Thiết kế kiểm nghiệm và xây dựng bệ thử 14 hệ thống treo trước mc pherson trên xe du lịch

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 tơng đối theo phơngthẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe the

PHÇn A

Tæng quan vÒ hÖ thèng treo

C«ng dông, yªu cÇu, ph©n lo¹i hÖ

thèng treo

1_Công dụng, yêu cầu của hệ thống treo:

1.1.Công dụng:

Hệ thống treo ở đây đợc 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 tơng đối theo phơngthẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, hạnchế tới mức có thể chấp nhận đợc những chuyển động không muốn có khác củabánh xe (nh lắc ngang, 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 )

Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phảimềm nhng cũng phải đủ khả năng để truyền lực Quan hệ này đợc thể hiện ở cácyêu cầu chính sau đây :

+Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuậtcủa xe (xe chạy trên đờng tốt hay xe chạy trên các loại đờng 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 thống treo là làm mềm theo phơng thẳng đứng nhng 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 h hỏng bất thờng

1.2.Yêu cầu:

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 độcao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng

2 Các bộ phận chính của hệ thống treo:

Hệ thống treo nói chung gồm các bộ phận chính sau đây :

-Bộ phận đàn hồi : là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, nhằm

biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con ngời (60-80 lần/ph) Bộ phận

đàn hồi có thể bố trí khác nhau trên xe nhng nó cho phép bánh xe có thể dịchchuyển theo phơng thẳng đứng

Bộ phận đàn hồi thờng gặp là loại :

Hiện nay bộ phận đàn hồi đợc làm có xu hớng “mềm mại” hơn nhằm tạo

điều kiện cho bánh xe lăn “êm” trên mặt đờng

Hiện nay ngời ta dùng các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi độ cứngtrong một giới hạn rộng Khi xe chạy ít tải, độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, khităng tải thì độ cứng cần phải có giá trị lớn Chính vì vậy mà cần phải có thêm các

bộ phận đàn hồi phụ nh : Nhíp phụ,vấu tỳ bằng cao su biến dạng, đặc biệt là các

bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi tự động độ cứng theo tải trọng kết hợp vớicác bộ phận thay đổi chiều cao trọng tâm của xe

-Bộ phận dẫn hớng : 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 hớng phải thực hiện tốt chức năng này Trên mỗi hệ thốngtreo thì bộ phận dẫn hớng có cấu tạo khác nhau Quan hệ của bánh xe với khung

xe khi thay đổi vị trí theo phơng thẳng đứng đợc gọi là quan hệ động học Khảnăng truyền lực ở mỗi vị trí đợc gọi là quan hệ động lực học của hệ treo Trongmối quan hệ động học các thông số chính đợc xem xét là : sự dịch chuyển(chuyển vị) của các bánh xe trong không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thay đổitheo phơng thẳng đứng (z).Mối quan hệ động lực học đợc biểu thị qua khả năngtruyền các lực và các mô men khi bánh xe ở các vị trí khác nhau

-Bộ phận giảm chấn : Đây là bộ phận hấp thụ năng lợng dao động cơ học

giữa bánh xe và thân xe Bộ phận giảm chấn có ảnh hởng tới biên độ dao động.Trên các xe hiện đại chỉ dùng loại giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiềutrả 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 lên khung

-Thanh ổn định : Trên xe con thanh ổn định hầu nh đều có Trong trờng

hợp xe chạy trên nền đờng không bằng phẳng hoặc quay vòng, dới tác dụng củalực li tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm chotăng độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh

xe với mặt đờng Thanh ổn định có tác dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lựcthẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sangbên cầu chịu tải ít hơn Cấu tạo chung của nó có dạng chữ U Các đầu chữ U nốivới bánh xe còn thân nối với vỏ nhờ các ổ đỡ cao su

-Các vấu cao su tăng cứng và hạn chế hành trình : Trên xe con các vấu

cao su thờng đợc đặt kết hợp trong vỏ của giảm chấn Vấu cao su vừa tăng cứngvừa hạn chế hành trình của bánh xe nhằm hạn chế hành trình làm việc của bánhxe

-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 thống treo 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, cácloại khác nhau.

