MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
- Hiểu cấu tạo, công dụng, nguyên lý hoạt động của hệ thống treo.
- Tính toán thiết kế các bộ phận trong hệ thống treo.
- Mô phỏng 3D bằng phần mềm solidword
NỘI DUNG ĐỀ TÀI
- Tìm hiểu chi tiết hệ thống và nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của một bộ ly hợp
- Tính toán các thông số tương đối trong điều kiện cho phép.
- Vẽ mô phỏng 3D bằng phần mềm solidword.
- Trình bày kết quả bằng Word, PowerPoint.
- Viết báo cáo tiểu luận.
PHƯỚNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Tiếp thu kiến thức từ quá trình giảng dạy của TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu.
- Tìm kiếm, thu thập, chắt lọc trong giáo trình
- Tìm kiếm từ Internet, các tài liệu của các trường Đại học chuyên ngành.
KẾT CẤU TIỂU LUẬN
Bài báo cáo tiểu luận gồm 5 chương:
- CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
- CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU HỆ THỐNG TREO
- CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO
- CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO MC.PHESON
TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG TREO
Công dụng và yêu cầu
Hệ thống treo được hiểu là liên kết mềm giữa bánh xe và khung xe, đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ chấn động và duy trì sự ổn định Mối liên kết này có tính đàn hồi, giúp cải thiện khả năng lái và tăng cường sự thoải mái cho người ngồi trong xe.
Bánh xe cần được thiết kế để chuyển động một cách tương đối theo phương thẳng đứng so với khung xe hoặc vỏ xe, nhằm đảm bảo sự dao động “êm dịu” Điều này giúp hạn chế tối đa các chuyển động không mong muốn khác của bánh xe, như lắc ngang và lắc dọc, nhằm mang lại trải nghiệm lái xe mượt mà hơn.
Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm các loại lực quan trọng: lực thẳng đứng (tải trọng và phản lực), lực dọc (lực kéo, lực phanh, lực đẩy), và lực bên (lực ly tâm, lực gió bên, phản lực bên) Những lực này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và an toàn của xe.
Hình 2.1: Lợi ích khi xe có hệ thống treo
Trên hệ thống treo, mối liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần phải đảm bảo tính mềm dẻo để hấp thụ va chạm, đồng thời vẫn đủ độ cứng để truyền lực hiệu quả Điều này thể hiện qua các yêu cầu chính liên quan đến khả năng hoạt động và hiệu suất của hệ thống treo.
Hệ thống treo của xe cần được điều chỉnh phù hợp với điều kiện sử dụng và tính năng kỹ thuật của xe, đảm bảo hiệu suất tối ưu khi xe hoạt động trên các loại đường khác nhau, từ đường tốt đến những đoạn đường khó khăn.
+ Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định.
Quan hệ động học của bánh xe cần được thiết lập hợp lý để đảm bảo hệ thống treo thực hiện chức năng chính là làm mềm chuyển động theo phương thẳng đứng, đồng thời không làm ảnh hưởng đến 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 tin cậy lớn, không gặp hư hỏng bất thường
Đối với xe con chúng ta cần phải quan tâm đến các yêu cầu sau :
- Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn.
- Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên thùng, vỏ tốt.
- Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc độ cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng.
Phân loại hệ thống treo
Hiện nay ở trên xe ôtô hệ thống treo bao gồm 2 nhóm chính
2.2.1 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 phần của hệ thống truyền lực. Đối với hệ treo này thì bộ phận đàn hồi có thể là nhíp lá hoặc lò xo xoắn ốc, bộ phận dập tắt dao động là giảm chấn.
Hình 2.3: 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 thể dùng thêm giảm chấn hoặc không.
- Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy không xảy ra hiện tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập.
- Khi chịu lực bên (lực li tâm, lực gió bên, đường nghiêng) 2 bánh xe liên kết cứng bởi vậy hạn chế hiện tượng trượt bên bánh xe.
- Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa Giá thành thấp
Hình 2.4: Xe sử dụng hệ thống treo phụ thuộc
Khối lượng phần liên kết bánh xe, đặc biệt ở cầu chủ động, ảnh hưởng lớn đến độ êm dịu khi xe di chuyển trên đường không bằng phẳng Tải trọng động sinh ra khi xe chạy sẽ gây ra va đập mạnh giữa phần không treo và phần treo, làm giảm sự thoải mái trong chuyển động Hơn nữa, những cú va chạm mạnh của bánh xe với mặt đường cũng sẽ làm xấu đi sự tiếp xúc giữa bánh xe và bề mặt đường.
Khoảng không gian dưới sàn xe cần đủ lớn để dầm cầu có thể di chuyển vị trí, vì vậy, lựa chọn duy nhất là tăng chiều cao trọng tâm.
