Quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầu chính sau đây: + Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại
TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO
Công dụng, yêu cầu của hệ thống treo
Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức năng chính sau đây: Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện 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 muốn có khác của bánh xe (như lắc ngang, lắc dọc).
Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng, phản lực) lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực kéo với khung, vỏ) lực bên (lực li tâm, lực gió bên, phản lực bên ).
Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải mềm nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực Quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầu chính sau đây:
+ Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe (xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau).
+ Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định.
+ Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thỏa mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe.
+ Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ.
+ Có độ 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.
Các bộ phận chính của hệ thống treo
Chức năng: là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con người (60-80 lần/ph) Bộ phận đàn hồi có thể bố trí khác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương thẳng đứng
Các bộ phận đàn hồi thường được sử dụng:
Hình 1.1 Bộ phận đàn hồi
1 Bộ phận đàn hồi nhíp lá.
2 Bộ phận đàn hồi lò xo trụ.
3 Bộ phận đàn hồi thanh xoắn.
Nhíp được làm từ các lá thép mỏng, 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 sê 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 ôtô Khi làm việc, mặt trên của lá nhíp sẽ chịu kéo, còn mặt dưới sẽ chịu uốn.
Lò xo chỉ có chức năng là một cơ cấu đàn hồi khi bộ phận chịu lực theo phương thẳng đứng Còn các chức năng khác của hệ thống treo sẽ do bộ phận khác đảm nhiệm Lò xo chủ yếu được sử dụng trong hệ thống treo độc lập, nó có thể đặt ở đoạn trên hay đoạn dưới của bộ phận dẫn hướng.
Thanh xoắn giống như lò xo xoắn loại này cũng chỉ có chức năng đàn hồi khi chịu lực tác dụng theo phương thẳng đứng còn lại chức năng khác do bộ phận khác của hệ thống treo đảm nhận.
Thanh xoắn được chế tạo từ thanh thép dài, có tiết diện tròn, đàn hồi theo chiều xoắn vặn Một đầu của thanh xoắn được gắn cứng vào khung xe, đầu còn lại gắn vào một tay đòn.
Hiện nay bộ phận đàn hồi được làm có xu hướng “mềm mại” hơn nhằm tạo điều kiện cho bánh xe lăn “êm” trên mặt đường.
Hiện nay người ta dùng các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi độ cứng trong một giới hạn rộng Khi xe chạy ít tải, độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, khi tăng tải thì độ cứng cần phải có giá trị lớn Chính vì vậy mà cần phải có thêm các bộ phận đàn hồi phụ như : Nhíp phụ,vấu tỳ bằng cao su biến dạng, đặc biệt là các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi tự động độ cứng theo tải trọng kết hợp với các bộ phận thay đổi chiều cao trọng tâm của xe.
Cho phép các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng ở mỗi vị trí của nó so với khung vỏ,bánh xe phải đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ Bộ phận dẫn hướng phải thực hiện tốt chức năng này 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 ( z).Mối quan hệ động lực học được biểu thị qua khả năng truyền các lực và các mômen khi bánh xe ở các vị trí khác nhau.
1.2.3 Bộ phận giảm chấn Đây là bộ phận hấp thụ năng lượng dao động cơ học giữa bánh xe và thân xe Bộ phận giảm chấn có ảnh hưởng tới biên độ dao động Trên các xe hiện đại chỉ dùng loại giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều trả và nén Trong hành trình trả (bánh xe đi xa khung và vỏ) giảm chấn có nhiệm vụ giảm bớt xung lực va đập truyền từ bánh xe lên khung.
Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với mục đích sau:
- Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho người sử dụng.
- Đảm bảo dao động của phần khung 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.
Trên xe con thanh ổn định hầu như đều có Trong trường hợp xe chạy trên nền đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới tác dụng của lực li tâm phản lực thẳng đứng của
2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bền của bánh xe với mặt đường
Thanh ổn định có tác dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu chịu tải ít hơn.
Hình 1.3 Thanh ổn định Cấu tạo chung của nó có dạng chữ U Các đầu chữ U nối với bánh xe còn thân nối với vỏ nhờ các ổ đỡ cao su.
1.2.5 Các vấu cao su tăng cứng và hạn chế hành trình
Trên xe con các vấu cao su thường được đặt kết hợp trong vỏ của giảm chấn Vấu cao su vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình của bánh xe nhằm hạn chế hành trình làm việc của bánh xe.
1.2.6 Các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe
Hệ thống treo đảm nhận mối liên kết giữa bánh xe và thùng vỏ, do vậy trên hệ thống treo có thêm các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe Các cơ cấu này rất đa dạng nên ở mỗi loại xe lại có cách bố tríkhác nhau, các loại khác nhau.
Các thông số tương đương
Phần được treo: Là bộ phận chủ yếu của ôtô bao gồm: khung, thùng, hệ thống động cơ và các chi tiết bộ phận khác gắn trên thùng xe hoặc khung xe Toàn bộ khối lượng của các bộ phận này được đỡ trên hệ thống treo.
Phần khung được treo gồm có: Cầu , dầm cầu, hệ thống chuyển động (cụm bánh xe ), cơ cấu dẫn động Các bộ phận này đặt dưới hệ thống treo.
Có một số chi tiết và bộ phận vừa được lắp lên phần được treo vừa được lắp lên phần khung được treo như: nhíp, lò xo, giảm chấn, trục các đăng Do đó một phần khối lượng của chúng được xem như thuộc phần được treo và nửa kia thuộc phần không được treo.
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 1.4 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.
Hình 1.5 Treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc 1.Dầm cầu 2.Lò xo xoắn ốc 3 Giảm chấn 4.Đòn dọc dưới 5.Đòn dọc trên 6 Thanh giằng Panhada
6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRỊNH XUÂN CẢNG
Nếu như bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn phải dùng thêm hai đòn dọc dưới và một hoặc hai đòn dọc trên Đòn dọc dưới được nối với cầu, đòn dọc trên được nối với khớp trụ (hình ) Để đảm bảo truyền được lực ngang và ổn định vị trí thùng xe so với cầu người ta cũng phải dùng thêm “đòn Panhada”, một đầu nối với cầu còn đầu kia nối với thùng xe.
Lò xo xoắn ốc trong trường hợp này có thể đặt trên đòn dọc hoặc đặt ngay trên cầu. Giảm chấn thường được đặt trong lòng lò xo xoắn ốc để chiếm ít không gian.
*Cấu tạo của hệ thống treo phụ thuộc có những ưu 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 va 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.
Hình 1.6 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. 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.
*Vấn đề sử dụng hệ thống treo phụ thuộc:
Do yêu cầu của thực tế và do trình độ phát triển của kỹ thuật thì tốc độ của ô tô ngày càng được nâng cao Khi tốc độ ô tô ngày càng cao thì yêu cầu về kỹ thuật của ô tô ngày càng khắt khe: trọng tâm của ô tô cần phải được hạ thấp Vấn đề ổn định lại phải tốt,trọng lượng phần không được treo nhỏ để tăng sự êm dịu khi chuyển động Vì lí do như vậy mà hệ thống treo phụ thuộc không được sử dụng trên xe có vận tốc cao, có chăng chỉ được sử dụng ở những xe có tốc độ trung bình trở xuống và những xe có tính năng việt dã cao.
Hệ thống treo độc lập
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 vì vậy khi chúng ta dịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng ngang bánh xe còn lại vẫn giữ nguyên Do đó động lực học của bánh xe dẫn hướng sẽ giữ đúng hơn hệ thống treo phụ thuộc.
Hình 1.7 Hệ thống treo độc lập của ôtô hoạt động trên đường không bằng phẳng. a Khi ôtô chuyển động trên đường b Khi một bánh xe trong hệ thống treo độc lập không bằng phẳng Ưu điểm của hệ thống 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 độngvà 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 ôtô và vị trí lắp động cơ Do đó mà có thể hạ thấp trọng tâm ôtô.
+ 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 :
+ Dạng treo kiểu đòn dọc.
+ Dạng treo kiểu đòn dọc có thanh ngang liên kết.
+ Dạng treo đòn chéo. Đặc điểm kết cấu của các dạng treo:
1.5.1 Dạng treo 2 đòn ngang Đặc điểm:
Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang bao gồm 1 đòn ngang trên, một đòn ngang dưới Các đầu trong được liên kết với khung, vỏ bằng khớp trụ Các đầu ngoài được liên kết bằng khớp cầu với đòn đứng Đòn đứng được nối cứng với trục bánh xe Bộ phận đàn hồi có thể nối giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới Giảm chấn cũng đặt giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới Hai bên bánh xe đều dùng hệ treo này và được đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc giữa xe.
Hình 1.8 Hệ thống treo hai đòn ngang
1 Bánh xe 2 Đòn trên 3 Khung xe 4 Trụ đứng
5 Khớp cầu trên 6 Khớp cầu dưới 7 Đòn dưới 8 Lò xo 9 Giảm chấn
Hệ treo trên 2 đòn ngang (hình 1.8) được sử dụng nhiều trong các giai đoạn trước đây nhưng hiện nay hệ treo này đang có xu hướng ít dần do kết cấu phức tạp, chiếm khoảng không gian quá lớn.
1.5.2 Dạng treo Mc.Pherson Đặc điểm:
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.
Sơ đồ cấu tạo của hệ treo bao gồm: một đòn ngang dưới, giảm chấn đặt theo phương thẳng đứng, một đầu được nối ở khớp cầu B, đầu còn lại được bắt vào khung xe Bánh xe được nối cứng với vỏ giảm chấn Lò xo có thể được đặt lồng giữa vỏ giảm chấn và trục giảm chấn.
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 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 chấn 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.
Hì nh 1.9 Hệ thống treo Mc.Pherson
1 Lò xo trụ 2 Đòn ngang chữ A.
3,4 Khớp trụ liên kết đòn ngang với khung
1.5.3 Hệ treo đòn dọc Đặc điểm
Hệ treo hai đòn dọc ( Hình 1.10) là hệ treo độc lập mà mỗi bên có một đòn dọc Một đầu của đòn dọc được gắn cứng với trục quay của bánh xe, một đầu liên kết với khung vỏ bởi khớp trụ Lò xo và giảm chấn đặt giữa đòn dọc và khung Đòn dọc vừa là nơi tiếp nhận lực ngang, lực dọc, và là bộ phận hướng dẫn Do phải chịu tải trọng lớn nên nó thường được làm có độ cứng vững tốt.
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.
Do có kết cấu như vậy, nên hệ treo này chiếm ít không gian và đơn giản về kết cấu, giá thành hạ Hệ treo này thường được bố trí cho cầu sau bị động, khi máy đặt ở phía trước, cầu trước là cầu chủ động.
Hệ treo đòn dọc chiếm các khoảng không gian hai bên sườn xe nên có thể tạo điều kiện cho việc hạ thấp phần không gian lớn cho khoang hành
Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý hệ treo hai đòn dọc
1 Khung vỏ 2 Lò xo 3 Giảm chấn 4 Bánh xe
1.5.4 Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết
Hệ treo này xuất hiện trên xe con vào những năm 70 cùng với sự hoàn thiện kết cấu cho các xe có động cơ và cầu trước chủ động
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.
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.
Lựa chọn phương án thiết kế
1.6.1 Giới thiệu xe cơ sở
Hình 1.13 Hình ảnh xe Honda Civic 2018 Thông số xe Honda Civic 2018
Nhóm các thông số tải trọng: Tải trọng toàn xe khi không tải G0 = 13310 N.
Tải trọng toàn xe khi đầy tải G = 17400 N.T
Tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải G = 7500 N.1T
Tải trọng đặt lên cầu sau khi không tải G = 5120 N.20
Tải trọng đặt lên cầu sau khi đầy tải G = 7800 N.2T
Chiều dài cơ sở L = 2700 (mm).
Chiều rộng cơ sở B = 1547 (mm).
Kích thước bánh xe : Kí hiệu lốp 215/50R17.
Khoảng sáng gầm xe khi đầy tải : H = 150(mm).min
Khối lượng phần không treo m = 11x2 = 22 Kg kt
Khối lượng phần bánh xe m = 16 Kg.bx
Vết bánh xe: trước 00(mm). sau = 1310(mm)
Ne max = 150 (ml) / 6200 (v/ph) v = 200 (km/h).max
Treo sau Liên kết đa điểm
Bảng 1.1 Thông số xe Honda Civic 2018
1.6.2.Phân tích lựa chọn phương án thiết kế
- Hệ thống treo độc lập được sử dụng chủ yếu ở cầu trước các ôtô du lịch Nó có ưu điểm là:
+ Cho phép tăng độ võng tĩnh và động của hệ thống treo, nhờ đó tăng được độ êm dịu chuyển động.
+ Giảm được hiện tượng dao động các bánh xe dẫn hướng do hiệu ứng mô men con quay. + Tăng được khả năng bám đường, do đó tăng được tính điều khiển và ổn định của xe.
- Nhược điểm của nó là:
+ Phức tạp và đắt tiền khi sử dụng ở các cầu chủ động Vì thế các ôtô du lịch hiện đại thường dùng hệ thống treo phụ thuộc ở cầu sau Hệ thống treo độc lập ở các cầu chủ động chỉ sử dụng trên các ôtô có tính cơ động cao.
+ Với cơ sở phân tích trên, cùng với đặc điểm, mục đích sử dụng của xe thiết kế ta tính chọn hệ thống treo độc lập trước và sau
* Các bộ phận của hệ thống treo:
+ Loại lò xo trụ, có các ưu điểm: kết cấu, chế tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn dễ bố trí Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm: chỉ tiếp nhận lực thẳng đứng, cần có bộ phận hướng riêng.
+ Bộ phận đàn hồi loại nhíp lá: kết cấu đơn giản, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, có thể đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận hướng Tuy vậy, nó có nhược điểm: trọng lượng lớn, tốn nhiều kim loại hơn so với phần tử đàn hồi kim loại khác, thời hạn phục vụ thấp do ma sát.
+ Hệ thống treo trước, sau: chọn bộ phận đàn hồi loại lò xo trụ.
+ Chọn bộ phận đàn hồi phụ của cả hai hệ thống treo là ụ hạn chế bằng cao su có độ bền cao, không cần bôi trơn, bảo dưỡng, trọng lượng bé và có đường đặc tính phù hợp, có nhược điểm là xuất hiện biến dạng thừa dưới tác dụng của tải trọng kéo dài và tải trọng thay đổi, cao su bị hoá cứng khi nhiệt độ thấp.
Theo cách lắp đặt và yêu cầu êm dịu của xe thiết kế, ta chọn bộ phận giảm chấn thuỷ lực dạng ống, tác dụng hai chiều và có van giảm tải cho cả hệ thống treo trước và sau.
- Bộ phận hướng: a, Hệ thống treo trước: là hệ thống treo độc lập nên bộ phận hướng gồm các loại là: loại một đòn, loại hai đòn chiều dài bằng nhau, loại hai đòn chiều dài khác nhau, loại đòn ống (Macpherson), loại nến Ở dây ta sử dụng loại đòn ống Đây thực chất là một kết cấu biến thể của loại hai đòn chiều dài khác nhau với chiều dài đòn trên bằng không, trụ quay đứng hay thanh nối hai đòn được làm dưới dạng ống lồng thay đổi được độ dài để đảm bảo động học của bánh xe.
- Đặc điểm đó cho phép bố trí luôn giảm chấn hay phần tử đàn hồi thuỷ khí vào kết cấu trụ quay đứng hay thanh nối Nhờ đó đơn giản được kết cấu, giảm được số lượng khâu khớp và giảm được khối lượng cũng như không gian bố trí hệ thống treo.
- Nhược điểm của kết cấu này là yêu cầu chất lượng chế tạo ống trượt cao, các thông số động học kém hơn so với loại hai đòn chiều dài khác nhau.
Vậy lựa chọn hệ thống treo độc lập kiểu Mc.pherson cho cầu trước. b.Hệ thống treo sau
Từ việc phân tích các ưu và nhược điểm của các loại hệ thống treo, đối với xe mini 4 chỗ sử dụng hệ thống treo độc lập kiểu đa liên kết là hợp lý nhất
Vì vậy ta chọn hệ thống treo sau kiểu độc lập kiểu đa liên kết.
Mục tiêu, phương pháp, nội dung nghiên cứu
- Tính toán thiết kế hệ thống treo dựa trên cơ sở xe Honda Civic 2018 theo các tiêu chuẩn đã được công bố nhằm đáp ứng yêu cầu làm việc thực tế.
- Phương pháp lý thuyết: Tìm hiểu tổng quan về xe cơ sở và phân tích lựa chọn phương án thiết kế phù hợp cho loại xe cơ sở từ đó tính toán thiết kế kiểm nghiệm theo các tiêu chuẩn và tài liệu hiện hành đã được công bố.
- Phương pháp thực tế: Quan sát, kiến tập tại xưởng thực tập.
- Đồ án với mục tiêu thiết kế cho hệ thống treo cho xe cơ sở Honda Civic 2018 đồ án đã được trình bày như sau:
Chương I: Tổng quan hệ thống treo.
Chương II: Tính toán, thiết kế hệ thống treo.
Chương III: Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống treo
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO
Các thông số cơ bản xe Honda civic 2018
Nhóm các thông số tải trọng: Tải trọng toàn xe khi không tải G0 = 13310 N.
Tải trọng toàn xe khi đầy tải G = 17400 N.T
Tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải G = 7500 N.1T
Tải trọng đặt lên cầu sau khi không tải G = 5120 N.20
Tải trọng đặt lên cầu sau khi đầy tải G = 7800 N.2T
Chiều dài cơ sở L = 2700 (mm).
Chiều rộng cơ sở B = 1547 (mm).
Kích thước bánh xe : Kí hiệu lốp 215/50R17.
Khoảng sáng gầm xe khi đầy tải : H = 150(mm).min
Khối lượng phần không treo m = 11x2 = 22 Kg kt
Khối lượng phần bánh xe m = 16 Kg.bx
Vết bánh xe: trước 00(mm). sau = 1310(mm)
Ne max = 150 (ml) / 6200 (v/ph) v = 200 (km/h).max
Treo sau Liên kết đa điểm
Bảng 2-1: Các thông số kỹ thuật cơ bản của xe Honda civic 2018.
Bộ phận đàn hồi
2.2.1 Đặc tính đàn hồi yêu cầu Đặc tính đàn hồi là đường biểu diễn mối quan hệ giữa phản lực pháp tuyến Z tác dụng lên bánh xe với biến dạng của hệ thống treo (f) đo ngay tại trục bánh xe Nhờ đặc tính đàn hồi mà ta đánh giá được cơ cấu đàn hồi của hệ thống treo.
Khi xây dựng đặc tính đàn hồi giả thiết bỏ qua ma sát và khối lượng phần không được treo, coi đặc tính là tuyến tính. Đặc tính đàn hồi đặc trưng bởi độ võng tĩnh f và độ võng động f phải đảm bảo:t đ
- Cho xe chuyển động êm dịu trên đường tốt.
- Không va đập liên tục lên bộ phận hạn chế khi chuyển động trên đường xấuvới tốc độ cho phép.
- Khi xe quay vòng, tăng tốc hoặc phanh thì thùng xe không bị nghiêng hay chúc đầu. Đặc tính đàn hồi là đồ thị biểu diễn quan hệ: Z= g(f).
Z - Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên phần tử đàn hồi. f - Độ võng của phần tử đàn hồi của hệ thống treo (đo tại tâm bánh xe) Bảng 2-2: Các thông số và đặc tính kỹ thuật của xe HONDA CIVIC 2018
Stt Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị
1 Kích thước bao (LxBxH) mm (4630x1799x1416)
2 Chiều dài cơ sở Lo mm 2700
3 Chiều rộng cơ sở Bo mm 1547
4 Khoảng sáng gầm xe hs mm 150
+ Phân bố lên cầu trước
+ Phân bố lên cầu sau
+ Phân bố lên cầu trước
+ Phân bố lên cầu sau
7 Công suất cực đại Nemax kW/vg 150/6200 a) Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước Để xây dựng đặc tính đàn hồi yêu cầu của hệ thống treo, trước tiên ta xác định hai điểm A(f , Z ), B(f , Zt t đ đ).
- Xác định Z , ta có:tt
Tải trọng tác dụng ôtô đầy tải : G = G - Gt1 kt [kg]
Gt1: trọng lượng toàn bộ phân bố lên cầu trước
Gkt: trọng lượng phần không được treo ở cầu trước [kg].
Với: G = G + 2.G [kg]kt ct bx
Gct: trọng lượng của cầu trước [kg],
Gbx: trọng lượng của bánh xe [kg].
Do đó ta được: G = G - (G + 2.G ) = 378 - 25 = 353 (Kg) t1 ct bx
Biến dạng tĩnh của hệ thống treo đo tại trục bánh xe f được xác định trên cơt sở tiờu chuẩn về độ ờm dịu, đối với xe du lịch cú f = 15 25 cm.tt á
Mặt khác ta có:f = (300/n)tt 2 n - số dao động trong 1 phút với ft(cm).
Xe du lịch cú n= 60 90, ta chọn n = 70 Do đú ta cú f = 180 mm á tt
- Xác định Z : Tải trọng động của xe tác dụng lên hệ thống treo được xác định:đt
Trong đú: k là hệ số tải trọng động, kđ đ=1,75á2,5, đối với xe chở khỏch thỡ k nằm đ ở giới hạn nhỏ, còn đối với xe tải thì k nằm ở giới hạn lớn, ta chọn kđ đ=1,75.
- Xác định f : Biến dạng thêm của hệ thống treo dưới tác dụng của tải trọng động fđt đ phải đủ lớn để thùng xe không va đập liên tục vào ụ hạn chế, nhưng f không quá lớn vìđ ôtô sẽ giảm tính ổn định, phức tạp truyền động lái, tăng yêu cầu với bộ phận hướng, thay đổi khoảng sáng gầm xe đối với hệ thống treo độc lập.
Theo kinh nghiệm thì xe du lịch có: f = 0,8.fđt tt
Sử dụng ụ cao su hạn chế hành trình f , cao su có đặc tính đàn hồi gần tuyến tính đ
Bộ phận đàn hồi chạm vào ụ cao su khi Z = Zmax.
- Xỏc định f : xe concú: f = (0,35cs cs á0,4).fđ [mm] fcs - biến dạng của cao su [mm].
Ta cú : f = (0,3cst á0,4).fđt = (0,3 0,4).144 = 43.2 57.6 (mm) Chọn f = 50 (mm)á á cst Ụ cao su có chiều cao h , ta có: [mm]cs ị [mm] chọn h = 75 (mm)cst b) Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo sau
Ta có: G = G - (G + 2.G )F2 - 30 = 432(Kg)as cs bx
- Xác định f : Để tránh các dao động lắc dọc kiểu ngựa phi của ôtô thì tỷ số giữats độ võng tĩnh của hệ thống treo sau và trước phải phù hợp, với xe du lịch ta có tỷ số như sau:
Trong đó: f : độ võng tĩnh của hệ thống treo sau [mm]ts f : độ võng tĩnh của hệ thống treo trước [mm]tt
- Xác định Z : ta có: Z = kđs đs đ.Zts=1,75.216 = 378 (Kg).
- Xác định f : ta có: f = 0,8.f = 0,8.144 = 115 (mm).đs đs ts
- Xỏc định f : ta cú:fcss css=(0,35á0,4).115 = 40,25 46(mm) á
Chiều cao ụ cao su sau có giá trị: hcss ³.fcss = 1,5.40,25 = 60,375 (mm).
Tính toán thiết kế phần tử đàn hồi
2.3.1 Tính toán thiết kế phần tử đàn hồi hệ thống treo trước
- Tính lực tác dụng lên lò xo : Để tính toán đường kính và các kích thước của phần tử đàn hồi lò xo ta phải xác định được lực tác dụng lên lò xo (Z ), độ võng tĩnh (f ) và độ võng động (f ) của lò xo khi chịulx t d tải trọng tĩnh Từ đó tính các kích thước còn lại theo các ứng suất tác dụng lên lò xo. Tải trọng tĩnh tác dụng lên mỗi bánh xe:
Tính các kích thước của lò xo :
Trong đó: D – Đường kính trung bình của lò xo. d – Đường kính dây lò xo.
Tỷ số a được lấy trong khoảng :[4÷10] Ta chọn: a = 10.
Tính đường kính dây lò xo (d):
Bảng 2.3 Các thông số ban đầu của hệ thống treo trước:
Stt Thông số Giá trị Đơn vị
Từ phương trình ứng suất tiếp lớn nhất trong lò xo, ta có :
- Z – Lực tác dụng lên lò xo.lx
- K – Hệ số tính đến sự tăng ứng suất ở bề mặt trong của lò xo Hệ số này tăng khi giảm tỷ số D/d và được xác định như sau:
Vật liệu chế tạo lò xo của hệ thống treo tương tự như vật liệu làm nhíp, thường là:
55 (55MnSi), 50 C2 (50Si2), 60 C2(60Si2),… các vật liệu này có ứng suất cho phép trong khoảng: khi chịu biến dạng cực đại Ta chọn ứng suất cho phép của vật liệu là 800 Mpa = 8.10 8 (Pa)
- Tính đường kính trung bình của lò xo (D):
- Tính độ cứng của lò xo (Clx):
- Tính số vòng làm việc (n) và số vòng toàn bộ (n ) của lò xo, ta có:lx
(G – Mô đun đàn hồi xoắn: G = 7,8.10 MPa = 7,8.10 Pa) 4 10
Thay số vào ta có:
Từ đó ta có số vòng toàn bộ của lò xo:
- Chiều dài nhỏ nhất của lò xo khi ụ cao su chịu tải trọng động:
Với: là khe hở nhỏ nhất của dây lò xo khi chịu tải.
Thường = 1 - 2 (mm), ta chọn: = 1,5 mm.
- Chiều dài của lò xo khi chịu tải trọng tĩnh (Lt):
Ta có: L = L + ft min dlx
- Chiều dài ban đầu của lò xo (L):
- Bước xoắn của lò xo (t):
2.3.2 Tính toán thiết kế hệ thống treo sau
Tính toán tương tự như hệ thống treo trước, ta chỉ xét và tính toán cho trường hợp xe đầy tải.
Bảng 2.4 Các thông số ban đầu của hệ thống treo sau:
Stt Thông số Giá trị Đơn vị
- Tính lực tác dụng và độ biến dạng của lò xo
Lực tác dụng lên mỗi lò xo:
(N) Độ biến dạng tĩnh của lò xo: Độ biến dạng động của lò xo:
- Tính các kích thước lò xo
Trong đó: D – Đường kính trung bình của lò xo. d – Đường kính dây lò xo.
Tỷ số a được lấy trong khoảng (4 9) Ta chọn: a = 7,5.á
- Tính đường kính dây lò xo (d):
Từ phương trình ứng suất lớn nhất trong lò xo ta có:
Zlx – Lực tác dụng lên lò xo.
K – Hệ số tính đến sự tăng ứng suất ở bề mặt trong của lò xo Hệ số này tăng khi giảm tỷ số D/d và được xác định theo công thức:
== > K = 1,185 Ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo lò xo nằm trong khoảng: khi lò xo chịu biến dạng cực đại Ta chọn ứng suất cho phép của vật liệu là 900 Mpa = 9.10 Pa 8 Vậy ta có:
- Tính đường kính trung bình của lò xo (D):
- Tính độ cứng của lò xo (Clx):
- Tính số vòng làm việc (n) và số vòng toàn bộ (n ) của lò xo:lx
(G – Mô đun đàn hồi xoắn: G = 7,8.10 MPa = 7,8.10 (Pa) 4 10
Thay số vào ta có:
Từ đó ta có số vòng toàn bộ của lò xo:
- Chiều dài nhỏ nhất của lò xo khi ụ cao su chịu tải trọng động:
- là khe hở nhỏ nhất của dây lò xo khi chịu tải Chọn: = 1,5 mm.
- Chiều dài của lò xo khi chịu tải trọng tĩnh (Lt):
Ta có: L = L + ft min dlx
Thay số vào ta có: L = 0,065 + 0,065 = 0,13 (m)t
- Chiều dài ban đầu của lò xo (L):
- Bước xoắn của lò xo (t):
Vậy: Chiều dài ban đầu của lò xo (L): L = 260 mm
Bước xoắn của lò xo (t) : t = 43,3 mm
Tính toán thiết kế giảm chấn
Để đảm bảo độ êm dịu khi xe hoạt động trên đường, trên ô tô hiện nay người ta thường lắp thêm các bộ phận giảm chấn Giảm chấn có tác dụng: dập tắt nhanh các dao động có tần số cao để tránh cho thùng xe không bị lắc khi qua đường mấp mô lớn và hạn chế các lực truyền qua giảm chấn tác dụng lên thùng xe.
Hiện nay có rất nhiều loại giảm chấn như giảm chấn cơ khí,giảm chấn loại đòn, các loại giảm chấn thuỷ lực dạng ống (loại 1 ống, loại 2 ống lồng vào nhau, loại có van giảm tải, loại không có van giảm tải) Loại đòn hiện nay ít được dùng vì có khối lượng lớn, cồng kềnh, làm việc với áp suất cao nên tuổi thọ giảm, đòi hỏi vỏ giảm chấn phải dày Đối với xe thiết kế là xe con ta chọn loại giảm chấn thuỷ lực có dạng ống.
Tính toán bộ phận giảm chấn gồm các bước như sau:
+ Xây dựng đặc tính yêu cầu của giảm chấn.
+ Xác định các kích thước cơ bản của giảm chấn.
+ Xác định tiết diện thông qua các van.
+ Tính toán nhiệt của giảm chấn.
2.4.1 Tính toán giảm chấn của hệ thống treo trước
* Xây dựng đặc tính yêu cầu của giảm chấn Đặc tính của giảm chấn là đường biểu diễn mối quan hệ giữa lực cản và tốc độ piston của giảm chấn.
Quan hệ giữa lực cản giảm chấn (P ) và tốc độ dịch chuyển của piston giảmg chấn (V ) được xác định như sau:g
Kgn, K : hệ số cản giảm chấn ở hành trình nén và trả,gt
Vg: vận tốc của piston giảm chấn. z : Độ dịch chuyển của piston giảm chấn. m: số mũ có giá trị phụ thuộc kích thước lỗ tiết lưu, độ nhớt của chất lỏng và kết cấu cỏc van, thường m = 1,0 2,0, khi tớnh toỏn ta thừa nhận gần đỳng m = 1 á Trong trường hợp tổng quát thì đặc tính giảm chấn là một đường phi tuyến, khi chọn m 1 thì đặc tính là tuyến tính.
Hình 2.1.Đặc tính giảm chấn của hệ thống treo Để xây dựng đường đặc tính của giảm chấn ta cần xác định các điểm a, b,c,d,e,f và các hệ số cản Kgn,K’gn, Kgt,K’gt.Các điểm a,d tương ứng với lúc giảm chấn mở van giảm tải, thường chọn tương ứng với piston đạt khoảng 30 cm/s Lúc này các hệ số cản giảm chấn K’ ,K’ giảm xuống, hạn chế áp suất cực đại của chất lỏng và cường độ tăng lực gn gt cản K’ ,K’ được chọn xuất phát từ giá trị tải trọng lớn nhất tác dụng lên piston giảm gn gt chấn và tốc độ dịch chuyển lớn nhất Vgmax nằm trong giới hạn từ 50 60 cm/s Từ đú ta á biết được tung độ các điểm a,b,c,d,e,f và tung độ điểm b,e Để xác định tung độ các điểm a và d ta cần xác định các hệ số cản K và K của giảm chấn.gn gt
Kgn và K được xây dựng theo điều kiện êm dịu thông qua hệ số cản K của hệ thống gt treo (thực chất là hệ số cản của giảm chấn quy về trục bánh xe) được xác định theo hệ số tắt dần Kngh.Kngh được xác địnhnhư sau:
Trong đó: C: độ cứng của hệ thống treo,
M: Khối lượng phần được treo tác dụng lên hệ thống treo
Trong đó: G :Trọng lượng phần được treo.o ft: Độ võng tĩnh của hệ thống treo. ị
Nếu K K chuyển động của phần được treo sẽ dập tắt rất đột ngột gây gia tốc và³ ngh gây tải trọng động, ta nên tránh trường hợp này.
Nếu K nhỏ thì dao động kéo dài lâu tắt, trường hợp này cũng không tốt. Để đánh giá khả năng dập tắt dao động, người ta dùng hệ số dập tắt dao động tương đối , với:
Biết được K tuỳ thuộc vào dạng bộ phận hướng và cách lắp đặt giảm chấn ta sẽ tính được K cần thiết của giảm chấn Một cách tổng quát:g
: là hệ số phụ thuộc loại và cách lắp đặt giảm chấn quy dẫn về trục bánh xe, phụ thuộc vào cách lắp đặt giảm chấn Với kiểu bố trí giảm chấn theo phương thẳng đứng lệch góc 15 theo kinh nghiệm ta chọn = 2,69 o
- Lực cản P của giảm chấn:g
Hệ số cản của hành trình nén K' và trả K' khi van giảm tải mở (tương ứnggn gt với lực P tác dụng lên Piston giảm chấn là lớn nhất, vận tốc của Piston là Vg gmax = 50cm/s) Để xác định K' ,K' ta cần xác định các thông số của giảm chấn:gn gt d ngc d c d p t
Hình 2.2 Các thông số của giảm chấn
* Xác định các thông số của giảm chấn:
Việc xác định kích thước cơ bản của giảm chấn được bắt đầu từ việc chọn kích thước cơ bản của nó.
Kích thước cơ bản của giản chấn là: Đường kính ngoài xi lanh công tác: dX.
Hành trình làm việc của pistôn: f gc
Theo bảng số liệu và tham khảo thêm ta chọn sơ bộ kích thước: d = 50 (mm).X fgc = H Hành trình của giảm chấn, được xác định như sau:P
Trong đó: gc: góc nghiêng giảm chấn,chọn ban đầu gc = 10 0 lgc: chiều dài khoảng cách đặt giảm chấn l = 370 (mm).gc lbx: Chiều dài khoảng cách từ bánh xe đến khớp trụ l = 462 (mm).bx
Thay vào công thức ta được: fS: Tổng hành trình bánh xe : f = f + f = 144 + 180 = 324 (mm).S đ t
LY: Chiều dài nắp giảm chấn.
LY = (0.4 0.6)d = 18.4 27.6 (mm), ta chọn: L = 26 (mm).á X á Y
LP: Chiều cao đòn piston.
LK: Khoảng cách từ đáy piston đến đỉnh piston động dưới
Lb: Chiều dài của buồng bù.
Chiều dài xi lanh của giảm chấn:
Chiều dài của toàn giảm chấn:
Với L là chiều dài từ ụ hạn chế tới đầu trên của ty đẩy, L = 70(mm).u u
Chiều dài của ty đẩy:
Chọn và tính các thông số của giảm chấn dx - đường kính ngoài của xilanh công tác. dP - đường kính piston. dt - đường kính ty đẩy.
Ta dã chọn ở trên: d = 45 (mm).x
Nên đường kính piston là: d = d - 5 = 45 -5 = 40 (mm) P x Đường kính ty đẩy: d = (0.4 t á 0.5) d P d = 0.45.d = 0.45.40 = 18 (mm) t P
Chiều dài cụm làm kín:
Chiều cao cụm piston khoang chứa khí nén:
* Xác định tiết diện lưu thông của các van giảm tải:
- Đối với hành trình trả ta có : g p K f F t v g pt vt 2.
Hình 2.3 Đặc tính giảm chấn của hệ thống treo trước
. v: hệ số lưu lượng, khi tính toán thừa nhận chọn v = 0,7.
= 910 Kg/m : trọng lượng riêng của chất lỏng 3 g = 9,81 m/s : gia tốc trọng trường 2
Fp: diện tích ép chất lỏng của piston giảm chấn [m 2 ].
Kg: hệ số cản của giảm chấn ở hành trình trả.
Pt : áp suất khoang giảm chấn ở hành trình trả. Đường kính lỗ van ở hành trình trả:
. Đối với hành trình nén:
. v: hệ số lưu lượng, khi tính toán thừa nhận chọn = 0,7.v
= 910 Kg/m : trọng lượng riêng của chất lỏng 3 g = 9,81 m/s : gia tốc trọng trường 2
Fp: diện tích ép chất lỏng của piston giảm chấn ở hành trình nén [m ] 2
Kg: hệ số cản của giảm chấn ở hành trình nén. pn: áp suất trong khoang giảm chấn ở hành trình nén.
* Tính toán nhiệt của giảm chấn:
. Trong đó: N : Công suất tiêu thụ của giảm chấn, ta có:t
Với Vg:Tốc độ của Piston giảm chấn,V 30 cm/s.g á
Chọn Vg = 30 cm/s t: Hệ số truyền nhiệt của giảm chấn ra không khí.Chọn = 80.t
Sg: Diện tích ngoài cuả giảm chấn S được tính như sau:g g g D D l
(m ) Với D = d = 19 (mm) ta được: 2 ngc tm: Nhiệt độ môi trường, chọn t = 27 C.m 0
Nhiệt độ này thỏa mãn, nhỏ hơn giá trị cho phép < 1200
2.4 2 Tính toán giảm chấn của hệ thống treo sau
Tương tự như quá trình tính toán giảm chấn trước ta có quá trình tính toán giảm chấn sau như sau:
* Xây dựng đường đặc tính yêu cầu của giảm chấn Đặc tính của giảm chấn sau cũng được xây dựng trên mối quan hệ giữa lực cản P g và tốc độ piston Vg của giảm chấn ta có quan hệ giữa lực cản giảm chấn (P ) và tốc độ g dịch chuyển của piston giảm chấn (V ) như sau:g
Kgn, K : hệ số cản giảm chấn ở hành trình nén và trả,gt
Vg: vận tốc của piston giảm chấn, z: Độ dịch chuyển của piston giảm chấn. m: số mũ có giá trị phụ thuộc kích thước lỗ tiết lưu Chọn m =1
Như quá trình phân tích ở trên để xây dựng đường đặc tính ta cần tính:
- Hệ số tắt dần K :ngh
- Hệ số cản K của hệ thống treo: K K ngh
Trong đó: là hệ số dập tắt tương đối.Chọn = 0,15 ịK = 0,15.2829,35 = 433,4 (Ns/m)
Trong đó: - Hệ số quy dẫn hệ số cản của giảm chấn về trục bánh xe sin c g
P Z (N) Theo định luật bảo toàn công, ta có:
Trong đó : Z : Lực cản dao động của hệ thống treo.C
VC:Tốc độ dao động tương đối giữa khung và vỏ.
Pg:Lực cản tác dụng lên Piston giảm chấn.
V :Tốc độ dịch chuyển tương đối của piston đối với xilanhg
- Hệ số cản ở hành trình nén và trả:
- Lực cản P của giảm chấn ở hành trình nén và trả:g
Hệ số cản của hành trình nén K' và trả K' khi van giảm tải mở (Tương ứng với lực P gn gt g tác dụng lên Piston giảm chấn là lớn nhất,vận tốc của Piston là Vgmax = 50cm/s) Để xác định K' , K' ta cần xác định các thông số của giảm chấn:gn gt
* Xác định các thông số của giảm chấn
Việc xác định kích thước cơ bản của giảm chấn được bắt đầu từ việc chọn kích thước cơ bản của nó.
Kích thước cơ bản của giản chấn là: Đường kính ngoài xi lanh công tác: dX.
Hành trình làm việc của pistôn: f gc
Theo bảng số liệu và tham khảo thêm ta chọn sơ bộ kích thước: d = 50 (mm).X fgc = H Hành trình của giảm chấn, được xác định như sau:P
Trong đó: gc: góc nghiêng giảm chấn,chọn ban đầu gc = 10 0 lgc: chiều dài khoảng cách đặt giảm chấn l = 370 (mm).gc lbx: Chiều dài khoảng cách từ bánh xe đến khớp trụ l = 462 (mm).bx
Thay vào công thức ta được: fS: Tổng hành trình bánh xe : f = f + f = 144 + 180 = 324 (mm).S đ t
LY: Chiều dài nắp giảm chấn.
LY = (0.4 0.6)d = 18.4 27.6 (mm), ta chọn: L = 26 (mm).á X á Y
LP: Chiều cao đòn piston.
LK: Khoảng cách từ đáy piston đến đỉnh piston động dưới
- Đường kính lỗ van ở hành trình trả:
* Tính toán nhiệt của giảm chấn
Nt:Công suất tiêu thụ của giảm chấn, ta có:
Với: V : Tốc độ của Piston giảm chấn ,V 30 cm/s Chọn V = 30 g g á g cm/s. g g D D l
(m ) 2 Với D = d = 19 (mm) ta được:ngc
. tm : Nhiệt độ môi trường, chọn t = 27 C.m 0
Nhiệt độ này thỏa mãn, nhỏ hơn giá trị cho phép < 1200.
Sơ đồ bố trí và kiểm nghiệm hệ thống treo trước Mc.Pherson
2.5.1 Kiểm tra sơ đồ đô wng học:
Bảng 2.5 Thông số hình học
Stt Tên Ký hiê ou Giá trị Đơn vị
1 Góc nghiêng ngang trụ đứng δ0 13 0 Đô o
2 Góc nghiêng ngang bánh trước γ0 0 Độ
3 Bán kính bánh xe quay quanh trụ đứng r0 30 mm
4 Đô o võng tĩnh ft 180 mm
5 Đô o võng đô ong fđ 144 mm
6 Đô o võng tĩnh của hê o thống treo khi không tải f0t 146 mm
7 Khoảng cách từ tâm quay bánh xe đến đòn dưới kc 150 mm
8 Khoảng cách từ mă ot đường tới tâm quay trụ đứng h02 900 mm
* Xây dựng họa đồ đô ong học hê o thống treo Mc.Pherson:
- Kô đường nằm ngang dd để biểu diễn mă ot phẳng đường.
- Vẽ đường trục đối xứng của xe A m, A m vuông góc với dd tại A0 0 0.
Trong các đoạn trên thì chiều các đoạn lấy hướng lên trên, còn đoạn A3A4 mang dấu âm nên hướng xuống dưới.
- Trên mă ot phẳng đường A d đă0 t: o 0 0 2 740
Với B là điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.0
- Tại B dựng B z vuông góc với dd.0 o
- Trên đường A0Bo lấy ra phía trong đoạn A0B0 một đoạn: B C0 0 r0 30mm.
- Tại C dựng đường C n tạo với phương thẳng đứng một góc: δ = 130 0 0 0.
- Trên đường C n tìm điểm O là điểm liên kết giảm chấn với tai xe, O cách mặt đường 0 2 2 một đoạn là 900 mm.
- Tại B dựng đường vuông góc với C n, cắt C n tại điểm C0 0 2.
Vâ oy C là điểm nối cứng của trụ bánh xe với trụ xoay đứng.2
- Trên C n từ điểm C đặt phía dưới một đoạn: 0 2
C C1 2 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 A trên đường 4
- Bằng cách tương tự ta sẽ đi tìm vị trí khớp trong của đòn ngang ở vị trí đầy tải như sau: Khi hệ thống treo biến dạng lớn nhất, nếu coi thùng xe đứng yên thì bánh xe sẽ dịch chuyển tịnh tiến đến 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.
- Nối D với O thì D0 2 0O2 là đường tâm quay trụ xoay đứng khi ở trạng thái đầy tải(hệ thống treo biến dạng lớn nhất).
Trong quá trình bánh xe dịch chuyển khoảng cách C0C1 là không thay đổi Do đó trên đường D0O2 ta lấy đoạn: D D0 1 C Co 1.
D1 chính là vị trí khớp cầu ngoài của đòn ngang ở chế độ đầy tải.
Như vậy C và D sẽ cùng nằm có tâm là khớp trụ trong O của đòn ngang, bán kính là 1 1 1 chiều dài đòn ngang l (chưa biết).đ
Tâm khớp trụ trong O phải nằm trên đường trung trực của đoạn C1 1D1.
- Xác định tâm O bằng cách:1
+ Kôđường kk là đường trung trực của đoạn C1D1.
+ Từ A kô đường thẳng tt // dd.4
+tt cắt đường thẳng dd tại O1.
- Xác định tâm quay tức thời P của bánh xe:
+ Từ O kô đường vuụng gúc với O2 2C0.
+ Hai đường thẳng trên cắt nhau tại đâu thì chính là tâm P.
- Xác định tâm quay tức thời S của cầu xe cũng như thùng xe trong mặt phẳng ngang cầu xe.
+PBo giao với A m tại S.o ị Đo khoảng cỏch C1O2 rồi nhõn tỷ lệ ra thỡ ta được độ dài càng chữ A lđ= 370 mm
* Xây dựng họa đồ kiểm tra đô ong học hê o thống treo Mc.Pherson:
Khi đã xác định được đô o dài đòn ngang L ta đi xây dựng được họa đồ biểu thị sự đ thay đổi góc nhiêng của giảm chấn và đòn ngang khi đô o võng của thân xe (hay đô o đi lên của bánh xe) thay đổi:
Hình 2.4 Họa đồ đô ong học hê o thống treo Mc.Pherson
Hình 2.5 Họa đồ kiểm tra đô ong học hê o thống treo Mc.Pherson
2.5.2 Các chế đô w tải trọng: a, Trường hợp chỉ chịu tải trọng động (chỉ có lực Z, không có lực X và Y).
Hình 2.6 Sơ đồ lực trong trường hợp chịu tải trọng đô ong
Trong đó: k : hệ số tải trọng động (k = 1,8-2,5)đ đ
Ztt: tải trọng thẳng đứng tính cho một bên bánh xe.
- Phản lực Z đặt tại bánh xe gây nên đối với trục đứng AB:
ZAB cân bằng với Z : Z = 3780.cos13 = 3683 (N)lx lx
- Tại đầu A lực dọc theo phương giảm chấn tác dụng:Z A Z AB Z lx 3683( )N
- Lực Z gây ra lực ngang Z và M :Y Z
Z- Tải trọng động thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe. ro- Bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng (r =0,03 m).o
ZAB- Lực dọc theo phương trụ đứng.
ZY- Lực ngang tác dụng lên bánh xe. δ- Góc nghiêng ngang trụ đứng (δ= 13 ) o
- M tạo nên 2 phản lực ở A và B là: A và Bz Mz Mz
- Z gây nên hai phản lực là A và B :Y ZY ZY
C B B N m= 343 mm; n= 75 mm; r = 247 mmbx b, Trường hợp chỉ chịu lực phanh cực đại (chỉ có lực X và Z, không có lực Y).
Ztt: tải trọng thẳng đứng tính cho một bên bánh xe. mp: hệ số phân bố tải trọng khi phanh gấp.
G1T: trọng lượng tĩnh đặt lên cầu trước (khi đầy tải)
Xmax: lực dọc lớn nhất tác dụng tại điểm tiếp xúc của bánh với mặt đường φ: hệ số bám dọc (φ= 0,75)
Hình 2.7 Sơ đồ lực trong trường hợp chịu lực phanh cực đại
- Phân tích tác dụng của lực Z và các phản lực tác dụng như phần trên.
- Phản lực X đặt tại bánh xe gây nên đối với trụ đứng AB như hình vẽ trên.
- Lực dọc X chuyển về tâm trục bánh xe được 2 thành phần X và M :o x
+ Lực X gây nên các phản lực tại A và B là A và B :0 x x
Do mô men M gây nên tại A và Bx
- Lực X gây nên đòn ngang lái đặt tại điểm S là S và tạo nên các phản lực:Y
Trong đó: l là chiều dài đòn ngang lái.s
Chọn: s= m; t= n; và tỷ số truyền
Trong đó: s,t: là kích thước để lắp đòn ngang.
Như vậy các lực tác dụng lên trụ đứng: Ở đầu A:
Theo phương Y: AMZ AZY AS 412 267 46 633( )N Ở đầu B:
Theo phương Y: B MZ B ZY B S (212 1107)0,6 528 1319( )N Các lực liên kết:
CX gây nên các thành phần phản lực tại gối D và E.
CY gây nên các phản lực tại gối D và E:
Tại E có: E ; E ; EX Y YX c, Trường hợp chỉ chịu lực bên cực đại (chỉ có lực Y và Z, không có lực X).
B Trong đó: B- Chiều rộng vết bánh xe (B= 1,54 mm) hg: chiều cao trọng tâm xe (h = 0,5 m)g φy: hệ số bám ngang (φ = 1)y
Hình 2.8 Sơ đồ lực trong trường hợp chịu lực bên cực đại Z= 2917 (N); Y= 3117 (N)
- Tác dụng của thành phần lực Z và các phản lực khác tương tự như ở trên.
- Tác dụng của thành phần lực ngang Y như hình vẽ trên.
- Lực ngang Y gây nên đối với trụ đứng AB các phản lực A và BY Y.
- Các lực tác dụng lên trụ đứng:
- Các lực tác dụng lên đòn ngang:
2.5.3 Kiểm tra bền các cụm chi tiết: a Ki`m bền đòn ngang: Đòn ngang có cấu trúc hình chữ A, được bắt vào thân xe qua 2 khớp trụ, đầu ngoài bắt với cam quay bằng Rô-tuyn Trạng thái chịu lực chủ yếu là kéo, nén, uốn.
Khi kiểm bền đòn ngang được chia thành 3 trường hợp như sau:
Trường hợp 1: chỉ chịu tải trọng động (chỉ có lực Z, không có lực X và Y). Trường hợp 2: chỉ chịu lực phanh cực đại (chỉ có lực X và Z, không có lực Y). Trường hợp 3: chỉ chịu lực bên cực đại (chỉ có lực Y và Z, không có lực X).
- Chiều dài đòn ngang: L = 370 mm.đ
- Khoảng cách 2 lớp bản lề trong của càng chữ A tới khớp cầu: d , d1 2 d1= 110 mm; d = 170 mm.2
- Vật liệu làm đòn ngang: AlZnMgCu1,2F50.
- Mặt cắt 1-1 là mặt cắt nguy hiểm.
Hình 2.9 Đòn ngang cấu trúc hình chữ A
* Trường hợp 1: chỉ chịu tải trọng động:
F C N F Z N Đòn ngang dưới sẽ chịu kéo và uốn dọc:
- F đóng vai trò lực cắt và gây uốn dọc trong mặt phẳng zoy.Z
Hình 2.10 Sơ đồ lực tác dụng lên đòn ngang khi chịu tải trọng đô ong.
- Ứng suất tiếp lớn nhất được xác định theo công thức: ax
S: diện tích tiết diện S= 40.60= 2400 (mm ) 2
Với vật liệu hợp kim nhôm AlZnMgCu1,2F50 ta có:
SVTH: Nguyễn Tuấn Anh 49 ax ị m ; với n=1,5 là hệ số an toàn.
Vậy đòn ngang dưới thỏa mãn điều kiện bền về mặt cắt.
- Thành phần F gây ra mômen uốn dọc có giá trị lớn nhất tại điểm bắt của đòn ngang vớiZ khung xe Khớp nối là khớp trụ do đó tại tâm khớp nối mô men uốn sẽ bằng 0 Ta kiểm nghiệm tại mặt cắt sát gần đó:
- Ứng suất uốn lớn nhất được xác định theo công thức:
Mu: mô men uốn trên mặt cắt ngang.
Jx: mô men quan tính của mặt cắt ngang. y: là tung độ của điểm đang xét đến trục trung hòa l: khoảng cách từ điểm F đến mặt cắt.
Thay các giá trị trên vào công thức ta có:
M y N mm j Với vật liệu là hợp kim nhôm AlZnMgCu1,2F50 ta có:
1,5 u u Mpa N mm n u u ị nờnthỏa món điều kiện bền uốn.
- Thành phần F gây ra kéo đúng tâm:y
S , với vật liệu làm đòn ngang AlZnMgCu1,2F50 ta có:
Vậy thỏa mãn điều kiện bền.
* Trường hợp 2: chỉ chịu lực kéo hoặc lực phanh cực đại
Hình 2.11 Sơ đồ lực tác dụng lên đòn ngang khi chịu lực kéo, phanh cực đại
- F đóng vai trò là lực cắt và gây ra mô men uốn dọc trong mặt phẳng zoy.Z
- Ứng suất tiếp max: ax
S: diện tích tiết diện S= 40.60= 2400 (mm ) 2
Với vật liệu hợp kim nhôm AlZnMgCu1,2F50 ta có:
Với n=1,5 là hệ số an toàn
Vậy đòn ngang dưới thỏa mãn điều kiện bền về mặt cắt.
- F gây ra uốn dọc: tương tự như trường hợp 1 ta cóZ
Thay các giá trị trên vào công thức ta có:
M y N mm j Với vật liệu là hợp kim nhôm AlZnMgCu1,2F50 ta có:
1,5 u u Mpa N mm n u u ị nờn thỏa món điều kiện bền uốn.
- Thành phần F gây ra kéo đúng tâm:y
S Vậy thỏa mãn điều kiện bền.
- Thành phần F gây ra lực cắt và mô men uốn ngang trong mặt phẳng xoy.X
+ Ứng suất tiếp max xác định theo công thức: ax
S: diện tích tiết diện S= 40.60= 2400 (mm ) 2
Với vật liệu hợp kim nhôm AlZnMgCu1,2F50 ta có:
2 2.1,5 b b Mpa N mm n ax ị m ; với n=1,5 là hệ số an toàn.
+ F gây ra mô men uốn ngang: X
Mu: mô men uốn trên mặt cắt ngang.
Jx: mô men quan tính của mặt cắt ngang. y: là tung độ của điểm đang xét đến trục trung hòa l: khoảng cách từ điểm F đến mặt cắt.
Thay các giá trị trên vào công thức ta có:
M y N mm j Với vật liệu là hợp kim nhôm AlZnMgCu1,2F50 ta có:
510 340( ) 340( / 2) 1,5 u u Mpa N mm n u u ị nờn thỏa món điều kiện bền uốn.
* Trường hợp 3: chỉ chịu lực bên cực đại:
Hình 2.12 Sơ đồ chịu lực đòn ngang khi chịu lực bên cực đại
Càng A sẽ chịu nén, tính toán như trên ta sẽ thu được kết quả: tt b
+ Thành phần F gây ra nén đúng tâm:Y
SVTH: Nguyễn Tuấn Anh 53 n n ị thỏa món điều kiện bền nộn.
- Ngoài ra đòn A còn chịu nén đúng tâm ở trường hợp này nên cần phải kiểm tra điều kiện ổn định:
+ Kiểm tra hệ số ổn định của càng A:
0 2 3 n á hệ số ổn định cho phộp tối thiểu.
Plim : lực giới hạn cho ổn định.
E: mô đun đàn hồi của vật liệu E= 2.10 (kg/cm ) -6 2 j: mô men quán tính nhỏ nhất của càng A.
2 2 x j bh mm μ: hệ số phụ thuộc vào liên kết μ= 0,5 l: chiều dài của càng (l=l G0 mm)đ
Nên đòn ngang chữ A đủ ổn định.
BẢO DƯỠNG HỆ THÔNG TREO
Một số hư hỏng thường gặp trong hệ thống treo ôtô
Bảng 3.1 Bảng các hiện tượng hư hỏng và cách khắc phục
STT Các hiện tượng hư hỏng Nguyên nhân Cách khắc phục
- Giảm chấn: Rò rỉ dầu , tiếng ồn bất thường - Mòn xilanh, piston, phớt làm kín các khoang dầu gây nên hiện rò rỉ dẫn đến thiếu dầu làm giảm tuổi thọ giảm chấn.
- Do quá trình hoạt động các chi tiết bị mài mòn nên sinh ra các hạt mài, các hạt mài rơi trong dầu làm bẩn, biến chất.
- Trục đẩy bị cong, hai đầu tai bắt giảm chất nứt vỡ.
- Xe thường xuyên chở quá tải.
- Thay thế giảm xóc mới nếu giảm chấn không tháo dời được.
- Thay phớt, các chi tiết hỏng đối với giảm chấn tháo dời được.
- Các mối ghép dơ lỏng làm cho giảm chấn làm việc kém hiệu quả
- Do quá trình hoạt động của xe các đâi ốc bu lông bị dơ lỏng.
- Xe thường xuyên đi vào chỗ xóc.
- Xiết chặt các lại các bulông đai ốc.
- Xiết đúng momem tiêu chuẩn.
Thường xuyên kiểm tra áp suất lốp.
T Các hiện tượng hư hỏng Nguyên nhân Cách khắc phục
3 Chắn bụi cao su bị rách làm cho bụi bẩn lọt vào giảm chấn.
Do tuổi thọ cao su giảm dần theo thời gian
Xe thường xuyên đi vào vùng ngập nước.
Thay thế chụp bụi giảm xóc mới. Thường xuyên kiểm tra định kì hoặc quan sát mỗi khi chuẩn bị đi xe để kịp thời khắc phục.
4 Cao su, tăm bông mòn rách gây ra tiếng kêu.
Do tuổi thọ giảm dần theo thơi gian.
Cao su chụm bị rách.
Nước, dầu lọt vào dính vào tăm bông.
Thay thế cao su, tăm bông mới. Thường xuyên kiểm tra định kì để kịp thời khắc phục tránh làm hỏng đến các chi tiết khác.
5 Bộ bi, bát bèo khô mỡ gây ra tiếng kêu hoặc vòng bi bát bèo kém.
Do quá trình hoạt động mỡ biến chất làm giảm khả năng bôi trơn.
Các vòng bi bị mòn.
Không bảo dưỡng định kì.
Vệ sinh sạch thay dầu mới. Nếu vòng bi mòn thì thay thế. Thường xuyên bảo dưỡng định kì.
6 Rootuyn cân bằng kém, dơ gây ra tiếng ồn rung sóc đến người ngồi trên xe.
Do tuổi thọ của rootuyn giảm dần theo thời gian hoặc xe hay đi vào những chỗ ổ gà sâu.
Lớp cao su đầu rootuyn bị rách.
3.2 Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống treo
1 Nâng phía trước xe lên đưa các chống an toàn vào đúng vị trí
3 Tháo kẹp bó dây của bô o cảm biến bánh (A) và giá gắn ống mềm phanh (B) khỏi giảm chấn Không tháo giắc cắm bô o cảm biến bánh xe
4 Tháo bu-lông (A) kẹp giảm chấn và đai ốc (B) tự khoá ra khỏi giảm chấn.
Ghi chú: Không được để cho khớp nối xoay ra ngoài quá xa Điều này có thể khiến ổ bi khớp nối CV bên trong không đă ot vào được.
5 Tháo nắp sửa chữa (A) và nắp đâ oy (B)
6 Tháo ba đai ốc vòng khuyết (C) trên đầu giảm chấn
-Các lò xo giảm chấn là khác nhau, trái và phải Đánh dấu lò xo bên trái (L) và bên phải (R) trước khi tiếp tục
-Cẩn thâ on không làm hư thân xe
1 Tháo nắp (A) ở trên đầu bô o giảm chấn
2 Nén lò xo giảm chấn, sau đó tháo đai ốc tự khóa (A) đồng thời giữ trục giảm chấn bằng cờ-lê lục giác (B) Không nén lò xo quá mức cần thiết để tháo đai ốc
3 Tắt máy nén lò xo, sau đó tháo giảm chấn như minh hoạ trong hình vẽ chi tiết
4 Ráp lại tất cả các bô o phâ on, trừ miếng đê om gắn lò xo bên trên, thanh chắn va đâ op và lò xo giảm chấn
5 Dùng tay nén bô o giảm chân, kiểm tra hoạt đô ong của giảm chấn cả khi nén và nhả ra Giảm chấn phải đàn hồi êm và không đổi khi thả tay đè ra Nếu không, có rò khí và nên thay giảm chấn khác
6 Kiểm tra rò rỉ dầu, tiếng ồn bất thường, hoă oc kẹt trong khi tiến hành kiểm tra.
1 Lắp lò xo (A) vào nê om gắn lò xo bên trên (B) bằng cách căn chỉnh thẳng hàng phần gờ (C)
1 Nén lò xo giảm chấn
3 Tham khảo hình vẽ chi tiêt và lắp tất cả các bô o phâ on trừ vòng đê om gắn giảm chấn và đai ốc tự khóa vào bô o giảm chấn (A)
4 Đă ot thẳng hàng bê o lò xo bên dưới, đế lò xo (B) và phần nấc của bê o có lò xo bên dưới (C)
5 Đă ot thẳng hàng giá đỡ giảm chấn (A) và đế lắp ráp giảm chấn (B) để ‘‘∆'' các điểm dấu (C) hướng về phía trước
6 Đă ot thẳng hàng góc của ốc gu-rông (D) trên giá giảm chấn như được nêu.
7 Lắp vòng đê om giảm chấn (A) và mô ot đai ốc tự khóa (B)
8 Dùng cờ-lê lục giác giữ trục giảm chấn và siết đai ốc tự hãm đến mô-men xoắn quy định
1 Lắp cụm giảm chấn (A) lên khung.
2 Lắp lỏng đai ốc mũ mới (A).
GHI CHÚ: Lắp nắp sửa chữa (B) và nắp đâ oy (C) sau khi đã siết chă ot các đai ốc vòng khuyết đến đô o mô-men xoắn quy định
3 Lắp lỏng các bu-lông kẹp giảm chấn mới (A) và các đai ốc tự hãm mới (B) vào giảm chấn (C).
4 Lắp kẹp bó dây của bô o cảm biến bánh xe (A) và giá gắn vòi thắng (B) vào giảm chấn (C)
5 Dùng kích sàn nâng hê o thống treo sau để hê o thống treo chịu tải trọng lượng của xe
6 Vă on chă ot các bu-lông kẹp giảm chấn tới giá trị mô-men xoắn quy định SVTH: Nguyễn Tuấn Anh 63
7 Siết đai ốc mũ trên đầu giảm chấn đến đô o mô-men xoắn quy định
8 Lắp nắp sửa chữa và nắp đâ oy