3 Phân loại hệ thống treo theo bộ phận dẫn hớng:

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

Hệ thống treo phụ thuộc và Hệ thống treo độc lập.

a) b)

Hình 1: Sơ đồ hệ treo 1.Thùng xe 2 Bộ phận đàn hồi 3 Bộ phận giảm chấn 4 Dầm cầu

5 Các đòn liên kết của hệ treo

Trong hệ thống treo phụ thuộc (hình 1.1.a) các bánh xe đợc đặt trên dầmcầu liền, bộ phận giảm chấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền Quacấu tạo hệ thống treo phụ thuộc, sự dịch chuyển của một bánh xe theo phơngthẳng đứng sẽ gây nên chuyển vị nào đó của bánh xe bên kia

Trong hệ thống treo độc lập (hình 1.1b) các bánh xe trên một dầm cầu rờidao động độc lập với nhau Các bánh xe “độc lập” dịch chuyển tơng đối vớikhung vỏ Trong thực tế chuyển động của xe điều này chỉ đúng khi chúng ta coithùng hoặc vỏ xe đứng yên

Đối với hệ treo độc lập, căn cứ vào đặc tính động học và đặc điểm kết cấungời ta thờng chia làm các loại sau đây :

- Treo hai đòn ngang

- Treo Mc Pherson

- Treo đòn dọc

- Treo đòn dọc có thanh ngang liên kết

- Treo đòn chéo

3.1 Hệ thống treo phụ thuộc:

Đặc trng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cầucứng Trong trờng hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép định

hình, còn trờng hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có mộtphần 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 tắt dao động là giảm chấn Nếu bộ phận đàn hồi là nhíp lá thì

ng-ời ta sử dụng cả bộ nhíp gồm nhiều là nhíp ghép lại với nhau bằng những quangnhỏ và đợc bắt chặt với dầm cầu ở giữa nhíp Hai đầu nhíp đợc uốn tròn lại đểmột đầu bắt với thùng hoặc khung xe bằng khớp trụ còn đầu kia bắt với thùnghoặc khung xe bằng quang treo để cho cho nhíp dễ dàng dao động và đảm bảo cókhả năng truyền lực dọc và ngang

Hình 2: Treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc

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

5.Đòn dọc trên 6 Thanh giằng Panhada

Nếu nh bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn phải dùng thêm hai đòn dọc dới vàmột hoặc hai đòn dọc trên Đòn dọc dới đợc nối với cầu, đòn dọc trên đợc nốivới khớp trụ (hình 1.2) Để đảm bảo truyền đợc lực ngang và ổn định vị trí thùng

xe so với cầu ngời ta cũng phải dùng thêm “đòn Panhada”, một đầu nối với cầucòn đầu kia nối với thing xe.

Lò xo xoắn ốc trong trờng hợp này có thể đặt trên đòn dọc hoặc đặt ngaytrên cầu Giảm chấn thờng đợc đặt trong lòng lò xo xoắn ốc để chiếm ít khônggian

*Cấu tạo của hệ thống treo phụ thuộc có những u nh ợc điểm:

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

Hình 3: 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 tợng xuất hiệnchuyển vị phụ khi xe chuyển động

Ưu điểm:

-Trong quá trình chuyển động vết bánh xe đợc cố định do vậy không xảy

ra hiện tợng mòn lốp nhanh nh hệ thống treo độc lập

-Khi chịu lực bên (lực li tâm, lực gió bên, đờng nghiêng) 2 bánh xe liênkết cứng bởi vậy hạn chế hiện tợng trợt bên bánh xe.

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

-Giá thành thấp

*Hệ thống treo phụ thuộc trên xe con có thể gặp các dạng sau đây:

-Treo phụ thuộc có bộ phận đàn hồi nhíp lá

-Treo phụ thuộc có lò xo xoắn ốc và nhiều đòn liên kết (treo nhiều khâu).-Treo phụ thuộc có cấu trúc dạng đòn dọc

*Vấn đề sử dụng hệ thống treo phụ thuộc:

Do yêu cầu của thực tế và do trình độ phát triển của kỹ thuật thì tốc độ của

ô tô ngày càng đợc nâng cao Khi tốc độ ô tô ngày càng cao thì yêu cầu về kỹthuật của ô tô ngày càng khắt khe : trọng tâm của ô tô cần phải đợc hạ thấp Vấn

đề ổn định lái phải tốt, trọng lợng phần không đợc treo nhỏ để tăng sự êm dịu khichuyển động Vì lí do nh vậy mà hệ thống treo phụ thuộc không đợc sử dụng trên

xe có vận tốc cao, có chăng chỉ đợc sử dụng ở những xe có tốc độ trung bình trởxuống và những xe có tính năng việt dã cao

3.2 Hệ thống treo độc lập:

*Đặc điểm :

-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 nh coi thùng xe đứngyên)

-Mỗi bên bánh xe đợc liên kết bởi các nh vậy sẽ làm cho khối lợng phầnkhông đợc treo nhỏ nh 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 sờn xe nh vậy sẽ hạ thấp đợc trọngtâm của xe và sẽ nâng cao đợc vận tốc của xe

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

a.Dạng treo 2 đòn ngang

2 1

Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang bao gồm 1 đòn ngang trên, một đònngang dới Các đầu trong đợc liên kết với khung, vỏ bằng khớp trụ Các đầungoài đợc liên kết bằng khớp cầu với đòn đứng Đòn đứng đợc nối cứng với trục

bánh xe Bộ phận đàn hồi có thể nối giữa khung với đòn trên hoặc đòn dới Giảmchấn cũng đặt giữa khung với đòn trên hoặc đòn dới Hai bên bánh xe đếu dùng

hệ treo này và đợc đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc giữa xe

*Phần tử đàn hồi trên hệ treo 2 đòn ngang:

+ Nhíp.

Trên xe Fiat nhíp đợc đặt nằm ngang, 2 đầu nhíp đóng vai trò nh đòn nhng

đợc bắt chặt vào khung vỏ tại 2 điểm ở khoảng giữa nhíp nh vậy nhíp sẽ có độcứng nhỏ do đó xe sẽ chuyển động êm dịu

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 tiền nh-

ng lại có nhợc điểm là thùng xe ở trên cao nên chiều cao trọng tâm xe sẽ lớn ảnhhởng đến tốc độ và sự ổn định khi xe chuyển động

-Chiếm ít không gian của xe

-Dùng ở xe du lịch có hệ thống treo độc lập, lò xo trụ có nhiệm vụ là bộphận đàn hồi Lò xo trụ đợc chế tạo từ thép có tiết diện vuông hoặc tròn.

-Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lò xo trụ có khối lợng nhỏ hơnnhíp và tuổi thọ cao hơn nhíp

-Khi làm việc ở giữa các vòng lò xo không có ma sát nh nhíp

-Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi đợc bố trí lồng vào giảm chấn

-Nhợc điểm :

-Do lò xo chỉ làm nhiệm vụ đàn hồi còn bộ phận dẫn hớng và giảm chấn

do các bộ phận khác đảm nhận nên hệ thống treo với lò xo trụ có kết cấu phức tạphơn vì còn phải làm thêm hệ thống đòn dẫn hớng để dẫn hớng cho bánh xe vàtruyền lực đẩy

+ Thanh xoắn:

Trên một số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục cầu chủ động ngời tadùng thanh xoắn thờng đợc gây tải trớc ( ứng suất d) do đó nó chỉ thích hợp chomột chiều làm việc Trên các thanh xoắn ở 2 phía đều phải đáng dấu để tránhnhầm lẫn khi lắp ráp

Sử dụng thanh xoắn có u điểm:

-Trọng lợng nhỏ

-Chiếm ít không gian, ít phải chăm sóc

-Đơn giản, gọn, dễ chế tạo

-Có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe

Trên xe con bộ phận đàn hồi thanh xoắn đợc sử dụng phổ biến chỉ sau lò

xo xoắn ốc

+ Phần tử đàn hồi loại khí:

Ngoài các hệ treo đã kể trên thì trong hệ thống treo còn hệ thống treo khínén (hình 1.13) Trong bình chứa (1) không khí nén dới áp suất từ (0,5 – 0,8MN/M2 Khi bình chứa (2) co lại thì có thể tích ở bên trong của bình giảm, ápsuất không khí và độ cứng của hệ thống treo tăng Khi chỉ có một bình chứa hệthống treo sẽ rất cứng khi có thêm bình chứa phụ (2) thì khi bình chá phụ (1) colại áp suất không khí sẽ tăng từ từ và do đó hệ thống treo sẽ mềm hơn Cần (3) là

bộ điều chỉnh độ cao của vỏ xe, khi cần (3) thay đổi khoảng cách giữa vỏ và bánh

xe thì khí ép từ bình chứa (4) đi vào buồng (1) và bình cha phụ (2) hoặc là đa khí

ép ra khỏi bình chứa (2) và (1) bớt đi

Hình 6: Sơ đồ hệ thống treo khí 1.Bình chứa khí nén 2 Bình chứa phụ 3 Bộ điều chỉnh

độ cao của vỏ xe 4 Bình chứa khí nén

Hệ thống treo loại khí đợc sử dụng tốt ở các ôtô có trọng lợng phần

đợc thay đổi khá lớn nh ở ôi tô 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 thay đổi áp suất không khí bên trong phần tử đàn hồi Giảm độ cứng của hệ thống treo sẽ làm cho độ êm dịu chuyển động tốt hơn Hệ thống treo khí không có ma sát trong phần tử đàn hồi, trọng lợng nhỏ và giảm đợc chấn động cũng nh giảm đợc tiếng ồn từ bánh xe truyền lên buồng lái và hành khách Nhng hệ thống này có kết cấu phức tạp hơn vì phải có bộ phận dẫn hớng riêng và trang thiết bị cung cấp khí, bộ điều chỉnh ápsuất v.v

*Đặc điểm:

Hệ treo này chính là biến dạng của hệ treo 2 đòn ngang

Hình 7: Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson

1.Giảm chấn đồng thời là trụ đứng 2 Đòn ngang dới 3 Bánh xe

4 Lò xo 5 Trục giảm trấn P.tâm quay bánh xe S Tâm quay tức thời theo mặt

phẳng ngang của thùng xe.