Hình 2.5: 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 vị phụ khi xe chuyển động.
2.2.2 Hệ thống treo độc lập
Hệ thống treo độc lập của dầm cầu được thiết kế rời, với các khớp nối liên kết giữa chúng Bộ phận đàn hồi sử dụng lò xo trụ, trong khi bộ giảm chấn là giảm chấn ống Trong hệ thống này, hai bánh xe trái và phải hoạt động độc lập, không có mối quan hệ trực tiếp với nhau.
Hình 2.6: Hệ thông treo độc lập
+ Khối lượng phần không được treo nhỏ, đặc tính bám đường của bánh xe tốt vì vậy sẽ êm dịu khi chuyển động và có tính ổn định tốt.
Các lò xo trong ô tô chỉ có nhiệm vụ hỗ trợ thân xe mà không đảm nhận vai trò dẫn hướng, cho phép sử dụng lò xo mềm hơn, từ đó cải thiện tính êm ái và cảm giác lái.
Vì không có sự nối cứng giữa các bánh xe bên trái và bên phải, sàn ôtô và vị trí lắp động cơ có thể được hạ thấp, giúp giảm trọng tâm của ôtô.
Hình 2.7: Hệ thống treo độc lập của ôtô hoạt động trên đường không bằng phẳng
+ Khoảng cách bánh xe và các vị trí đặt bánh xe thay đổi cùng với sự dịch chuyển lên xuống của các bánh xe.
- Trong hệ thống treo độc lập còn được phân ra các loại sau :
+ Hệ thống treo tay đòn kép a Hệ thống treo Mc Pherson
Hệ thống treo MacPherson, được đặt theo tên của kỹ sư Earle S MacPherson (1891 – 1960), là một phát minh quan trọng trong ngành ôtô Được phát triển vào năm 1946 trong dự án sản xuất xe ôtô trọng lượng nhẹ của Chevrolet, hệ thống này đã gặp khó khăn và bị hủy bỏ một năm sau đó Sau đó, MacPherson gia nhập Ford và lần đầu tiên áp dụng hệ thống treo của mình trên mẫu xe Vedette vào năm 1949.
Hình 2.8: Hệ thống treo Mc.Pherson
Hệ thống treo MacPherson, một phát minh đã có từ 70 năm trước, hiện đang được sử dụng phổ biến trên hầu hết các mẫu xe với cấu tạo gồm ba bộ phận chính: giảm chấn thủy lực, lò xo và cánh tay điều hướng Sự phát triển của hệ thống treo này gắn liền với việc ngày càng nhiều xe sử dụng kết cấu khung liền khối unibody và cầu trước.
- Sử dụng ít linh kiện.
- Việc sửa chữa bảo dưỡng đơn giản và tiết kiệm.
- Thường sử dụng cho các bánh trước, hệ thống treo này giúp giảm khối lượng phần đầu xe giải phóng không gian cho khoang lái
- Bánh xe dễ bị lắc ngang so với mặt đường.
- Độ chụm của xe dễ bị lệch hơn
- Chủ xe cần đi kiểm tra góc đặt bánh xe nhiều hơn
Những xe ô tô sử dụng hệ thống treo trước dạng Mc.Pherson
Hình 2.13: Honda Civic b Hệ thống treo tay đòn kép
Cấu tạo của hệ thống treo này vẫn bao gồm ba bộ phận lò xo, giảm xóc giảm chấn và bộ phận điều hướng
Hệ thống treo tay đòn kép, khác với hệ thống treo MacPherson, bao gồm hai thanh dẫn hướng, trong đó thanh trên thường ngắn hơn Thiết kế này giúp tăng cường khả năng điều khiển và ổn định cho xe Hệ thống này phổ biến trong treo trước của xe tải nhỏ và cả treo trước lẫn treo sau của các xe du lịch.
Tay đòn ngắn hơn giúp duy trì khoảng cách bánh xe ổn định khi xe di chuyển và nhún, trong khi góc camber giữa bánh xe và phương thẳng đứng thay đổi Camber dương có nghĩa là bánh xe nghiêng ra ngoài, trong khi camber âm thì bánh xe nghiêng vào trong.
Khi xe vào cua, bánh xe lăn theo đường cong và có sự dao động nhún Với tay đòn ngắn, bánh không bị ngửa ra ngoài, giúp việc quay vòng trở nên ổn định Hơn nữa, khoảng cách giữa các bánh xe không thay đổi, giảm thiểu tình trạng mòn lốp.
- Góc đặt bánh ổn định giúp cảm giác lái khi xe vào cua tốt hơn.
- Tạo sự linh hoạt trong việc sắp xếp các thành phần như lò xo, giảm chấn.
- Dễ dàng điều chỉnh động học của hệ thống treo giúp chủ xe tối ưu hóa quá trình vận hành tùy vào từng mục đích khác nhau.
- Có sự phức tạp trong cấu tạo cũng như sửa chữa, bảo dưỡng sẽ tốn kém hơn so với kiểu Mc.Pherson.
Những xe ô tô sử dụng hệ thống treo trước dạng tay đòn kép
Hình 2.17: VinFast Lux c Hệ thống treo đa liên kết
Hệ thống treo đa liên kết là một bước tiến vượt bậc so với hệ thống treo tay đòn kép, sử dụng từ ba đến năm thanh điều hướng khác nhau So với hệ thống MacPherson chỉ có một thanh điều hướng hoặc hai thanh trên tay đòn kép, treo đa liên kết mang lại khả năng điều chỉnh linh hoạt hơn, có thể kết hợp với càng chữ A để tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của xe.
Hình 2.18: Hệ thống treo đa liên kết
Hiện nay, các thương hiệu xe hơi đều phát triển các hệ thống treo đa liên kết riêng biệt BMW sử dụng thiết kế hình chữ Z hoặc hệ thống treo 4 thanh thể thao, trong khi Honda áp dụng kiểu đòn chữ A đôi với một cần điều khiển thứ năm Audi cũng trang bị hệ thống treo trước 4 thanh tương tự kiểu đòn chữ A đôi, trong khi Hyundai Genesis nổi bật với hệ thống treo trước và sau dạng năm thanh thể thao.
Việc trang bị nhiều thanh điều hướng giúp cải thiện khả năng di chuyển của xe, đặc biệt khi vào cua hoặc di chuyển trên đường gồ ghề và xấu Hệ thống treo này thể hiện hiệu quả rõ rệt, được coi là giải pháp tối ưu cho các nhà sản xuất mà không làm ảnh hưởng đến toàn bộ tổ hợp Đây là điểm khác biệt lớn nhất so với hệ thống treo tay đòn kép.
- Trang bị nhiều thanh điều hướng, việc di chuyển của xe sẽ tốt hơn.
Hệ thống treo đa liên kết mang lại khả năng kiểm soát và xử lý dao động vượt trội, đặc biệt là khi xe vào cua hoặc di chuyển trên những đoạn đường xấu và địa hình phức tạp.
- Hệ thống phức tạp của treo đa liên kết mà giá thành để sản xuất khá cao.
- Thay thế sửa chữa mất nhiều thời gian và khó khăn.
Các xe sử dụng hệ thống treo sau đa điểm liên kết
Hình 2.21: VinFast Lux SA d Hệ thống treo khí nén
Các bộ phận chính của hệ thống treo
Hình 2.23: Bộ phận dẫn hướng Audi A3
Hệ thống treo thường được hiểu đơn giản qua lò xo và ống giảm chấn, nhưng bộ phận dẫn hướng lại có vai trò cực kỳ quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và điều khiển của xe.
Bộ phận dẫn hướng trong hệ thống treo có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo động học bánh xe, cho phép bánh xe di chuyển thẳng đứng so với khung xe Ngoài ra, nó còn phải truyền lực hiệu quả để thực hiện chức năng này Cấu tạo của bộ phận dẫn hướng có thể khác nhau tùy thuộc vào từng hệ thống treo, và mối quan hệ giữa bánh xe và khung xe khi di chuyển theo phương thẳng đứng được gọi là quan hệ động học.
Hình 2.24: Bộ phận dẫn hướng dụng nhíp
Khả năng truyền lực tại mỗi vị trí trong hệ treo được gọi là quan hệ động lực học Trong mối quan hệ này, các thông số chính bao gồm sự dịch chuyển của bánh xe trong không gian ba chiều khi bánh xe thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng (z) Quan hệ động lực học thể hiện khả năng truyền tải các lực và moment khi bánh xe ở các vị trí khác nhau.
Có hai loại dẫn hướng chính trong hệ thống treo của xe: nhíp cho xe tải và cơ cấu tay đòn cho xe con Việc bố trí và sắp xếp các tay đòn cho phép nhà thiết kế tạo ra nhiều kiểu hệ thống treo khác nhau, bao gồm hệ thống treo MacPherson, tay đòn kép (double wishbone) và đa liên kết (multi-link).
Bộ phận đàn hồi là một phần thiết yếu của hệ thống treo, có nhiệm vụ hấp thụ tác động từ mặt đường, chuyển đổi thành dao động và lưu trữ năng lượng trong các phần tử đàn hồi Nó được kết nối giữa bánh xe và thùng xe, giúp điều chỉnh tần số dao động phù hợp với cơ thể con người (60-80 lần/ph) Bộ phận này có thể được bố trí khác nhau trên xe, cho phép bánh xe di chuyển theo phương thẳng đứng, đảm bảo độ êm dịu cho hành trình Hiện nay, bộ phận đàn hồi có nhiều kiểu dáng chính khác nhau.
1 Bộ phận đàn hồi nhíp lá 2 Bộ phận đàn hồi lò xo trụ
3 Bộ phận đàn hồi thanh xoắn
Nhíp được chế tạo từ các lá thép mỏng, có độ đàn hồi cao, với kích thước giảm dần từ lá lớn nhất gọi là lá nhíp chính Hai đầu của lá nhíp chính được uốn thành hai tai nhíp để kết nối với khung xe Bộ nhíp có các lỗ để bắt bulông, giữ các lá nhíp lại với nhau Quang nhíp giữ cho các lá nhíp không bị lệch, cho phép chúng dịch chuyển tương đối theo chiều dọc Khi dịch chuyển, lực ma sát giữa các lá nhíp giúp dập tắt dao động thẳng đứng của ôtô, với mặt trên của lá nhíp chịu kéo và mặt dưới chịu nén.
Nhíp có độ cứng vững tối ưu, giúp giữ cho cầu xe luôn ở vị trí chính xác mà không cần sử dụng thêm các liên kết khác.
Khi ôtô di chuyển theo chiều dọc, các lá nhíp tạo ra lực ma sát giúp dập tắt dao động thẳng đứng Trong quá trình hoạt động, mặt trên của lá nhíp sẽ chịu lực kéo, trong khi mặt dưới chịu lực nén.
– Nhíp thực hiện được chức năng tự khống chế dao động thông qua ma sát giữa các lá nhíp.
– Nhíp có đủ sức bền để chịu tải trọng nặng.
Nhíp có ma sát giữa các lá, dẫn đến khả năng hấp thu rung động từ mặt đường kém Do đó, nhíp thường được sử dụng cho các xe lớn và vận chuyển tải trọng nặng, với ưu tiên hàng đầu là độ bền.
Do ma sát giữa các lá nhíp, nhíp khó hấp thu rung động nhỏ từ mặt đường, vì vậy chúng thường được sử dụng cho xe cỡ lớn và vận chuyển tải trọng nặng Do đó, độ bền của nhíp cần được chú trọng hơn.
- Tác dụng của độ võng:
Khi nhíp bị uốn, độ võng khiến các lá nhíp cọ vào nhau, tạo ra ma sát giữa chúng, nhanh chóng làm tắt dao động của nhíp Ma sát này, mặc dù là một đặc tính quan trọng của nhíp, cũng làm giảm độ chạy êm của xe do giảm tính chịu uốn Do đó, nhíp thường được sử dụng cho các xe tải Khi nhíp nẩy lên, độ võng giữ cho các lá nhíp khít với nhau, ngăn chặn đất, cát và các vật liệu khác lọt vào giữa, từ đó giảm thiểu mài mòn.
Để giảm ma sát giữa các lá nhíp, hãy đặt các miếng đệm chống ồn vào giữa các lá nhíp, tại phần đầu lá, giúp chúng dễ dàng trượt lên nhau Đồng thời, mỗi lá nhíp cũng được thiết kế với hai đầu vát để tạo ra áp lực tối ưu.
Nhíp phụ là bộ phận quan trọng cho các xe tải và xe chịu tải trọng lớn, giúp tăng cường khả năng chịu tải Khi tải trọng nhỏ, chỉ nhíp chính hoạt động, nhưng khi tải trọng vượt quá mức cho phép, cả nhíp chính và nhíp phụ đều tham gia vào việc giảm chấn và nâng đỡ Việc lắp đặt nhíp phụ giúp cải thiện hiệu suất và độ bền của xe, đảm bảo an toàn trong quá trình vận chuyển hàng hóa.
Bộ phận đàn hồi nhíp lá rất thích hợp cho xe trọng tải lớn nhờ vào độ cứng và độ bền cao Chính vì vậy, hệ thống treo sử dụng nhíp lá thường được áp dụng phổ biến trên xe tải.
Giảm xóc bằng nhíp là kiểu thiết kế phổ biến trên nhiều dòng xe, bao gồm xe tải, xe thương mại và xe du lịch dẫn động cầu sau, như TOYOTA Fortuner, TOYOTA Land Cruiser, MITSUBISHI Triton, FORD Ranger và CHEVROLET Colorado.
- Kết cấu và chế tạo đơn giản
- Sửa chữa bảo dưỡng dễ dàng
- Có thể đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và một phần nhiệm vụ của bộ phận giảm chấn.