đồ án chuyên ngành ô tô 1 tính toán thiết kế hệ thống treo trước xe van 0 5 tấn

Công dụngHệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ô tô với bánh xe, có tác dụng làmêm dịu cho quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe bánh xe daođộng trong mặt phẳng đứng

TRƯỜNG CƠ KHÍ – ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHÓM CHUYÊN MÔN Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Ô TÔ 1

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC XE VAN 0,5 TẤN

Giảng viên hướng dẫn: TS Hoàng Thăng BìnhHọ và tên: Đoàn Nhật Linh

MSSV: 20196622Mã lớp: 736190

Đánh giá của thầy hỏi

Hà Nội, 1/2024

Lời nói đầu

Xe ô tô ngày càng hoàn thiện, nhưng cần xem xét nghiêm túc ảnh hưởng củadao động trong bối cảnh phát triển văn hóa và kinh tế Đối với xe tải đông lạnh, antoàn hàng hóa, áp lực đường và giảm tải trọng là những yếu tố quan trọng Dao độngngoài phạm vi cho phép có thể làm tăng nguy cơ tai nạn và ảnh hưởng đến sức khỏecon người

Hệ thống treo ôtô tạo ra dao động ảnh hưởng xấu đến hàng hoá, tuổi thọ xe, vàsức khỏe người lái Những xe chạy trên đường xấu thường có tốc độ thấp, quãngđường giữa các chu kỳ bảo dưỡng ngắn hơn, và năng suất vận chuyển giảm.

Lâu dài chịu đựng dao động từ xe có thể gây mệt mỏi và ảnh hưởng đến sứckhỏe Trong khi các nước phát triển chú trọng vào tối ưu hóa hệ thống treo, ViệtNam vẫn đối mặt với thách thức về chất lượng xe và thiết kế để đáp ứng tiêu chuẩn,đồng thời giữ giá cả hợp lý.

Mục tiêu của ngành Công nghiệp ôtô nước ta trong những năm tới là nội địatừng phần và tiến tới nội địa toàn phần sản phẩm ôtô Không chỉ dừng lại ở đó,chúng ta đã bắt đầu quan tâm đến tính êm dịu chuyển động, tính an toàn chuyểnđộng hay nói cách khác là tính năng động lực học ôtô, từ đó có những cải tiến hợplý với điều kiện sử dụng của nước ta Để hoàn thành được mục tiêu này, chúng taphải thiết kế các cụm, các chi tiết sao cho phù hợp với điều kiện sử dụng mặt kháccòn phải đảm bảo tính công nghệ tại Việt Nam.

Trước những yêu cầu thực tế đó, em được giao nhiệm vụ: Thiết kế hệ thốngtreo trước cho xe van 0.5 tấn.

Với sự giúp đỡ tận tình của thầy Hoàng Thăng Bình, em đã hoàn thành xong đồán của mình nhưng do năng lực bản thân còn hạn chế và kinh nghiệm thiết kế cònchưa có nên không tránh khỏi những thiếu sót Em mong các thầy thông cảm vàđóng góp ý kiến để em có thể làm tốt hơn trong tương lai.

1.2.1 Hệ thống treo theo cấu tạo bộ phận dẫn hướng 3

1.2.2 Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo của phần tử đàn hồi 3

1.2.3 Phân loại hệ thống treo theo phương pháp dập tắt dao động 3

1.3.Tìm hiểu hệ thống treo và lựa chọn phương án thiết kế

1.3.1 Hệ thống treo phụ thuộc 4

1.3.2 Hệ thống treo độc lập 6

1.3.3 Tìm hiểu về giảm chấn 13

1.3.4 Lựa chọn phương án thiết kế 17

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC

2.1 Các thông số cơ bản của xe van 0.5 tấn

2.3 Tính toán bộ phận giảm chấn

2.3.1 Xác định hệ số cản Kg 29

2.3.2 Xác định kích thước ngoài giảm chấn 31

2.3.3 Xác định kích thước lỗ van giảm chấn 33

CHƯƠNG 3: CÁC HƯ HỎNG THƯƠNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP

3.1 Bộ phận đàn hồi

3.2 Bộ phận giảm chấn

Tài liệu tham khảo

Hình 1 7 Hệ thống treo kiểu đòn chéo

Hình 1 8 Hệ thống treo Mac Pherson

Hình 1 9 Hệ thống treo độc lập đòn chéo

Hình 1 10 Hệ thống treo độc lập lò xo thanh xoắn

Hình 1 11 Cấu tạo giảm chấn 1 lớp vỏ

Hình 1 12 Cấu tạo giảm chấn 2 lớp vỏ

Hình 1 13 Quá trình nén - giãn của giảm chấn hai lớp vỏ

Hình 2 1 Khoảng cách chung treen hệ thống treo

Hình 2 2 Thông số của nửa bó nhíp

Hình 2 3 Tai nhíp

Hình 2 4 Biểu đồ lực nén trả trong giảm chấn

Hình 3 1 Kiểm tra nhíp

Danh mục bảng biểuBảng 2 1 Bảng thông số chiều dài các lá nhíp 23

Bảng 2 2 Bảng tính độ cứng 24

Bảng 2 3 Bảng giá trị hệ phương trình 26

Bảng 2 4 Bảng ứng suất tại các điểm đặc biệt 28

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ VÀ LỰACHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.1 Tổng quan về hệ thống treo1.1.1 Lịch sử hình thành

Xã hội loài người khi bắt đầu xuất hiện những phương tiện vận tải đầu tiên đãquan tâm đến vấn đề dao động của chúng Ngay từ khi xuất hiện những phương tiệngiao thông là xe kéo, ban đầu người ta nối cứng bánh xe với khung xe Việc dichuyển chỉ thích hợp cho việc thồ hàng mà không tiện cho người ngồi trên xe Vềsau con người tìm ra xăm lốp có thể giảm bớt được các chấn động trên xe Và khikhoa học phát triển đã tìm được nguyên tắc dập tắt các dao động qua đó hình thànhnên các hệ thống treo của các xe như hiện nay.

1.1.2 Công dụng

Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ô tô với bánh xe, có tác dụng làmêm dịu cho quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe (bánh xe daođộng trong mặt phẳng đứng) va truyền lực giữa khung vỏ với bánh xe.

Trong trường hợp hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo nối khung vỏ với bánhthông qua dầm cầu, (hoặc vỏ cầu) Để đơn giản chúng ta coi hệ thống treo nối đànhồi với khung vỏ với bánh xe.

Xe chuyển động có êm dịu hay không phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng của hệthống treo Để đảm bảo công dụng như đã nêu ở trên hệ thống treo thường có 3 bộphận chủ yếu:

Bộ phận hướng.Bộ phận đàn hồi.Bộ phận giảm chấn.Thanh cân bằng (nếu có).

Bộ phận đàn hồi: nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe, tiếp nhận lực thẳng đứng

tác dụng từ khung vỏ tới bánh xe và ngược lại, nhằm biến đổi tần số dao động saocho phù hợp với cơ thể con người (60-80 lần/p) Bộ phận đàn hồi có cấu tạo chủ yếulà một chi tiết (hoặc 1 cụm nhi tiết) đàn hồi bằng kim loại (nhíp, lò xo xoắn, thanhxoắn) hoặc bằng khí (trong trường hợp hệ thống treo bằng khí hoặc thuỷ khí).

Bộ phận giảm chấn: Có tác dụng dập tắt nhanh chóng các dao động bằng cách

biến năng lượng dao động thành nhiệt năng toả ra ngoài Việc biến năng lượng daođộng thành nhiệt năng nhờ ma sát Giảm chấn trên ô tô là giảm chấn thuỷ lực, khi xedao động, chất lỏng trong giảm chấn được pittông giảm chấn dồn từ buồng nọ sang

buồng kia qua các lỗ tiết lưu Ma sát giữa chất lỏng với thành lỗ tiết lưu và giữa cáclớp chất lỏng với nhau biến thành nhiệt nung nóng vỏ giảm chấn toả ra ngoài.

Bộ phận hướng: Có tác dụng đảm bảo động học bánh xe, tức là đảm bảo cho

bánh xe chỉ dao động trong mặt phẳng đứng, bộ phận hướng còn làm nhiệm vụtruyền lực dọc, lực ngang, mô men giữa khung vỏ và bánh xe.

Thanh cân bằng ô tô: hay còn gọi là thanh giằng, là một thanh kim loại cứng

kết nối các bộ phận trọng yếu dễ bị ảnh hưởng khi xe vào cua gấp hoặc di chuyểntrên mặt đường gập ghềnh, giúp tăng độ vững chắc cho thân xe và giảm vặn xoắnkhung xe.

Động học của các bánh xe dẫn hướng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫnhướng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng (nghĩa là chiều rộng cơ sở vàcác góc đặt trụ đứng của bánh xe dẫn hướng không đổi).

Có hệ số cản thích hợp để dập tắt nhanh dao động của vỏ và bánh xe.Đảm bảo sự tương ứng giữa động học của bánh xe với động học của dẫnđộng lái, dẫn động phanh.

Giảm tải trọng động khi ô tô qua đường ghồ ghề.

Phải đảm bảo an toàn, dễ sửa chữa, thay thế và giá thành hợp lý Ngoài ra cóthể chế tạo được với trình độ công nghệ sản xuất trong nước.

1.1.4 Điều kiện làm việc

Làm việc trong điều kiện luôn chịu tải trọng tác dụng từ khối lượng được treolên hệ thống.

Chịu tác dụng của các phản lực từ mặt đường tác dụng ngược lên.

Các bộ phận trong hệ thống làm việc trong điều kiện bị biến dạng, va đập vàdịch chuyển tương đối.

1.2 Phân loại

Các bộ phận chính của hệ thống treo

Hệ thống treo gồm 3 bộ phận chính: bộ phận đàn hồi, bộ phận dẫn hướng và bộphận giảm chấn Ngoải ra, trong một số hệ thống treo có sử dụng bộ phận ổn địnhngang Và phân loại của hệ thống treo cũng dựa vào bộ phận giảm chấn, hướng, đànhồi.

1.2.1 Hệ thống treo theo cấu tạo bộ phận dẫn hướng

Hệ thống treo phụ thuộc (theo phần 1 hình 1.1): là hệ thống treo mà bánh xe

bên trái và bên phải được liên kết với nhau bằng dầm cứng (liên kết dầm cầu liền),cho nên khi một bánh xe bị chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc thẳng đứng)thì bánh xe bên kia cũng bị dịch chuyển Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc là cấutạo đơn giản, rẻ tiền, và bảo đảm độ êm dịu chuyển động cần thiết cho các xe có tốcđộ chuyển động không cao lắm Nếu ở hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi lànhíp thì nó làm được cả nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng.

Hệ thống treo cân bằng: dùng ở những xe có tính năng thông qua cao với 3

hoặc 4 cầu chủ động để tạo mối quan hệ phụ thuộc giữa hai hàng bánh xe ở hai cầuliền nhau.

Hệ thống treo độc lập (theo phần 2 hình 1.1): là hệ thống treo mà bánh xe bên

phải và bánh xe bên trái không có liên kết cứng Do đó sự dịch chuyển của một bánhxe không gây nên sự dịch chuyển của bánh xe kia Tùy theo mặt phẳng dịch chuyểncủa bánh xe mà người ta phân ra hệ thống treo độc lập có sự dịch chuyển bánh xetrong mặt phẳng ngang, trong mặt phẳng dọc và đồng thời trong cả hai mặt phẳngdọc và ngang Hệ thống treo độc lập chỉ sử dụng ở những xe có kết cấu rời, có độêm dịu của cả xe cao, tuy nhiên kết cấu của bộ phận hướng phức tạp, giá thành đắt.

1.2.2 Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo của phần tử đàn hồi

Phần tử đàn hồi là kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn.

Phần tử đàn hồi là khí nén gồm: phần tử đàn hồi khí nén có bình chứa là caosu kết hợp sợi vải bọc làm cốt; dạng màng phân chia và dạng liên hợp.

Phần tử đàn hồi là thủy khí có loại kháng áp và không kháng áp.

1.2.3 Phân loại hệ thống treo theo phương pháp dập tắt dao động

Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn thủy lực gồm giảm chấn dạng đòn vàdạng ống.

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

1- Hệ thống treo phụ thuộc 2- Hệ thống treo độc lập

1.3 Tìm hiểu hệ thống treo và lựa chọn phương án thiết kế

Hiện nay trên ô tô sử dụng hệ thống treo với nhiều dạng khác nhau Có kết cấuthay đổi tùy theo từng xe cụ thể, tùy theo nhà sản xuất Nhưng nhìn chung chungđều nằm ở hai dạng là: Hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập.

1.3.1 Hệ thống treo phụ thuộc

Nguyên lý hoạt động: Hai bánh xe trái và phải được nối nhau bằng một dầm

cứng nên khi dịch chuyển một bánh xe trong mặt phẳng ngang thì bánh xe còn lạicũng dịch chuyển Do đó hệ thống treo phụ thuộc không thể đảm bảo đúng hoàntoàn động học của bánh xe dẫn hướng Hệ thống treo phụ thuộc thường được sửdụng trong hệ thống treo cầu sau của ô tô du lịch và ở tất cả các cầu của ô tô tải, ô tôkhách loại lớn.

Khó bố trí các cụm của ô tô nếu đặt hệ thống treo phụ thuộc ở đằng trước.Một số hệ thống treo phụ thuộc phổ biến trên ô tô:

Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi là nhíp lá.Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi là lò xo trụ.1.3.1.1 Hệ thống treo phụ thuộc phần tử đàn hồi là nhíp lá

Ưu điểm:

Nhíp vừa là cơ cấu đàn hồi, vừa là cơ cấu dẫn hướng và một phần làm nhiệmvụ giảm chấn nghĩa là thực hiện toàn bộ chức năng của hệ thống treo Do đókết cấu hệ thống treo sẽ đơn giản.

Với chức năng là bộ phận dẫn hướng, nhíp có thể truyền được lực dọc (lựckéo hoặc lực phanh) và lực ngang từ bánh xe qua cầu xe lên khung.

Chức năng đàn hồi theo phương thẳng đứng.

Ngoài ra nhíp cũng có khả năng truyền các mômen từ bánh xe lên khung Đólà mômen kéo hoặc mômen phanh.

1.3.1.2 Hệ thống treo phụ thuộc phần tử đàn hồi nhíp là lò xo trụ

Hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi là lò xo trụ có thể được bố trí ở cầubị động hoặc ở cầu chủ động (theo hình 1.3 phía dưới).

Ưu điểm:

Nếu có cùng độ cứng và độ bền thì lò xo trụ có trọng lượng nhẹ hơn nhíp.Lò xo trụ có tuổi thọ lớn hơn nhíp, khi làm việc giữa các vành lò xo không cóma sát như giữa các lá nhíp, không phải bảo dưỡng và chăm sóc như chămsóc nhíp.

1.3.2 Hệ thống treo độc lập

Nguyên lý hoạt động: Hệ thống treo độc lập khi hai bánh xe trái và phải không

có quan hệ trực tiếp với nhau Khi dịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng nằmngang, bánh xe kia không chịu ảnh hưởng đó Hệ thống treo độc lập thường được sửdụng ở cầu trước ôtô du lịch, hiện nay có một số loại ô tô sử dụng hệ thống treo độclập cho tất cả các cầu.

Khối lượng không được treo của hệ thống nhỏ hơn so với hệ thống treo phụthuộc Do đó tăng trọng lượng bám, tăng độ êm dịu của ôtô.

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

Nhược điểm:

Kết cấu phức tạp gồm nhiều chi tiết.

Trong quá trình chuyển động, vết bánh xe không cố định do vậy xảy ra tìnhtrạng mòn lốp nhanh.

Khi chịu lực bên (ly tâm, đường nghiêng, gió bên) hai bánh xe không liên kếtcứng, vì vậy xảy ra hiện tượng trượt bên bánh xe.

Một số hệ thống treo độc lập dùng cho ô tô:

Hệ thống đòn dọcHệ thống 2 đòn ngang

Hệ thống 1 đòn ngang (MacPherson)Hệ thống đòn chéo

Hệ thống phần tử đàn hồi thanh xoắn1.3.2.1 Hệ thống treo độc lập đòn treo dọc:

Hình 1 4 Hệ thống treo độc lập 2 đòn dọc

Ưu điểm:

Dễ dàng tháo lắp toàn bộ cầu xe, kết cấu đơn giản.

Có trọng lượng phần không được treo bé và chiều rộng cơ sở không thay đổi.Giảm nhẹ được lực tác dụng lên đòn ngang và các khớp quay, đồng thờikhông cần dùng đến thanh ổn định (dựng đòn liên kết có độ cứng nhỏ).

Không có moment hiệu ứng con quay ở bánh xe dẫn hướng, không gây nênsự thay đổi góc nghiêng ngang bánh xe, động học dẫn động lái đúng.

Nhược điểm:

Đòi hỏi công nghệ hàn cao, tải trọng đặt lên cầu xe hạn chế và có thể làmquay trục cầu xe khi đi trên đường vòng ở trạng thái quay vòng thừa.1.3.2.2 Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang

Ưu điểm:

Khắc phục được sự phát sinh moment hiệu ứng con quay.

Triệt tiêu được sự rung của bánh xe đối với trục đứng.Khắc phục được sự thay đổi độ nghiêng mặt phẳng quay của bánh xe.

Trọng tâm xe thấp, độ nghiêng thùng xe khi chịu lực ly tâm nhỏ.

Góc lệch và chuyển vị nhỏ nên có khả năng ổn định khi chuyển động ở tốc độ cao.

Khối lượng của phần không treo nhỏ đảm bảo độ êm dịu khi chuyển động trên đường gồ ghề.

Nhược điểm:

Kết cấu phức tạp, chiếm khoảng không gian lớn trên xe.Do sự thay đổi ∆B tương đối lớn nên lốp nhanh mòn.Độ ổn định ngang của bánh xe kém (khi quay vòng).Động học của bánh xe phụ thuộc vào độ dài của đòn dưới.Chiều rộng cơ sở cũng như độ nghiêng bên thay đổi.a Hai đòn ngang hình bình hành

Loại hai đòn hình bình hành có kết cấu gồm hai đòn ngang có kích thước bằngnhau và một đòn đứng, kết hợp với khung xe tạo thành một cơ cấu bốn khâu hìnhbình hành Loại này có không có góc lệch trục α nhưng dịch chuyển ngang của bánhxe ∆B lớn.

Để truyền được lục dọc, các đòn ngang có kết cấu hình chữ A hoặc chữ V.Nhưng do dịch chuyển ngang của bánh xe quá lớn, nên bộ phận hướng này cũng ítđược dùng.

Hình 1 5 Hệ thống treo 2 đòn ngang hình bình hành

b Hai đòn hình thang

Loại hai đòn hình thang được dùng rất phổ biến trên xe con và xe bán tải, xe tảinhỏ Loại này gồm hai đòn ngang không bằng nhau và một đòn đứng, kết hợp vớikhung xe tạo thành cơ cấu bốn khâu hình thang Các đòn liên kết với khung xe bằngcác khớp bản lề Đòn ngang trên có chiều dài nhỏ hơn đòn ngang dưới Kết cấu nàyđảm bảo cho bộ phận hướng truyền đọc lực dọc và đảm bảo độ dịch chuyển ngangcủa bánh xe cùng với góc lệch trục bánh xe so với vị trí ban đầu trong giới hạn chophép

Hình 1 6 Hệ thống 2 đòn treo hình thang

1.3.2.3 Hệ thống treo độc lập kiểu đòn chéo

Loại này thường được sử dụng trên các bộ phận hướng của hệ thống treo Việcdẫn hướng bánh xe được thực hiện các qua các đòn dẫn hướng hình tam giác đượcbố trí như hướng nghiêng Nhờ các ổ đỡ dẫn hướng nằm cách xa nhau nên có thểtiếp nhận được các lực dọc và ngang lớn, qua đó có thể cải thiện độ chính xác củaviệc bánh xe dẫn hướng Để cải thiện tính chuyển động của xe, đòn dẫn hướng tamgiác được bố trí nghiêng xuống trục ngang Khi độ đàn hồi nén lại bánh xe có độdoãng âm, khi độ đàn hồi giãn lại bánh xe có độ doãng dương Lực bám ngang đượccải thiện khi xe chạy trong vòng cua.

Ưu điểm:

Tăng độ cứng vững nên tăng khả năng chịu lực ngang.

Giảm thiểu sự thay đổi của góc đặt bánh xe (độ chụm, vết bánh xe và gócnghiêng ngang của trụ đứng) xảy ra do bánh xe dao động trong phương thẳngđứng.

Kết cấu đơn giản và chiếm ít không gian.

Hệ thống treo Mc Pheson có nhưng đặc diểm sau: Cấu tạo của hệ thống treo này khá đơn giản.

Vì có ít chi tiết, nhẹ nên giảm được phần khối lượng không được treo.Nhờ có khoảng chiếm chỗ của hệ thống treo nhỏ nên khoảng sử dụng trongkhoang động cơ tăng lên.

Nhờ có khoảng cách lớn giữa các điểm đỡ của hệ thống treo nên ít gặp phiềnphức về căn chỉnh góc đặt bánh trước do lắp ghép không đúng hoặc do sai sóttrong chế tạo các chi tiết Vì vậy, ngoại trừ độ chụm (của hai bánh xe trước)việc điều chỉnh góc đặt bánh xe thường là không cần thiết.

Nhưng nhược điểm của hệ thống Mc Pherson là do giảm chấn vừa phải làm chứcnăng của giảm chấn lại làm nhiệm vụ của trụ đứng nên trục giảm chấn chịu tải lớn

Theo phương pháp thế năng biến dạng đàn hồi độ cứng của nhíp được tính theocông thức sau: C=

6 Eα∑k=1n

Do trong bộ nhíp có 2 lá nhíp cái có chiều dài và chiều dày giống nhau nên tacoi 2 lá nhíp cái là lá thứ nhất với:

Như vậy, khi tính toán theo phương án trên, lá nhíp này ngay dưới lá nhíp cuốicùng được coi là lá nhíp thứ 2

Ta có bảng sau:

Bảng 2 2 Bảng tính độ cứng

k lk

a (Y -Y )3

1 26.0 8.02959614 3.2 0.45 0.0243 0.0243 41.15 20.58 10652.335522 22.2 11.8479817 3.2 0.45 0.0243 0.0486 20.58 6.86 11407.109373 18.4 15.724 3.2 0.45 0.0243 0.0729 13.72 3.43 13332.192814 14.5 19.7 3.2 0.45 0.0243 0.0972 10.29 2.06 15731.220165 10.5 23.9 3.2 0.45 0.0243 0.1215 8.23 1.37 18726.91221

Σa (Y -Y3

29