực và các mô men khi bánh xe ở các vị trí khác nhau

c Bộ phận giảm chấn:

Đây là bộ phận hấp thụ năng lượng dao động cơ học giữa bánh xe và thân xe Bộphận giảm chấn có ảnh hưởng tới biên độ dao động Trên các xe hiện đại chỉ dùng loạigiảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều trả và nén Trong hành trình trả (bánh xe đi

xa khung 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 mục đích sau:

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

- Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm

làm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

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

d Thanh ổn định:

Hình 1.3 Thanh ổn định

Trên xe con thanh ổn định hầu như đều có Trong trường hợp xe chạy trên nềnđường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới tác dụng của lực li tâm phản lực thẳngđứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng độ nghiêng thùng xe và làmgiảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với mặt đường Thanh ổn định có tácdụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tảitrọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu chịu tải ít hơn Cấu tạo chung của nó có dạngchữ U Các đầu chữ U nối với bánh xe còn thân nối với vỏ nhờ các ổ đỡ cao su

e Các vấu cao su tăng cứng và hạn chế hành trình:

Trên xe con các vấu cao su thường được đặt kết hợp trong vỏ của giảm chấn Vấucao su vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình của bánh xe nhằm hạn chế hành trình làmviệc của bánh xe.

f Các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe:

Hệ thống treo đảm nhận mối liên kết giữa bánh xe và thùng vỏ, do vậy trên hệ thốngtreo có thêm các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe Các cơ cấu này rất

đa dạng nên ở mỗi loại xe lại có cách bố trí khác nhau, các loại khác nhau

1.3 Các thông số tương đương và mô phỏng hoạt động

a Các thông số tương đương:

- Phần được treo: Là bộ phận chủ yếu của ôtô bao gồm: khung, thùng, hệ thốngđộng cơ và các chi tiết bộ phận khác gắn trên thùng xe hoặc khung xe Toàn bộ khốilượng của các bộ phận này được đỡ trên hệ thống treo

- Phần không được treo gồm có: Cầu , dầm cầu, hệ thống chuyển động (cụm bánh

xe ), cơ cấu dẫn động lái Các bộ phận này đặt dưới hệ thống treo

- Có một số chi tiết và bộ phận vừa được lắp lên phần được treo vừa được lắp lênphần không được treo như: nhíp, lò xo, giảm chấn, trục cardan Do đó một phần khốilượng của chúng được xem như thuộc phần được treo và nửa kia thuộc phần không đượctreo

b Mô phỏng hoạt động:

a Khi cầu sau của ôtô được nâng lên

b khi cầu trước của ôtô được nâng lên

Hình 1.4 Dao động của ôtô

+ M - Khối lượng phần được treo

+ Kt , Ks - Hệ số độ cứng của bộ phận đàn hồi phía trước và sau

+ Ct , Cs - Hệ số độ cứng của bộ phận giảm chấn phía trước và phía sau

+ mt , ms - khối lượng của những phần không được treo.

c d

c Trạng thái cân bằng d Trạng thái nghiêng ngang

Hình 1.5 Mô hình khi ô tô dao động ngang.

1.4 Phân loại hệ thống treo

Hiện nay ở trên xe ôtô hệ thống treo bao gồm 2 nhóm chính:

1- Hệ thống treo phụ thuộc 2- Hệ thống treo độc lập

Hình 1.6 Hệ thống treo 1.4.1 Hệ thống treo phụ thuộc

Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cầu cứng.Trong trường 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 phầncủa hệ thống truyền lực

Đối với hệ treo này thì bộ phận đàn hồi có thể là nhíp lá hoặc lò xo xoắn ốc, bộphận dập tắt dao động là giảm chấn

Hình 1.7.Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp.

