Tính toán, thiết kế hệ thống treo xe mazda 6

Trong tình hình phát triển kinh tế như hiện nay thì ở các cảng nói riêng và các đầu mối giao thông vận tải nói chung việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật vào công tác cơ giới hóa xếp dỡ là rất quan trọng và cần thiết vì nó có thể nâng cao năng suất lao động và giảm nhẹ sức lao động. Bất cứ hoạt động nào muốn có hiệu quả và có thể tồn tại lâu dài trên thương trường thì phải không ngừng cải tiến chất lượng sản xuất kinh doanh. Do đó, ngoài công tác quản lý, tổ chức sản xuất hợp lý còn đòi hỏi phải đầu tư trang thiết bị, máy móc vận chuyển và xếp dỡ tốt. Để đáp ứng được yêu cầu đó khoa cơ khí trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh đã trang bị cho các sinh viên trong viện những kiến thức cơ bản về trang thiết bị máy xếp dỡ và vận tải, đồng thời tạo điều kiện cho sinh viên làm quen với các công tác xếp dỡ và bố trí các trang thiết bị xếp dỡ.

VIỆN CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO XE MAZDA 6

Ngành: Kỹ Thuật Ô Tô

Chuyên ngành: Cơ Khí Ô Tô

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thành Sa Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Phước MSSV:1951080193 Lớp CO19B

TP Hồ Chí Minh, 2023

Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong Viện Cơ Khí cùng tất cả quý thầy cô đã giảng dạy chương trình đại học ngành Kỹ Thuật Ô Tô – Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải TP Hồ Chí Minh Các thầy cô đã truyền dạy cho em những kiến thức rất bổ ích về chuyên ngành của mình, để em có một hành trang đầy đủ để hoàn thành luận văn tốt nghiệp và vững bước hơn trong tương lai của mình

Em cũng đặt biệt gửi lời cảm ơn đến thầy TS Nguyễn Thành Sa, người đã dạy

em các môn chuyên ngành ô tô, trang bị cho em nhiều kiến thức cho ngành đồng thời hỗ trợ giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian học tập tại trường và hướng dẫn em hoàn thành bài luận văn lần này

Trong quá trình thực hiện mặc dù đã có nhiều cố gắng tìm tòi và nghiên cứu song do kiến thức còn hạn hẹp nên luận văn không tránh được nhiều thiếu soát, rất mong được sự góp ý quý báu của quý thầy cô để luận văn được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chúc quý thầy cô lời chúc sức khỏe và thành công hơn trong tương lai Em xin cảm ơn

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Phước

Khi bàn về ô tô chúng ta thường hay nhắc đến những tính năng hiện đại của nó hoặc là mẫu mã, giá cả Nhưng nói sâu hơn một chút là sử dụng chiếc ô tô một cách thoải mái và thuận tiện nhất Trong luận văn này sẽ đề cập đến sự thoải mái khi dùng ô tô hay nói cách khác là độ êm dịu chuyển động của ô tô

Luận văn sẽ nghiên cứu về tính năng êm dịu thông qua nghiên cứu các thông số của hệ thống treo, từ đó đưa ra kết luận rằng với các thông số thiết kế đó thì ô tô chuyển động có êm dịu không, người ngồi trên xe có cảm thấy khó chịu khi ngồi lâu hay không

Chương 1 Tổng quan về hệ thống treo: Ở chương này sẽ giới thiệu tổng quát về

hệ thống treo như: phân loại, yêu cầu và công dụng

Chương 2 Tính toán, thiết kế hệ thống treo cầu trước: Dựa vào các thông số

đầu vào, chương này tính toán thiết kế được giảm chấn thủy lực, lò xo trụ, bộ phận dẫn hướng (càng a) cho hệ thống treo cầu trước

Chương 3 Tính toán, thiết kế hệ thống treo cầu sau: Dựa vào các thông số đầu

vào, chương này tính toán thiết kế được giảm chấn thủy lực, lò xo trụ, bộ phận dẫn hướng (càng a) cho hệ thống treo cầu sau

Chương 4 Mô phỏng dao động của hệ thống treo bằng phần mềm Matlab:

Tổng hợp dữ liệu, thông số tính toán tử chương 2 và 3 ta dùng phần mềm Matlab với công cụ là Simulink để tiến hành tính toán mô phỏng hệ treo từ đó tính ra được gia tốc bình phương trung bình để xác định rằng với các thông số như thế thì chiếc xe có đảm bảo được độ êm dịu?

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH SÁCH BẢNG BIỂU viii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO 1

1.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo 1

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO CẦU TRƯỚC 15

2.1 Thông số kỹ thuật xe Mazda 6 15

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế 16

2.3 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo 16

4.2 Mô hình hóa hệ thống dao động ô tô 83

4.2.1 Các giả thiết khi xây dựng mô hình 1/2 83

4.2.2 Thiết lập mô hình động lực học 83

4.2.3 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của ô tô 85

4.2.4 Chọn hàm kích thích của mấp mô mặt đường và số liệu tính toán dao động 92 4.3 Xây dựng mô hình dao động ô tô trong phần mềm Matlab Simulink 93

4.3.1 Giới thiệu phần mềm Matlab 93

4.3.2 Xây dựng mô hình dao động 1/2 trong Matlab 93

4.3.3 Kết xuất đồ thị 96

KẾT LUẬN 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

Hình 1.1 Ba kiểu bộ phận đàn hồi phổ biến hiện nay 2

Hình 1.2 Nhíp ô tô 2

Hình 1.3 Lò xo trụ 3

Hình 1.4 Thanh xoắn 4

Hình 1.5 Giảm chấn ô tô 5

Hình 1.6 Cấu tạo giảm chấn kép 5

Hình 1.7 Cấu tạo giảm chấn đơn 6

Hình 1.8 Giảm chấn từ trường 7

Hình 1.9 Bộ phận dẫn hướng 8

Hình 1.10 Hệ thống treo phụ thuộc (a) và hệ thống treo độc lập (b) 9

Hình 1.11 Trạng thái điển hình của hệ thống treo phụ thuộc 9

Hình 1.12 Hệ thống treo độc lập 2 đòn ngang 10

Hình 1.13 Sơ đồ cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang 11

Hình 1.14 Sơ đồ cấu tạo của hệ treo Mc.Pherson 12

Hình 1.15 Hệ treo Mac.Pherson 12

Hình 1.16 Sơ đồ cấu tạo của hệ treo 2 đòn dọc 13

Hình 1.17 Sơ đồ cấu tạo hệ treo 2 đòn dọc có thanh ngang liên kết 14

Hình 2.1 Họa đồ động học hệ treo Mc.Pherson 21

Hình 2.2 Mối quan hệ hình học giữa các góc đặt 22

Hình 2.3 Góc quay của đòn ngang 23

Hình 2.4 Các kích thước của hệ treo 26

Hình 2.5 Độ cứng và hành trình của giảm chấn 27

Hình 2.6 Phản lực và lực tác dụng lên hệ treo khi chỉ có lực Z 27

Hình 2.7 Phản lực và lực tác dụng lên hệ treo trong trường hợp có lực Z và X 30

Hình 2.8 Phản lực và lực tác dụng lên hệ treo trong trường hợp chỉ có lực Z và Y 32

Hình 3.1 Họa đồ xác định kích thước 2 đòn ngang 56

Hình 3.2 Họa đồ hệ treo khi có lực Y tác dụng 59

Hình 3.3 Đồ họa vecto xác định các lực tác dụng lên hệ treo khi có lực Y 59

Hình 3.4 Các lực tác dụng lên hệ treo khi có lực Y 60

Hình 3.5 Họa đồ hệ treo khi có lực Z tác dụng 60

Hình 3.6 Đồ họa vecto xác định các lực tác dụng lên hệ treo khi có lực Z 61

Hình 3.7 Các lực tác dụng lên hệ treo khi có lực Z 61

Hình 3.8 Động lực học hệ treo khi có lực X tác dụng 62

Hình 3.9 Biên dạng tối ưu hóa của đòn dưới 63

Hình 3.10 Bản vẽ đòn dưới 63

Hình 3.11 Biến dạng của đòn dưới khi có lực Z tác dụng 64

Hình 3.12 Biến dạng của đòn dưới khi có lực Y tác dụng 64

Hình 3.13 Biến dạng của đòn dưới khi có lực X tác dụng 64

Hình 3.14 Biên dạng tối ưu hóa của đòn trên 65

Hình 3.15 Bản vẽ đòn trên 65

Hình 3.16 Biến dạng của đòn dưới khi có lực Z và Y tác dụng 66

Hình 3.17 Biến dạng của đòn dưới khi có lực X tác dụng 66

Hình 3.18 Khoảng đặt lò xo 67

Hình 3.19 Đường đặc tính giảm chấn cầu sau 74

Hình 4.1 Rung động của xe 81

Hình 4.2 Mô hình dao động của ô tô trong mặt phẳng ngang 84

Hình 4.3 Lực và phản lực tác dụng trong mô hình dao động 85

Hình 4.4 Hệ lực tác dụng của khối M 85

Hình 4.5 Hợp lực của khối M 86

Hình 4.6 Hợp lực tác dụng lên hệ treo cầu trước 87

Hình 4.7 Hợp lực tác dụng lên hệ treo cầu sau 87

Hình 4.8 Hệ lực tác dụng lên khối m1 88

Hình 4.9 Hợp lực tác dụng lên khối m1 89

Hình 4.10 Hệ lực tác dụng lên m2 89

Hình 4.13 Hợp lực tác dụng lên lốp cầu sau 91

Hình 4.14 Phần mềm Matlab 93

Hình 4.15 Mô hình tổng biểu diễn dao động ô tô 94

Hình 4.16 Sơ đồ biểu diễn hệ phương trình vi phân của khối thân xe 94

Hình 4.17 Sơ đồ hệ phương trình vi phân của khối lượng không được treo cầu trước 95 Hình 4.18 Sơ đồ hệ phương trình vi phân của khối lượng không được treo cầu trước 95 Hình 4.19 Đồ thị Z1 theo thời gian 96

Hình 4.20 Đồ thị Z1 theo thời gian 96

Hình 4.21 Đồ thị góc lắc dọc theo thời gian 97

Hình 4.22 Đồ thị Z theo thời gian 97

Hình 4.23 Đồ thị mấp mô của mặt đường theo thời gian 98

Hình 4.24 Đồ thị biểu diễn gia tốc thân xe theo thời gian 98

Hình 4.25 Tính gia tốc bình phương trung bình trong Matlab 99

Hình 4.26 Đồ thị biểu diễn gia tốc bình phương trung bình theo thời gian 99

Hình 4.27 Đồ thị biểu diễn gia tốc bình phương trung bình theo vận tốc 100

DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 4.1 Thông số tính toán………… ……….… 92

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO 1.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo

1.1.1 Công dụng

Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe Hệ thống treo có những chức năng sau đây:

+Trong lúc xe chạy hệ thống treo cùng với các lốp xe tiếp nhận và dập tắt dao động, rung động và chấn động do mặt đường không bằng phẳng, để bảo vệ hành khách và hàng hóa, làm cho xe di chuyển ổn định hơn

+Đỡ thân xe trên các cầu xe và duy trì quan hệ hình học giữa thân xe và các bánh xe

+Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng, phản lực), lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực kéo với khung, vỏ), lực bên (lực li tâm, lực gió bên, phản lực bên)

1.1.2 Yêu cầu

Yêu cầu của hệ thống treo rất là phức tạp vì nó liên quan đến tính êm dịu, động học bánh xe…

+Độ võng tĩnh ft phải nằm trong giới hạn đủ đảm bảo được các tần số dao động riêng của vỏ xe và độ võng động phải đủ để đảm bảo vận tốc chuyển động của ô tô trên đường xấu nằm trong giới hạn cho phép Ở giới hạn này không có sự va đập lên các bộ phận hạn chế bằng cao su

+Động học của các bánh xe dẫn hưỡng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫn hướng dịch chuyển trong mặt phẳng đứng

+Dập tắt nhanh các dao động của than xe và bánh xe +Giảm tải trọng động khi qua đường gồ ghề

+Có độ bền và tuổi thọ làm việc cao

1.2 Các bộ phận của hệ thống treo

Hệ thống treo gồm có 3 thành phần +Bộ phận đàn hồi

+Bộ phận giảm chấn

+Bộ phận dẫn hướng

1.2.1 Bộ phận đàn hồi

Chức năng: là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và khung xe, nhằm biến đổi dao động giữa mặt đường và bánh xe thành dao động điều hòa tạo cảm giác êm dịu cho xe Bộ phận đàn hồi có thể bố trí khác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe và khung vỏ xe có thể dịch chuyển tương đối với nhau theo phương thẳng đứng

Hình 1.1 Ba kiểu bộ phận đàn hồi phổ biến hiện nay

Các bộ phận đàn hồi thường được sử dụng hiện nay:

a) Nhíp

Nhíp được làm từ các lá thép lò xo uốn cong, có độ đàn hồi cao, các lá thép có kích thước chiều dài nhỏ dần từ lá lớn nhất gọi là lá nhíp chính Hai đầu của nhíp chính được uốn lại thành hai tai nhíp dùng để nối với khung xe Giữa bộ nhíp có các lỗ dùng để bắt bulông siết các lá nhíp lại với nhau Quang nhíp dùng để giữ cho các lá nhíp không bị sô lệch về hai bên, các lá nhíp có thể dịch chuyển tương đối với nhau theo chiều dọc Khi dịch chuyển tương đối theo chiều dọc, giữa các lá nhíp có lực ma sát, lực ma sát này dùng để dập tắt dao động theo phương thẳng đứng của ô tô Khi làm việc, mặt trên của lá nhíp sẽ chịu kéo, còn mặt dưới sẽ chịu nén

Hình 1.2 Nhíp ô tô

Nói chung, nhíp càng dài thì càng mềm Số lá nhíp càng nhiều thì khả năng chịu tải càng cao, tuy nhiên nhíp sẽ cứng hơn và ảnh hưởng đến độ êm dịu

+Vì có nội ma sát giữa các lá nhíp nên nhíp khó hấp thu được các rung động nhỏ từ mặt đường Bởi vậy nhíp thường được sử dụng cho các xe cỡ lớn với yêu cầu về độ êm dịu không cao

b) Lò xo trụ

Lò xo trụ được làm bằng thanh thép lò xo đặc biệt Khi đặt tải trọng lên một lò xo, toàn bộ thanh thép bị xoắn khi lò xo co lại Nhờ vậy năng lượng của ngoại lực được tích lại và chấn động được giảm bớt

+Vì không có ma sát giữa các lá như ở nhíp nên cũng không có khả năng tự dập tắt dao động, vì vậy bắt buộc phải sử dụng thêm bộ phận giảm chấn

+Vì không chịu được lực theo phương nằm ngang nên cần phải có các cơ cấu liên kết để truyền lực

c) Thanh xoắn

Thanh xoắn là một thanh thép lò xo có tính đàn hồi xoắn Một đầu của thanh xoắn có được gắn cứng với khung xe hoặc các kết cấu khác của thân xe, còn đầu kia được gắn với bộ phận chịu tải trọng

Thanh xoắn cũng được sử dụng để làm thanh ổn định

Hình 1.4 Thanh xoắn

Đặc tính của thanh xoắn:

+Nhờ tỉ lệ hấp thụ năng lượng trên một đơn vị khối lượng lớn hơn so với các loại lò xo khác nên hệ thống treo có thể nhẹ hơn

+Kết cấu của hệ thống treo đơn giản

+Cũng như lò xo trụ, thanh xoắn không tự hấp thụ được dao động nên phải dung thêm bộ phận giảm chấn

1.2.2 Bộ phận giảm chấn

Chức năng

+Dập tắt các các dao động giữa khung xe và bánh xe khi xe di chuyển trên nền đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính êm dịu, tiện nghi cho người sử dụng

+Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

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

Hiện nay để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động người ta dùng giảm chấn thủy lực Giảm chấn thuỷ lực sẽ biến cơ năng các dao động thành nhiệt năng và sự làm việc của nó là nhờ ma sát giữa các chất lỏng và lỗ tiết lưu Giảm chấn phải đảm bảo dập

tắt nhanh các dao động nếu tần số dao động lớn nhằm mục đích tránh cho thùng xe lắc khi đường mấp mô và phải dập tắt chậm các dao động nếu ôtô chạy trên đường ít mấp mô để cho ôtô chuyển động êm dịu

Hình 1.6 Cấu tạo giảm chấn kép

Trong giảm chấn, piston di chuyển trong xy lanh,chia không gian trong thành buồng A và B Ở đuôi của xy lanh thuỷ lực có một cụm van bù Bao ngoài vỏ trong là

một lớp vỏ ngoài, không gian giữa hai lớp vỏ là buồng bù thể tích chất lỏng và liên hệ với B qua các cụm van một chiều (III,IV)

Buồng C được gọi là buồng bù chất lỏng, trong C chỉ điền đầy một nửa, không gian còn lại chứa không khí có áp suất khí quyển

Ưu điểm:

+Giảm chấn hai lớp có độ bền cao +Giá thành hạ

+Làm việc ở cả hai hành trình nên áp suất thấp

+Độ êm dịu cao

Nhược điểm:

+Khi làm việc ở tần số cao có thể xảy ra hiện tượng không khí lẫn vào chất lỏng

để giảm hiệu quả của giảm chấn

+Hạn chế việc bố trí trên xe cho phép nghiêng tối đa là 45⁰ so với phương thẳng

Giảm chấn từ trường về bản chất cũng là một loại giảm chấn thủy lực Chính vì thế nên kết cấu của loại giảm chấn này về ngoại hình cũng không có gì quá khác biệt so với các loại giảm chấn thủy lực thông thường

Điểm khác nhau ở đây đó chính là về cấu tạo của piston và chất lỏng thủy lực ở trong giảm chấn Bên trong piston của giảm chấn từ trường là một nam châm điện được điều khiển liên tục bởi ECU

Hình 1.8 Giảm chấn từ trường

ECU có thể điều khiển độ cứng của giảm chấn thông qua việc cấp các dòng điện với cường độ khác nhau đến nam châm điện trong piston

Khi được cấp điện thì nam châm điện này hoạt động, tạo ra các đường sức từ chạy xung quanh các van tiết lưu ở trên piston và điều tiết lưu lượng dầu thủy lực di chuyển qua van, qua đó điều chỉnh được hoạt động của giảm chấn

Ưu điểm :

+khả năng vận hành và có tốc độ thay đổi nhanh hơn rất nhiều so với các loại giảm chấn thủy lực thông thường

Nhược điểm:

+Có giá thành rất cao nên loại giảm chấn này chỉ xuất hiện trên các dòng xe sang đắt tiền như Cadillac, Audi, Ferrari, Lamborghini,…

+Khó điều khiển và sửa chữa

1.2.3 Bộ phận dẫn hướng

Chức năng: Đảm bảo điều kiện động học giữa khung xe và các bánh xe Hơn nữa bộ phận hướng đảm nhận khả năng truyền đầy đủ các lực kéo, lực phanh từ bánh xe lên khung vỏ Bộ phận dẫn hướng phải thực hiện tốt các chức năng này

Hình 1.9 Bộ phận dẫn hướng

Trên mỗi hệ thống treo thì bộ phận dẫn hướng có cấu tạo khác nhau Quan hệ của bánh xe với khung xe khi thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng được gọi là quan hệ động học Khả năng truyền lực ở mỗi vị trí được gọi là quan hệ động lực học của hệ treo Trong mối quan hệ động học các thông số chính được xem xét là sự dịch chuyển (chuyển vị) của các bánh xe trong không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thay đổi theo phương thẳng đứng (Dz).Mối quan hệ động lực học được biểu thị qua khả năng truyền các lực và các mô men khi bánh xe ở các vị trí khác nhau

1.3 Phân loại hệ thống treo

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

Hình 1.10 Hệ thống treo phụ thuộc (a) và hệ thống treo độc lập (b)

1.3.1 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 1.11 Trạng thái điển hình của hệ thống treo phụ thuộc

a) Xe chuyển động qua gờ cao

b) Xe chuyển động khi chịu tác dụng của lực bên c) Xe chuyển động qua gờ cao và gờ thấp

d) Xe chuyển động khi tăng tải

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

Ưu điểm:

+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 Nhược điểm:

+Khối lượng phần liên kết bánh xe (phần không được treo) lớn, đặc biệt là ở cầu chủ động +Khi xe chạy trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên và đập mạnh giữa phần không treo và phần treo làm giảm độ êm dịu chuyển động Mặt khác bánh xe va đập mạnh trên nền đường sẽ làm xấu sự tiếp xúc của bánh xe với đường

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

+Sự nối cứng bánh xe 2 bên bờ dầm liên kết gây nên hiện tượng xuất hiện chuyển vị phụ khi xe chuyển động

1.3.2 Hệ thống treo độc lập

Đặc điểm: trên hệ thống treo độc lập dầm cầu được chế tạo rời, giữa chúng liên kết với nhau bằng khớp nối, bộ phận đàn hồi là lò xo trụ, bộ giảm chấn là giảm chấn ống Trong hệ thống treo độc lập hai bánh xe trái và phải không quan hệ trực tiếp với nhau

Hình 1.12 Hệ thống treo độc lập 2 đòn ngang

Ưu điểm:

+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 chỉ làm nhiệm vụ đỡ thân ôtô mà không phải làm nhiệm vụ dẫn hướng nên có thể làm lò xo mềm hơn nghĩa là tính êm dịu tốt hơn

+Do không có sự nối cứng giữa các bánh xe bên trái và bên phải nên có thể hạ thấp sàn ô tô và vị trí lắp động cơ Do đó mà có thể hạ thấp trọng tâm ô tô +Vì nó độc lập nên động lực học của 1 bên bánh xe sẽ được giữ nguyên khi bánh kia đi qua đường gồ ghề

Nhược điểm:

+Kết cấu phức tạp

+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 :

a) Dạng treo 2 đòn ngang

Kết cấu phức tạp, chiếm khoảng không gian quá lớn Cấu tạo của hệ treo gồm: đòn trên, đòn dưới, giảm chấn, lò xo, đòn đứng Các đòn trên và đòn dưới liên kết với đòn đứng bằng các khớp cầu

Hình 1.13 Sơ đồ cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang

(1) Bánh xe (2) Giảm chấn (3) Lò xo (4) Đòn trên (5) Đòn dưới (6) Đòn đứng

b) Dạng treo Mc.Pherson

Cấu tạo vủa hệ treo gồm: đòn dưới, lò xo, giảm chấn Một đầu giảm chấn lắp vào đòn dưới, đầu còn lại nối với khung xe Hệ treo này chính là biến dạng của hệ treo 2 đòn ngang Coi đòn ngang trên có chiều dài bằng 0 và đòn ngang dưới có chiều dài khác 0 Chính nhờ cấu trúc này mà ta có thể có được khoảng không gian phía trong để bố trí hệ thống truyền lực hoặc khoang hành lý

Hình 1.14 Sơ đồ cấu tạo của hệ treo Mc.Pherson

(1) Giảm chấn (2) Đòn dưới (3) Bánh xe (4) Lò xo (P) Tâm quay bánh xe

Nếu ta so sánh với hệ treo 2 đòn ngang thì hệ treo Mc.Pherson kết cấu ít chi tiết hơn, không chiếm nhiều khoảng không và có thể giảm nhẹ được trọng lượng kết cấu

Hình 1.15 Hệ treo Mac.Pherson

Nhưng nhược điểm chủ yếu của hệ treo Mc.Pherson là do giảm chấn vừa phải làm chức năng của giảm chấn lại vừa làm nhiệm vụ của trụ đứng nên trục giảm chấn chịu tải

lớn nên giảm trấn cần phải có độ cứng vững và độ bền cao hơn do đó kết cấu của giảm chấn phải có những thay đổi cần thiết

c)Dạng treo kiểu hai đòn dọc

Hệ treo đòn dọc là hệ treo có 2 đòn dọc, một đầu thì gắn liên kết với trục bánh xe, đầu còn lại nối với khung vỏ bằng khớp trụ Lò xo và giảm chấn được đặt dọc theo đòn dọc Đòn dọc là nơi tiếp nhận lực ngang và lực dọc

Hình 1.16 Sơ đồ cấu tạo của hệ treo 2 đòn dọc

(1) Khung xe (2) Lò xo (3) Giảm chấn (4) Bánh xe (5) Đòn dọc (6) Khớp quay Hệ treo đòn dọc chiếm không gian hai bên sườn xe nên có thể hạ thấp trọng tâm xe, tăng tính ổn định và để lại không gian lớn cho khoang hành lý Khớp quay của đòn dọc thường là khớp trụ, với hai ổ trượt đặt xa nhau để có khả năng chịu lực theo các phương cho hệ treo Đồng thời đòn dọc đòi hỏi cần phải có độ cứng vững lớn, nhằm mục đích chịu được các lực dọc, lực bên và chịu mômen phanh lớn

d) Dạng treo kiểu đòn dọc có thanh ngang liên kết

Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết có đặc điểm là hai đòn dọc được nối cứng với nhau bởi một thanh ngang Thanh ngang liên kết đóng vai trò như một thanh ổn định như đối với các hệ treo độc lập khác Thanh ngang liên kết có độ cứng chống xoắn vừa nhỏ để tăng khả năng chống lật của xe vừa có khả năng truyền lực ngang tốt Đòn dọc

vừa là nơi tiếp nhận lực ngang, lực dọc vừa là bộ phận hướng nên nó cần thiết có độ cứng vững tốt còn khớp trụ ở đầu đòn dọc thường có độ dài vừa đủ để tăng khả năng ổn định ngang của hệ treo

Hình 1.17 Sơ đồ cấu tạo hệ treo 2 đòn dọc có thanh ngang liên kết

(1) Bánh xe (2) Khớp quay (3) Đòn dọc (4) Khung xe (5) Lò xo (6) Giảm chấn Theo cấu trúc của nó có thể phân chia thành loại treo nửa độc lập và treo nửa phụ thuộc Theo khả năng làm việc của hệ treo, tuỳ thuộc vào độ cứng vững của đòn liên kết mà có thể xếp là loại phụ thuộc hay độc lập Ở đây hệ treo được phân loại là treo độc lập tức là đòn liên kết có độ cứng nhỏ hơn nhiều so với độ cứng của dầm cầu phụ thuộc Hệ treo đòn dọc có thanh liên kết hiện nay cũng dược dùng rộng rãi trên một số ôtô có vận tốc cao vì nó có những ưu điểm sau:

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

+Giảm nhẹ được lực tác dụng lên đòn ngang và các khớp quay do có thanh liên kết nên có thể san bớt lực tác dụng ngang cho cả hai khớp trụ ở hai bên, do đó mỗi bên khớp trụ sẽ chịu một lực nhỏ hơn, các khớp trụ sẽ có độ bền cao hơn +Không gây nên sự thay đổi góc nghiêng ngang bánh xe, vết của bánh xe +Tuỳ theo vị trí đặt đòn ngang mà người ta có thể không cần dùng đến thanh ổn định của hệ treo độc lập (đòn ngang đảm nhận chức năng của thanh ổn định)

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO CẦU TRƯỚC 2.1 Thông số kỹ thuật xe Mazda 6

Thông số được lấy tham khảo từ nhà sản suất • Công thức bánh xe: 4x2F

• Chiều dài cơ sở: 2830 mm

• Vết xe bánh trước/sau: 1595/1585 mm • Chiều dài đầu xe :950 mm

• Chiều dài đuôi xe: 1085 mm • Khoảng sáng gầm xe: 165 mm • Khối lượng khi không tải: 1520 kg

• Khối lượng phân bố lên cầu trước (không tải): 880 kg • Khối lượng phân bố lên cầu sau (không tải): 640kg • Khối lượng khi đầy tải: 1970 kg

• Khối lượng phân bố lên cầu trước (đầy tải): 1000 kg • Khối lượng phân bố lên cầu sau (đẩy tải):970 kg • Cỡ lốp :225/45R19

• Áp suất lốp với tải trọng lớn nhất/chỉ số khả năng chịu tải: 350kPa/92 • Khối lượng phần được treo cầu trước (không tải): 695 kg

• Khối lượng phần được treo cầu sau (không tải) :430 kg • Khối lượng phần được treo cầu trước (đầy tải) :815 kg • Khối lượng phần được treo cầu sau (đầy tải): 760 kg • Khối lượng phần không được treo cầu trước:185 kg • Khối lượng phần không được treo cầu sau: 210 kg • Chiều cao trọng tâm ô tô (đầy tải): 548 mm

• Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm cầu trước (đầy tải): 1372 mm • Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm cầu sau (đầy tải):1458 mm

• Chiều cao trọng tâm phần không được treo cầu trước (đầy tải) :350 mm • Chiều cao trọng tâm phần không được treo cầu sau (đầy tải): 350 mm • Khối lượng hành khách và hành lý (Cầu trước): 120 kg

• Khối lượng hành khách và hành lý (Cầu sau): 330 kg

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế

Thông thường hệ thống treo độc lập sẽ được lựa chọn để sử dụng cho các dòng xe ô tô con vì những lí do sau:

+Cho phép tăng độ võng tĩnh và độ và độ võng động nên tạo cảm giác êm dịu hơn

+Giảm khối lượng phần không được treo của xe

+Kích thước nhỏ gọn tạo không gian để bố trí khoang động cơ và hệ thống lái phía trước

+Có thể bố trí động cơ và hộp số nằm thấp để hạ thấp trọng tâm xe +Kết cấu đơn giản và dễ dàng sửa chữa bảo dưỡng

Trong số các hệ thống treo độc lập thì hệ thống treo kiểu Mc.Pherson là hệ thống được nhiều nhà sản xuất xe chọn để bố trí trên hệ thống treo cầu trước bởi vì ít điểm kết nối với khung xe từ đó dẫn điến giá thành thấp, dễ bảo trì bố trí, giảm trọng lượng và không gian nhưng hơn thế nữa là vẫn đảm bảo được động lực học bánh xe Với cơ sở phân tích trên cùng với đặc điểm, mục đích sử dụng ta chọn thiết kế tính toán hệ thống treo cầu trước là độc lập kiểu Mc.Pherson và hệ thống treo cầu sau là độc lập kiểu 2 đòn ngang

2.3 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo

Có rất nhiều các thông số đánh giá độ êm dịu của ô tô khi chuyển động như tần số dao động, gia tốc dao động và vận tốc dao động Trong đồ án này ta đánh giá độ êm dịu

của ô tô thông qua tần số dao động của hệ thống treo

Đối với ô tô con tần số dao động n = 60÷90 (l/ph) và với xe tải là n = 90÷120 (l/ph) để đảm bảo phù hợp với dao động của con người Như vậy với dòng xe ô tô con 5 chỗ vừa để vừa đảm bảo tính êm dịu cho hành khách và hành lý Ta sẽ lựa chọn tần số dao động của xe là

n = 70÷ 80 (l/ph)

Độ cứng của lò xo Ct được tính toán theo điều kiện kết quả tính được phải phù hợp với tần số dao động trong khoảng n = 70÷ 80 (l/ph)

Và độ cứng của hệ treo được tính theo công thức sau:

Với M1T là khối lượng phân bố lên cầu trước khi đầy tải

Qua kiểm nghiệm ta thấy ở cả hai chế độ không tải và đầy tải tần số dao động đều nằm trong khoảng n = 60÷90 (l/ph) đảm bảo được yêu cầu đặt ra Do đó với bộ phận

đàn hồi có độ cứng Ct = 22878,5 (N/m) thoả mãn được yêu cầu tính toán thiết kế

Sử dụng kết quả này để đặt ụ cao su hạn chế hành trình trên và dưới của bánh xe Với ụ hạn chế bằng cao su lấy đoạn biến dạng bằng 0,10,2 của toàn bộ chiều dài ụ

Kiểm tra hành trình động của bánh xe theo điều kiện : fđ  H0 - Hmin

Trong đó :

H0 : khoảng sáng gầm xe ở trạng thái đầy tải tĩnh

Hmin : khoảng sáng gầm xe tối thiểu

Hmin = 165 mm = 0,165 m

 H0  fđ + Hmin = 0,12 + 0,165 = 0,285 m  H0  0,285 m

Đối với cầu trước cần kiểm tra hành trình động để không xẩy ra va đập cứng vào ụ tì trước khi phanh Khi phanh dưới tác dụng của lực quán tính, trọng tâm của xe sẽ dịch chuyển và đầu xe sẽ bị dìm xuống, lúc này fđ sẽ thay đổi

Từ công thức : fđ≥ftφmaxhg

b

Trong đó :

Hệ số bám max = 0,75

Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau: b=1458 mm Chiều dài cơ sở xe L = 2830 mm

Chiều cao trọng tâm xe hg = 548 mm

 fđ  165.0,75.(548/1458)= 46,5 (mm) => thỏa mãn

2.4 Động học hệ treo Mc.Pherson 2.4.1 Số liệu cơ sở để tính toán

+Chiều rộng cơ sở của xe ở cầu trước: B= 1595 mm

+Bán kính bánh xe : Kí hiệu lốp: 225/45R19H Rbx = 318 mm

+Góc nghiêng ngang trụ xoay đứng (góc Kingpin): 0 = 8o +Chiều cao tai xe lớn nhất: Htmax = 850 mm

+Sự thay đổi góc nghiêng ngang trụ đứng:  = 2o +Góc nghiêng ngang bánh xe (góc Camber): o= 0o

+Bán kính bánh xe quay quanh trụ đứng: ro = -19 mm +Khoảng sáng gầm xe: Hmin = 165 mm

+Độ võng tĩnh trạng thái không tải: 𝑓𝑡10 = 150 mm

+Các bước cụ thể như sau:

Kẻ đường nằm ngang biểu diễn mặt phẳng đường : dd

Vẽ đường trục đối xứng ngang của xe A0m: A0m vuông góc với dd

Tại C0 dựng C0n tạo với phương thẳng đứng một góc 0 =8o.Trên C0n tìm điểm O2n là điểm liên kết của giảm chấn với tai xe, O2 cách mặt đường một đoạn 850 mm

C1, C2 là khoảng cách từ tâm trục bánh xe tới khớp quay ngoài đòn ngang.C1 là vị trí khớp quay ngoài của đòn ngang ở vị trí không tải

Tại vị trí này tâm quay của đòn ngang phải cao hơn hoặc ngang bằng vị trí A4 trên đường A0m.

Hình 2.1 Họa đồ xác định kích thước đòn dưới của hệ treo Mc.Pherson

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

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

Khi đó: B0B1= fđ+ ft- fot= 120+165-140 =145 mm Từ B1 kẻ đường B1q //dd

Trên B1q đặt B1D1= BoC0= |ro| =19 mm

Nối D1O2 thì D1O2 là đường tâm trụ xoay đứng ở vị trí hệ treo biến dạng lớn nhất Trong quá trình chuyển dịch bánh xe, k/c CoC1 không thay đổi, do đó trên D1O2 ta lấy D1D2= CoC1 D2 là vị trí khớp cầu ngoài của đòn ngang ứng với trạng thái Hệ treo biến dạng lớn nhất Như vậy C1 và D2 sẽ cùng nằm trên một cung tròn có tâm là khớp trong O1 của đòn nằm ngang ld (chưa biết) Tâm khớp trong O1 phía nằm trên đường trung trực của C1D2 Kẻ đường trung trực kk của C1D2

Từ A4 kẻ đường tt // dd

Xác định giao điểm O1 của tt với kk O1chính là tâm khớp trụ trong của đòn ngang - Khoảng cách từ O1 tới đường đối xứng của xe phải sao cho có thể bố trí khoang chứa hàng hoặc cụm máy Nếu nó không phù hợp thì có thể cho phép thay đổi khoảng sáng gầm xe trong giới hạn cho phép

Nếu kéo dài O1C1và kẻ đường vuông góc với O2Co thì chúng gặp nhau tại P (tâm quay tức thời của bánh xe)

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

Đo khoảng cách O1C1 ta được độ dài càng A của hệ thống treo: Ld = 310 mm Lbx= 334 mm

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

Ta có sơ đồ hình học của hệ treo

Hình 2.2 Mối quan hệ hình học giữa các góc đặt

Từ đồ thị động học đã xây dựng ở trên ta có độ dài các đoạn: Ld = O1C = 310 (mm)

O1O = 220 (mm) O2O= 545 (mm)

+Ở trạng thái tĩnh, ta có: CC2 = ld.sinα

Khi bánh xe chuyển vị lên một đoạn là: ΔH, thì điểm C sẽ dịch chuyển trên cung tròn tâm O1 bán kính là ld một đoạn là: CC’ và đòn ngang sẽ quay đi một góc là Δα

Lúc này góc giữa đòn ngang và phương ngang ban đầu sẽ là: α –Δα

+ Khi đó ta có thể coi điểm C’ gần như thẳng đứng nằm trên phương CC2 Do đó C’C2 = ld.sin(α – Δα)

Hình 2.3 Góc quay của đòn ngang

Và ta có C’C2 chính là đoạn chuyển vị của bánh xe theo phương thẳng đứng Tức Ta xét mối quan hệ giữa α và δ:

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

OC1 = ld.sinα Và: OC2 = O2C1.tanδ = (OO2 + OC1).tanδ Mặt khác thì ta có:

OC2 = O1C2 - OO1 = ld.cosα - OO1

Vậy ta suy ra:OC2 = ld.cosα - OO1 = (OO2 + OC1).tanδ => ld.cosα - OO1 = (OO2 + ld.sinα)tanδ Suy ra: tanδ = ld.cosα - OO1/(OO2 + ld.sinα)

δ = arctan(ld.cosα - OO1/(OO2 + ld.sinα) )

Như vậy ta cũng có thể xây dựng đồ thị động học ΔB, Δδ theo α ( góc quay đòn ngang)

2.5 Động lực học hệ thống treo Mc.Pherson 2.5.1 Các chế độ tải trọng tính toán

a) Trường hợp lực kéo và lực phanh cực đại

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

Ztt - tải trọng thẳng đứng tính toán cho một bên bánh xe Mp - hệ số phân bố tải trọng khi phanh gấp, Mp =1,2 G1 - trọng lượng tĩnh đặt trên cầu trước (khi đầy tải)

hg - chiều cao trọng tâm xe, hg = 0,548 (m) φ*y - hệ số gia tốc ngang, lấy bằng 0,6 φy - hệ số bám ngang, lấy bằng 1

c) Trường hợp chịu tải trọng động

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

kd = 1,8 – 2,5 với xe con chạy trên đường tốt.(chọn kd = 2)

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

Các phần tử đàn hồi có thể ở dạng lò xo trụ, lò xo côn,thanh xoắn.Trong mục này chỉ đề cập tới việc tính lực và chọn cách bố trí lò xo trụ Các góc bố trí trong không gian có thể gặp là: góc nghiêng dọc ε và góc nghiêng ngang δ Các góc này được bố trí tùy thuộc vào không gian cho phép trên xe

a) Độ cứng và chuyển vị của lò xo

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

Trục của giảm chấn không trùng với đường tâm trụ đứng thường gặp trên xe có: ro (bán kính quay bánh xe dẫn hướng) âm và góc nghiêng ngang trụ đứng δ khá lớn

Hình 2.5 Độ cứng và hành trình của giảm chấn

2.5.3 Xác định các lực và phản lực tác dụng lên hệ thống treo

a) Trường hợp chịu tải trọng động chỉ có lực Z ( không có lực X và Y)

Z=10000 N

Hình 2.6 Phản lực và lực tác dụng lên hệ treo khi chỉ có lực Z

Phản lực tại Z đặt tại bánh xe gây nên đối với trục đứng AB: