Tính toán thiết kế hệ thống treo xe tải hino 15 tấn

Tuy nhiên, một đề tài thiết kế là khá rộng, nó đề cập đến nhiều vấn đề cần đòi hỏi phải có kiến thức chuyên sâu, thời gian để nghiên cứu và thực nghiệm. Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng với khả năng, hàm lượng kiến thức hạn hẹp của bản thân, cũng như thời gian hạn chế nên bài luận văn của em còn nhiều khiếm khuyết và chưa hoàn thiện. Em mong các thầy và các bạn góp ý để bài luận văn này được hoàn thiện hơn. Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo em trong suốt quá trình em làm đề tài, để có thể hoàn thành được bài luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Viện Cơ Khí – Kỹ Thuật Ô Tô trường Đại Học Giao Thông Vận Tải TPHCM cùng các bạn học đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

TP HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO XE TẢI HINO 15 TẤN

Ngành : Cơ khí ô tô Chuyên ngành : Kỹ thuật ô tô

Giảng viên hướng dẫn : Phạm Văn Thức Sinh viên thực hiện : Trần Nhật Trường MSSV: 1951080289 Lớp: CO19D

TP Hồ Chí Minh, 2023

Ô tô là một trong những phương tiện chính trong ngành giao thông vận tải, đóng vai trò chủ đạo trong nền kinh tế quốc dân của đất nước cũng như toàn cầu Ô tô chiếm sự ưu điểm về giá thành vận chuyển và khả năng cơ động trong việc có thể vận chuyển hàng hóa đến tận nơi Trong thời điểm hiện nay khi ngành logistics phát triển, ngành giao thông vận tải đã và đang góp phần hỗ trợ trong việc vận chuyển hàng hóa trên khắp thế giới Riêng ở nước ta tổng khối lượng vận chuyển hàng hóa bằng ô tô đã lên đến 77,47% Từ đó ta có thể thấy được tầm quan trọng của ngành giao thông vận tải đóng góp cho nên kinh tế nước nhà

Đặc thù của ô tô khi vận tải là di chuyển trên những cung đường dài Khi gặp những cung đường không bằng phẳng sẽ tạo ra những dao động Những dao động này không những ảnh hưởng đến con người mà còn ảnh hưởng đến phương tiện và hàng hóa mà phương tiện đó chuyên chở theo Con người khi phải chịu đựng những dao động về lâu dài do xe rung sóc sẽ gây ảnh hưởng đến sức khỏe, đặc biệt là ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thần kinh và não bộ Đối với hàng hóa có thể gây ra đổ vỡ, nứt mẻ hàng hóa đặc biệt là các loại hàng hóa dễ vỡ Vì vậy tính êm dịu của ô tô khi chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng và thiết yếu của một chiếc ô tô Đối với một chiếc xe tải, với sự phát triển ngày càng hiện đại của ngành ô tô hiện nay, khối lượng hàng hóa muốn chuyên chở theo ngày càng lớn hơn trong khi giá thành vẫn được đảm bảo ở mức cho phép Việc đảm bảo chuyên chở nặng yêu cầu về độ bền, kết cấu đơn giản, giá thành thấp cho hệ thống treo trên xe tải là rất quan trọng Dễ dàng cho việc tháo rời để sửa chữa và dễ dàng cho việc thay thế khi gặp các hư hỏng nặng

Từ các vấn đề trên, em được giao nhiệm vụ: Tính toán, thiết kế hệ thống treo cho xe tải Hino 15 tấn Trong quá trình làm luận văn, em được sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn Phạm Văn Thức và các thầy trong viện cơ khí nhưng do trình độ còn hạn chế, kinh nghiệm thiết kế chưa có nên luận văn của em còn nhiều khiếm khuyết và hạn chế nhất định Em rất mong các thầy thông cảm và đóng góp ý kiến để em có thể đúc kết những kinh nghiệm cho công việc tương lai

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên: Trần Nhật Trường

2.1 Cơ sở lý thuyết về hệ thống treo trên xe ô tô 3

2.1.1 Chức năng và yêu cầu của hệ thống treo 3

2.1.2 Phân loại hệ thống treo 4

2.2 Chọn phương án thiết kế 5

2.2.1 Giới thiệu về hệ thống treo độc lập 5

2.2.2 Giới thiệu về hệ thống treo phụ thuộc 8

2.2.3 Giới thiệu về hệ thống treo cân bằng 10

2.3 Lựa chọn thiết kế bộ phận đàn hồi 10

2.5 Phân tích về tính toán hệ thống treo lá nhíp 11

2.4 Phân tích lựa chọn thiết kế giảm chấn 12

3.4.2 Kiểm tra bền kéo 45

3.5 Kiểm tra điều kiện bền nhiệt 45

3.5.1 Kiểm tra điều kiện truyền nhiệt 45

3.5.2 Kiểm tra điều kiện bền xilanh giảm chấn 46

4.1.4 Xác định phản lực tác dụng tại các đầu mút của lá nhíp 55

4.2 Tính toán kích thước thanh giằng 61

4.2.1 Chiều dài thanh giằng 61

4.2.2 Đường kính thanh giằng 61

4.2.3 Tính rotyun đầu thanh giằng 62

4.3 Tính trục cân bằng 64

4.3.1 Chọn vật liệu cho trục 64

4.3.2 Xác định đường kính trục 64

CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ PHƯƠNG ÁN BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA 66

5.1 Các hư hỏng thường gặp của hệ thống treo lá nhíp 66

5.1.1 Hư hỏng bộ phận giảm chấn 66

5.1.2 Hư hỏng bộ phận đàn hồi 67

5.1.3 Hư hỏng bộ phận dẫn hướng 68

5.2 Hư hỏng đối với bánh xe 68

5.3 Hư hỏng đối với các thanh ổn định 69

KẾT LUẬN 70

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2- 1: Hệ thống treo đòn dọc 6

Hình 2- 2: Hệ thống treon trên 2 đòn ngang 7

Hình 2- 3: Hệ thống treo kiểu Macpherson 7

Hình 2- 4: Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn chéo 7

Hình 2- 5: Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi thanh xoắn 8

Hình 2- 6: Hệ thống treo loại nhíp lá ở cầu không chủ động 9

Hình 2- 7: Hệ thống treo phụ thuộc kiểu lò xo trụ 9

Hình 2- 8: Sơ đồ kẹp bó các lá nhíp 12

Hình 2- 9: Giảm chấn ống loại hai ống lồng 13

Hình 2- 10: Bố trí chung hệ thống treo 14

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC Hình 3- 1: Sơ đồ hệ thống treo trước 17

Hình 3- 2: Các lực tác dụng lên hệ thống treo trước 18

Hình 3- 3: Lực phân bố trên các lá nhíp chồng lên nhau 23

Hình 3- 4: Lực phân bố trên đầu các lá nhíp 27

Hình 3- 5: Momen phân bố trên lá nhíp 29

Hình 3- 6: Các thông số của tai nhíp 32

Hình 3- 7: Giảm chấn 2 lớp vỏ 34

Hình 3- 8: Các thông số sơ bộ của giảm chấn 38

Hình 3- 9: Các thông số kích thước ngoài giảm chấn 38

Hình 3- 10: Thông số kích thước lò xo 42

Chương 4 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO SAU Hình 4- 1: Sơ đồ hệ thống treo sau 48

Hình 4- 2: Các lực tác dụng lên lá nhíp 53

Hình 4- 3: Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên từng lá nhíp 56

Hình 4- 5: Thanh giằng 61 Hình 4- 6: Sơ đồ kết cấu khớp cầu (Rotuyl) 62 Hình 4- 7: Lực tác dụng lên trục cân bằng 64

Chương1 MỞ ĐẦU

1.1 Tổng quan về vấn đề

Hệ thống treo là một phần quan trọng trong cấu trúc của một chiếc xe ô tô, hệ thống này ảnh hưởng đến sự an toàn, thoải mái êm dịu và hiệu suất làm việc của người lái xe Hệ thống treo giúp duy trì sự ổn định của xe trên mọi địa hình, làm giảm sóc nảy khi di chuyển trên những cung đường gồ ghề Với xu thế phát triển hiện nay của ngành ô tô, việc cải thiện hệ thống treo ngày càng được đòi hỏi cao hơn, thách thức các kỹ sư trong việc đưa ra các phương án treo phù hợp cho từng loại xe trong khi vẫn đảm bảo được độ êm dịu, giá thành phù hợp với từng loại đó

Các vấn đề của hệ thống treo phải đối mặt thường là các yếu tố môi trường Do hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau và trong nhiều điều kiện thời tiết Các vật liệu sử dụng trong hệ thống treo phải được chọn lọc sao cho bền vững với thời gian và môi trường, không gây ô nhiễm và có khả năng tái chế Ở những xe có tải trọng cao, hệ thống treo còn phải là một bộ phận dễ dàng thay thế hoặc sửa chữa khi xảy ra hư hỏng, đồng thời giá thành còn phải phù hợp với thị hiếu của người kinh doanh vận tải Từ đó đặt ra cho các nhà thiết kế những thách thức trong việc chế tạo ra một hệ thống phù hợp cho từng loại xe

Hệ thống treo là một phần thiết yếu của một chiếc xe ô tô Nó ảnh hưởng đến khả năng vận hành và độ an toàn lẫn êm dịu của người sử dụng và cả hàng hóa mà chiếc xe ấy chuyên chở theo Việc cải thiện liên tục trong công nghê và mục tiêu bền vững đã đặt ra những thách thức mới cho việc phát triển hệ thống treo ngày càng hiệu quả và tiến bộ hơn

1.2 Lý do chọn đề tài

Hệ thống treo ô tô được bắt đầu vào những năm đầu của ngành công nghiệp ô tô ở cuối thế kỷ 19 Các hệ thống ban đầu đơn giản và chủ yếu dựa trên những cấu trúc cơ học đơn giản để giảm chấn các tác động từ đường xấu và giúp xe ổn định hơn khi di chuyển Về sau con người đã tìm ra xăm lốp có thể giảm bớt được các chấn động khi

ngồi trên xe Ngày nay, với xu hướng phát triển kéo theo nhu cầu một chiếc xe có độ êm dịu cùng các cải tiến hiện đại đòi hỏi hệ thống treo phải có bước tiến trong việc đảm bảo độ êm dịu cho người sử dụng lẫn độ an toàn cho hàng hóa khi vận chuyển, đồng thời tăng cường khả năng vận tải trong điều kiện khắc nghiệt, trọng tải vận chuyển lớn Trong khi đòi hỏi ở chi phí có thể chấp nhận được, bảo dưỡng dễ dàng, sửa chữa nhanh gọn khi gặp hỏng hóc Tối ưu hệ thống treo có thể đảm bảo sức khỏe cho người sử dụng, đồng thời gia tăng khả năng vận chuyển hàng hóa Từ đó đóng góp cho ngành giao thông vận tải nước nhà phát triển và phát triển các ngành chế tạo trong nước và các ngành hậu cần của ô tô tăng tiến trên đà phát triển

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên cơ sở lý thuyết đã được học từ các môn: Lý thuyết ô tô, Sức bền vật liệu, Dao động ô tô, Công nghê chế tạo và lắp ráp ô tô, … và các môn học thực hành: Thức tập khung gầm ô tô,… em có được những kiến thức cơ bản để có thể tính toán thiết kế một hệ thống treo cơ bản dành cho một chiếc xe có tải trọng lớn

1.4 Lý do giới hạn đề tài

Do còn nhiều hạn chế về mặt kiến thức và kinh nghiệm của bản thân trong việc tính toán thiết kế nên đề tài tính toán thiết kế hệ thống treo của xe Hino 15 tấn được giới hạn trong việc tính toán các thông số của hệ thống treo lá nhíp, phân tích các lực tác dụng, kiểm tra điều kiện bền, thiết kế giảm chấn, thanh giằng, của hệ thống bao gồm các phần chính như: hệ thống treo trước và sau, hệ thống giảm chấn trước và sau Cuối cùng là một vài hư hỏng thường gặp của hệ thống này và các phương án sửa chữa, bảo dưỡng dành cho hệ thống

1.4 Cấu trúc đề tài

Đề tài được chia làm 5 chương với thứ tự thiết kế từ hệ thống treo cầu trước, giảm chấn trước và hệ thống treo sau Cuối cùng là một số hư hỏng của hệ thống cũng như phương án sửa chữa thích hợp

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Cơ sở lý thuyết về hệ thống treo trên xe ô tô 2.1.1 Chức năng và yêu cầu của hệ thống treo

Hệ thống treo là bộ phận có nhiệm vụ nối đàn hồi khung vỏ ô tô với hệ thống chuyển động nhằm giảm va đập truyền từ mặt đường lên khung vỏ nhằm tạo độ êm dịu khi chuyển động

Yêu cầu của hệ thống treo:

- Nối mềm giữa phần được treo và phần không được treo

- Tạo điều kiện cho bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động êm dịu, hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không mong muốn có khác của bánh xe (Lắc ngang, lắc dọc) - Truyền lực và mômen giữa bánh xe và khung xe: bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng, phản lực), lực dọc (lực kéo, lực phanh, lực đẩy), lực bên (lực ly tâm, lực gió), mômen chủ động, mômen phanh

Để thực hiện được điều này hệ thống treo được thiết kế phải đảm bảo:

- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe đó là xe có thể chạy trên địa hình phức tạp

- Bánh xe có khả năng dịch chuyển trong một giới hạn không gian hạn chế

- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý, thoả mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động lực học và động học bánh xe

- Không gây lên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ xe

- Độ võng tĩnh phải nằm trong giới hạn đủ đảm bảo các tần số dao động riêng của vỏ xe và độ võng động phải đảm bảo vận tốc của xe khi chuyển động trên đường xấu phải nằm trong giới hạn cho phép, ở giới hạn này không có sự va đập lên các bộ phận hạn chế

- Độ võng của bánh xe dẫn hướng vẫn gữ đúng khi bánh xe dẫn hướng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng (nghĩa là khoảng cách giữa hai bánh xe trước và các góc đặt trụ đứng và bánh dẫn hướng không bị thay đổi)

- Dập tắt nhanh các dao động khi ôtô đi qua đường ghồ ghề

- Hệ thống treo còn phải đủ cứng vững và độ bền để làm việc an toàn

Để đảm bảo các chức năng và ổn định trong các điều kiện vận hành, hệ thống treo gồm có 3 phần tử chủ yếu sau:

- Phần tử đàn hồi: nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe, tiếp nhận lực thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ tới bánh xe và ngược lại Bộ phận đàn hồi có cấu tạo chủ yếu là một chi tiết hoặc một cụm chi tiết bằng kim loại (nhíp, lò xo, thanh xoắn , ) hoặc khí

- Phần tử dẫn hướng: có tác dụng đảm bảo đúng động học bánh xe, đảm bảo xi chỉ dao động trong mặt phẳng thẳng đứng, bộ phận hướng còn làm nhiệm vụ truyền lực dọc, lực ngang, momen giữa khung vỏ và bánh xe

- Phần tử giảm chấn: có tác dụng dập tắt nhanh chóng các dao động bằng cách biến năng lượng dao động thành nhiệt năng tỏa ra ngoài Việc biến năng lượng dao động thành nhiệt năng nhờ ma sát thủy lực của dòng chất lỏng qua lỗ tiết lưu đến khoang bên cạnh và tỏa nhiệt nung nóng vỏ giảm chấn và tỏa ra ngoài

2.1.2 Phân loại hệ thống treo

Có nhiều cách để phân loại hệ thống treo theo nhiều tiêu chí khác nhau: Theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng:

- Hệ thống treo phụ thuộc: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên phải được liên kết với nhau bằng dầm cứng (liên kết dầm cầu liền), cho nên khi một bánh xe bị chuyển dịch thì bánh xe bên kia cũng bị dịch chuyển Nếu ở hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi là nhíp thì nó làm được cả nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng

- Hệ thống treo độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên phải và bánh xe bên trái không có liên kế cứng Do đó sự dịch chuyển của một bánh xe không gây nên sự dịch chuyển của bánh xe kia Hệ thống treo độc lập chỉ sư dụng ở những xe có kết cầu rời, có độ êm dịu cả xe cao, tuy nhiên kết cấu của bộ phận hướng phức tạp, giá thành đắt

- Hệ thống treo cân bằng: dùng ở những xe có tính năng thông qua cao với 3 hoặc 4 cầu chủ động để tạo mối quan hệ phụ thuộc giữa hai hàng bánh xe ở 2 cầu liền kề nhau

Theo bộ phận đàn hồi:

-Loại bằng kim loại:

+ Hệ thống treo loại nhíp lá

+ Hệ thống treo loại lò xo xoắn ốc

+ Hệ thống treo loại thanh xoắn

Theo phương pháp dập tắt dao động:

+ Dập tắt dao động nhờ giảm chấn thủy lực: giảm chấn dạng đòn và dạng ống

+ Dập tắt dao động nhờ ma sát cơ học ở trong phần tử đàn hồi và trong phần tử hướng

2.2 Chọn phương án thiết kế

Các dòng xe hiện nay sử dụng hệ thống treo với nhiều dạng khác nhau Có kết cấu thay đổi theo từng xe cụ thể Nhưng tóm gọn lại vẫn ở các loại chính là: treo phụ thuộc, treo độc lập và treo cân bằng (đối với các xe có tải trọng lớn và có 3 cầu trở lên)

2.2.1 Giới thiệu về hệ thống treo độc lập

Ở hệ thống treo độc lập các bánh xe không có tác dụng trực tiếp lên nhau khi di chuyển Các bánh xe không ảnh hường tới nhau khi một bên chuyển động trên một mặt phẳng, một bên chuyển động trên đường gồ ghề

Hệ thống treo độc lập thường được sử dụng cầu trước ô tô du lịch, hiện nay có một số loại ô tô sử dụng hệ thống treo độc lập cho tất cả các cầu

Ưu điểm:

- Khả năng quay vòng tốt hơn, đảm bảo vận tốc quay của bánh trái phải không bị ràng buộc nhiều như ở hệ thống treo phụ thuộc

- Khối lượng hệ thống treo độc lập nhẹ hơn, nhỏ hơn Do đó tăng trọng lượng bám, tăng độ êm dịu của ô tô

- Đảm bảo khi dịch chuyển, các bánh xe không làm thay đổi các góc đặt bánh xe và chiều rộng cơ sở, do đó làm triệt tiêu hoàn toàn sự lắc của bánh xe đối với trụ đứng, dẫn đến không phát sinh momen hiệu ứng con quay khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng

Nhược điểm:

- Kết cấu phức tạp gồm nhiều chi tiết

- Trong quá trình chuyển động vệt bánh xe không cố định do vậy xảy ra tình trạng mòn

- Hệ treo trên 2 đòn ngang

- Hệ treo Macpherson

+Hệ treo đòn chéo

Hình 2-2

Hình 2- 2: Hệ thống treon trên 2 đòn ngang

a) Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang hình bình hành b) Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang hình thang

Hình 2- 3: Hệ thống treo kiểu Macpherson

Hình 2- 4: Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn chéo

+Hệ treo độc lập, phần tử đàn hồi thanh xoắn

2.2.2 Giới thiệu về hệ thống treo phụ thuộc

Ở hệ thống treo này hai bánh xe trái phải được nối nhau bằng dầm cứng nên khi dịch chuyển một bên bánh xe trong mặt phẳng ngang thì bánh xe còn lại cũng dịch chuyển Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng trong hệ thống treo cầu sau của ô tô du lịch và ở tất cả các cầu đồi với các ô tô tải, ô tô khách loại lớn

- Số khớp quay ít và không cần phải bôi trơn khớp quay

- Dễ chế tạo, tháo lắp nên thuận lợi cho việc sửa chữa - Chịu được tải trọng lớn

Nhược điểm:

- Hệ thống treo ở các bánh xe nhất là các bánh xe chủ động có trọng lượng phần không được treo lớn Khối lượng này làm ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động, khiến độ êm dịu không được cao và sinh ra các va đập lớn làm khả năng bám của bánh xe kém đi

Hình 2- 5: Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi thanh xoắn

- Kết cấu của hệ thống treo phụ thuộc lớn và khá cồng kềnh, chiếm chỗ dưới gầm xe Do hai bánh xe được lắp trên dầm cầu cứng nên khi dao động thì cả hệ dầm cầu cũng dao động theo cho nên dưới gầm xe phải có khoảng không gian đủ lớn Do vậy thùng xe phải nâng cao lên, trọng tâm xe cũng từ đó mà nâng lên Làm mất sự ổn định khi chuyển động của ô tô

- Nối cứng các bánh xe hai bên nhờ dầm liền làm phát sinh những dao động nguy hiểm ở bánh xe trong giới hạn vận tốc chuyển động Khi một bên bánh xe dao động thì bánh bên kia phụ thuộc cũng sẽ dao động theo Điều đó gây mất ổn định khi xe quay vòng - Khó bố trí các cụm của ô tô nếu đặt hệ thống treo phụ thuộc ở đằng trước

Một số hệ thống treo phụ thuộc phổ biến ở ô tô phải kể đến như: - Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi là nhíp lá

- Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi lò xo trụ

Hình 2- 6: Hệ thống treo loại nhíp lá ở cầu không chủ động.

Hình 2- 7: Hệ thống treo phụ thuộc kiểu lò xo trụ

2.2.3 Giới thiệu về hệ thống treo cân bằng.

Là hệ thống treo được sử dụng đối với các xe tải trọng lớn từ 3 cầu trở lên, được bố trí giữa 2 cầu chủ động liên tiếp, làm tăng khả năng chịu tải trọng cho xe Loại này có ưu và nhược điểm giống như hệ thống treo phụ thuộc

2.3 Lựa chọn thiết kế bộ phận đàn hồi

Với bộ phân 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 trên các hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo cân bằng Khi chọn bộ phận đàn hồi là nhíp lá, nếu kết cấu và lắp ghép hợp lý thì bản thân bộ phận này có thể đảm đương nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng Điều này làm cho kết cấu của hệ thống treo trở nên đơn giản, lắp ghép dễ dàng hơn Vì lý do này, nhíp lá được sử dụng rộng rãi hầu hết trên các loại xe tải và kể cả xe du lịch

Lò xo xoắn thường được sử dụng trên nhiều hệ thống treo độc lập Lò xo xoắn chỉ chịu được lực thẳng đứng, do đó hệ thống treo có bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn phải có bộ phận hướng riêng biệt So với nhíp lá, lò xo xoắn có trọng lượng nhỏ hơn

Bộ phận đàn hồi là thanh xoắn cũng được sử dụng trên một số hệ thống treo độc lập của ô tô So với nhíp lá và lò xo xoắn thì có thế năng đàn hồi lớn hon, trọng lượng nhỏ và lắp đặt dễ dàng hơn

Bộ phận đàn hồi kim loại có ưu điểm là kết cấu đơn giản, giá thành hạ Nhược điểm của loại này là độ cứng không đổi Độ êm dịu cũng chỉ được đảm bảo ở một vùng tải trọng nhất định Mặc dù vậy thì bộ phận đàn hồi kim loại được sử dụng rất phổ biến trên các loại xe hiện nay

Bộ phận đàn hồi bằng khí: Loại này có ưu điểm là độ cứng của phần tử đàn hồi không phải là hằng số, do vậy có đường đặc tính đàn hồi phi tuyến rất thích hợp khi sử dụng trên ô tô Tùy theo tải trọng của phương tiện mà có thể điều chỉnh độ cứng này sao cho phù hợp bằng cách thay đổi áp suất khí trong bóng khí Vì vậy độ êm dịu của hệ thống này khá cao Tuy nhiên bộ phận đàn hồi khí lại có kết cấu phức tạp, giá thành khá cao, trọng lượng lớn (vì phải có nguồn cung cấp khí, các van và phải có bộ phận hướng

riêng) Thông thường, bộ phận này chỉ trang bị cho các dòng xe đắt tiền và sang trọng Còn trong vận tải, bộ phận này được trang bị cho các xe có trọng tải lớn

Qua phân tích các ưu và nhược điểm của các loại bộ phận đàn hồi và trên cơ sở xe lựa chọn thiết kế là loại xe Hino có trọng tải 15 tấn Với khả năng chuyển chở nặng, đồng thời di chuyển trên những cung đường phức tạp, đòi hỏi về chi phí bảo dưỡng, sửa chữa ở mức cho phép, thì lá nhíp có thể đáp ứng tất cả các tiêu chí nói trên Nhíp ô tô được sản xuất không cần những vật liệu quá phức tạp, các ngành trong nước ta có thể đảm bảo sản suất được lá nhíp như nhà máy THACO Chu Lai với dây chuyền công nghệ Hàn Quốc, từ đó giúp tăng nội địa hóa sản xuất Nhíp còn có thêm ưu điểm là trong quá trình hoạt động rất ít xảy ra hư hỏng, tuổi thọ lâu, do đó phù hợp với việc sử dụng ô tô trên những địa hình phức tạp của nước ta Do xe Hino 15 tấn là dòng xe có 3 cầu trong đó 2 cầu sau chủ động nên việc lựa chọn phương án thiết kế như sau Đối với cầu trước ta dùng phương án thiết kế hệ thống treo phụ thuộc với phần thử đàn hồi là lá nhíp Đối với cầu sau ta có 2 cầu chủ động đặt liên tiếp nhau nên ta dùng phương án thiết kế hệ thống treo cân bằng với phần từ đàn hồi lá nhíp

2.5 Phân tích về tính toán hệ thống treo lá nhíp

Nhíp là một phần tử đàn hồi được sử dụng phổ biến trong các dòng xe có tải trọng trung bình đến lớn Lá nhíp thường có tiết diện hình chữ nhật, để lắp ráp lên xe thì ở một hoặc hai đầu lá nhíp sẽ được uốn cong lại thành tai nhíp

Để có thể tính toán một cách chính xác và hiệu quả người ta sử dụng phương pháp tải trọng tập trung để tính toán các lực tác dụng lên lá nhíp cũng như ứng suất và momen Sau đó đánh giá được độ bền của lá nhíp

Để lắp ghép nhíp thành bộ, người ta khoan lỗ ở giữa các lá nhíp rồi dùng bulong trung tâm xỏ qua và xiết chặt lại Bulong này có công dụng chính là giữ và ép chặt các lá nhíp với nhau, nó cũng có thể dùng làm phần tử định vị khi lắp đặt nhíp lên dầm cầu Yêu của của bulong này phải đảm bảo độ lớn phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày của lá nhíp dày nhất để có thể đảm bảo điều kiện đột ngột của hệ thống

Để các lá nhíp không bị xoay lệch nhau và để truyền lực từ các lá nhíp chính trên xuống các lá dưới ở hành trình trả, người ta sử dụng các vòng kẹp (quang nhíp) để bó cố định các lá nhíp lại với nhau

2.4 Phân tích lựa chọn thiết kế giảm chấn

Giảm chấn trên ô tô sử dụng nguyên tắc bằng cách tạo ra sức cản nhớt và sức cản quán tính của chất lỏng công tác khi đi qua lỗ tiết lưu nhỏ để hấp thụ năng lượng dao động do phần tử đàn hồi gây ra

Ta có loại giảm chấn 1 chiều và 2 chiều Loại tác dụng 2 chiều có loại tác dụng đối xứng hoặc không đối xứng Đối với loại giảm chấn tác dụng đơn thì có nghĩa là trong 2 hành trình (nén và trả) thì chỉ có một hành trình giảm chấn có tác dụng (thường là ở hành trình trả) Còn đối với giảm chấn 2 chiều, do cấu tạo của piston giảm chấn loại này gồm có 2 lỗ với 2 nắp van (dạng van một chiều với kích thước lỗ khác nhau) Lỗ nhỏ có tác dụng ở hành trình trả, còn lỗ lớn hơn các tác dụng ở hành trình nén

Giảm chấn 2 chiều có hành trình làm việc như sau:

- Hành trình nén:

+Nén nhẹ: Piston dịch chuyển xuống dưới với tốc độ nhỏ Dầu được ép từ khoang dưới, qua các lỗ van tiết lưu 6 và van thông 1 đi lên khoang trân Do đó thể tích piston giải phóng ở khoang trên nhỏ hơn thể tích do nó chiếm chỗ khi di chuyển xuống dưới Nên một phần dầu chảy qua khe tiết lưu 5 trên van 4 sang buồng phụ của giảm chấn

+Nén mạnh: Piston dich chuyển xuống dưới với tốc độ lớn, áp suất tăng lên mạnh, ép lò xo mở to van né 4 ra cho dầu đi qua sang buồng phụ Nhờ thế sức cản giảm chấn giảm đột ngột, hạn chế các lực tác dụng lên cần đẩy

-Hành trình trả:

Hình 2- 8: Sơ đồ kẹp bó các lá nhíp

+Trả nhẹ: Piston dịch chuyển lên trên với tốc độ nhỏ Dầu được ép từ khoang trên, qua các lỗ tiết lưu 6 đi xuống khoang dưới Do vậy thể tích piston giải phóng ở khoang dưới lớn hơn thể tích do chiếm chỗ khi di chuyển lên trên (do khoang trên có them phần cần đẩy piston) Nên dầu từ khoang trên chảy xuống không đủ bù cho thể tích giải phóng piston ở khoang dưới Lúc này giữa khoang dưới và buồng phụ có độ chênh áp Vì thế dầu từ buồng phụ chảy qua van hút 3 vào khoang dưới piston để bù cho lượng dầu còn thiếu

+Trả mạnh: Piston dịch chuyển lên trên với tốc độ lớn, áp suất trong khoang trên piston tăng cao, ép lò xo mở van trả 2 ra cho dầu đi qua dãy lỗ trong xuống khoang dưới Nhờ thế sức cản giảm chấn giảm đột ngột, hạn chế bớt lực tác dụng lên cần giảm chấn

Như vậy lực cản của giảm chấn ở hành trình trả sẽ lớn hơn lực cản ở hành trình nén, do đó nó phù hợp với yêu cầu làm việc dập tắt dao động ở hệ thống treo Do đó ta chọn thiết kế giảm chấn trên xe là loại thủy lực 2 chiều

Hình 2- 9: Giảm chấn ống loại hai 5- Khe tiết lưu

6- Lỗ tiết lưu luôn mở

Hình 2- 10: Bố trí chung hệ thống treo

Bảng 2-1: Thông số kỹ thuật xe Hino FM8JW7A 6X4

STT Thông số Giá trị Đơn vị

Phân bố lên phần trước 3785 Kg Phân bố lên phần sau 5720 Kg

Phân bố lên phần trước 6000 kg Phân bố lên phần sau 18000 kg 5 Khối lượng không được treo

Chương3

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC

Các ô tô tải hiện nay thường sử dụng nhíp bán elip để thực hiện chức năng của bộ phận đàn hồi và bộ phận dẫn hướng Ngoài ra nhíp bán elip còn thực hiện một chức năng hết sức quan trọng là khả năng phân bố tải trọng lên khung xe hoặc thùng xe

Khi xe có tải hệ thống treo sẽ phải chịu những tác động lớn hơn trường hợp xe chạy không tải và thời gian có tải chiếm phần lớn thời gian hoạt động của xe Vì vậy tất cả các tính toán thiết kế hệ thống treo đều được thực hiện đối với trường hợp xe chạy có tải

Hệ thống treo trước được thiết kế dạng lá nhíp elip với bộ phận giảm chấn và thăng bằng Hệ nhíp có hai nhiệm vụ là đàn hồi và dẫn hướng Bộ phận giảm chấn thủy lực có nhiệm vụ hấp thụ giao động và dập tắt dao động

3.1 Tính toán phần tử đàn hồi nhíp 3.1.1 Xác định tần số dao động

Hệ thống treo được lắp đặt đối xứng hai bên, vì vậy khi tính toán hệ thống treo ta chỉ cần tính toán một bên Tải trọng tác dụng lên hệ thống treo được xác định theo công

Hệ thống treo thiết kế ra phải đảm bảo cho xe đạt độ êm dịu theo các tiêu chí đã đề ra Hiện nay có rất nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động như tần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động Trong những chỉ tiêu đó ta chọn chỉ tiêu đánh giá theo tần số dao động Chỉ tiêu này được lựa chọn như sau:

- Tần số dao động của xe du lịch là n=60-80 lần/ phút

- Tần số dao động của xe tải là n=80-120 lần/ phút

Trong khoảng này thì người ngồi trên xe có thể chịu được đồng thời hệ thống treo

Trong đó ft: độ võng tính của hệ thống treo (m)

Do xe tải trọng động thay đổi lớn và thường xuyên di chuyển trong địa hình xấu, không bằng phẳng nên hệ thống treo phải có độ cứng vững tốt vì vậy ta chọn sơ bộ tần số dao động của hệ thống treo của xe là ntsb =85(lần/ phút)

Độ cứng sơ bộ của hệ thống treo:

Hình 3- 1: Sơ đồ hệ thống treo trước

3.1.2 Tính toán và chọn thông số chính của lá nhíp

Ta chọn loại nhíp là loại nửa elip đối xứng, khi đó cầu xe được gắn ở phần giữa còn các đầu nhíp được nối với khung xe Lực tác dụng lên nhíp là phản lực của mặt đường tác dụng lên nhíp tại điểm tiếp xúc của nhíp với dầm cầu Quang nhíp thường được đặt dưới một góc  Vì vậy trên nhíp sẽ có lực dọc X tác dụng, muốn giảm lực

X thì góc  phải được thiết kế nhỏ nhất có thể Nhưng góc phải có trị số giới hạn nhất định để đảm bảo cho quang nhíp không vượt quá giá trị trung gian (vị trí thẳng đứng) Khi xe chuyển động không tải thì góc thường chọn không quá5o Khi tải trọng

Ta chọn chiều dài lá nhíp như sau:

- Đối với xe tải công thức chiều dài lá nhíp được tính bằng L=(0, 25 0, 35)Lx

Trong đó Lx: là chiều dài cơ sở của xe Theo bảng thông số ta cóLx =5830(mm)

Sau khi xác định chiều dài lá nhíp ta cần xác định số lượng và chiều dày lá nhíp theo điều kiện như sau:

- Độ êm dịu của ô tô phụ thuộc vào độ võng tĩnh và độ võng động của nhíp Ta biết rằng ứng suất tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài nhíp, vì vậy khi tăng một chút chiều dài nhíp, ta phải tăng đáng kể bề dày các lá nhíp Điều này rất quan trọng với 2 lá nhíp gốc vì nó phải chịu thêm cả tải trọng ngang, dọc, momen xoắn Nếu chiều dài nhíp bé ta không thể tăng bề dày lá nhíp gốc mặc dù đã thỏa mãn các yêu cầu về tỷ lệ tải trọng, độ võng, ứng suất Nếu nhíp dài quá làm cho độ cứng của nhíp giảm, nhíp làm việc nặng nhọc hơn, gây nên các va đập giữa các ụ nhíp và khung xe

Tóm lại, ta không thể lấy chiều dài nhíp quá bé hoặc quá lớn mà còn kết hợp cả bề dày và bề rộng của nhíp để xác định kích thước hình học của nhíp

Momen quán tính tổng cộng của nhíp

Ta có công thức như sau:

J0: mô men quán tính của tiết diện tại chỗ bắt nhíp với dầm cầu E: mô đun đàn hồi theo chiều dọc E=2,1.107(N/cm2)

-Nếu ta chọn b nhỏ thì để đảm bảo momen quán tính tổng cộng, cần tăng số lá nhíp, làm tăng ma sát hoặc tăng chiều dày làm tăng ứng suất

-Nếu b lớn quá thì làm tăng ứng suất xoắn trong lá nhíp chính và một số lá nhíp tiếp theo khi thùng xe bị nghiêng

Chiều dày các lá nhíp (h): Từ điều kiện bền, có thể xác định gần đứng chiều dày trung bình của các lá nhíp theo trình tự sau:

+y: khoảng cách từ đường trung hòa đến thớ chịu kéo xa nhất

+Wu: momen chống uốn của tiết diện

Với nhíp elip đối xứng l1 = =l2 705(mm)

Ứng suất uốn cho phép cực đại của thép 60C2 max = 950  1000 MPa Từ đó ta suy ra:

Căn cứ vào dạng nhíp cụ thể của tiết diện lá nhíp để xác định chiều cao trung bình của tiết diện nhíp Đối với nhíp có đường trung hòa là đường đối xứng nên ta có

- Chiều rộng các lá b=100(mm)

Như vậy chiều rộng b và chiều dày h thỏa mãn điều kiện 6b10

 

Xác định chiều dài các lá nhíp là một trong các điều kiện cơ bản để đảm bảo độ đồng đều giữa các lá nhíp và đảm bảo độ bền của bộ nhíp Chiều dài các lá nhíp được xác định từ điều kiện sao cho dạng của lá nhíp thực thế trong mặt phẳng gần trùng với dầm hình thang và điều kiện cân bằng phản lực trên các đầu mút của lá nhíp từ tải trọng ngoài được xác định bằng phương pháp tải trọng tập trung Hệ phương trình để xác định chiều dài các

- li: chiều dài lá nhíp thứ i

- ji: momen quán tính mặt cắt ngang của lá nhíp thứ i

- j1 =2 .b hc3 / 12=2.100.12 / 123 =28800(mm4)(có 2 lá nhíp có chiều dài và chiều dày giống nhau, ta coi hai lá là một lá)

Ta dùng phương pháp thế để giải hệ trên:

- Phương trình cuối ta có l10 =0, 6l9thế lần lượt từ dưới lên trên ta được kết quả sau:

Hình 3- 3: Lực phân bố trên các lá nhíp chồng lên nhau

Để tính độ cứng của lá nhíp ta sử dụng phương pháp tính độ cứng theo thế năng biến dạng đàn hồi Xét một thanh như hình bên trên khi chịu lực P, thanh biến dạng một đoạn f Gọi U là thế năng biến dạng đàn hồi của thành ta có công thức:

Nếu thanh có tiết diện không đổi thì: dUf

Sơ đồ trên cho thấy các lá nhíp chồng khít lên nhau, một đầu được ngàm chặt, đầu còn lại chịu tác dụng của lực P Sử dụng cộng thức trên ta có:

=== lần/ phút – thỏa mãn yêu cầu Độ võng tĩnh của nhíp đối với trường hợp nhíp đối xứng

Từ đó ta tính được giá trị của độ võng động của hệ thống treo theo đường đặc tính của hệ thống treo và độ võng tĩnh Trong thiết kế người ta thường lấy giá trị độ võng động trong khoảng fd = 7 14(cm) ta chọn fd =8(cm)

Hành trình làm việc của hệ thống treo trước khi phần tử đàn hồi phụ làm việc: Khi lá nhíp chạm đến ụ cao su thì lúc này độ cứng của hệ thống tăng lên C=Cc +Cp Nhờ đó sẽ đảm bảo được Zmaxtrong giới hạn fdcho phép Do phần tử đàn hồi phụ là cao su

nên có độ cứng Cpcứng thay đổi theo tải trọng nên có nghĩa là đường đặc tính phi tuyến Độ biến dạng được thừa nhận khi tính toán là 1/3 chiều cao làm việc của ụ cao su đó

Đối với xe tải fcst =(0, 20, 3)fd =(0, 20, 3).8=1624(mm)

+hcst: chiều cao làm vuệc của ụ cao su hệ thống treo trước -Trọng lượng lớn nhất có thể truyền qua hệ thống treo trước:

Z=k G==N

+k =d 1,82, 2: hệ số động lực học đối với xe có tính năng

Từ các thông số trên ta xây dựng được đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo trước như sau:

Bảng 3- 2: Biểu đồ đường đặc tính hệ thống treo trước

3.2 Tính bền nhíp và các chi tiết liên quan

Để xác định phản lực tác dụng tại các đầu mút của lá nhíp, người ta thường sử dụng hai phương pháp tính toán ứng suất của lá nhíp dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài đó la phương pháp đường cong chung và phương pháp tải trọng tập trung Trong đó phương pháp tải trọng tập trung được sử dụng rộng rãi nhất Với phương án này ta làm như sau:

Đối với nhíp ½ elip ta coi rằng nhíp bị ngàm chặt ở giữa Như vậy khi tính toán ta chỉ tính cho một nửa lá nhíp với các giả thiết sau:

- Coi nhíp là loại ¼ elip, một đầu được ngàm 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 đầu mút

- Biến dạng ở vị trí tiếp xúc giữa 2 lá nhíp nằm cạnh nhau thì bằng nhau

Với các giả thiết trên thì sơ đồ tính bền nhíp như sau:

-Tại điểm B biến dạng của lá thứ nhất và lá thứ hai bằng nhau, tương tụ tại điểm S biến dạng của lá thứ k-1 và lá thứ k bằng nhau Bằng cách lập các biểu thứ biến dạng tại các điểm trên và cho chúng bằng nhau từng đôi một ta sẽ đi đến 1 hệ n-1 phương trình với n-1 ẩn là các giá trị X2, …Xn.

Hệ phương trình đó như sau:

Hình 3- 4: Lực phân bố trên đầu các lá nhíp

- lk: Chiều dài tính toán từ quang nhíp đến đầu mút lá nhíp - Jk:Momen quán tính của các tiết diện lá nhíp

Giải hệ phương trình trên ta được:

Ta có bảng kết quả như sau:

Hình 3- 5: Momen phân bố trên lá nhíp