Nếu bộ phận đàn hồi là nhíp lá thì nhíp đóng vai trò là bộ phận dẫn hướng, có thểdùng thêm giảm chấn hoặc không

Hình 1.8 Treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc

1.Dầm cầu 2.Lò xo xoắn ốc 3 Giảm chấn 4.Đòn dọc dưới

5.Đòn dọc trên 6 Thanh giằng PanhadaNếu như bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn phải dùng thêm hai đòn dọc dưới và mộthoặc hai đòn dọc trên Đòn dọc dưới được nối với cầu, đòn dọc trên được nối với khớptrụ (hình 1.8) Để đảm bảo truyền được lực ngang và ổn định vị trí thùng xe so với cầungười ta cũng phải dùng thêm “đòn Panhada”, một đầu nối với cầu còn đầu kia nối vớithùng xe

Lò xo xoắn ốc trong trường hợp này có thể đặt trên đòn dọc hoặc đặt ngay trêncầu.Giảm chấn thường được đặt trong lòng lò xo xoắn ốc để chiếm ít không gian

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

2 3

4 5

5

3

6

2

khác bánh xe va đập mạnh trên nền đường sẽ làm xấu sự tiếp xúc của bánh xe vớiđường.

- Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu có thể thayđổi vị trí, do vậy chỉ có thể lựa chọn là chiều cao trọng tâm lớn

Hình 1.9 Sự thay đổi vị trí bánh xe và của xe khi xe trèo lên mô đất.

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

1

2 3

4 5 6

1.4.2 Hệ thống treo độc lập

Đặc điểm :

- Trên hệ thống treo độc lập dầm cầu được chế tạo rời, giữa chúng liên kết với nhau

bằng khớp nối, bộ phận đàn hồi là lò xo trụ, bộ giảm chấn là giảm chấn ống Trong hệthống treo độc lập hai bánh xe tráI và phảI không quan hệ trực tiếp với nhau vì vậy khichúng ta dịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng ngang bánh xe còn lại vẫn giữnguyên Do đó động lực học của bánh xe dẫn hướng sẽ giữ đúng hơn hệ then treo phụthuộc

Hình 1.10 Hệ thống treo độc lập của ôtô hoạt động trên đường không bằng

phẳng.

Ưu điểm của hệ thống treo độc lập:

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

sẽ em dịu khi chuyển độngvà có tính ổn định tốt

+ Các lò xo chỉ làm nhiệm vụ đỡ thân ôtô mà không phảI làm nhiệm vụ dẫn hướngnên 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 thấpsàn ôtô và vị trí lắp động cơ Do đó mà có thể hạ thấp trọng tâm ôtô

2

5

Hình 1.11 Hệ thống treo hai đòn ngang.

1- Bánh xe 2- Đòn trên 3 -Giảm chấn 4- Lò xo 5-Đòn dưới

*Đặc điểm :

Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang bao gồm 1 đòn ngang trên, một đòn ngang dưới.Các đầu trong được liên kết với khung, vỏ bằng khớp trụ Các đầu ngoài được liên kếtbằng khớp cầu với đòn đứng Đòn đứng được nối cứng với trục bánh xe Bộ phận đàn hồi

có thể nối giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới Giảm chấn cũng đặt giữa khung vớiđòn trên hoặc đòn dưới Hai bên bánh xe đếu dùng hệ treo này và được đặt đối xứng quamặt phẳng dọc giữa xe

Hệ treo trên 2 đòn ngang (hình 1.11) được sử dụng nhiều trong các giai đoạn trướcđây nhưng hiện nay hệ treo này đang có xu hướng ít dần do kết cấu phức tạp, chiếmkhoảng không gian quá lớn

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 trấn.

Nếu ta so sánh với hệ treo 2 đòn ngang thì hệ treo Mc.Pherson kết cấu ít chi tiếthơn, không chiếm nhiều khoảng không và có thể giảm nhẹ được trọng lượng kết cấu.Nhưng nhược điểm chủ yếu của hệ treo Mc.Pherson là do giảm chấn vừa phải làm chứcnăng của giảm chấn lại vừa làm nhiệm vụ của trụ đứng nên trục giảm chấn chịu tải lớnnên giảm trấn cần phải có độ cứng vững và độ bền cao hơn do đó kết cấu của giảm chấnphải có những thay đổi cần thiết

1.4.2.3 Hệ treo đòn dọc

*Đặc điểm:

Hệ treo hai đòn dọc ( Hình 1.13) là hệ treo độc lập mà mỗi bên có một đòn dọc Mỗiđầu của đòn dọc được gắn cứng với trục quay của bánh xe, một đầu liên kết với khung vỏbởi khớp trụ Lò xo và giảm chấn đặt giữa đòn dọc và khung Đòn dọc vừa là nơi tiếp

nhận lực ngang, lực dọc, và là bộ phận hướng dẫn Do phải chịu tải trọng lớn nên nóthường được làm có độ cứng vững tốt.