Coi đòn ngang trên có chiều dài bằng 0 và đòn ngang dới có chiều dài khác 0.Chính nhờ cấu trúc này mà ta có thể có đợc khoảng không gian phía trong để bốtrí hệ thống truyền lực hoặc khoang hành lý Sơ đồ cấu tạo của hệ treo (Hình 1.6)bao gồm : một đòn ngang dới, giảm chấn đặt theo phơng thẳng đứng, một đầu đ-

ợc gối ở khớp cầu B đầu còn lại đợc bắt vào khung xe Bánh xe đợc nối cứng với

vỏ giảm chấn Lò xo có thể đợc đặt lồng giữa vỏ giảm chấn và trục giảm trấn

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 đợc trọng l-ợng kết cấu Nhng nhợc điểm chủ yếu của hệ treo Mc.Pherson là do giảm chấnvừa phải làm chức năng của giảm chấn lại vừa làm nhiệm vụ của trụ đứng nêntrục giảm chấn chịu tải lớn nên giảm trấn cần phải có độ cứng vững và độ bềncao hơn do đó kết cấu của giảm chấn phải có những thay đổi cần thiết

*Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson:

A

Trong hệ thống treo nói chung, và hệ treo của cầu dẫn hớng nói riêng cácgóc đặt bánh xe có một ý nghĩa vô cùng quan trọng.Chúng phải đảm bảo cho việc

điều khiển nhẹ nhành, chính xác, không gây lực cản lớn cũng nh làm mòn lốpquá nhanh

Trong quá trình chuyển động bánh xe luôn luôn dao động theo phơngthẳng đứng, sự dao động này kéo theo sự thay đổi góc nghiêng ngang, độ chumtrớc của bánh xe và khoảng cách giữa hai vết bánh xe, đồng thời chúng cũng làmthay đổi góc nghiêng dọc và nghiêng ngang của trụ xoay dẫn hớng Các quan hệgiữa các thông số đó phụ thuộc vào sự chuyển vị của bánh xe theo phơng thẳng

đứng đó là mối quan hệ động học của hệ treo

Trên hình 1.7 biểu diễn mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson:

Hình 8: Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson a) Sự thay đổi góc nghiêng ngang của bánh xe và trụ xoay dẫn hớng

b) Sự thay đổi góc nghiêng dọc của trụ, xoay dẫn hớng

c) Sự thay đổi độ chụm trớc của bánh xe

3.2.3 Hệ treo đòn dọc :

Hình 9: Sơ đồ nguyên lý hệ treo hai đòn dọc

1 Khung vỏ 2 Lò xo 3 Giảm chấn 4 Bánh xe

5 Đòn dọc 6 Khớp quay

*Đặc điểm:

Hệ treo hai đòn dọc ( Hình 1.8) là hệ treo độc lập mà mỗi bên có một đòndọc Mỗi đầu của đòn dọc đợc gắn cứng với trục quay của bánh xe, một đầu liênkết với khung vỏ bởi 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 hớng dẫn Dophải chịu tải trọng lớn nên nó thờng đợc làm có độ cứng vững tốt

Khớp quay của đòn dọc thờng là khớp trụ, với hai ổ trợt đặt xa nhau để cókhả năng chịu lực theo các phơng cho hệ treo Đồng thời đòn dọc đòi hỏi cầnphải có độ cứng vững lớn, nhằm mục đích chịu đợc các lực dọc, lực bên và chịumômen phanh lớn

Do có kết cấu nh vậy, nên hệ treo này chiếm ít không gian và đơn giản vềkết cấu, giá thành hạ Hệ treo này thờng đợc bố trí cho cầu sau bị động, khi máy

đặt ở phía trớc, cầu trớc là cầu chủ động

Hệ treo đòn dọc chiếm các khoảng không gian hai bên sờn xe nên có thẻtạo điều kiện cho việc hạ thấp trọng tâm xe và có thể nâng cao tốc độ, dành mộtphần không gian lớn cho khoang hành lý.

*Các phần đàn hồi của hệ treo hai đòn dọc:

Khi sử dụng đòn dọc làm thanh dẫn hớng và tiếp nhận lực thì bộ phận đànhồi và giảm chấm đợc đặt giữa khung vỏ và đòn dọc Đại đa số các ô tô trong tr-ờng hợp này thờng sử dụng bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn, lò xo có thể đặt ngoàihoặc lồng vào giảm chấn cho gọn

Hình 10: Sự thay đổi góc nghiêng trục cầu sau khi thân xe nghiêng a)Đồ thị quan hệ

b) Miêu tả góc ϕ, δ

Một số trờng hợp khác ngời ta sử dụng thanh xoắn làm bộ phận đàn hồi.Thanh xoắn đợc đặt sát sàn xe, một đầu cố định có cơ cấu điều chỉnh dạngbulông hoặc cam lệch tâm để có thể điều chỉnh độ cao thùng xe, ụ cao su hạn chếhành trình của hệ treo cũng đợc đặt trên đòn dọc Trong hệ treo này cũng sửdụng thanh ổn định nh hệ treo hai đòn ngang Về phơng diện động học do đặc

điểm kết cấu của hệ treo đòn dọc nên khi bánh xe dịch chuyển theo phơng thẳng

đứng thì không làm thay đổi khoảng cách giữa hai vết bánh xe và các góc đặt

+δ

−δ +δ

−δ

+ψ

−ψ

b) a)

bánh xe Khi ta tăng tải ở một bên bánh xe và giảm tải ở bên bánh xe kia thì dẫntới chiều dài cở hai bên vết bánh xe khác nhau.

Hơn nữa, trong trờng hợp ô tô quay vòng hoặc khi đi trên đờng mấp mô,nếu hệ treo hai biến dạng không đều nhau thì sinh ra hiện tợng tự xoay cầu xe nh

hệ treo phụ thuộc dầm cầu liền gây nên lệch trục cầu xe Ta có thể biểu diễn quan

hệ này trên đồ thị quan hệ ψ ( góc nghiêng ngang thân xe) và góc dịch chuyểncủa đờng tâm cầu δs ( Hình I.9)

3.2.4 Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết:

Hệ treo này xuất hiện trên xe con vào những năm 70 cùng với sự hoànthiện kết cấu cho các xe có động cơ và cầu trớc chủ động Theo cấu trúc của nó

có thể phân chia thành loại treo nửa độc lập và treo nửa phụ thuộc Theo khả nănglàm 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 đợc phân loại là treo độc lập tức là

đòn liên kết có độ cứng nhỏ hơn nhiều so với độ cứng của dầm cầu phụ thuộc

Hình 11: Sơ đồ nguyên lý hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết

1.Bánh xe 2 Khớp quay trụ cầu đòn dọc 3 Đòn dọc 4 Thùng xe

5 Lò xo 6 Giản chấn

Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết ( Hình I.10) có đặc điểm là hai

đòn dọc đợc nối cứng với nhau bởi một thanh ngang Thanh ngang liên kết đóngvai trò nh một thanh ổn định nh đối với các hệ treo độc lập khác Thanh ngangliên kết có độ cứng chống xoắn vừa nhỏ để tăng khả năng chống lật của xe vừa

1

4 5

6

có khả năng truyền lực ngang tố Đòn dọc vừa là nơi tiếp nhận lực ngang, lực dọcvừa là bộ phận hớng nên nó cần thiết có độ cứng vững tốt còn khớp trụ ở đầu đòndọc thờng có độ dài vừa đủ để tăng khả năng ổn định ngang của hệ treo.

Hệ treo đòn dọc có thanh liên kết hiện nay cũng dợc dùng rộng rãi trênmột số ô tô có vận tốc cao vì nó có những u điểm sau:

-Kết cấu của hệ treo khá gọn, khối lợng nhỏ, có thể sản xuất hàng loạt vàkhả năng lắp rắp nhanh, chính xác, điều này có lợi cho việc làm giảm giá thành,

đặc biệt đối với hệ treo có bộ phận đàn hồi là thanh xoắn

-Giảm nhẹ đợc lực tác dụng lên đòn ngang và các khớp quay do có thanhliên 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.-Tuỳ theo vị trí đặt đòn ngang mà ngời ta có thể không cần dùng đến thanh

ổn định của hệ treo độc lập ( đòn ngang đảm nhận chức năng của thanh ổn định)

Bên cạnh những u điểm đó hệ treo này còn tồn tại một số nhợc điểm nh là

đòi hỏi công nghệ hàn cao, tải trọng đặt lên cầu xe hạn chế và có thể làm quaytrục cầu xe khi xe đi trên đờng vòng ở trạng thái quay vòng thừa

Cũng giống nh các hệ treo độc lập khác,hệ treo đòn dọc có thanh liên kết

bộ phận đàn hồi của nó có thể là lò xo trụ xoắn Lò xo đợc đặt giữa khung và đòndọc Để tiết kiệm không gian, lò xo thờng đợc lồng và giảm chấn Trong trờnghợp dùng thanh xoắn thì chúng cũng đợc bố trí giống nh đối với các hệ thống treo

độc lập khác nhng mỗi đòn dọc có một thanh xoắn riêng, chúng cho phép điềuchỉnh đợc độ cao của thùng xe

Về động học của hệ treo này nằm giữa hệ treo đòn dọc và hệ treo phụthuộc Tâm nghiêng của xe có dần cầu liền ở hệ treo phụ thuộc nằm trên mặtphẳng bệ nhíp ( lò xo) với dầm cầu còn hệ treo có đòn dọc thì nằm ở mặt đờng

Hình 12: Sơ đồ vị trí tâm quay bánh xe O , tâm nghiêng

cầu xe S của hệ treo có đòn liên kết.

Trong đó, S là tâm quay của thing xe, S nằm trên trung điểm của cầu xe Khi cảhai bánh xe cùng dịch lên, góc nghiêng ngang của bánh xe thay đổi rất ít Khi haibánh xe lệch nhau, góc nghiêng ngang thay đổi đáng kể đồng thời kéo theo sựthay đổi độ chụm bánh xe

Đòn ngang liên kết phần lớn có tiét diện hình chứ U nằm ngang ( tiết diệnhở) Khi hai bánh xe dịch chuyển nhng đầu đòn ngang không biến dạng và đóngvai trò nh thanh ổn định.Tính chất độc lập hay phụ thuộc tùy vào vị trí đặt thanhliên kết Nếu đòn ngang dịch về tâm quay của đòn dọc chúng ta có hệ treo đòndọc, nếu đòn ngang dịch về bánh xe chúng ta có hệ treo phụ thuộc

3.2.5.Hệ treo đòn chéo:

Hình 13: Sơ đồ hệ treo đòn chéo 1.Dầm cầu 2 Đòn chéo 3 Các đăng

Hệ thống treo trên đòn chéo là cấu trúc mang tính trung gian giữa hệ treo đònngang và hệ treo đòn dọc.Bởi vậy sử dụng hệ treo này cho ta tận dụng đợc u điểncủa hai hệ treo trên và khắc phục đợc một số nhợc điểm của chúng Đặc điểm của

hệ treo này là đòn đỡ bánh xe quay trên đờng trục chéo và tạo nên đòn chéo trênbánh xe Trong hệ treo đòn chéo (hình 1.12) chi tiết đàn hồi phần lớn là lò xoxoắn ốc Các loại lò xo này có thể là dạng trụ hoặc dạng xếp Loại lò xo xếp có u

điểm là gọn, hành trình làm việc lớn Loại lò xo hình trụ thờng đợc lồng vào giảmchấn nh đối với hệ treo đòn dọc để chúng chiếm ít không gian Ngoài ra đối với

hệ treo này, ngời ta còn hay dùng thêm thanh ổn định để làm tăng sự êm dịutrong 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 xe dao động theo phơng thẳng đứng thì cũng kéo theo sự thay đổi

khoảng cách giữa hai vết bánh xe, góc nghiêng ngang, nhng sự thay đổi đó nhỏ hơn các loại đã xét ở trên Riêng độ chạm trớc cửa bánh xe thì thay đổi không

đáng kể

4.Các bộ phận khác của hệ thống treo:

4.1.Giảm chấn:

Trên xe ôtô giảm chấn đợc sử dụng với mục đích sau:

- Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên

nền đờng không bằng phẳng nhằm bảo vệ đợc bộ phận đàn hồi và tăng tính tiệnnghi cho ngời sử dụng

- Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằmlàm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng.

- Nâng cao các tính chất chuyển động của xe nh khả năng tăng tốc ,khả năng an toàn khi chuyển động

Hiện nay để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động ngời ta dùng giảmchấn thủy lực Giảm chấn thuỷ lực sẽ biến cơ năng các dao động thành nhiệtnăng và sự làm việc của nó là nhờ ma sát giữa các chất lỏng và lỗ tiết lu là ma sátchủ yếu để dập tắt các 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 đờngmấp mô và phải dập tắt chậm các dao động nếu ôtô chạy trên đờng ít mấp mô đểcho 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:

Giảm chấn hai lớp vỏ ra đời vào năm 1938, đây là một loại giảm chấn quenthuộc và đợc dùng phổ biến cho ôtô từ trớc đến nay

Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ

có tác dụng hai chiều

7 8 6

6- Piston;

7- Van cố định;

8- Vỏ ngoài.

Cấu tạo giảm chấn vỏ hai lớp (Hình 14)

Trong giảm chấn , piston di chuyển trong xy lanh,chia không gian trong thànhbuồng A và B ở đuôi của xy lanh thuỷ lực có một cụm van bù.Bao ngoài vỏtrong là một lớp vỏ ngoài , không gian giữa hai lớp vỏ là buồng bù thể tích chấtlỏng và liên hệ với B qua các cụm van một chiều (III,IV)

Buồng C đợc 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

•Nguyên lý làm việc:

ở hành trình nén (bánh xe tiến lại gần khung xe), lúc đó ta có thể tích buồng Bgiảm 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 Vỏ ngoài của giảm chấn có tác dụngchứa dầu và thoát nhiệt ra môi trờng không khí xung quanh Trên nắp của giảmchấn có phớt che bụi , phớt chắn dầu và các lỗ ngang để bôi trơn cho trục giảmchấn trong quá trình làm 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 lu thông thờng xuyên Cấu trúc của nó tuỳ thuộc vào kết cấu cụ thể.Van trả , van nén của hai cụm van nằm ở piston và xylanh trong cụm van bù cókết cấu mở theo hai chế độ , hoặc các lỗ van riêng biệt để tạo nên lực cản giảmchấn tơng 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 lợng.

6 7 3 5

Trong một giảm chấn một lớp vỏ không còn bù dầu nữa mà thay thế chứcnăng của nó là buồng II chứa khí nén có P = 23 KG/cm2 đây là sự khác nhau giữagiảm chấn một lớp vỏ và hai lớp vỏ

Khi piston dịch chuyển xuống dới 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 dới piston áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi không lớn và dao

động xung quanh vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu, nhờ vậy màtránh đợc hiện tợng tạo bọt khí, một trạng thái không an toàn cho sự làm việc củagiảm chấn Trong quá trình làm việc piston ngăn cách (4) di chuyển tạo nên sựcân bằng giữa chất lỏng và chất khí do đó áp suất không bị hạ xuống dới giá trịnguy hiểm Giảm chấn có độ nhạy cao kể cả piston dịch chuyển rất nhỏ, tránh đ-

ợc hiện tợng cỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm 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 u điểm sau :

- Khi có cùng đờng kính ngoài, đờng kính của cần piston có thể làm lớnhơn mà sự biến động tơng 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 nhữnghành trình đầu tiên

- Giảm chấn có piston ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bốtrí nào Nhờ các u điểm này mà giảm chấn một lớp một lớp vỏ đợc sử

dụng rộng rãi trên hệ treo Mc.pherson và hệ treo đòn dọc có thanhngang liên kết.

Nhợc điểm của loại giảm chấn một lớp vỏ là vấn đề công nghệ và bao kín ( tuổithọ của phớt và độ mòn của piston với ống dẫn hớng )

- ở loại hai lớp vỏ: ống dẫn hớng cần piston hỏng trớc phớt bao kín

- ở loại giảm chấn một lớp vỏ : phớt bao kín hỏng trớc ống dẫn hớng củacần piston

4.2.Xu hớng phát triển của các hệ thống treo(HTT):

Hiện nay trên thị trờng trong nớc và thế giới đang sử dụng nhiều loại HTT rất

đa dạng và phong phú , với đủ kiểu mẫu và chủng loại Nhng đối với ôtô con hiện

đại ngày nay ngời ta thờng hay sử dụng các loại hệ thống treo độc lập nh

chuyển động của ôtô Tăng khả năng bám đờng của lốp và do đó nâng cao đợctốc độ chuyển động của ôtô, tăng khả năng ổn định khi quay vòng

Các HTT của ôtô con hiện nay thờng dùng loại có cấu tạo đơn giản , giảm sốchi tiết , giảm trọng lợng HTT , giá thành hạ , dễ tháo lắp sửa chữa và bảo dỡng

ở đồ án này với một khoảng thời gian ngắn và trình độ hạn chế em chỉ đi sâu vào nghiên cứu và thiết kế HTT cho xe du lịch 5 chỗ với hệ thống treo trớc là hệ thống Mc.Pherson

PHần b

Thiết kế các thông số cơ bản của hệ

thống treo mc.pherson

I.Chọn phơng án thiết kế :

1.Chọn phơng án:

Qua phân tích các phơng án trên ta thấy phơng án bố trí HTT Mc.Pherson là

thích hợp cho xe du lịch có vận tốc cao và có cầu trớc chủ động Đảm bảo ổn

định động học và tính chất dịch chuyển của bánh xe

2.Các nội dung thiết kế:

Việc thiết kế bao gồm các bớc sau

- Xác định các thông số cơ bản

- Động học: Đa ra quan hệ động học hợp lí nhất

- Động lực học: Tính các lực và mômen tác dụng lên các chi tiết và kiểmbền chúng

- Thiết kế lò xo

- Thiết kế giảm chấn

- Thiết kế thanh ổn định

- Kiểm bền một số chi tiết

- Thiết kế quy trình gia công: rô-tuyn

II.XáC ĐịNH CáC THÔNG Số CƠ BảN CủA HTT:

1.Các số liệu ban đầu và số liệu tham khảo:

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 trớc khi không tải G10 = 7000 N

- Tải trọng đặt lên cầu trớc 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

1 Nhóm các thông số kích thớc bánh xe :

- Chiều dài cơ sở : L = 2630 (mm)

Có rất nhiều các thông số đánh giá độ êm dịu của ôtô khi chuyển động nh tần

số dao 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 củaHTT

Đối với ôtô con tần số dao động n = 60 ữ 90 lần/ph để đảm bảo phù hợp vớidao động của con ngời

10

= 7.45 (rad/s)

- Khối lợng phần không treo : mkt = 22 kg

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

⇔ MT0 = 700 – 22 – 16x2 = 646 Kg

m10 _ tải trọng đặt lên cầu trớc khi không tải m10 = 700 Kg

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

⇔ MT1 = 850 – 22 – 16x2 = 796 Kg

m1T _ tải trọng đặt lên cầu trớc khi đầy tải m1T = 850 Kg

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

0 1

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

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

2

2

.

0 = 6462x20008x9,81 = 158 (mm)

Từ công thức : n ot =

π

ωot

30

= 30xπ7.88 = 75.2 (l/ph)

+ở chế độ đầy tải : fT1t = M C g

T

t

2

1 = 7962x20008x9,81 = 195 (mm)

Từ công thức : n1t =

π

ω1t

30

= 30xπ7.09 = 67.7 (l/ph) Qua kiểm nghiệm ta thấy ở cả hai chế độ không tải và đầy tải tần số dao động

đều nằm trong khoảng 60 ữ 90 (l/ph) đảm bảo đợc yêu cầu đặt ra Do đó với bộphận đàn hồi có độ cứng CT = 20.008 (N/mm) thoả mãn đợc yêu cầu tính toánthiết kế

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

f t = ω 2

g

45 7

81 9 = 0.18 (m).

• Xác định hành trình động của bánh xe (độ võng động của hệ treo ):

• Kiểm tra hành trình động của bánh xe : theo điều kiện đảm bảo khoảng sánggầm xe tối thiểu Hmin

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 trớc cần kiểm tra hành trình động để không xẩy ra va đập cứng vào

ụ tì trớc khi phanh :

Khi phanh dới 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

f M

= 796

646x180 = 146(mm).

•Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn : KTB

- Hệ số dập tắt dao động của hệ treo :

- Góc nghiêng ngang trụ xoay đứng(góc Kingpin): δ0= 10o

- Sự thay đổi góc nghiêng ngang trụ đứng ∆δ = 2o

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

- Bán kính bánh xe quay quanh trụ đứng ro = -15 mm

- Khoảng sáng gầm xe: Hmin =110 mm

- Độ võng tĩnh fT = 180 mm

- Độ võng động fđ = 144 mm

- Độ võng của hệ treo ở trạng thái không tải f0T = 146 mm

- Chiều dài trụ đứng Kr = 150 mm

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

- Tâm quay tức thời của thùng xe nằm dới mặt đờng hs = 50 mm

III.Động học hệ treo mc.pherson:

1 Xác định độ dài càng chữ A và vị trí các khớp (phơng pháp đồ thị):

Các bớc cụ thể nh sau : (Vẽ với tỉ lệ 1: 2 )

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

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

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

- 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 tơng tự ta sẽ tìm đợc vị trí khớp ngoài của đòn ngang ở vị trí đầy tải nh sau : Khi hệ treo biến dạng lớn nhất , nếu coi thùng xe đứng yên thì bánh

xe sẽ dịch chuyển tịnh tiến lên tới điểm B1

Hình 3.1: 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 trạng thái khi không tải

Khoảng cách từ O1 tới đờng đối xứng của xe phải sao cho có thể bố trí

khoang chứa hàng hoặc cụm máy Nếu nó không phù hợp thì có thể cho phép thay đổi khoảng sáng gầm xe trong giới hạn cho phép

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

- Nối PBo và kéo dài cắt Aom tại S(S là tâm quay tức thời của cầu xe cũng n là thing 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 :

L d = 370 mm

A B B A B

A

B A

x x

y x y x X x x

y y

−

− +

x x

A B

x x

A B

●5 Xác định đợc tọa độ điểm O2: O2 ∈ C0n

k/cách từ O2 tới dd là:750(đơn vị)

●6 Xác định đợc phơng trình đờng thẳng BC2

BC2 ⊥ B0z

 Xác định đợc tọa độ điểm C2, là giao điểm của hai đờng thẳng

●10 Khi đó xây dung đợc phơng trình đờng thẳng D1O2

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

●11 Xác định đợc tọa độ điểm D2: D2 ∈ D1O2

D1D2 = C0C1 (tính đợc)

●12 Xác định đợc phơng trình đờng trung trực của đoạn thẳng C1D2

( gọi là đờng thẳng: l) biết điểm C1

●14 Giao điểm của hai đờng thẳng: l và p lúc này sẽ là:

l giao p tại điểm O1

 Xác định đợc tọa độ điểm O1 (**)

 Từ (*) và (**), tính ra đợc khoảng cách: