MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO 2 1 1 Công dụng và yêu cầu 2 1 1 1 Công dụng 2 1 2 Phân loại 3 1 2 1 Phân loại theo vật liệu chế tạo phần tử đàn hồi 4 1 2 2 Phân loại theo sơ đồ dẫn hướng 9 1 3 Các bộ phận cơ bản của hệ thống treo 12 1 3 1 Phần tử dẫn hướng 12 1 3 1 1 Hệ thống treo phụ thuộc,phần tử dẫn hướng là nhíp 12 1 3 1 2 Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi lò xo trụ 13 1 3 1 3 Hệ thống treo độclập, phần tử đàn hồi lò xo trụ, đòn treo dọc 14 1 3 1 4 Hệ thống.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO
Công dụng và yêu cầu
1.1.1 Công dụng Ô tô chuyển động, nó cùng với lốp hấp thụ và cản lại các rung động, các dao động và Hệ thống treo là hệ thống liên kết giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe Mối liên kết treo của xe là liên kết đàn hồi, có tác dụng làm êm dịu cho quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe.
+ Khi ô các va đập tác dụng lên xe do mặt đường không bằng phẳng, để bảo vệ hành khách, hành lý và cải thiện tính ổn định
Xác định động học chuyển động của bánh xe là rất quan trọng, bao gồm việc phân tích lực kéo và lực phanh phát sinh từ ma sát giữa mặt đường và bánh xe Đồng thời, cần xem xét lực bên và các mô men phản lực tác động lên gầm và thân xe để đảm bảo hiệu suất và an toàn khi vận hành.
Dập tắt các dao động thẳng đứng của khung vỏ ôtô là cần thiết để giảm thiểu tác động từ mặt đường không bằng phẳng Khi xe di chuyển trên những đoạn đường gồ ghề, các dao động này không chỉ làm giảm tuổi thọ của phương tiện và hàng hóa mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự thoải mái và an toàn của hành khách.
Chất lượng của hệ thống treo quyết định sự êm dịu của xe khi chuyển động Để đạt được hiệu suất tối ưu, hệ thống treo được cấu tạo từ ba bộ phận chính.
Bộ phận đàn hồi là cầu nối giữa khung vỏ và bánh xe, chịu trách nhiệm tiếp nhận lực thẳng đứng từ khung vỏ đến bánh xe và ngược lại Cấu tạo của bộ phận này chủ yếu bao gồm các chi tiết đàn hồi bằng kim loại như nhíp, lò xo xoắn, hoặc thanh xoắn, và có thể là khí trong các hệ thống treo bằng khí hoặc thủy khí.
Bộ phận giảm chấn có vai trò quan trọng trong việc dập tắt nhanh chóng các dao động bằng cách chuyển đổi năng lượng dao động thành nhiệt năng Quá trình này diễn ra thông qua ma sát, đặc biệt trong hệ thống giảm chấn thuỷ lực trên ô tô Khi xe di chuyển qua các lỗ tiết lưu, ma sát giữa chất lỏng và thành lỗ, cũng như giữa các lớp chất lỏng, tạo ra nhiệt làm nóng vỏ giảm chấn và tỏa ra ngoài.
Bộ phận hướng có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo động học của bánh xe, giúp bánh xe chỉ dao động trong mặt phẳng đứng Ngoài ra, bộ phận này còn truyền tải lực dọc, lực ngang và mô men giữa khung vỏ và bánh xe.
1.1.2 Yêu cầu cảu hệ thống treo
+ Đảm bảo tần số dao động riêng thích hợp cho phần được treo,
+ Có độ võng động hợp lý để không sinh ra va đập lên các ụ hạn chế bằng cao su, + Có độ dập tắt dao động hợp lý,
+ Không gây lên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ xe,
+ Đảm bảo tính năng dẫn hướng tốt của ô tô,ô tô không bị nghiêng khi quay vòng hoặc phanh,
+ Đảm bảo chiều rộng cơ sở và các góc đặt của các trụ của các bánh xe dẫn hướng không thay đổi,
+ Đảm bảo sự tương thích giữa động học bánh xe dẫn hướng và động học dẫn động lái,
+ Có độ tin cậy lớn,trong nhiều điều kiện phù hợp với tính năng kĩ thuật không gặp hư hỏng bất thường,
+ Kết cấu nhỏ gọn,làm việc êm dịu,ổn định,dễ dàng bảo dưỡng,sửa chữa,thay thế, + Có độ bền cao,giá thành thấp.
Phân loại
Theo vật liệu chế tạo phần tử đàn hồi:
+ Bằng kim loại (nhíp lá, lò xo, thanh xoắn)
Theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng:
+ Hệ thống treo phụ thuộc
+ Hệ thống treo độc lập
Theo phương pháp dập tắt dao động:
+ Loại giảm chấn thủy lực (loại tác dụng 1 chiều, 2 chiều)
+ Loại ma sát cơ (ma sát trong bộ phận đàn hồi, trong bộ phận dẫn hướng)
Theo phương pháp điều khiển
+ Hệ thống treo bị động( không được điều khiển),
+ Hệ thống treo chủ động.
1.2.1.Phân loại theo vật liệu chế tạo phần tử đàn hồi a.Phần tử đàn hồi làm bằng kim loại
Nhíp được cấu tạo từ các lá thép cong, được sắp xếp từ ngắn đến dài và kẹp chặt bằng bu lông hoặc đinh tán ở giữa Để giữ cho các lá nhíp không trượt ra ngoài vị trí, người ta sử dụng kẹp ở một số điểm Hai đầu của lá dài nhất được uốn cong để tạo thành mắt nhíp, giúp gắn nhíp vào khung.
Nhíp dài hơn thường mềm hơn, trong khi nhíp nhiều lá có khả năng chịu tải lớn nhưng lại cứng hơn, dẫn đến việc giảm độ êm dịu trong chuyển động Dù vậy, nhíp vẫn được sử dụng phổ biến vì nó không chỉ là cơ cấu đàn hồi mà còn đóng vai trò là cơ cấu dẫn hướng và giảm chấn, thực hiện toàn bộ chức năng của hệ thống treo.
Nhíp xe tải có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm kết cấu đơn giản, chắc chắn và chi phí thấp Bản thân nhíp đã đủ độ cứng vững để giữ cầu xe ở vị trí chính xác, do đó không cần sử dụng các thanh nối Hơn nữa, việc chế tạo và sửa chữa nhíp cũng rất đơn giản.
Nhíp có một số nhược điểm như trọng lượng lớn, tuổi thọ thấp và đường đặc tính tuyến tính Việc bố trí nhíp ở bánh trước gặp khó khăn do yêu cầu về độ võng tĩnh và động, khiến nhíp cần phải dài hơn, nhưng điều này lại làm tăng độ khó trong việc lắp đặt Thêm vào đó, nhíp gặp phải nội ma sát, dẫn đến khả năng hấp thụ dao động nhỏ từ mặt đường kém Do đó, nhíp thường được sử dụng cho các loại xe thương mại lớn, có tải trọng nặng và yêu cầu độ bền cao.
Lò xo được chế tạo từ dây thép lò xo đặc biệt và được quấn thành hình ống Khi chịu tải, dây lò xo sẽ xoắn lại do sự nén, giúp dự trữ năng lượng ngoại lực và giảm thiểu va đập.
Lò xo trụ, thường được sử dụng trong ôtô du lịch như một bộ phận đàn hồi, có thể có tiết diện tròn hoặc vuông Một trong những ưu điểm nổi bật của lò xo trụ là trọng lượng nhẹ hơn so với nhíp khi có cùng độ cứng và độ bền Ngoài ra, trong quá trình hoạt động, lò xo trụ không gặp ma sát giữa các vành như nhíp, đồng thời cũng không yêu cầu bảo trì thường xuyên như nhíp, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.
Lò xo chỉ đảm nhận chức năng hồi, trong khi các nhiệm vụ khác như giảm chấn và dẫn hướng cần có các bộ phận khác hỗ trợ Do đó, khi kết hợp cả hai yếu tố này, hệ thống treo lò xo trụ có cấu trúc phức tạp hơn so với hệ thống treo nhíp.
Thanh xoắn là một thanh thép lò xo có tính đàn hồi xoắn, thường được sử dụng trong các dầm của xe Một đầu của thanh được gắn vào cấu trúc chịu tải xoắn, trong khi đầu còn lại có thể được sử dụng để làm thanh ổn định.
Thanh xoắn có ưu điểm nổi bật là khả năng hấp thụ năng lượng trên mỗi đơn vị khối lượng cao hơn so với các phần tử đàn hồi khác, giúp giảm trọng lượng hệ thống treo Hơn nữa, thiết kế hệ thống treo sử dụng thanh xoắn cũng rất đơn giản, mang lại hiệu quả cao trong việc cải thiện hiệu suất vận hành.
Nhược điểm: không có năng kiểm soát được dao động, vì vậy cần phải dùng giảm chấn kèm với nó. b) Phần tử đàn hồi phi kim loại
* Phần tử đàn hồi loại khí
Phần tử đàn hồi loại khí có tác dụng nhiều trong các ôtô có khối lượng phần được treo lớn và thay đồi nhiều.
Để điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo, có thể thay đổi áp suất bên trong phần tử đàn hồi, giúp phù hợp với các tải trọng tĩnh khác nhau mà vẫn giữ nguyên độ võng tĩnh và tần số dao động riêng.
Giảm độ cứng của hệ thống treo giúp cải thiện độ êm dịu của chuyển động bằng cách giảm biên độ dịch chuyển của buồn lái ở tần số thấp, đồng thời hạ thấp vùng cộng hưởng xuống tần số dao động thấp hơn Điều này dẫn đến việc giảm gia tốc của buồng lái và giảm sự dịch chuyển của vỏ cũng như bánh xe.
Hệ thống treo khí có đặc tính đàn hồi phi tuyến, với sự gia tăng đột ngột trong cả quá trình nén và trả, giúp duy trì độ êm dịu cao cho chuyển động, bất chấp khối lượng của phần được treo và không được treo Nhờ vào việc không có ma sát trong phần tử đàn hồi, hệ thống này có trọng lượng nhẹ và hiệu quả trong việc giảm 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 với mặt đường
* Phần tử đàn hồi loại thủy khí
Hệ thống này kết hợp giữa cơ cấu điều khiển thủy lực và cơ cấu chấp hành khí nén, mang lại ưu điểm nổi bật với tần số dao động riêng thấp gần trạng thái tĩnh Điều này cho phép thiết lập đường đặc tính đàn hồi theo yêu cầu một cách hiệu quả.
Cả khí và thủy khí đều có những ưu điểm nhưng cũng tồn tại nhược điểm như cần máy nén khí, bình chứa phụ và hệ thống van tự động điều chỉnh áp suất, dẫn đến hệ thống treo trở nên phức tạp Việc chế tạo đòi hỏi độ chính xác cao, chi phí cao và dễ bị hư hỏng do ảnh hưởng của thời tiết Đặc biệt, hệ thống treo thủy khí loại ống còn gặp thêm những nhược điểm riêng.
* Phần tử đàn hồi cao su
Vấu cao su hấp thụ dao động nhờ sinh ra nội ma sát khi nó bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực. Ưu điểm:
+ Có độ bền cao không cần bảo dưỡng, bôi trơn,
+ Cao su có thể thu năng lượng trên 1 đơn vị thể tích lớn hơn thép 5÷ 10 lần,
Bộ phận làm bằng cao su có trọng lượng nhẹ và đặc tính phi tuyến, giúp dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với đường đặc tính mong muốn.
+ Suất hiện biến dạng thừa dưới tác dụng của tải trọng kéo dài, nhất là tải trọng thay đổi,
+ Thay đổi tính chất đàn hồi khi nhiệt độ thay đổi, đặc biệt là độ cứng của cao su sẽ tăng lên khi làm việc ở nhiệt độ thấp,
+ Cần thiết phải đặt giảm chấn và bộ phận dẫn hướng. Ưu nhược điểm của cao su phụ thuộc vào công nghệ chế tạo và chất lượng cao su
1.2.2.Phân loại theo sơ đồ dẫn hướng a.Loại phụ thuộc với cầu liền
* Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp
Hình 6: hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp
5.nhíp chính 6.giá treo sau nhíp chính 7.giá treo nhíp phụ
Các bộ phận cơ bản của hệ thống treo
Hệ thống treo bao gồm các bộ phận cơ bản sau:
Bộ phận dẫn hướng chịu trách nhiệm xác định động học chuyển động của bánh xe và truyền tải các lực kéo, lực phanh, lực bên cùng mô men phản lực lên khung hoặc vỏ xe Thiết kế của bộ phận này có thể khác nhau tùy thuộc vào việc sử dụng hệ thống treo độc lập hay phụ thuộc, với các phần tử đàn hồi như nhíp, lò xo hoặc thanh xoắn.
1.3.1.1.Hệ thống treo phụ thuộc,phần tử dẫn hướng là nhíp
Hệ thống treo phần tử đàn hồi là nhíp có thể được bố trí ở cầu bị động hoặc ở cầu chủ động.
Nhíp vừa đóng vai trò là phần tử đàn hồi vừa là bộ phận dẫn hướng trong hệ thống treo của xe Với chức năng dẫn hướng, nhíp có khả năng truyền lực dọc (như lực kéo và lực phanh) cùng với lực ngang từ bánh xe lên khung xe Nó cũng có thể truyền mô men kéo và mô men phanh từ bánh xe lên khung Khi nhíp biến dạng, chiều dài của nó thay đổi, dẫn đến việc tai nhíp gắn vào khung hay dầm xe, với một đầu cố định và một đầu di động Đối với nhíp sau, đầu cố định thường nằm ở phía trước, trong khi đầu di động ở phía sau, nhằm phù hợp với lực đẩy và lực kéo từ bánh xe Đối với nhíp trước, vị trí của đầu cố định có thể nằm ở phía trước hoặc phía sau, tùy thuộc vào vị trí của cơ cấu lái, để đảm bảo sự phối hợp giữa hệ thống treo và hệ thống lái.
1.3.1.2.Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi lò xo trụ
Hệ thống treo phụ thuộc có thể sử dụng lò xo trụ ở cả cầu bị động và cầu chủ động Do lò xo trụ chỉ chịu lực kéo theo phương thẳng đứng, nên cần có các phần tử dẫn hướng bổ sung Thường thì, trong hệ thống treo này, các thanh giằng và thanh ổn định được bố trí vào bộ phận dẫn hướng để tăng cường hiệu suất và độ ổn định.
1.3.1.3.Hệ thống treo độclập, phần tử đàn hồi lò xo trụ, đòn treo dọc
Hệ thống treo đòn dọc là một cấu trúc mà các thanh liên kết giữa bánh xe và khung được bố trí theo chiều dọc, thường song song và sát hai bên bánh xe Số lượng đòn dọc có thể là hai hoặc bốn, và chúng có thể được sử dụng trong cả hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập.
Để đảm bảo hiệu quả trong bộ phận dẫn hướng, ngoài đòn dọc chịu kéo hoặc nén, cần có thêm một đòn ngang Không gian bên trong lò xo hình trụ rỗng được tận dụng để bố trí hệ thống giảm chấn.
Do những đặc điểm trên đây mà hệ thống treo đòn dọc có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng phần không được treo nhỏ.
1.3.1.4.Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, hai đòn ngang
Hệ thống treo độc lập với hai đòn ngang có cấu tạo như sau:
Một hệ thống gồm hai đòn ngang, một ở phía trên và một ở phía dưới, thường được cấu tạo dưới dạng khung hình tam giác hoặc hình thang Cấu trúc này cho phép các đòn ngang thực hiện chức năng dẫn hướng hiệu quả Đầu trong của mỗi đòn ngang được kết nối với khung hoặc dầm ô tô qua bản lề, trong khi đầu còn lại liên kết với đòn ngang đứng thông qua các khớp cầu Bánh xe được gắn cố định với đòn đứng, và nếu là bánh xe dẫn hướng, nó có thể quay quanh một trụ để thực hiện các chuyển động khi xe quay vòng.
Phần tử đàn hồi lò xo trụ kết hợp với giảm chấn ống thủy lực được kết nối với gối tựa trên khung hoặc vỏ ô tô và bản lề hoặc cầu với đòn treo dưới Một thanh ổn định liên kết hai đầu với hai giá bánh xe và được giữ trên khung bằng hai khớp bản lề Thanh ổn định này giúp hạn chế biến dạng quá mức của một bên bánh xe, đảm bảo sự ổn định cho thân ô tô.
1.3.1.5 Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn chéo Đây là loại hệ thống treo độc lập được thiết kế với tăng độ cứng vững để tăng khả năng chịu lực ngang đồng thời giảm thiểu sự thay đổi của góc đặt bánh xe xảy ra do bánh xe dao động trong phương thẳng đứng Do kết cấu đơn giản và chiếm ít không gian nên thường được sử dụng trên hệ thống treo sau của ô tô du lịch.
Hình 13: Hệ thống treo độc lập hai đòn chéo,lò xo trụ
1.3.1.6 Hệ thống treo độc lập phần tử đàn hồi thanh xoắn
Hệ thống treo với thanh xoắn có ưu điểm về kích thước và trọng lượng nhỏ, giúp tiết kiệm không gian và dễ dàng bố trí, thường được sử dụng trên ô tô du lịch và ô tô tải Trong hệ thống treo độc lập hai đòn ngang, thanh xoắn được lắp dọc theo thân xe, với một đầu cố định vào khung và đầu còn lại liên kết với đòn treo Khi chịu tải trọng, thanh xoắn sẽ tạo ra mô men xoắn và biến dạng góc thông qua các đòn chéo.
Bộ phận đàn hồi trong ô tô có nhiệm vụ nhận và truyền lực thẳng đứng từ mặt đường lên khung xe, giúp giảm tải trọng động khi xe di chuyển trên đường gồ ghề, từ đó đảm bảo tính năng êm ái cho xe Các bộ phận đàn hồi này bao gồm nhiều loại, được chia thành hai nhóm chính: phần tử đàn hồi kim loại như nhíp, lò xo trụ, thanh xoắn và phần tử đàn hồi phi kim loại như vấu cao su, đệm khí, thủy khí.
Giảm chấn được dụng trên xe với mục đích:
Giảm thiểu và dập tắt nhanh chóng các va đập truyền lên khung xe khi bánh xe di chuyển trên bề mặt không bằng phẳng giúp bảo vệ bộ phận đàn hồi và nâng cao tính tiện nghi cho người sử dụng Đồng thời, việc đảm bảo dao động của phần không được treo ở mức độ tối thiểu sẽ cải thiện sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường, từ đó nâng cao khả năng thay đổi tốc độ, ổn định các lực và mô men tác động, cũng như khả năng điều khiển chuyển động.
Quá trình làm việc của giảm chấn chủ yếu là tiêu hao động năng, biến động năng thành nhiệt năng Hiện tượng này xảy ra không chỉ ở nhíp lá mà còn ở các khớp trượt, khớp quay của ổ kim loại và ổ cao su Để đảm bảo quá trình tiêu hao động năng diễn ra nhanh chóng và có thể kiểm soát, giảm chấn được lắp đặt trên các bánh xe sẽ thực hiện chức năng này một cách hiệu quả.
Vấu hạn chế hành trình trong hệ thống treo
1.4.1 Nhiệm vụ của vấu hạn chế hành trình
Chuyển động của xe, bao gồm lên xuống và lắc ngang, phụ thuộc vào độ cứng của các phần tử đàn hồi và thanh ổn định trong điều kiện hoạt động bình thường Khi khối lượng treo và không treo di chuyển tương đối đạt cực đại, các vấu hạn chế hành trình sẽ tăng cứng cho hệ treo, cả theo phương thẳng đứng lẫn lắc ngang Vấu hạn chế hành trình theo phương thẳng đứng giúp tăng độ cứng gần mức va đập cứng, giảm chấn động và ngăn chặn phá hủy hệ thống treo, đồng thời hạn chế truyền dao động và âm thanh lên thân xe Việc sử dụng vấu hạn chế và thanh ổn định cho phép giảm nhẹ độ cứng thiết kế của hệ treo, trong khi vẫn kiểm soát được lắc ngang.
1.4.2.Cấu tạo vấu hạn chế
Vấu hạn chế được chế tạo từ cao su đàn hồi, có thể là đặc hoặc rỗng Đặc tính biến dạng của các vấu cao su phụ thuộc vào tỷ lệ carbon và sulfur trong hỗn hợp Hầu hết các ụ cao su có độ cứng khoảng 65, nằm trong khoảng từ 45 đến 75 Một vấu hình trụ đặc cho phép biến dạng tối đa 20% ở chiều nén, trong khi vấu rỗng có khả năng biến dạng lên tới 50%.
75 % Biến dạng đó phụ thuộc nhiều yếu tố như độ lớn, hình dạng ngoài, độ dày, cạnh vát, độ cứng thành phần.
1.4.3 Đặc tính vấu cao su
Hình 16: Đặc tính treo với các loại vấu hạn chế hành trình
1 Vấu đơn; 2 Vấu kép; 3 Vấu ba; 4 Hành trình nén; 5 Hành trình trả
Cấu tạo, phân loại hệ thống treo cho xe tải, bán mooc
Hiện nay, xe tải ngày càng phát triển để đáp ứng nhu cầu vận chuyển hàng hóa trên nhiều địa hình khác nhau, dẫn đến sự đa dạng trong hệ thống treo xe tải Mỗi loại hệ thống treo được thiết kế phù hợp với các yêu cầu cụ thể của xe Trong hệ treo xe tải, nhíp chịu hai loại tải cơ bản: tải trọng tĩnh và tải trọng động theo phương thẳng đứng, cùng với mô men xoắn khi hai bánh xe chuyển động khác pha.
Một số hệ thống treo
1.5.1 Hệ thống treo cân bằng không thường trực
Với xe nhiều cầu, khi không tải cần treo một cầu ở các hệ cầu tandem
Hình 17: hệ thống treo cân bằng không thường trực
1.5.2 Hệ thống treo tích cực
Hệ thống treo lý tưởng cần đạt được nhiều tiêu chí quan trọng, bao gồm khả năng hấp thụ các lồi, lõm trên đường, kiểm soát góc lắc ngang của thân xe khi quay vòng, và duy trì độ cao ổn định khi có sự thay đổi tải trọng Ngoài ra, nó cũng phải kiểm soát tốt góc lắc dọc khi phanh hoặc tăng tốc, đảm bảo độ êm dịu khi di chuyển trên đường ghồ ghề mà vẫn giữ được lực bám của bánh xe, đồng thời tách biệt các mấp mô khỏi thân xe ở các tốc độ khác nhau.
Với kết cấu truyền thống, người ta chỉ có thể đạt được một trong các chỉ tiêu về hiệu suất mà không thể thỏa mãn tất cả Tuy nhiên, hệ thống treo tích cực cho phép điều khiển các tham số này theo điều kiện khác nhau nhờ vào hệ thống cảm biến đa dạng, bao gồm cảm biến độ cao, cảm biến góc lái, cảm biến gia tốc dọc, cảm biến gia tốc ngang, cảm biến áp suất phanh, cảm biến pedal phanh, cảm biến mức tải, cảm biến vận tốc xe và mô đun chọn.
1.5.3 Hệ thống treo tích cực kiểu lò xo- thuỷ lực
Hệ thống treo tích cực bao gồm nhiều chế độ điều khiển khác nhau: (a) không điều khiển độ cao; (b) có điều khiển độ cao; (c) không điều khiển lắc ngang; (d) có điều khiển lắc ngang; (e) không điều khiển lắc dọc khi phanh; (f) điều khiển lắc dọc khi phanh; (g) không điều khiển lắc dọc khi tăng tốc; và (h) điều khiển góc lắc dọc khi tăng tốc.
Hình 18 : hệ thống treo tích cực kiểu lò xo – thủy lực
Hình 19: hệ thống treo tích cực
1.5.4 Cầu kép Để giảm tải cho cầu và gảim áp suất nền, các xe tải nặng thường có cầu sau là kép(tandem) Theo đó hệ treo cũng có kết cấu đặc biệt để các cầu tự cân bằng Các hình sau là phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem
Hình 20: một số phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem
1.5.5 Hệ treo đàn hồi cao su
Hệ thống treo có phần tử đàn hồi là cao su phù hợp cho các cầu bị động tandem xe moóc, cầu chủ động tandem xe kéo, xe téc
Hình 21: bố trí chung hệ treo đàn hồi cao su
Hệ treo khí xe tải ba cầu bao gồm các thành phần chính như máy nén khí, van không tải, bộ điều chỉnh áp suất, bình chứa và bộ lọc, cung cấp khí nén cho cả hệ thống phanh và treo Máy nén khí hoạt động khi áp suất đạt 8 - 8,5 bar, với áp suất cấp cho bình nén là 7,25 bar, trong khi hệ thống treo sử dụng áp suất 5,5 bar Nhu cầu khí cho hệ thống phanh cao hơn nhiều so với hệ thống treo Hệ thống này có các cụm cơ bản như bình chứa khí, balon khí, van điều khiển độ cao và van chia, trong đó chuyển động tương đối giữa khối lượng treo và không treo đóng vai trò là tín hiệu điều khiển.
Hình 22a: hai dạng treo khí điển hình
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Phân tích, lựa chọn phương pháp bố trí hệ thống treo
Nghiên cứu thiết kế hệ thống treo cho xe bán mooc (xe HUYNDAI/TANTHANH) dựa trên việc phân tích ưu nhược điểm của các loại hệ thống treo hiện có Qua đó, chúng tôi đã lựa chọn hệ thống treo phụ thuộc, liên động cầu cân bằng để tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của xe.
Phương án thiết kế( treo phụ thuộc,liên động cầu cân bằng)
2.1 Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc
Khi bánh xe di chuyển theo phương thẳng đứng, khoảng cách giữa hai bánh xe được nối cứng giữ nguyên, giúp giảm mòn lốp trong trường hợp treo độc lập Sự liên kết cứng này cho phép lực bên tác dụng được phân chia đều cho cả hai bánh xe, từ đó tăng cường khả năng truyền lực bên và nâng cao khả năng chống trượt của xe.
Hệ treo phụ thuộc được dùng cho cầu bị động có cấu tạo đơn giản.
Giá thành chế tạo thấp, kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp, sửa chữa, bảo dưỡng
Hệ thống treo có khối lượng không được treo lớn, ảnh hưởng đến đặc điểm kết cấu của nó Đối với cầu bị động, khối lượng này bao gồm rầm thép, cụm bánh xe, một phần nhíp hoặc lò xo và giảm chấn Còn với cầu chủ động, khối lượng bao gồm vỏ cầu và các bộ phận truyền lực bên trong, cùng với một nửa khối lượng đoạn các đăng Trong trường hợp cầu dẫn hướng, khối lượng treo lớn sẽ làm giảm độ êm dịu của chuyển động, gây ra va đập lớn khi di chuyển trên đường gồ ghề, ảnh hưởng đến khả năng bám đường của bánh xe.
Kết cấu hệ treo của ô tô thường cồng kềnh và chiếm nhiều không gian dưới gầm xe, điều này yêu cầu có khoảng trống đủ lớn để cho phép sự dao động của cả dầm cầu và hai bánh xe Do đó, thùng xe cần được nâng cao, dẫn đến việc trọng tâm xe cũng tăng lên, điều này không có lợi cho sự ổn định trong quá trình di chuyển của ô tô.
Hệ treo phụ thuộc có nhược điểm là khi một bên bánh xe dao động, bánh bên kia cũng sẽ dao động theo, dẫn đến sự chuyển dịch giữa hai bên Điều này gây ra sự mất ổn định cho xe khi thực hiện các vòng quay.
Phân tích lựa chọn thiết kế bộ phận đàn hồi
2.2.1.Bộ phận đần hồi kim loại:
Bộ phận đàn hồi kim loại thường có 3 dạng chính để lựa chọn: nhíp lá, lò xo xoắn và thanh xoắn.
Nhíp lá thường được sử dụng trong hệ thống treo phụ thuộc và thăng bằng Khi lựa chọn nhíp lá làm bộ phận đàn hồi, nếu kết cấu và lắp ghép hợp lý, nó có thể đồng thời đảm nhận nhiệm vụ của bộ phận hướng, giúp hệ thống treo trở nên đơn giản và dễ lắp ghép Do đó, nhíp lá được áp dụng rộng rãi trên nhiều loại xe, bao gồm cả xe du lịch Tuy nhiên, nhíp lá cũng có nhược điểm chung của bộ phận đàn hồi kim loại, đặc biệt là khối lượng lớn.
Lò xo xoắn là thành phần phổ biến trong các hệ thống treo độc lập, chỉ chịu lực thẳng đứng Để đảm bảo hiệu suất, hệ thống treo sử dụng lò xo xoắn cần có bộ phận hướng riêng biệt So với nhíp lá, lò xo xoắn có trọng lượng nhẹ hơn, mang lại lợi ích cho thiết kế tổng thể.
Bộ phận đàn hồi trong hệ thống treo ôtô thường sử dụng thanh xoắn, mang lại nhiều ưu điểm so với nhíp lá Lò xo xoắn có thế năng đàn hồi lớn hơn, trọng lượng nhẹ hơn và dễ dàng lắp đặt, giúp cải thiện hiệu suất và tính linh hoạt của hệ thống treo độc lập.
Bộ phận đàn hồi kim loại nổi bật với cấu trúc đơn giản và chi phí thấp, nhưng có nhược điểm là độ cứng không thay đổi (C=const) Điều này khiến độ êm dịu của xe chỉ được duy trì trong một khoảng tải trọng nhất định, không phù hợp cho những xe có tải trọng thường xuyên thay đổi Dù vậy, bộ phận đàn hồi kim loại vẫn được sử dụng rộng rãi trên nhiều loại xe hiện nay.
2.2.2 Bộ phận đàn hồi bằng khí
Hệ thống treo bằng lò xo khí có ưu điểm nổi bật là độ cứng không cố định, tạo ra đường đặc tính đàn hồi phi tuyến, rất phù hợp cho ôtô Đặc biệt, độ cứng của phần tử đàn hồi có thể điều chỉnh dễ dàng theo tải trọng bằng cách thay đổi áp suất, mang lại cảm giác êm ái cho người sử dụng Tuy nhiên, cấu trúc của bộ phận đàn hồi này khá phức tạp, dẫn đến chi phí cao và trọng lượng lớn do cần thêm nguồn cung cấp khí, van và bộ phận hướng riêng Vì vậy, loại hệ thống treo này thường chỉ được trang bị cho các dòng xe du lịch cao cấp và sang trọng, cũng như cho xe tải có tải trọng lớn Trong lĩnh vực đua xe, hệ thống treo thủy khí điều khiển được sử dụng phổ biến nhờ vào khả năng điều chỉnh linh hoạt.
Trong bối cảnh phát triển kinh tế hiện nay, nhu cầu nội địa hóa ngành ôtô ngày càng gia tăng, đòi hỏi các nhà thiết kế phải tập trung vào mục tiêu này Bên cạnh đó, giá thành của xe cũng rất quan trọng, cần phải được xác định sao cho hợp lý và tối ưu hóa các yêu cầu kỹ thuật.
2 tiêu chí cơ bản cho việc tính chọn và thiết kế hệ thống treo cho xe ôtô
Bài viết phân tích ưu nhược điểm của các loại bộ phận đàn hồi và lựa chọn thiết kế hệ thống treo cho xe bán mooc dựa trên xe HUYNDAI/TANTHANH Với khả năng di chuyển trên địa hình phức tạp, nhíp được chọn làm bộ phận đàn hồi do ít bị hư hỏng và yêu cầu sửa chữa thấp trong quá trình vận hành Tuổi thọ cao của nhíp làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho ôtô hoạt động trên các tuyến đường giao thông phức tạp tại Việt Nam hiện nay.
Tính toán thiết kế
Bảng 1:Các thông số kĩ thuật
Thông số Giá trị Đơn vị
Kích thước bao (DxRxC) 13960x2490x1500 mm
Chiều dài cơ sở 8370+1310+1310 mm
Chiều dài đuôi xe 2280 mm
Trọng lượng bản thân 6500 kg
Phân bố lên chốt kéo 1130 kg
Phân bố lên trục 1 1790 kg
Phân bố lên trục 2 1790 kg
Phân bố lên trục 3 1790 kg
Trọng lượng toàn bộ 36600 kg
Phân bố lên chố kéo 12600 kg
Phân bố lên trục 1 8000 kg
Phân bố lên trục 2 8000 kg
Phân bố lên trục 3 8000 kg
Trục 1 Phụ thuộc,nhíp lá
Trục 2 Phụ thuộc,nhíp lá
Trục 3 Phụ thuộc,nhíp lá
2.3.1.Tính toán và chọn các thông số chính
Hệ thống treo có cấu trúc đối xứng hai bên, với các hệ thống treo tương tự ở mỗi bên Do đó, chúng ta có thể tính toán cho một phần tử đại diện thay vì toàn bộ hệ thống treo.
Hình 24: Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc Trọng lượng được treo (Gdt):
Trọng lượng không được treo (Gkt):
+ gc là trọng lượng cầu xe : gc = 4600 N
+gbx là trọng lượng bánh xe : gbx = 800 N
+ n bx là số bánh xe mỗi cầu : n bx = 4 bánh
Gs trọng lượng đầy tải tác dụng lên cầu : Gs = 80000 N
Chọn sơ bộ tần số dao động của hệ thống treo : Đối với xe chở người lên chọn trong khoảng 60 -90 lần/phút
( tính toán thiết kế ô tô)
Hệ thống treo cho xe bán mooc được thiết kế với vị trí không có người ngồi, do đó cần chú trọng vào yêu cầu về độ cứng vững và khả năng chịu tải tốt Khi lựa chọn sơ bộ tần số dao động của hệ thống treo, cần xác định giá trị n0 (lần/phút) phù hợp để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Vậy độ võng tĩnh tổng (ft): f t =( 300 n ) 2 =( 300
190 ) 2 =2 , 49 cm= 2, 49.10 −2 m Độ cứng của bộ phận đang hồi C G dt f t 36100
Chiều dài nhíp xác định theo chiều dài cơ sở của xe Đối với ô tô du lịch : L= ( 0,4 ÷0 , 55 ) L 0 Đối với ô tô tải : Cho nhíp trước: L= ( 0 , 26 ÷0 , 35 ) L 0 ( thiết kế tính toán ô tô)
Chiều dài lá nhíp cơ sở L = (0,35 ¿ 0,45)L 0
L0 là chiều dài cơ sở của xe L0 70mm
Do hệ treo 1 bên gồm có 3 nhíp giống nhau vây lên ta chon chiều dài lá nhíp cơ sở của 1 nhíp : L1 = 1200 mm
Sau khi xác định chiều dài nhíp cơ sở, cần xác định số lượng và chiều dày lá nhíp dựa trên độ êm dịu của ôtô, liên quan đến độ võng tĩnh và động của nhíp Việc thiết kế hệ thống treo yêu cầu tính toán tần số dao động của nhíp và cách kết nối chúng với cầu Độ bền và chu kỳ bảo dưỡng của nhíp phụ thuộc chủ yếu vào chiều dài, độ dày của nhíp, cũng như tải trọng, ứng suất và độ võng tĩnh đã biết.
Ứng suất tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài nhíp, do đó, khi tăng chiều dài nhíp, cần tăng đáng kể bề dày các lá nhíp, đặc biệt là với lá nhíp gốc, vì nó phải chịu tải trọng ngang, dọc và mômen xoắn Nếu chiều dài nhíp quá ngắn, bề dày lá nhíp gốc không thể tăng, mặc dù các yêu cầu về tỷ lệ tải trọng, độ võng và ứng suất đã được đáp ứng Ngược lại, nếu nhíp quá dài, độ cứng sẽ giảm, dẫn đến việc nhíp làm việc nặng nhọc hơn và gây ra va đập giữa ụ nhíp và khung xe.
Tóm lại, để xác định kích thước hình học của nhíp, cần phải cân nhắc không chỉ chiều dài mà còn cả bề dày và bề rộng của nhíp, tránh việc sử dụng chiều dài quá nhỏ hoặc quá lớn.
Chọn số lá nhíp : với xe tải (6 -14) lá Chọn số lá nhíp 7 lá.
Với các lá nhíp chọn chiều dày h = 1,6 cm = 0,016 m
Chọn chiều rộng tất cả các lá là b = 9 cm = 0,09 m
Vậy chọn số lá nhíp là 7; chiều rộng b = 0,09m; chiều dày h = 0,016m
Xác định chiều dài các lá nhíp
Hệ phương trình dùng để xác định chiều dài nhíp có dạng:
Trong đó: li: chiều dài lá nhíp thứ i ji: mô men quán tính mặt cắt ngang của lá nhíp thứ i
Trong đó j i là momen quán tính của tiết diện của lá nhíp thứ i
Chiều rộng của lá nhíp thứ i là b, trong khi chiều dày của nó cũng là h Do các lá nhíp có bề dày và chiều rộng bằng nhau, ta có thể suy ra rằng j i = j i+1, hay j i j i+1 = 1 Để tính toán chiều dài của lá nhíp thứ i (l i), ta đo từ quang nhíp đến đầu mút của lá nhíp.
Từ phương trình cuối ta có : 0.5 ( 3 l l 6 7
Ta tiến hành thế lần lượt vào từng phương trình trong hệ, ta giải được l 7 =0.6 l 6
Ta có L 1 = 1200 mm,chọn chiều dài quang nhíp a = 200m,
Bảng 2: Chiều dài lá nhíp
Tính độ cứng thực thế của nhíp
Theo phương pháp thế năng biến dạng đàn hồi độ cứng của nhíp được tính theo công theo công thức sau:
: hệ số thực nghiệm lấy trong khoảng (0,83 - 0,87) chọn =0,85 ai=(l1-li) li: chiều dài hiệu dụng lá nhíp thứ i
I1=j1;I2=j1+j2;Ik=j1+j2+ +ji ji: tổng mô men quán tính của mặt cắt ngang từ lá nhíp thứ nhất đến lá nhíp thứ k là : ji bh 3
Bảng 3: thống số tính toán của các lá nhíp
63714 N/m Độ võng tĩnh thực tế của nhíp: f t = G dt
Khi tính toán chỉ tính cho 1/2 lá nhíp nên có các giả thiết
- Coi nhíp là loại 1/4 elíp với 1 đầu được gắn chặt, một đầu chịu lực
- Bán kính cong của các lá nhíp bằng nhau, các lá nhíp chỉ tiếp xúc với nhau ở các đầu mút và lực chỉ truyền qua các đầu mút
- Biến dạng ở vị trí tiếp xúc giữa 2 lá nhíp cạnh nhau thì bằng nhau l 1 l 2 l k l n-1 l n
Tại điểm B, biến dạng của lá thứ 2 và lá thứ 3 là bằng nhau, trong khi tại điểm S, biến dạng của lá thứ k-1 và lá thứ k cũng tương tự Sơ đồ tính bền nhíp cho thấy sự đồng nhất trong biến dạng ở các điểm quan trọng này.
Biểu thức biến dạng của các lá nhíp khi chịu phản lực như sau :
Sử dụng công thức để tính biến dạng tại các điểm tiếp xúc giữa hai lá nhíp, ta có thể thiết lập một hệ n-1 phương trình với n-1 ẩn là các giá trị X2, …, Xn.
Hệ phương trình đó như sau :
( tính toán thiết kế oto) Trong đó :
Như trên ta có j k = 3.072 (cm 4 )
Thay các giá trị trên vào phương trình ta có:
Bảng 5: lực tác dụng lên các lá nhíp
Tính ứng suất nhíp như sau: lk lk+1 Xk+1
Xk (lk-lk+1) Xk.lk-Xk+1.lk+1
Hình 27: Sơ đồ tính ứng suất lá nhíp
Mômen tại điểm A: MA = Xi(li – li+1)
Mômen tại điểm B: MB = Xili –Xi+1li+1
Wu: môđun chống uốn tại điểm tiết diện tính toán
Bảng ứng suất sinh ra trong các lá nhíp
Bảng 6: ứng suất lá nhíp l i (m
Chọn vật liệu làm nhíp là thép hợp kim có hàm lượng cacbon cao ( 55 - 65 ) ứng suất cho phép : Ở chế độ tải tĩnh: [ σ ] `0 MN / m 2 Ở chế độ tải động: [ σ ] 00 MN / m 2
Như vậy các lá nhíp đủ bền
2.3.4.Tính toán, thiết kê, kiếm bền tai nhíp
D: đường kính trong của tai nhíp h0: chiều dầy lá nhíp chính (h0=1,6 cm) b: chiều rộng lá nhíp (bm)
Tai nhíp chịu tác dụng của lực kéo Pk hay lực phanh Pp Trị số của lực này được xác định theo công thức sau:
: hệ số bám của bánh xe với đất Lấy = 0,7
Zbx: phản lực của đất lên bánh xe
Theo phần trên ta có Zbx= 80000(N)
Tai nhíp làm việc theo uốn, nén (hoặc kéo) : Ứng suất uốn ở tai nhíp là:
Ứng suất nén (hoặc kéo) ở tai nhíp là:
bh Ứng suất tổng hợp ở tai nhíp được tính theo công thức:
Ứng suất tổng hợp cho phép [th]50 MN/m 2
Như vậy đường kính trong lớn nhất của tai nhíp được xác định theo công thức:
Chọn đường kính trong tai nhíp D = 0,02m Ứng suất tổng hợp lớn nhất sinh ra ở tai nhíp:
σ th = P k max ( 3 D bh +h 0 2 0 + 1 bh o ) V000 ( 3 0 0 , , 09 0 02+ 0 , , 016 016 2 + 0 , 09 0 1 , 016 ) = 126.10 6 N/ m 2 ta có σ th < [ σ th ] như vậy tai nhíp đủ bền.
2.3.5.Tính kiểm tra chốt nhíp Đường kính chốt nhíp được chọn
Chọn vật liệu chế tạo chốt nhíp là thép hợp kim hàm lượng cacbon thấp, ứng suất chèn dập cho phép [chèn dập ]= 7,59 MN/m 2
Chốt nhíp được kiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập:
D: đường kính chốt nhíp D= 0,03m b: bề rộng của lá nhíp chính b=0,09m
Thay số ta có: chèn dập √ 80000 2 + 56000 2
Chọn vật liệu chế tạo chốt nhíp là thép hợp kim hàm lượng cacbon cao.ứng suất chèn dập cho phép [chèn dập ]= 500 MN/ m 2
Tính toán phần tử giảm chấn
Do đặc điểm riêng biệt của xe bán mooc, tải trọng lớn, vì vậy lựa chon phương án thiết kế 2 giảm chấn cho 1 hệ treo.
Lực cản giảm chấn Zg do giảm chấn sinh ra phụ thuộc vào lực cản tương đối của các dao động thùng xe với các bánh xe.
K: là hệ số cản của giảm chấn ; m: là số mũ giá trị m phụ thuộc vào giá trị của Zt, trong vùng vận tốc hiện nay của giảm chấn Zt=0,3(m/s) thì m nằm trong khoảng từ 12 khi tính toán ta thừa nhận m=1 Đường đặc tính của giảm chấn là đường không đối xứng tác dụng hai chiều.
(thiết kế tính toán oto)
C là độ cứng của hệ thống treo.
M: là khối lượng tĩnh trên một bánh xe: M=G dt g
: là hệ số dập tắt chấn động. Đối với ô tô hiện nay = 0,15 ¿ 0,3 ( càng lớn thì hệ thống treo càng cứng_thiết kế tính toán ô tô)
Gdt : Trọng lượng được treo tính trên một bánh xe ở trạng thái tĩnh( do có hai giảm chấn lên) ;
(N) g: gia tốc trọng trường g=9,8(m/s 2 ); ft: độ võng tĩnh của hệ thống treo ft=0,025(m). suy ra:
Hệ số cản trung bình của giảm chấn:
Kgc=Ktr586 (N/(m/s)) Tính toán hệ số cản giảm chấn
Ta có phương trình: Kn+Ktr=2Kgc (1)
Kn, Ktr: hệ số cản giảm chấn với hành trình nén và trả.
Ta có hệ phương trình: { K tr +K n )172 ¿¿¿¿
Giải hệ ta được: { K tr !879 ¿ ¿¿¿
2.4.2 Xác định kích thước ngoài của giảm chấn
Chế độ làm việc căng thẳng được xác định là: v=0,3(m/s)
Công suất tiêu thụ của giảm chấn được xác định:
Công suất tỏa nhiệt của một vật thể kim loại có diện tích tỏa nhiệt là F được tính như sau:
Trong đó: α hệ số truyền nhiệt, α =
D 0,3 (thiết kế tính toán ô tô) Để đơn giản trong tính toán chon α= 0,12 0,168
Nhiệt độ cho phép: Tmax0 0 ; Tmin 0
Chọn sơ bộ giảm chấn L=0,8 (m)
Chiều dài giảm chấn được xác định bởi các bộ phận chính, bao gồm chiều dài phần đầu giảm chấn (Ld), chiều dài bộ phận làm kín (Lm), chiều dài pittông giảm chấn (Lp), chiều dài phần đế van giảm chấn (Lv), và hành trình làm việc cực đại của giảm chấn (Lg) Đặc biệt, hành trình làm việc Lg cần phải lớn hơn khoảng dịch chuyển của bánh xe từ điểm hạn chế trên đến điểm hạn chế dưới để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Các thông số có thể được xác định như sau: dc = (0,2 0,3)d; dn = 1,1d;
Lp=0,05(m) ; Ld= 0,07(m) ; Lm= 0,05 (m) ; Lv=0,03(m) ; Lg=0,6(m) ; L=0,8(m)
2.4.3 Xác định kích thước các van
Khi giảm chấn làm việc có những trường hợp sau:
Trường hợp van trả nhẹ;
Trường hợp van trả mạnh;
Trường hợp van nén nhẹ;
Trường hợp van nén mạnh.
Ta có phương trình Bécnuli cho toàn dòng chất lỏng thực (tại mặt cắt 1-1 và 2-2) không nén được, lực khối là trọng lực (trục oz hướng lên trên)
Trong đó: z: độ cao hình học của chất lỏng(m); p: áp suất(N);
: trọng lượng riêng của chất lỏng(N/m 3 ) Dầu 00(N/m 3 ); v: vận tốc trung bình dòng chất lỏng tại mặt cắt(m/s); g: gia tốc trọng trường(g=9,8m/s 2 );
: hệ số hiệu chỉnh động năng, phụ thuộc chế độ chảy;
=1: chảy rối hw1-2: tổn thất năng lượng trung bình (thế năng) dọc theo dòng chảy.
Mặt cắt 1-1 đại diện cho dòng chất lỏng trong piston, với vận tốc dòng chất lỏng tương ứng với vận tốc tương đối của piston và xylanh Mặt cắt 2-2 là dòng chất lỏng tại đầu ra của lỗ van, và hiệu độ cao hình học z giữa hai mặt cắt rất nhỏ (bằng chiều cao lỗ), do đó có thể bỏ qua trong tính toán Chất lỏng trong lỗ van chuyển động theo chế độ chảy rối, với hệ số =1.
Tổn thất năng lượng trung bình dọc theo dòng chảy hw1-2 phản ánh sự chuyển đổi năng lượng động của dòng chất lỏng thành nhiệt năng do ma sát giữa chất lỏng với lỗ van, giữa các chất lỏng, và với thành xylanh Khi tính toán giảm chấn, tổn thất năng lượng được đặc trưng bởi hệ số dập tắt dao động của giảm chấn, do đó vế phải của phương trình Bécnuli sẽ không bao gồm đại lượng hw1-2 mà thay vào đó là hệ số tắt chấn , với giá trị =0,2.
Phương trình Bécnuli trở thành:
Như vậy vận tốc của dòng chất lỏng qua van được xác định theo công thức:
Trong công thức trên, v1 và p2 rất nhỏ nên bỏ qua Vận tốc của dòng chất lỏng qua van được tính xấp xỉ theo biểu thức sau:
Lưu lượng chất lỏng qua van trong một đơn vị thời gian được xác định theo công thức:
Q=Fv=fv..v2=fv. (1) Trong đó:
Q: lưu lượng chất lỏng qua van;
F: diện tích tiết diện cắt ngang của dòng chất lỏng; v: vận tốc trung bình của dòng chất lỏng tại mặt cắt;
fv: tổng diện tích các lỗ van;
: hệ số tổn thất lưu lượng của lỗ do dòng chảy bị đột thu, đột mở Hệ số tổn thất lưu lượng trung bình =0,5.
Chất lỏng tiêu tốn trong một đơn vị thời gian được xác định theo công thức:
Q: lưu lượng mà piston đẩy đi trong một đơn vị thời gian;
F: diện tich làm việc hiệu dụng của piston; v1: vận tốc dịch chuyển tương đối của piston và xilanh.
Vì lượng chất lỏng mà piston đẩy đi bằng lưu lượng chất lỏng qua van nên Q=Q’ Từ
(1) và (2) ta có phương trình:
2.4.3.1 Xác định kích thước van trả
• Xác định kích thước van trả nhẹ
Tổng diện tích van trả nhẹ:
- Ft diện tích làm việc hiệu dụng của piston ở hành trình trả:
Ft Trong đó: dp: đường kính piston dp=0,055(m); dt: đường kính thanh đẩy 0,015 (m).
- Lực cản của giảm chấn trong hành trình trả nhẹ:
Kt: hệ số cản trong hành trình trả nhẹ Kt!789(N/m/s) v: vận tốc tương đối piston và xilanh.v=0,3(m/s)
Ztn!879.0,3e64(N). Độ chênh áp suất của dòng chất lỏng là f vtn
Thay số ta có tổng diện tích van trả nhẹ
Chọn số lỗ van trả nhẹ là 4 lỗ. Đường kính một lỗ là:
Xác định kích thước van trả mạnh.
Van trả hoạt động hiệu quả khi vận tốc piston vượt quá 0,3 m/s Trong điều kiện đường xá gồ ghề và xấu, lực kích động từ mặt đường lớn gây ra tình trạng giảm chấn nặng, dẫn đến áp suất dầu tăng đột ngột Khi vận tốc đạt trên 0,3 m/s, áp suất chất lỏng cao làm mở hết các van trả, tối đa hóa diện tích lưu thông Ở vận tốc này, tiết diện lưu thông giữ nguyên và không thể mở rộng thêm, vì vậy diện tích lưu thông trở thành hằng số.
Giai đoạn van trả mạnh bắt đầu mở cho đến khi mở hoàn toàn được gọi là giai đoạn chuyển tiếp hay giai đoạn quá độ Thời gian của giai đoạn này rất ngắn, do đó chúng ta có thể bỏ qua và không xem xét đến giai đoạn này.
Từ công thức (3.b.3) suy ra tổng diện tích van trả:
: Tổng diện tích lỗ van trả nhẹ và trả mạnh. t 1 v f F v p.2.g
Lực cản trong trường hợp trả mạnh bằng lực cản trong hành trình trả nhẹ cộng thêm một lượng do sự gia tăng về diện tích và nó bằng:
Ztm=Ztn+k.Kt.(v2-v1) Trong đó:
Ztn: lực cản trong hành trình trả nhẹ Ztne64 (N); k: hệ số kể đến sự gia tăng về vận tốc:k=0,6;
Hệ số cản trong hành trình trả, ký hiệu là Kt, được tính bằng Kt!879 (Ns/m) Khi piston và xilanh hoạt động với vận tốc tương đối nhẹ, v1 đạt 0,3 m/s Ngược lại, khi piston và xilanh trả mạnh, vận tốc tương đối v2 là 0,5 m/s.
Độ chênh áp suất của dòng chất lỏng là: Δpp=Z tm
Thay số ta có tổng diện tích van trả:
Vậy tổng diện tích lỗ van trả mạnh là:
=2,6.10 -5 – 1,9.10 -5 =0,7.10 -5 (m 2 ) Chọn số lỗ van trả mạnh là 4 lỗ. Đường kính một lỗ là: d= √ 4 ∑ 4 πD f vtm = √4 0,7 10 −5
2.4.3.2 Xác định kích thước van nén
Xác định kích thước van nén nhẹ vtm v vtn f f f
Van nén nhẹ làm việc một mình khi vận tốc v 0,3(m/s).
Tổng diện tích van nén nhẹ:
- Diện tích làm việc hiệu dụng của piston ở hành trình nén:
Fn Trong đó: dp: đường kính piston dp=0,055(m)
- Lực cản của giảm chấn trong hành trình nén nhẹ:
Kn: hệ số cản trong hành trình nén nhẹ Knr93(Ns/m); v: vận tốc tương đối piston và xilanh.v=0,3(m/s).
- Độ chênh áp suất của dòng chất lỏng là : Δpp=Z tn
F n !88 2,4 10 -3 =ư911667ư(N/m 2 ) Thay số ta có tổng diện tích van nén nhẹ:
Đường kính một lỗ là: d= √ 4 ∑ 4 πD f vnn = √ 4 3,6 10 −5
Xác định kích thước van nén mạnh
Van nén mạnh làm việc khi vận tốc piston v>0,3(m/s).
Tổng diện tích van nén:
: Tổng diện tích lỗ van nén nhẹ và nén mạnh.
Lực cản trong hành trình nén mạnh:
Lực cản trong trường hợp nén mạnh bằng lực cản trong hành trình nén nhẹ cộng thêm một lượng do sự gia tăng về diện tích và nó bằng:
Znm=Znn+k.Kn.(v2-v1) Trong đó:
Znn: lực cản trong hành trình nén nhẹ Znn!88 (N); k: hệ số kể đến sự gia tăng về vận tốc.k=0,6;
Hệ số cản trong hành trình nén được ký hiệu là Knr93 (Ns/m) Trong quá trình nén nhẹ, vận tốc tương đối giữa piston và xilanh là v1 = 0,3 m/s Ngược lại, khi nén mạnh, vận tốc này tăng lên với giá trị v2 = 0,5 m/s.
Độ chênh áp suất của dòng chất lỏng là: Δpp=Z nm
Thay số ta có tổng diện tích van nén:
Vậy tổng diện tích lỗ van nén mạnh là:
=5.10 -5 –3,6.10 -5 =1,4.10 -5 (m 2 ) Chọn số lỗ van nén mạnh là 4 lỗ. Đường kính một lỗ là: d=√ 4 ∑ 4 πD f vnm = √4 1,4 10 −5
4πD =2 10 −3 (m) Vậy van nén mạnh có 4 lỗ đường kính một lỗ là d= 2.10 −3 (m).
2.4.4 Kiểm tra điều kiện bền
Kiểm tra điều kiện bền của đường kính thanh đẩy:
Kiểm tra điều kiện bền của thanh đẩy dưới tải trọng lớn nhất tác động lên bánh xe là cần thiết Khi hoạt động, bánh xe chịu ảnh hưởng của tải trọng động, với giá trị tối đa của tải trọng động khoảng gấp đôi tải trọng tĩnh Điều này là do có hai giảm chấn trong một hệ treo, dẫn đến tải trọng động được tính toán như sau:
Ứng suất kéo (nén) lớn nhất sinh ra trong thanh đẩy: σ max =Z dmax
F = 4Z d max πDd² = 4 80000 πD 0,015² E2707393(N/m²) Chúng ta chọn vật liệu cho thanh đẩy là thép 45 với [σ] = 6.10⁸ (N/m²) Ứng suất lớn nhất trong thanh đẩy nhỏ hơn ứng suất cho phép của vật liệu, đảm bảo thanh đẩy giảm chấn đáp ứng điều kiện bền.
2.4.5 Xác định một số chi tiết khác của giảm chấn lò xo a Lò xo van nén mạnh:
Van có kết cấu như hình vẽ:
- Lực tác dụng lên lò xo van khi van bắt đầu mở:
P: áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ nén nhẹ
D3, D4: Các kích thước như trên hình vẽ;
- Lực tác dụng lên lò xo van khi van mở hoàn toàn:
Pn - áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ nén mạnh với Vnm = 0,5m/s
- Ứng suất trong lò xo được tính theo công thức:
D: Đường kính vòng trung bình của vòng lò xo, D = 27 mm;
D : Đường kính dây lò xo ;
P2: Lực tác dụng lên lò xo khi van mở hoàn toàn;
- Ứng suất cho phép của vật liệu làm lò xo, [] = 500 700 MN/m 2
- Chọn số vòng làm việc n=4 vòng
- Chiều dài của lò xo khi van mở hoàn toàn được xác định như sau:
: Khoảng cách giữa các vòng dây, = 1 mm n0: Số vòng toàn bộ của lò xo, n0 = n+1 = 4 +1 = 5vòng
Hd = Hm + h + 1,5 = 18,5mm = 0.0185m Dịch chuyển h của van giảm tải (khi mở hoàn toàn) được xác định theo công thức:
- Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do:
Htd = Hd + = 18,5+0,3 ,8 mm = 0,0188m Trong đó:
: Biến dạng của lò xo ở trạng thái van mở;
C là độ cứng của lò xo được tính như sau:
- Bước của lò xo: t=H td −d(n−n 0 ) n 0 =0 0188−0 003(5−4)
Lò xo van trả mạnh:
Van có kết cấu như hình vẽ:
- Lực tác dụng lên lò xo van khi van bắt đầu mở:
P : áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ trả nhẹ
D3, D4: Các kích thước như trên hình vẽ;
- Lực tác dụng lên lò xo van khi van mở hoàn toàn:
Pn: áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ trả mạnh với Vnm = 0,5 m/s,
P n =K trn v trn +K trm (v trm −v trn )
- Ứng suất trong lò xo được tính theo công thức:
D: Đường kính vòng trung bình của vòng lò xo, D = 27 mm;
D : Đường kính dây lò xo ;
P2: Lực tác dụng lên lò xo khi van mở hoàn toàn.
- Ứng suất cho phép của vật liệu làm lò xo, [] = 500 700 MN/m 2
- Chiều dài của lò xo khi van mở hoàn toàn được xác định như sau:
: Khoảng cách giữa các vòng dây, = 1 mm. n0: Số vòng toàn bộ của lò xo, n0 = n+1 = 4 +1 = 5 vòng.
- Chiều dài của lò xo khi van ở trạng thái đóng:
- Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do:
Htd = Hd + = 26,5 + 0,1 &,6 mm=0,0266m Trong đó:
: Biến dạng của lò xo ở trạng thái van mở;
Kiểm tra lại ứng suất cắt trong lò xo khi chiu lực nén p : k=4c−1
Nhỏ hơn ứng suất cho phép:
Vậy thỏa mãn điều kiện bền.
CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ PHƯƠNG PHÁP BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA
HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP
Khi bộ phận đàn hồi của ô tô bị hỏng, tần số dao động riêng sẽ thay đổi, dẫn đến ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu đánh giá chất lượng như độ ồn và độ êm dịu của xe Các hư hỏng phổ biến thường gặp ở hệ thống treo sử dụng nhíp lá cần được chú ý để đảm bảo hiệu suất vận hành của ô tô.
Giảm độ cứng của thân xe dẫn đến việc hạ thấp chiều cao, làm tăng nguy cơ va đập khi phanh hoặc tăng tốc, đồng thời gia tăng gia tốc động thân xe Điều này cũng ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng dao động êm dịu của xe khi di chuyển trên các đoạn đường xấu.
Bó kẹt nhíp làm tăng độ cứng do thiếu mỡ bôi trơn, gây ra rung động mạnh cho ô tô khi di chuyển trên đường xấu Hậu quả là mất đi sự êm dịu khi chuyển động, tăng lực tác dụng lên thân xe, giảm khả năng bám dính và làm giảm tuổi thọ của giảm chấn.
Gãy nhíp xảy ra do quá tải trong quá trình làm việc hoặc do mỏi của vật liệu Khi một số lá nhíp trung gian bị gãy, độ cứng của bộ nhíp sẽ tăng lên Tuy nhiên, nếu lá nhíp chính bị gãy, hệ thống treo sẽ mất khả năng dẫn hướng, ảnh hưởng đến hiệu suất và an toàn của phương tiện.
Vỡ ụ tì có thể làm hạn chế hành trình, dẫn đến việc tăng tải trọng tác động lên bộ phận dàn hồi Điều này gây ra va đập và làm tăng tiếng ồn trong hệ thống treo Các tiếng ồn này không chỉ làm cho thân xe và vỏ xe phát ra âm thanh lớn mà còn ảnh hưởng xấu đến môi trường hoạt động của ô tô.
Rơ lỏng các liên kết như liên kết quang nhíp và đai kẹp có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho xe ô tô Khi các liên kết này bị rơ lỏng, chúng sẽ tạo ra tiếng ồn, làm cho cầu ô tô bị xo lệch và khiến việc điều khiển xe trở nên khó khăn Hệ quả là tay lái sẽ nặng hơn, tăng nguy cơ xảy ra tai nạn giao thông.
Bộ phận giảm chấn đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát lực cản, giúp dập tắt nhanh chóng dao động của thân xe Khi giảm chấn bị hư hỏng, lực cản sẽ bị thay đổi, dẫn đến giảm khả năng kiểm soát dao động và ảnh hưởng tiêu cực đến độ bám dính của xe với mặt đường Các hư hỏng thường gặp của bộ phận này có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng trong hiệu suất vận hành của xe.
Mòn bộ đôi xylanh và piston là vấn đề quan trọng trong hệ thống giảm chấn, nơi piston xylanh đóng vai trò dẫn hướng và cùng với xéc măng hay phớt bao kín các khoang dầu Quá trình làm việc của giảm chấn khiến piston và xylanh dịch chuyển tương đối, dẫn đến mòn nhiều trên piston, ảnh hưởng đến khả năng dẫn hướng và bao kín Khi xảy ra mòn, thể tích khoang dầu thay đổi, dầu không chỉ lưu thông qua các lỗ tiết lưu mà còn chảy qua khe hở giữa piston và xylanh, làm giảm lực cản giảm chấn trong cả hai hành trình nén và trả, dẫn đến mất dần hiệu quả dập tắt dao động.
Hở phớt bao kín và hiện tượng chảy dầu ở giảm chấn xảy ra do điều kiện bôi trơn hạn chế, dẫn đến mòn không thể tránh khỏi sau thời gian dài sử dụng Cần piston có thể bị xước, khiến dầu chảy ra ngoài và làm giảm hiệu quả của giảm chấn Thiếu dầu ở giảm chấn hai lớp dẫn đến việc khí lọt vào buồng bù, giảm tính ổn định trong quá trình hoạt động Hơn nữa, hở phớt còn tạo điều kiện cho bụi bẩn bên ngoài xâm nhập, làm tăng tốc độ mài mòn.
Dầu giảm chấn có thể biến chất sau một thời gian sử dụng do sự pha trộn với nước hoặc tạp chất hóa học, làm thay đổi các tính chất cơ lý của nó Mặc dù dầu thường được bổ sung phụ gia để tăng tuổi thọ và duy trì độ nhớt trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thay đổi, nhưng sự ô nhiễm có thể dẫn đến việc giảm hiệu quả giảm chấn và thậm chí gây kẹt trong hệ thống.
Kẹt van giảm chấn có thể xảy ra dưới hai dạng: luôn mở hoặc luôn đóng Khi van kẹt mở, lực giảm chấn sẽ giảm nhỏ, trong khi nếu van kẹt đóng, lực cản giảm chấn không được điều chỉnh, dẫn đến việc tăng lực cản Hiện tượng này thường xảy ra do thiếu dầu, dầu bị bẩn, hoặc phớt ba kín bị hở Các biểu hiện hư hỏng sẽ khác nhau tùy thuộc vào trạng thái kẹt của hành trình trả hoặc van làm việc trong hành trình nén, cũng như van giảm tải.
Thiếu dầu hoặc hết dầu trong hệ thống giảm chấn có thể gây ra hư hỏng phớt bao kín, dẫn đến nhiệt độ tăng cao trên vỏ Khi thiếu dầu, độ cứng của giảm chấn thay đổi, làm giảm hiệu suất hoạt động của nó Trong nhiều trường hợp, tình trạng hết dầu có thể dẫn đến kẹt giảm chấn và cong trục.
Cần piston giảm chấn bị cong: do quá tải trong làm việc, gây kẹt hoàn toàn giảm chấn;
Nát cao su tại các điểm liên kết có thể nhận diện qua việc quan sát các đầu liên kết Khi cao su bị vỡ do ô tô chạy trên đường xấu, sẽ dẫn đến va chạm mạnh và phát ra tiếng ồn.
Các hư hỏng của giảm chấn có thể được phát hiện qua cảm nhận độ êm dịu của chuyển động, nhiệt độ bề mặt giảm chấn, sự rò rỉ dầu, hoặc thông qua việc đo đạc trên bệ kiểm tra hệ thống treo.
KIỂM TRA, ĐIỀU CHỈNH HỆ THỐNG TREO
3.2.1 Kiểm tra hệ thống treo phụ thuộc
Kiểm tra xem bán trục có bị cong, xoắn ra trước sau, hay cong lên xuống hay không, nếu có thì cần sửa chữa hoặc thay thế;
Đo độ mòn của trụ quay đứng: đo đường kính ngoài trụ quay và lỗ bạc bằng thước cặp;
Kiểm tra rạn nứt quanh lỗ bu long bắt trụ quay đứng: phương pháp thấm màu.
Nếu khe hở lớn hơn giá trị cho phép hoặc có rạn nứt ở trụ quay đứng thì phải thay trụ quay đứng và bạc.
3.2.2 Kiểm tra hệ thống treo độc lập
Kiểm tra mòn, hư hỏng, cong vênh, kém đàn hồi của các chi tiết như giảm chấn, lò xo trụ, càng trên, càng dưới…
Cách kiểm tra các càng và rôtuyn:
Kiểm tra tình trạng rạn nứt và biến dạng của các càng, nếu phát hiện cần tiến hành thay thế Đối với các chốt bắt càng, cần kiểm tra độ mòn của bạc, tình trạng hư hỏng ở phần ren và độ đàn hồi của cao su Nếu có dấu hiệu hư hỏng, cần thực hiện sửa chữa hoặc thay thế kịp thời.
Sau khi tháo rời rôtuyn khỏi giá moay ơ, tiến hành kiểm tra độ rơ bằng cách cầm đầu rôtuyn và quay, lắc trái phải hoặc lên xuống Nếu phát hiện có độ rơ rão, cần thực hiện thay thế rôtuyn ngay lập tức.
+ Kiểm tra rôtuyn càng dưới
Trong đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống treo sau cho xe bán mooc”, Em đã giải quyết thành công vấn đề cơ bản của hệ thống treo, đặc biệt là cải thiện tính êm dịu cho xe.
Bài viết nhấn mạnh tầm quan trọng của tần số dao động và khả năng dập tắt dao động trong thiết kế bộ phận đàn hồi, cụ thể là nhíp, nhằm đảm bảo động học bánh xe và hướng chuyển động Đồng thời, việc thiết kế này cũng tập trung vào việc tăng tỷ lệ nội địa hóa trong ngành ôtô tại Việt Nam.
Tính toán thiết kế được hệ thống treo sau cho xe bán mooc, tính và kiểm bền hệ nhíp,giảm chấn.
Giải quyết các vấn đề hỏng hóc thường gặp ở hệ thống treo.
Qua việc thực hiện đồ án tốt nghiệp, em đã nắm vững bản chất và hoạt động của hệ thống treo, đồng thời phát triển tư duy thiết kế cho các chi tiết ôtô, từ đó trang bị thêm kiến thức hữu ích cho công việc tương lai.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện Đỗ Văn Đức