5 6

1

2

3 4

Hình 1.13 Hệ treo hai đòn dọc

1 Khung vỏ 2 Lò xo 3 Giảm chấn 4 Bánh xe5 Đòn dọc 6 Khớp quayKhớp quay của đòn dọc thường là khớp trụ, với hai ổ trượt đặt xa nhau để có khảnăng chịu lực theo các phương cho hệ treo Đồng thời đòn dọc đòi hỏi cần phải có độcứng vững lớn, nhằm mục đích chịu 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, khi máy đặt ở phíatrước, cầu trước là cầu chủ động

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

1.4.2.4 Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết

Hệ treo này xuất hiện trên xe con vào những năm 70 cùng với sự hoàn thiện kết cấucho các xe có động cơ và cầu trước chủ động

1 5

3 4

6

2

Hình 1.14 Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết.

1.Bánh xe 2 Đòn dọc 3 Khung vỏ 4 Lò xo5.Giảm chấn 6 Đòn ngang liên kết

Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết ( Hình 1.14) có đặc điểm là hai đòn dọcđược nối cứng với nhau bởi một thanh ngang Thanh ngang liên kết đóng vai trò như mộtthanh ổn định như đối với các hệ treo độc lập khác Thanh ngang liên kết có độ cứngchống xoắn vừa nhỏ để tăng khả năng chống lật của xe vừa có khả năng truyền lựcngang tốt Đòn dọc vừa là nơi tiếp nhận lực ngang, lực dọc vừa là bộ phận hướng nên nócần thiết có độ cứng vững tốt còn khớp trụ ở đầu đòn dọc thường có độ dài vừa đủ đểtăng khả năng ổn địnhgang của hệ treo

Theo cấu trúc của nó có thể phân chia thành loại treo nửa độc lập và treo nửa phụthuộc.Theo khả năng làm việc của hệ treo, tuỳ thuộc vào độ cứng vững của đòn liên kết

mà có thể xếp là loại phụ thuộc hay độc lập.ở đây hệ treo được phân loại là treo độc lậptức là đòn liên kết có độ cứng nhỏ hơn nhiều so với độ cứng của dầm cầu phụ thuộc

Hệ treo đòn dọc có thanh liên kết hiện nay cũng dược dùng rộng rãi trên một số ôtô

có vận tốc cao vì nó có những ưu điểm sau:

-Kết cấu của hệ treo khá gọn, khối lượng nhỏ, có thể sản xuất hàng loạt và khảnăng lắp rắp nhanh, chính xác, điều này có lợi cho việc làm giảm giá thành, đặc biệt đốivới hệ treo có bộ phận đàn hồi là thanh xoắn

-Giảm nhẹ được lực tác dụng lên đòn ngang và các khớp quay do có thanh liênkết nên có thể san bớt lực tác dụng ngang cho cả hai khớp trụ ở hai bên, do đó mỗi bênkhớp 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

-Tuỳ 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).

Bên cạnh những ưu điểm đó hệ treo này còn tồn tại một số nhược điểm như là đòihỏi công nghệ hàn cao, tải trọng đặt lên cầu xe hạn chế và có thể làm quay trục cầu xekhi xe đi trên đường vòng ở trạng thái quay vòng thừa

1.4.2.5 Hệ treo đòn chéo

Hệ thống treo trên đòn chéo là cấu trúc mang tính trung gian giữa hệ treo đòn ngang

và hệ treo đòn dọc.Bởi vậy sử dụng hệ treo này cho ta tận dụng được ưu điển của hai hệtreo trên và khắc phục được một số nhược điểm của chúng Đặc điểm của hệ treo này làđòn đỡ bánh xe quay trên đường trục chéo và tạo nên đòn chéo trên bánh xe

