đồ án tính toán thiết kế hệ thống treo toyota corola altis 2012

NHỮNG CÔNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG TREO.- Liên kết mềm giữa bánh xe và thân xe, làm giảm tải trọng động thẳng đúng tác dụng lênthân xe và đảm bảo bánh xe lăn êm trên nền đường.- Truyền lực từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÌNH DƯƠNG KHOA CÔNG NGHỆ ÔTÔ

- -ĐỒ ÁN

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TOYOTA COROLA ALTIS 2012

NHÓM 3 Trần Minh Phi 2110063 Thạch Gia Huy21160062 Bùi Văn Phước 21160010 Giảng viên hướng dẫn: Trần Dũng NIÊN KHÓA 2023 - 2024

Bình Dương, ngày 2 tháng 11 năm 2023

MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Những vấn đề chung về hệ thống treo ……… 3

1.1.1 Những công dụng của hệ thống treo……… 3

1.1.2 Những bộ phậ cơ bản của hệ thống treo……… 3

1.1.3 Phân loại hệ thống treo……… 4

1.1.4 Những yêu cầu thiết kế hệ thống treo……… 4

1.2 Lựa chọn kết cấu hệ thống treo……… 5

1.2.1 Lựa chọn kết cấu hệ thống treo Hệ thống treo MAC PHERSON….5 CHƯƠNG II: TÌM KIẾM THÔNG SỐ KỸ THUẬT XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2012……….6

CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TREO THIẾT KẾ……… 6

3.1 Các thông số đầu vào………7

3.2 Xác định độ cứng của lò xo……… 7

3.3 Xác định độ võng tĩnh của bánh xe………8

3.4 Xác định hành trình động của bánh xe……… 8

3.5 Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn Ktb………… 9

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO………10

4.1 Xác định các kích thước sơ bộ……… 10

4.2 Xác định kích thước của càng chữ A……… 10

4.3 Thiết kế lò xo……….11

LỜI CẢM ƠN………15

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THỐNG TREO.

1.1.1 NHỮNG CÔNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG TREO.

- Liên kết mềm giữa bánh xe và thân xe, làm giảm tải trọng động thẳng đúng tác dụng lên thân xe và đảm bảo bánh xe lăn êm trên nền đường.

- Truyền lực từ bánh xe lên thân xe và ngược lại, để xe có thể chuyển động, đồng thời đảm bảo sự chuyển dịch hợp lý vị trí của của bánh xe so với thùng xe.

- Dập tắt nhanh các dao động của mặt đường tác động lên thân xe.

1.1.2 NHỮNG BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TREO.

Hệ thống treo gồm 3 bộ phận chính : đàn hồi, đãn hướng và giảm chấn.

- Bộ phận đàn hồi:

+ Có nhiệm vụ đưa vùng tần số dao động của xe phù hợp với vùng tần số thích hợp với người sử dụng.

+ Nối mềm giữa bánh xe và thùng xe giảm nhẹ tải trọng động tác dựng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm diệu khi chuyển động.

+ Có đường đặc tính đàn hồi phù hợp với các chế độ hoạt động của xe

- Bộ phận dẫn hướng :

+ Xác định tính chất chuyển động (động học) của bánh xe với khung, vỏ xe.

- Bộ phận giảm chấn :

+ Dập tắt dao động từ mặt đường lên khung xe phát sinh trong quá trình xe chuyển động trong các địa hình khác nhau một cách nhanh chóng.

+ Đảm bảo chuyển động của phần không treo nhỏ nhất, sự tiếp xúc của bánh xe trên nên đường, nâng cao khả năng bám đường và an toàn trong chuyển động Ngoài ra trong hệ

thống treo còn có các kết cấu khác như: thanh ổn định ngang, vấu giảm va đập và hạn chế hành trình.

1.1.3 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TREO.

Việc phân loại hệ thống treo dựa theo các căn cứ sau:

- Theo bộ phận đàn hồi chia ra:

+ Loại bằng kim loại (nhíp lá, lò xo, thanh xoán ).

+ Loại khí (loại bọc bằng cao su-sợi, máng, loại ống ).

+ Loại thuỷ lực ( loại ống ).

+ Loại cao su.

- Theo bộ phận dẫn hướng đi ra:

+ Loại phụ thuộc với cầu liền ( loại riêng, loại thăng bằng ).

+ Loại độc lập ( một đòn, hai đòn ).

- Theo phương pháp dập tắt dao động chia ra:

+ Loại giảm chấn thuỷ lực ( tác dụng 1 chiều, 2 chiều ).

+ Loại má sát cơ ( trong bộ phận đàn hồi, dẫn hướng ).

- Theo phương pháp điều khiển chia ra:

+ Hệ thống treo bị động ( không được điều khiển ).

+ Hệ thống treo chủ động ( có điều khiển ).

1.1.4 NHŨNG YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO.

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 thuaatjcuar xe như chạy trên đường tốt hoặc xe có khả năng chạy trên nhiều loại địa hình khác nhau.

+ Bánh xe có thể chuyển dịch 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 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, độ bền cao và không gây hư hỏng bất thường Đối với ô tô con còn được chú ý đến các yêu cầu sau:

+ Giá thành thấp và mức độ phức tạp của kết cấu không quá lớn.

+ Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ xe tốt.

+ Đảm bảo tính điều khiển và ổn định khi chuyển động của ô tô ở tốc độ cao.

1.2 LỰA CHỌN KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO.

1.2.1 LỰA CHỌN KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO.

HỆ THỐNG TREO MAC PHERSON

Hình 1.3 : Sơ đồ cấu tạo hệ treo Mc.Pherson

1: Giảm chấn; 2 : Đòn ngang dưới; 3 : Bánh xe;

4 : Lò xo; 5 : Trục giảm chấn;

P : Tâm quay bánh xe; S : Tâm nghiêng cầu xe;

Cấu tạo hệ thống treo Mc.Pherson gồm : một đòn ngang, lò xo trụ, giảm chấn Đòn ngang có đầu trong liên kết với thân xe bởi khớp trụ, đầu ngoài nối với đầu dưới của giảm chấn bởi khớp cầu Đòn ngang có dạng hình chữ A để đảm bảo khả năng tiếp nhận lực ngang và dọc tác động lên hệ thống treo khi xe chuyển động Trục của bánh

xe được nối cứng với vỏ của giảm chấn Đầu trên của giảm chấn liên kết với thân xe bằng khớp tự lựa, đòn dưới liên kết với đòn ngang bằng khớp cầu, như vậy giảm chấn đóng vai trò vừa là trụ xoay của bánh xe (dẫn hướng) và giảm chấn Lò xo có thể được lồng ra ngoài giảm chấn nhằm thu gọn kích thước của hệ thống treo.

CHƯƠNG II TÌM KIẾM THÔNG SỐ KỸ THUẬT XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2012.

ALTIS

DOHC, VVT-i kép

Dung tích bình nhiên liệu 55 lít

Dài x rộng x cao (mm) 4540 x 1760 x 1465

Chiều rộng cơ sở (Trước/sau - mm) 1530/1535

Toàn tải : 1634 kg

Sau : Thanh xoắn

CHƯƠNG III XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TREO THIẾT KẾ.

+ Khối lượng của toàn xe khi không tải M0: M0 = 1260 (kg)

+ Khối lượng của toàn xe khi đầy tải MT: MT = 1634 (kg)

+ Khối lượng đặt lên cầu trước khi không tải M01: M01 = 756 (kg)

+ Khối lượng đặt lên cầu sau khi không tải M02: M02 = 504 (kg)

+ Khối lượng đặt lên cầu trước khi đầy tải MT1: MT1 = 817(kg)

+ Khối lượng đặt lên cầu sau khi đầy tải MT2: MT2 = 817 (kg)

+ Chiều dài cơ sở của xe L : L = 2600 (mm)

+ Kích thước bao dài x rộng x cao: 4540 x 1760 x 1465 (mm)

+ Kí hiệu lốp: 195/65R15

+ Khoảng sáng gầm xe khi đầy tải Hmin : Hmin = 140 (mm)

+ Khối lượng không được treo của cầu trước Mkt: Mkt = 64 (kg)

+ Chiều rộng cơ sở của cầu trước BT: BT = 1530 (mm).

+ Chiều rộng cơ sở của cầu sau BS: BS = 1535 (mm)

+ Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải hg : hg = 395 (mm)

Độ êm dịu chuyển động của ôtô như tần số dao động riêng, gia tốc dao động, vận tốc dao động, trong đồ án này đánh giá độ êm dịu của ôtô thông qua tần số dao động riêng n của hệ thống treo Đối với xe con thì tần số dao động riêng nằm trong khoảng n = 60 ¿ 90 (dđ/ph) tương ứng với tần số góc  = 6,2 9,4 (rad/s) nhằm đảm bảo không gây mệt mỏi cho người lái cũng như hành khách trên xe Do đó chọn n = 75 (dđ/ph)

3.1 XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG CỦA LÒ XO:

Mdt : Khối lượng phần được treo của ô tô đặt lên cầu trước ( kg )

Khi xe ở trạng thái không tải thì khối lượng của phần được treo là:

Mdt0 = M01 - Mkt

Mkt : Khối lượng phần không được treo của cầu trước Mkt = 64 (kg)

Vậy : M dt0 = 756 - 64 = 692 (kg).

Khi xe ở trạng thái đầy tải thì khối lượng của phần được treo là:

Mdt1 = MT1 - Mkt = 817- 64 = 753 (kg)

3.2 ĐỘ CỨNG CỦA HỆ THỐNG TREO ĐƯỢC TÍNH THEO CÔNG THỨC:

C t=M dt

2 ω 2

(N/m)

Trong đó:

Ct : Độ cứng của hệ thống treo đối với một bánh xe (N/m)

 : Tần số dao động riêng của hệ treo (rad/s)

ω= 2n.π

75

= 7,85 (rad/s)

- Độ cứng của một bên hệ treo ở trạng thái không tải:

C t0=M dt 0

2 ω

2

= 692

2 .7 ,85

2

= 21321 (N/m).

- Độ cứng của một bên hệ treo ở trạng thái đầy tải:

2 2

1

2

753

 dt 

t

M C

= 23201 (N/m).

- Độ cứng của 1 bên hệ treo được lấy từ giá trị trung bình:

2

23201 21321

2

1 0







t

C C C

= 22261 (N/m)

3.3 XÁC ĐỊNH ĐỘ VÕNG TĨNH CỦA BÁNH XE:

Độ võng tĩnh của hệ thống treo ở chế độ đầy tải:

2



g C

G f

t

t  

(mm)

ft : Hành trình tĩnh của bánh xe (mm)

g : Gia tốc trọng trường ( g = 9,81 m/s2)

: Tần số góc (rad/s)

f t





85 , 7

81 , 9



g

0,160 m = 160 (mm).

3.4 Xác định hành trình động của bánh xe.

Hành trình động của bánh xe được tính theo công thức:

fđ = (0,7 ¿ 1,0)ft (mm) Khi phanh thì cầu trước bị chúi xuống, để không xảy ra va đập cứng vào ụ tỳ trước thì độ võng động cần đảm bảo sao cho :

fđ  b

h

f t.max g

(mm) Trong đó:

max: Hệ số bám lớn nhất max= 0,75  0,8

b : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau

Tính được b = 1300 (mm)

hg : Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải : hg = 395 (mm)

Chọn ϕmax = 0,80 thay vào công thức được:

fđ ¿ 160.0,8.395

1300 = 38,89 (mm)

Theo công thức thì lấy : fđ = 0,8.ft = 0,8 160 = 128 (mm)

+ Xác định khoảng sáng gầm xe H0 :

Để đảm bảo cho xe khi dao động đầu xe không bị đập vào nền đường thì độ võng động của xe phải thỏa mãn :

 H0 ≥ fđ + Hmin = 128 + 140 = 268 (mm)

Chọn : H0 = 280 (mm)

Độ võng tĩnh của hệ thống treo ở trạng thái không tải :

t

t o ot

M

f M



(mm) Trong đó: M o',M t': Khối lượng đặt lên một bánh xe khi không tải, khi đầy tải tĩnh ( Khi tính với một người là 55 kg và 20 kg hành lý)

2

0

o

M

M 

1

t

M

M 

; (kg)

Suy ra : f0t = 1

0

dt

t dt

M

f M

= 753

160 692

= 147 (mm)

3.5 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CẢN TRUNG BÌNH CỦA GIẢM CHẤN K tb :

Hệ số dập tắt dao động của hệ thống treo được tính theo công thức:

D = 2.ψ ω (rad/s)

Trong đó:

ψ : Hệ số cản tương đối ψ = 0,15 ÷ 0,3 Chọn ψ = 0,25

Thay vào :

D = 2 0,25 7,85 = 3,93 (rad/s)

Hệ số cản trung bình của giảm chấn quy dẫn về bánh xe :

K tb=G '

g D (Ns/m) G’: Trọng lượng phần được treo đặt lên một bánh xe (N)

G’ =

M dt 1

2 .g (N)

g : Gia tốc trọng trường ( g = 9,81 m/s2 )

Thay vào:

Ktb =

M dt 1

2 D=

753

2 .3 ,93 = 1479,6 (Ns/m)

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO:

4.1 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC.

- Chiều rộng cơ sở của xe B = 1530 mm

- Bán kính bánh xe : ký hiệu lốp 195/65R15: rbx = 317 mm

- Góc nghiêng bánh xe o = 0o

- Góc nghiêng ngang trụ đứng o = 12o

- Góc nghiêng dọc trụ đứng εo = 70

- Bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng ro = - 22 mm

- Khoảng sáng gầm xe Hmin = 140 mm

- Độ võng khi không tải f0t = 147 mm

- Độ võng tĩnh ft = 160 mm

- Độ võng động fđ = 128 mm

- Chiều dài của trụ xoay đứng Kt = 160 mm

- Chiều cao tai xe lớn nhất Htmaz = 810 mm

4.2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỦA CẢNG CHỮ A:

- Kẻ đường nằm ngang biểu diễn mặt phẳng đường : dd

- Vẽ đường trục đối xứng ngang Aom: Aom vuông góc dd

- Trên A0m đặt: A0A1 = Hmin = 140 mm

A1A2 = fđ = 128 mm

A2A3 = ft = 160 mm

A3A4 = fot = 147mm.

- Trên A0d (mặt phẳng đường ) đặt AoBo = B/2 = 765mm (Bo là điểm tiếp xúc của bánh xe và mặt đường ở trạng thái không tải)

- Tại Bo dựng B0z  dd (vì o = 0 nên đây là mặt phẳng bánh xe)

- Trên đường B0d lấy ra phía ngoài của bánh xe một đoạn B0C0

B0C0 =r0= 22 mm

- Tại C0 dựng C0n : đường nghiêng ngang của đường tâm trụ quay đứng giả tưởng với do = 120 so với phương thẳng đứng

- Trên C0n tìm điểm O2 là điểm liên kết của giảm chấn với tai xe O2 cách mặt đường một đoạn Htmaz = 810 mm theo phương trụ đứng

- Trên B0z đặt B0B = rbx = 317 mm

- Tại B dựng đường vuông góc với B0z đường này cắt C0n tại C2 C2 là điểm nối cứng của trục bánh xe với vỏ giảm chấn

- Trên C0n, từ C2 đặt xuống phía dưới một đoạn C2C1 = Kt/2 = 80mm

C2C1 là khoảng cách từ tâm trục bánh xe tới khớp quay ngoài của đòn ngang C1

là vị trí khớp quay ngoài của đòn ngang ở vị trí không tải

4.3 THIẾT KẾ LÒ XO:

Thiết kế lò xo:

Đường kính dây lò xo: 10+20(mm)

Tỷ số đường kính: c = 8

D : đường kính trung bình của lò xo

Tính đường kính dây lò xo d và số vòng làm việc n:

Đường kính dây lò xo được tính thao công thức:

d≥√k F lx max c

0,4.[τ] (mm) Trong đó:

c = D/d : Là hệ số tỷ lệ đường kính, chọn c = 8.

k : Hệ số xét đến độ cong của dây lò xo,

Chọn vật liệu làm lò xo là thép 50Cr4V4 có ứng suất tiếp cho phép :

[τ] = 1200MPa = 1200 N/mm2

Flxmax = 7374 (N) Lực cực đại tác dụng lên giảm chấn

Thay vào ta có:

8+0 ,25

8−1 = 1,1 Thay vào : d≥√k F lx max c

0,4.[τ] = √1,1.7374.80,4.1200 = 11,6 (mm)

d = 11,6 (mm)

Nên ta chọn đường kính dây lò xo: d = 12 (mm)

Suy ra: D = c.d = 8 12 = 96 (mm)

Số vòng làm việc của lò xo được tính theo công thức:

n0= f lx .G d

8 (F lx max−F lx min) c3

(vòng) Trong đó: flx : chuyển vị của lò xo:

G : Là môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo lò xo, G = 8.109 (N/m2).

d : đường kính dây lò xo, d = 12 (mm)

C : tỷ số đường kính, c = 8

Flxmax = 7374 (N) và Flxmin = 5325 (N)

Thay vào :

n0=0 ,29 8 109.0 ,012

8.(7374−5325 ).83 = 3,3 (vòng).

Vậy số vòng làm việc của lò xo là : no = 3 vòng

Tổng số vòng của lò xo : n = 3 + 2 = 5 vòng (vì lò xo có 2 vòng đầu và cuối) + Chiều cao của lò xo khi chịu nén :

HS = (n - 0,5).d = (5 - 0,5).12 = 54 (mm)

+ Bước của vòng lò xo khi chịu tải lớn nhất được tính theo công thức :

T = d + 0

max

n



(m) Với max : Là chuyển vị ứng với Flxmax của lò xo:

lx

C

F max

=

7374

26575 = 0,27 (m)

Thay vào :

T = 0,012 +

0,27

3 = 0,102 (m) = 102 (mm).

+ Chiều cao của lò xo khi chưa chịu tải:

H0 = HS + n.(T - d) = 54 + 5.( 102 - 12) = 504

(mm)

4.4 Thiết kế giảm chấn :

δgc : Góc nghiêng ngang của giảm chấn

δgc = 6o

lbx : Khoảng cách từ điểm tiếp xúc của

bánh xe với mặt đường đến khớp trong của đòn

ngang lbx = 395,6 (mm)

lgc : Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm

giảm chấn với phương của đòn ngang đến khớp

trong của đòn ngang lgc = 366,8 (mm)

Hành trình làm việc của giảm chấn :

f = fđ + ft = 0,128 + 0,160 = 0,288 (m)

f lx= f

cos δ lx=

0 ,288

cos6ο = 0,29 (m)

Hệ số cản theo tâm trục của giảm chấn :

Kgc = (

l bx

l gc)

cos 2ε gc.cos 2δ gc (Ns/m) Với εgc : Góc nghiêng dọc của giảm chấn εgc = 7o

Thay vào : K gc = (

395 ,6

366 ,8)

2 1479 , 6 cos27ο cos26ο = 1766 (Ns/m)

Ta chọn: dx =32(mm)

fd = Hp

fd= (fd + ft ) lgc

lbx cosδgcδgc=

288.366,8 395,6.cos 6=268,28(mm).

Hp=268,28mm

Nên đường kính piston là:

ogclx

lbx lgc gc

Hình 2.16 : Sơ đồ bố trí giảm chấn

dp = dx -5= 32-5=27 (mm)

Đường kính ty đẩy:

dt = (0,4 0,5).dp

dt =0,45.dp=0,45.27=12,15 (mm)

Chiều dài cụm làm kín

Lu =(0,5 1,5).dp=

Lu =1,2.dp= 1,2.27=32,4 (mm)

Chiều cao cụm piston

Lp =(0,75 1,1)dp

Lp =0,75.27= 20,25 (mm)

Chiều cao cụm piston khoảng chứa khí nén

Lkn =(0,25 0,75).dp=

Lkn =0,4.27=10,8 (mm)

Chiều dài nắp giảm chấn

Ly =(0,4 0,6).dx= 12,8 19,2(mm) chọn 19,2(mm)

Chiều cao đòn piston

Lp = (0,75 1,1)dp= 20,25 29,7(mm) chọn 25,5(mm)

Khoảng cách từ đáy piston đến đỉnh piston động dưới

Lk =(0,4 0,9)dx= 12,8 28,8(mm) chọn 26,5(mm)

Chiều cao buồng bù

Lb =(01 1,5)dx =32 48 chọn 48 (mm)

Chiều dài xi lanh giảm chấn

Lx= Ly+Hp+Lp+Lk+Lb= 19,2+268,28+25,5+26,5+48=365,9(mm)

Chiều dài toàn giảm chân

Lψ = Lx+Lu=365,9+102= 467.9 (mm)

Với Lx là chiều dài từ ụ hạn chế tới đầu trên của ty đẩy Lu=102 ( mm)

Chiều dài của ty đẩy

Lh=Lu+Hp+Ly+Lp =102+268,2+19.2+25,5= 414.9 (mm)