Hình 1.15 Sơ đồ hệ treo đòn chéo

1.Dầm cầu 2 Đòn chéo 3 Các đăngTrong hệ treo đòn chéo (hình 1.15) chi tiết đàn hồi phần lớn là lò xo xoắn ốc.Cácloại lò xo này có thể là dạng trụ hoặc dạng xếp Loại lò xo xếp có ưu điểm là gọn, hànhtrình làm việc lớn Loại lò xo hình trụ thường được lồng vào giảm chấn như đối với hệtreo đòn dọc để chúng chiếm ít không gian Ngoài ra đối với hệ treo này, người ta cònhay 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 ở chỗ : khi bánh xedao động theo phương thẳng đứng thì cũng kéo theo sự thay đổi khoảng cách giữa hai vếtbánh xe, góc nghiêng ngang, nhưng sự thay đổi đó nhỏ hơncác loại đã xét ở trên Riêng

độ chạm trước cửa bánhxe thì thay đổi không đáng kể

1.5 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống treo(HTT)

Hiện nay trên thị trường trong nước và thế giới đang sử dụng nhiều loại HTT rất đadạng và phong phú , với đủ kiểu mẫu và chủng loại Nhưng đối với ôtô con hiện đại ngàynay người ta thường hay sử dụng các loại hệ thống treo độc lập như:

Ở đồ án này với một khoảng thời gian ngắn và trình độ hạn chế em chỉ đi sâu vàonghiên cứu và thiết kế HTT cho xe du lịch 5 chỗ với hệ thống treo trước là hệ thốngMc.Pherson

33 32 31 30 29

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO

TRƯỚC MC.PHERSON2.1 Xác định các thông số cơ bản của hệ thông treo

2.1.1 Các thông số ban đầu

Nhóm các thông số tải trọng:

- Tải trọng toàn xe khi không tải G0 = 12800 N

- Tải trọng toàn xe khi đầy tải GT = 17300 N

- Tải trọng đặt lên cầu trước khi không tải G10 = 7000 N

- Tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải G1T = 8500 N

- Tải trọng đặt lên cầu sau khi không tải G20 = 5800 N

- Tải trọng đặt lên cầu sau khi đầy tải G2T = 8800 N

- Chiều dài cơ sở : L = 2630 (mm)

- Chiều rộng cơ sở : B = 1480 (mm)

- DàiRộngCao : 449017101425

- Kích thước bánh xe : Kí hiệu lốp 185/65 R14 H

- Khoảng sáng gầm xe khi đầy tải : Hmin = 100 (mm)

- Khối lượng phần không treo : mkt = 11.2 = 22 Kg

- Khối lượng phần bánh xe : mbx = 16 Kg

- Vết bánh xe: Trước =1300(mm); Sau = 1310(mm)

Ne max = 110 (ml) / 6000 (v/ph) vmax = 195 (km/h)

Me max = 145 (N.m) / 4800 (v/ph)

2.1.2 Xác định các thông số cơ bản của HTT

Có rất nhiều các thông số đánh giá độ êm dịu của ôtô khi chuyển động như tần sốdao động , gia tốc dao động và vận tốc dao động

Trong đồ án này ta đánh giá độ êm dịu của ôtô thông qua tần số dao động của HTT.Đối với ôtô con tần số dao động n = 60  90 lần/ph để đảm bảo phù hợp với daođộng của con người

a Xác định độ cứng của lò xo

Độ cứng của lò xo Ct được tính toán theo điều kiện kết quả tính được phải phù hợpvới tần số dao động trong khoảng n = 60  90 lần/ph

Độ cứng của hệ thống treo được tính toán theo công thức :

Ta tính theo công thức sau:

 = t

g

f =

10 0,18 = 7,45 (rad/s)

- Khối lượng phần không treo: mkt = 22 kg

- Khối lượng phần treo ở trạng thái không tải : MT0 = m10 - mkt - mbx

 MT0= 700 -22 – 16.2 = 646 Kg

m10: tải trọng đặt lên cầu trước khi không tải m10 = 700 Kg

Khối lượng phần treo ở trạng thái đầy tải : MT1 = m1T - mkt - mbx

 MT1= 850 - 22 – 16.2 = 796 Kg

m1T: tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải m1T = 850 Kg

Độ cứng của một bên hệ treo ở trạng thái không tải :

b Xác định hành trình tĩnh của bánh xe (Độ võng tĩnh của hệ treo)

- Độ võng tĩnh của hệ treo (khi đầy tải) :

Từ công thức : f T0 = T

M.g2.C

ở chế độ không tải : f T0 =

T0 T

M g2.C =

646.9,812.20008 = 158 (mm)

796.9,812.20008 = 195 (mm)

 Xác định hành trình tĩnh của bánh xe: hay chính là độ võng tĩnh của hệ treo

d Kiểm tra hành trình động của bánh xe

Theo điều kiện : fđ H0 - Hmin

Trong đó :

- H0 : khoảng sáng gầm xe ở trạng thái chịu tải tĩnh

- Hmin : khoảng sáng gầm xe tối thiểu = 100 mm

 H0 fđ + Hmin = 144 + 100 = 244 mm. H0 244 mm

 Đối với cầu trước cần kiểm tra hành trình động để không xẩy ra va đập cứng vào

ụ tì trước khi phanh :

Khi phanh dưới tác dụng của lực quán tính , trọng tâm của xe sẽ dịch chuyển và đầu

xe sẽ bị dìm xuống , lúc này fđ sẽ thay đổi

Từ công thức : fđ ft max

g

h bTrong đó :

- Hệ số bám max = 0,75

- Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau b =L.55 =2630.55 =1,446m

- Chiều dài cơ sở xe L = 2630 mm

- Chiều cao cơ sở xe hg = 500 mm

Hình 2.1 Sơ đồ phân bố lực thân xe

e Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn : K TB

Hệ số dập tắt dao động của hệ treo :

Số liệu cơ sở để tính toán

- Chiều rộng cơ sở của xe ở cầu trước BT= 1480 mm

- Bán kính bánh xe : Kí hiệu lốp 185/65 R14 H Rbx=298 mm

- Góc nghiêng ngang trụ xoay đứng(góc Kingpin): 0= 10o

- Sự thay đổi góc nghiêng ngang trụ đứng  = 2o

- Góc nghiêng ngang bánh xe(góc Camber): o=0o

- Chiều cao tai xe lớn nhất Ht max = 800 mm

- Tâm quay tức thời của thùng xe nằm dưới mặt đường hs = 50 mm

2.2 Động học hệ treo mc.pherson

2.2.1 Xác định độ dài càng chữ A và vị trí các khớp (phương pháp đồ thị)

Các bước cụ thể như sau : (Vẽ với tỉ lệ 1: 2 )

- Kẻ đường nằm ngang biểu diễn mặt phẳng đường : dd

- Vẽ đường trục đối xứng ngang của xe Aom: Aom vuông góc với dd

- Bo là điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

- Tại Bo dựng Boz vuông góc với dd

C1, C2 là tâm quay ngoài của hai đòn ngang ở vị trí không tải

Bằng cách tương tự ta sẽ tìm được vị trí khớp ngoài của đòn ngang ở vị trí đầy tảinhư sau : Khi hệ treo biến dạng lớn nhất , nếu coi thùng xe đứng yên thì bánh xe sẽ dịchchuyển tịnh tiến lên tới điểm B1

Hình 2.2 Đồ thị xác định chiều dài đòn ngang

Nếu coi khảng cách giữa hai vết bánh xe ở trạng thái này là không đổi so với trạngthái khi không tải

- Xác định giao điểm O1 của tt với kk O1 chính là tâm khớp trụ trong của đòn ngang.

Khoảng cách từ O1 tới đường đối xứng của xe phải sao cho có thể bố trí khoangchứa hàng hoặc cụm máy Nếu nó không phù hợp thì có thể cho phép thay đổi khoảngsáng gầm xe trong giới hạn cho phép

- Nếu kéo dài O1C1 và kẻ đường vuông góc với O2Co thì chúng gặp nhau tại P ( tâmquay tức thời của bánh xe )

- Nối PBo và kéo dài cắt Aom tại S(S là tâm quay tức thời của cầu xe cũng như làthùng xe trong mặt phẳng ngang cầu xe )

- Đo khoảng cách O1C1 rồi nhân tỉ lệ ta đựơc độ dài đòn chữ ‘A’ của hệ treo :

Ld = 370 mm

Phương pháp tính chiều dài đòn ngang Ldtheo phương pháp giải tích

Xét trong hệ tọa độ Đề-Các (XOY), cho 2 điểm A và B đã biết:

Trình tự xác định kích thước đòn ngang bằng phương pháp giải tích:

●1 Trước hết coi mặt phẳng [zB0d_d] như là hai trục tọa độ của hệ tọa độ

Đề-Các: dd _ trục hoành B z0 _ trục tung

B0: gốc tọa độ

●2 Xác định được tọa độ điểm B: B0B = rbx; B ¿ B0z

●3 Xác định được tọa độ điểm C0: B0C0 = r0; C0 ¿ dd

●4 Xác định được phương trình đường thẳng C0n hệ số góc là (900 - δ0 )đi qua

điểmC0

●5 Xác định được tọa độ điểm O2: O2 ¿ C0n khoảng cách từ O2 tới dd là:750(đơnvị)

●6 Xác định được phương trình đường thẳng BC2

BC2 ¿ B0zđi qua điểm B

=>Xác định được tọa độ điểm C2, là giao điểm của hai đường thẳng BC2 và C0n

●7 Xác định được tọa độ điểm C1: C2C1 = Kr/2; C1 ¿ C0n (*)

●8 Xác định được tọa độ điểm B1: B0B1 = fđ + ft + fot; B1 ¿ B0z

●9 Xác định được tọa độ điểm D1: B1D1 ¿ B0z; B1D1 = r0

●10 Khi đó xây dung được phương trình đường thẳng D1O2

=> Vì lúc này đã biết tọa độ của hai điểm D1 và O2

●11 Xác định được tọa độ điểm D2: D2 ¿ D1O2

●14 Giao điểm của hai đường thẳng: l và p lúc này sẽ là: l giao p tại điểm O1

Xác định được tọa độ điểm O1 (**)

=> Từ (*) và (**), tính ra được khoảng cách:

Ld = O1C1 = 370 (mm)

2.2.2 Đồ thị động học để kiểm tra động học hệ treo

Khi hệ treo biến dạng thì các góc nghiêng ngang trụ đứng, khoảng cách giữa hai vếtlốp sẽ thay đổi

Các điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường là: 0, 1, 2, 3, 4

Các góc nghiêng ngang trụ đứng lần lượt là: 0, 1, 2, 3, 4

Hình 2.4 Đồ thị động học

2.2.3 Mối quan hệ hình học của hệ treo Mc.Pherson

Ta có sơ đồ hình học của hệ thống treo:

Hình 2.5 Sơ đồ mối quan hệ hình học giữa các góc đặt

Từ đồ thị động học đã xây dựng ở trên ta có độ dài các đoạn:

Lúc này góc giữa đòn ngang và phương ngang ban đầu sẽ là: α – ΔH, thì điểm C sẽ dịch chuyển trên cungα

+ Khi đó ta có thể coi điểm C’ gần như thẳng đứng nằm trên phương CC2

Do đó:C’C2 = ld.sin(α – ΔH, thì điểm C sẽ dịch chuyển trên cungα);

C

C C'

+ Và ta có C’C2 chính là đoạn chuyển vị của bánh xe theo phương thẳng đứng.Tứclà: C’C2 = ΔH, thì điểm C sẽ dịch chuyển trên cungH

CC’ = ld.tg ΔH, thì điểm C sẽ dịch chuyển trên cungαVà:C’C’’ = CC’.sin ΔH, thì điểm C sẽ dịch chuyển trên cungα;

Mà độ sai lệch vết lốp xeΔH, thì điểm C sẽ dịch chuyển trên cungB chính bằng:

ΔH, thì điểm C sẽ dịch chuyển trên cungB = 2 C’C’’ = 2.ld tg ΔH, thì điểm C sẽ dịch chuyển trên cungα sin ΔH, thì điểm C sẽ dịch chuyển trên cungα (1)

+Ta xét mối quan hệ giữaαvà δ:

Từ hình vẽ trên ta có độ dài của các đoạn:

OC1 = ld.sinα; Và: OC2 = O2C1.tangδ = (OO2 + OC1).tangδ ;

Mặt khác thì ta có:OC2 = O1C2 - OO1 = ld.cosδ - OO1 ;

Vậy ta suy ra: OC2 = ld.cosα - OO1 = (OO2 + OC1).tangδ ;

=> ld.cosα - OO1 = (OO2 + ld.sinα)tangδ;

Suy ra: tangδ = ld.cosα - OO1/(OO2 + ld.sinα) ;

2.3.1 Các chế độ tải trọng tính toán

a Trường hợp lực kéo và lực phanh cực đại:

Trên sơ đồ phân tích lực tồn tại lực Z,X nhưng tính với giá trị cực đại (vắng mặt lựcY)

Tính trong trường hợp chỉ chịu lực phanh cực đại:

Ztt - tải trọng thẳng đứng tính toán cho một bên bánh xe

mp - hệ số phân bố tải trọng khi phanh gấp, mp = 1,2

G1 - trọng lượng tĩnh đặt trên cầu trước (khi đầy tải)

X = Xmax = Ztt.φ = 510.0,75 = 3820 (N)

Trong đó:

Xmax - lực dọc lớn nhất tác dụng tại điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

φ - hệ số bám dọc lấy bằng 0,75

Gbx - khối lượng cụm bánh xe (gồm bánh xe,larăng và cơ cấu phanh), Gbx = 270(N)

b Trường hợp lực ngang cực đại

c Trường hợp chịu tải trọng động

Trên sơ đồ chỉ có lực Z (vắng mặt X,Y)

Ta có:Z = Zt.kd =

1

G.2

2 = 8500 (N)

Trong đó:

G1- tải trọng đặt trên cầu trước

kd- hệ số tải trọng động, kd = 1,8 – 2,5 với xe du lịch chạy trên đường tốt

2.3.2 Xác định độ cứng và chuyển vị của phần tử đàn hồi

Các phần tử đàn hồi có thể ở dạng lò xo trụ,lò xo côn,thanh xoắn.Trong mục này chỉ

đề cập tới việc tính lực và chọn cách bố trí lò xo trụ

Các góc bố trí trong không gian có thể gặp là: góc nghiêng dọc ồ và góc nghiêngngang δ.Các góc này được bố trí tùy thuộc vào không gian cho phép trên xe

a.Độ cứng và chuyển vị của lò xo

l

l cosδlx.cosεlx ;

Độ cứng theo trục tâm:Clx =

2 bx lx

ll

f = ft + fđ tổng hành trình làm việc của bánh xe

Clx - độ cứng phần tử đàn hồi

Flx - hành trình làm việc của lò xo

b.Độ cứng và hành trình giảm chấn

Kết cấu bố trí giảm chấn thường gặp như hình vẽ dưới đây

Trục của giảm chấn không trùng với đường tâm trụ đứng thường gặp trên xe có: ro

(bán kính quay bánh xe dẫn hướng)âm và góc nghiêng ngang trụ đứng ọ khá lớn

ll

gcl



gc o

ogc

Y

C C

d 2 1

8500

2 .cos100 = 4185 (N)

- Tại đầu A lực dọc theo phương giảm chấn tác dụng:

ZY - lực ngang tác động lên bánh xe

ΔH, thì điểm C sẽ dịch chuyển trên cung - góc nghiêng ngang trụ đứng,δ = 10o

o

Z r cosδ

0 4250.0,015.cos10

+ Khi góc δ bé có thể bỏ qua : cosδ = 1 và sin δ = 0

Như vậy tổng lực tác dụng lên đầu A và B là:

r o



d 1 2

Hình 2.11 Sơ đồ chịu lực phanh cực đại chỉ có thành phần Z và X

Phân tích tác dụng của lực Z và các phản lực xác định như phần trên

Phản lực X đặt tại bánh xe gây nên đối với trụ đứng AB như hình vẽ dưới

Lực dọc X chuyển về tâm trục bánh xe được 2 thành phần Xo và MX:

Xo = X = 3820 (N)

MX = X.rbx = 3820.0,298 = 1138 (N.m)

+ Lực Xo gây nên các phản lực tại A và B là AX và BX:

AX =

X.nm+n =

3820.75

462 75 = 534 (N)

BX =

X.mm+n =

s,t - kích thước để lắp đòn ngang lái

Như vậy các lực tác dụng lên trụ đứng: