CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO XE KIA+ Bộ phận đàn hồi : Dùng để tiếp nhận và truyền các tải trọng thẳng đứng giảm vađập và tải trọng tác động lên khung vỏ và hệ thống chuyển động,
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO XE KIA K3000
Giới thiệu chung về hệ thống treo
Hệ thống treo là tập hợp tất cả các cơ cấu để nối đàn hồi khung hoặc vỏ ôtô với các cầu hay hệ thống chuyển động.
Hệ thống treo bao gồm ba bộ phận chính: bộ phận đàn hồi, bộ phận hướng, và bộ phận giảm chấn, mỗi bộ phận có nhiệm vụ và chức năng riêng biệt.
Bộ phận đàn hồi là thành phần quan trọng trong ôtô, có chức năng tiếp nhận và truyền tải trọng thẳng đứng, giúp giảm thiểu va đập và tải trọng tác động lên khung vỏ cùng hệ thống chuyển động Điều này đảm bảo độ êm ái cần thiết cho xe khi di chuyển, mang lại trải nghiệm lái xe thoải mái và an toàn.
Bộ phận dẫn hướng chịu trách nhiệm tiếp nhận và truyền tải các lực dọc, lực ngang cùng với các mômen phản lực và mômen phanh tác động lên xe Động học của bộ phận này quyết định đặc tính dịch chuyển tương đối của bánh xe so với khung và vỏ xe.
Bộ phận giảm chấn trong hệ thống treo có vai trò quan trọng trong việc tạo lực cản, giúp dập tắt các dao động của phần được treo và không được treo Nó hoạt động bằng cách biến cơ năng thành nhiệt năng, từ đó tiêu tán ra môi trường xung quanh.
Hệ thống treo của ôtô du lịch bao gồm ba bộ phận chính và một bộ phận phụ quan trọng là bộ phận ổn định ngang Bộ phận ổn định ngang giúp giảm thiểu độ nghiêng và các dao động góc ngang của thùng xe, mang lại sự ổn định và an toàn khi di chuyển.
Hệ thống treo cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản để đảm bảo độ êm dịu khi xe di chuyển trên đường tốt và giảm thiểu va đập khi chạy trên đường xấu Đặc tính đàn hồi, được xác định bởi độ võng tỉnh và hành trình động, phải giữ cho xe không bị nghiêng, ngửa hay chúc đầu trong các tình huống quay vòng, tăng tốc hoặc phanh Đặc tính động học, được quyết định bởi bộ phận dẫn hướng, cần đảm bảo sự ổn định và khả năng điều khiển cao cho xe Cụ thể, chiều rộng cơ sở và góc đặt các trục quay đứng của bánh xe dẫn hướng phải không đổi hoặc thay đổi không đáng kể, đồng thời cần đảm bảo sự tương ứng động học giữa các bánh xe và hệ thống lái để tránh hiện tượng tự quay vòng hoặc dao động của bánh xe dẫn hướng.
Giảm chấn phải có hệ số dập tắt dao động thích hợp để dập tắt dao động hiệu quả và êm dịu.
Có khối lượng nhỏ, đặc biệt là phần không được treo
Kết cấu đơn giản dể bố trí, làm việc bền vững tin cậy.
Hiện nay có nhiều loại hệ thống treo khác nhau.
Hệ thống treo được phân loại thành hai loại chính dựa trên sơ đồ bộ phận dẫn hướng: hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc.
Hệ thống treo độc lập.
Hệ thống treo độc lập là hệ thống treo được đặc trưng cho dầm cầu cắt (không liền) cho phép các bánh xe dịch chuyển độc lập
+ Nó cho phép tăng độ võng tỉnh, độ võng động, do đó tăng độ êm dịu chuyển động của xe
+ Nó cho phép giảm dao động các bánh xe dẩn hướng do hiệu ứng momen con quay.
+ Tăng khả năng bám đường, cho nên tăng được tính ổn định và điều khiển.
- Nhược điểm: Có kết cấu phức tạp, đắt tiền đặc biệt với cầu chủ động.
Hệ thống treo phụ thuộc.
Hệ thống này được thiết kế đặc trưng cho dầm cầu liền, trong đó sự dịch chuyển của các bánh xe trên cầu có sự phụ thuộc lẫn nhau Lực và mô men từ bánh xe được truyền lên khung thông qua các phần tử đàn hồi như nhíp hoặc qua các thanh nối.
+ Cấu tạo đơn giản, giá thành hạ trong khi đảm bảo hầu hết các yêu cầu của hệ thống treo khi tốc độ không lớn.
+ khi tốc độ lớn không đảm bảo tính ổn định và điều khiển so với hệ thống treo độc lập.
Ngoài ra hệ thống treo còn phân loại theo phần tử đàn hồi và theo phương pháp dập tắt dao động
Theo loại phần tử đàn hồi, chia ra:
+Loại kim loại, gồm: nhíp lá, lò xo xoắn, thanh xoắn
+Loại cao su: chịu nén hoặc chịu xoắn
+Loại khí nén và thuỷ khí
Theo phương pháp dập tắt dao động:
+Loại giảm chấn thuỷ lực: tác dung một chiều và hai chiều
+Loại giảm chấn bằng ma sát cơ: ma sát trong bộ phận đàn hồi và trong bộ phận dẫn hướng.
Cấu tạo chung của hệ thống treo
Trên ô tô bộ phận đàn hồi có thể dùng các loại : Nhíp, lò xo, thanh xoắn, cao su, khí nén hay thuỷ khí
Nhíp: Là loại đàn hồi dùng rất phổ biến
+ Kết cấu và chế tạo đơn giản
+ Sữa chữa bảo dưỡng dễ dàng
+ Có thể đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và một phần nhiệm vụ của bộ phận giảm chấn.
- Trọng lượng lớn, tốn nhiều kim loại
- Thời gian phục vụ ngắn
Kết cấu nhíp được thiết kế với kích thước nhỏ gọn và độ bền cao, giúp dễ dàng bố trí lên xe, tối ưu hóa việc sử dụng vật liệu và giảm khối lượng Nhíp có thể được phân loại thành nhíp nhiều lá hoặc nhíp ít lá (nhíp parabol) Nhíp ít lá mang lại những ưu điểm nổi bật trong việc cải thiện hiệu suất và khả năng chịu tải.
Hình 1 1: Nhíp parabol(tiết diện thay đổi theo chiều dài)
1 Đệm cách; 2 Nhíp; 3 Bu lông trung tâm
Nhíp ít lá có cấu trúc gồm nhíp trước và nhíp sau, với ưu điểm là hệ số sử dụng vật liệu cao, khối lượng nhỏ và tuổi thọ lớn Tuy nhiên, chiều dài lớn của nhíp thường gây khó khăn trong việc bố trí lên xe Để khắc phục vấn đề này, có thể tăng chiều rộng của nhíp hoặc sử dụng một số lá có chiều dài bằng nhau.
Hình 1 3: Kết cấu nhíp nhiều lá Tiết diện lá nhíp: có thể hình chử nhật , hình thang, chử T hay có rãnh ở giữa
Tiết diện của các lá nhíp có thể được thiết kế theo các hình dạng khác nhau như chữ nhật, hình thang hoặc ô van vát mỏng, với kết cấu đầu lá nhíp đa dạng.
Hình 1 5: Dạng đầu các lá nhíp a Chử nhật; b Hình thang; c Ô van vát mỏng
- Để lắp nhíp lên khung xe, đầu một hay hai lá nhíp trên cùng được uốn cong lại thành tai nhíp
Hình 1 6: Kết cấu tai nhíp
Để giảm áp lực cho các lá nhíp chính và phân bổ tải trọng đồng đều lên các lá nhíp trên và dưới, người ta thiết kế các lá nhíp với độ cong ban đầu khác nhau Sau khi ghép lại, các lá nhíp sẽ đạt được độ cong đồng nhất.
Hình 1 7: Kết cấu bộ nhíp
Hình 1.8: Kết cấu bộ nhíp
1 Bu lông trung tâm ; 2 Vòng kẹp Để ghép thành bộ , các lá nhíp được đột lỗ rồi dùng bu lông trung tâm 1 xỏ qua và xiết chặt lại Ngoài ra cũng có thể được định vị bằng gờ lồi và rãnh lỏm Để các lá nhíp không bị xoay lệch và để truyền lực từ các lá nhíp người ta dùng các vòng kẹp để bó các lá nhíp lại
Dùng nhiều trên xe du lịch với cả hệ thống treo độc lập và phụ thuộc
+ Ưu điểm: Kết cấu và chế tạo đơn giản, trọng lượng nhỏ, kích thước gọn
Nhược điểm của hệ thống này là chỉ có khả năng tiếp nhận tải trọng thẳng đứng mà không thể truyền tải các lực dọc ngang, do đó cần phải lắp thêm bộ phận hướng riêng Phần tử đàn hồi lò xo chủ yếu sử dụng lò xo trụ chịu nén với đặc tính tuyến tính, nhưng cũng có thể chế tạo lò xo với bước thay đổi dạng côn hoặc parabol để đạt được đặc tính đàn hồi phi tuyến.
- Ưu điểm : Kết cấu đơn giản, khối lượng phần không được treo nhỏ, tải trọng phân bố lên khung tốt hơn
- Nhược điểm : Chế tạo khó khăn , bố trí lên xe nhỏ hơn do thanh xoắn thường có chiều dài lớn hơn
Thanh xoắn có thể có tiết diện tròn hay tấm dẹt, lắp đơn hay ghép chùm
Thanh xoắn ghép chùm thường được sử dụng trong các kết cấu có chiều dài hạn chế Chúng được lắp nối lên khung và bánh xe thông qua các đầu dẫn hướng bằng đầu then hoa, có dạng tam giác với góc giữa các mặt then là 90 độ.
1.2.4 Phần tử đàn hồi loại khí nén
Dùng trên một số xe du lịch cao cấp hoặc trên ôtô khách , tải cở lớn
+ Có thể tự động điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp suất khí
+ Cho phép điều chỉnh vị trí của thùng xe đối với mặt đường
+ Khối lượng nhỏ , làm việc êm dịu
+ Không có ma sát trong phần tử đàn hồi
+ Kết cấu phức tạp, đắt tiền
+ Phải dùng bộ phận dẫn hướng và giảm chấn độc lập
Cấu trúc của phần tử đàn hồi bao gồm hình dạng bầu tròn hoặc ống, với vỏ bầu được tạo thành từ hai lớp sợi cao su Bên ngoài được phủ một lớp cao su bảo vệ, trong khi mặt trong được lót bằng một lớp cao su làm kín Độ dày của thành vỏ dao động từ 3-5 mm.
Hình 1 9: Phần tử đàn hồi khí nén loại bầu
1 Vỏ bầu ; 2 Đai xiết ; 3 Vòng kẹp;
Hình 1 10: Phần tử đàn hồi khí nén loại ống
1 Pittong ; 2 Ống lót; 3 Bu long; 4,7 Bích kẹp; 5 Ụ cao su;
6 Vỏ bọc; 8 Đầu nối ; 9 Nắp
1.2.5 Phần tử đàn hồi thuỷ khí
Dùng trên các xe có tải trọng lớn hoặc rất lớn
- Ưu điểm: tương tự phần tử đàn hồi khí nén, ngoài ra còn có ưu điểm như: + Có đặc tính đàn hồi phi tuyến
+ Đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận giảm chấn
+ Kích thước nhỏ gọn hơn
+ Kết cấu phức tạp, đắt tiền
+ Yêu cầu độ chính xác chế tạo cao
Kết cấu của phần tử đàn hồi thủy khí được thiết kế với xi lanh kim loại và pittông di chuyển bên trong, nhằm chịu được áp suất làm việc cao Để đảm bảo không khí không tiếp xúc trực tiếp với pittông, xi lanh được nạp dầu, tạo ra môi trường trung gian Áp suất được truyền giữa pittông và khí nén thông qua lớp dầu này.
Dầu đồng thời có tác dụng giảm chấn khi tiết lưu qua các lỗ và van bố trí kết hợp trong kết cấu
Phần tử đàn hồi thuỷ khí được phân loại thành các loại khác nhau, bao gồm: loại có khối lượng khí không đổi hoặc thay đổi, loại có hoặc không có buồng đối áp, và loại có khả năng điều chỉnh hoặc không điều chỉnh.
Hình 1 11: Phần tử đàn hồi thuỷ khí loại không có buồng đối áp
I Khoang chính a Khí trơ bố trí trong xi lanh b Khí trơ bố trí trong cần pittông c,d Khí trơ bố trí trong bầu hình cầu
Hình 1 12 : Phần tử đàn hồi thuỷ khí loại có buồng đối áp
II Buồng đối áp chứa khí trơ
Bộ phận hướng
1.3.1 Bộ phận hướng của hệ thống treo phụ thuộc
Nếu phần tử đàn hồi là nhíp, nó sẽ đảm nhận vai trò của bộ phận hướng Trong trường hợp phần tử đàn hồi không thực hiện chức năng này, cơ cấu đòn 4 thanh hoặc chữ V sẽ được sử dụng.
Hình 1 13: Sơ đồ bộ phận hướng của hệ thống treo phu thuộc
1.3.2 Bộ phận hướng của hệ thống treo độc lập
Trong hệ thống treo độc lập, các bộ phận đàn hồi và bộ phận hướng được thiết kế tách biệt Bộ phận đàn hồi thường bao gồm lò xo trụ hoặc thanh xoắn, trong khi bộ phận hướng sử dụng các thanh đòn để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho phương tiện.
Hệ thống treo độc lập có nhiều loại khác nhau, bao gồm sơ đồ động bộ phận với các loại đòn như sau: a Loại 1 đòn; b Loại 2 đòn có chiều dài bằng nhau; c,d Loại hai đòn với chiều dài khác nhau Các loại này đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng vận hành và sự ổn định của xe.
- Loại đòn-ống hay Macpherxon
Hình 1 15: Hệ thống treo độc lập loại đòn - ống (Macpherxon)
Hình 1 16: Sơ đồ hệ thống treo loại nến
Trên ô tô hiện nay, hệ thống giảm chấn chủ yếu sử dụng loại giảm chấn thủy lực, hoạt động dựa trên nguyên lý tiết lưu chất lỏng qua khe hẹp Nguyên lý này giúp chuyển đổi cơ năng dao động thành nhiệt năng, sau đó nhiệt năng được tỏa ra môi trường.
Yêu cầu của giảm chấn:
+ Dập tắt dao động một cách hiệu quả
+ Làm việc trong những điều kiện đường xá và môi trường khác nhau
+ Kích thước trọng lượng nhỏ, giá thành thấp
+ Giảm chấn được chia ra : loại đòn , loại ống, loại có hay không có van giảm tải, có hay không có buồng bù
Sơ đồ nguyên lý làm việc của giảm chấn bao gồm hai loại: giảm chấn đòn và giảm chấn ống Giảm chấn đòn không được nối trực tiếp mà qua các thanh đòn đến cầu hoặc bánh xe, dẫn đến pittông phải chịu lực lớn, làm tăng trọng lượng và giảm hiệu quả làm mát, do đó hiện nay loại này hầu như không còn được sử dụng trên ô tô.
Hình 1 18 : Sơ đồ nguyên lý làm việc của giảm chấn
Do được bố trí như vậy nên lực tác dụng lên pittong giảm chấn nhỏ và điều kiện làm mát giảm chấn rất tốt
TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO TRÊN XE KIA K3000S
Sơ đồ chi tiết hệ thống treo
Hình 2 1: Hệ thống treo trước.
3 Nhíp 4 Bulong quang nhíp 5.Dầm cầu 6 Ụ cao su
2.1.2 Hệ thống treo sau xe KIA K3000S.
Hình 2 2: Hệ thống treo sau.
3 Nhíp 4 Bulong quang nhíp5.Dầm cầu 6 Ụ cao su
Kết cấu các chi tiết và bộ phận chính
Bộ phận đàn hồi trên xe KIA K3000S là nhíp nhiều lá gồm:
2.2.1.1 Kết cấu của lá nhíp:
- Tiết diện lá nhíp hình chử nhật
Hình 2 3: Kết cấu của lá nhíp a Tiết diện lá nhip; b Kết cấu đầu lá nhip; c Kết cấu tai nhíp
Đầu lá nhíp có tiết diện hình chữ nhật với kích thước chiều rộng 70 mm và chiều dày 8 mm, mang lại ưu điểm dễ chế tạo Để lắp đặt nhíp lên khung xe, đầu lá nhíp trên cùng được uốn cong thành tai nhíp.
- Tai nhíp trên xe là tai nhíp không cường hoá vì xe tải trọng nhỏ
Để giảm tải cho các lá nhíp chính và phân bố đều tải cho các lá nhíp trên và dưới, cần chế tạo các lá nhíp với độ cong ban đầu khác nhau Khi ghép các lá nhíp này lại, chúng sẽ đạt được cùng độ cong đồng nhất.
- Ở cầu sau của xe sử dụng thêm nhíp phụ để xe chạy êm dịu khi không hay non tải và nhíp đủ cứng khi đầy tải
2.2.1.2 Kết cấu của bộ nhíp:
Các lá nhíp sau khi được chế tạo được lắp ghép với nhau thành bộ nhíp nhờ bu long trung tâm và các vòng kẹp
Bu lông trung tâm có vai trò quan trọng trong việc giữ và ép chặt các lá nhíp với nhau, đồng thời giúp định vị khi lắp đặt nhíp lên dầm cầu.
Các vòng kẹp giữ cho các lá nhíp không bị xoay lệch, đồng thời giúp truyền lực từ các lá nhíp chính ở phía trên xuống các lá dưới trong quá trình trả.
+ Kết cấu và chế tạo đơn giản
+ Sữa chữa bảo dưỡng dễ dàng
+ Có thể đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và một phần nhiệm vụ của bộ phận giảm chấn.
Trên xe sử dụng dầm cầu liền, sự di chuyển của các bánh xe trên cùng một cầu có sự phụ thuộc lẫn nhau Lực từ bánh xe được truyền trực tiếp lên khung thông qua nhíp.
Hình 2 4: Sơ đồ bộ phận hướng
1 Bánh xe; 2 Dầm cầu; 3 Nhíp Ưu điểm:
+ Giá thành hạ trong khi vẫn đảm bảo hầu hết các yêu cầu của hệ thống treo khi tốc độ không lớn.
Giảm chấn sử dụng trên xe là loại giảm chấn ống
Hình 2 5 Giảm chấn 1.Đệm làm kín ; 2.Thành ngoài giảm chấn ; 3.Thành trong giảm chấn; 4 Cần pittông;
5.Đĩa van thông ;6.Van trã; 7 Van nén ;
8 van hút; 9 Khoang hồi dầu; 10.Khe thiết lưu;
Piston có hai dãy lỗ khoan theo các vòng tròn đồng tâm, với dãy lỗ ngoài được đậy bởi đĩa của van thông 5 và dãy lỗ trong được bảo vệ bởi van trả 6 Ngoài ra, trên piston còn có một lỗ tiết lưu 12 luôn mở.
Trên đáy xi lanh, có hai dãy lỗ được thiết kế: dãy lỗ ngoài được bảo vệ phía trên bởi đĩa van hút 8, trong khi dãy lỗ trong được che phủ phía dưới bởi van nén 7.
- Giữa hai ống của giảm chấn có khe hở tạo nên một buồng chứa phụ còn gọi là buồng bù, để chứa dầu khi giảm chấn làm việc.
Trong quá trình nén nhẹ, piston di chuyển xuống dưới với tốc độ chậm, khiến dầu được ép từ khoang dưới qua các lỗ tiết lưu và van thông lên khoang trên Do thể tích mà piston giải phóng ở khoang trên nhỏ hơn thể tích chiếm chỗ khi di chuyển xuống, một phần dầu buộc phải chảy qua khe tiết lưu.
10 trên van 7, đi sang buồng bù của giảm chấn.
Piston di chuyển xuống với tốc độ cao, tạo áp suất lớn trong khoang dưới, khiến lò xo mở van nén 7 cho phép dầu chảy sang buồng bù Nhờ đó, sức cản giảm chấn giảm đột ngột, hạn chế lực tác động lên cần giảm chấn.
Khi piston di chuyển lên trên với tốc độ nhỏ, dầu từ khoang trên được ép qua các lỗ tiết lưu 12 xuống khoang dưới Thể tích mà piston giải phóng ở khoang dưới lớn hơn thể tích mà nó chiếm chỗ khi di chuyển lên trên, do có thêm cần piston ở khoang trên Do đó, lượng dầu chảy từ khoang trên xuống không đủ để bù đắp cho thể tích giải phóng ở khoang dưới, tạo ra độ chênh áp giữa khoang dưới và buồng bù Kết quả là, dầu từ buồng bù chảy qua van hút 8 vào khoang dưới piston để bù cho lượng dầu còn thiếu.
Piston di chuyển lên trên với tốc độ lớn, tạo ra áp suất cao trong khoang trên, ép lò xo mở van trả 2 cho phép dầu chảy qua dãy lỗ xuống khoang dưới Quá trình này giúp giảm đột ngột sức cản giảm chấn, từ đó hạn chế lực tác động lên cần giảm chấn.
Các van dạng đĩa - lò xo có quán tính rất nhỏ, nên đảm bảo cho dầu lưu thông kịp thời từ khoảng này sang khoang kia.
Sự ổn định của giảm chấn phụ thuộc vào độ kín của mối ghép giữa cần và nắp, với cấu trúc bộ phận làm kín đa dạng, trong đó các vòng làm kín có gân vòng là phổ biến nhất Các vòng này được lắp lên cần với độ căng từ 0,4 đến 0,9 mm và được giữ chặt bằng lò xo, trong khi vòng đệm thứ hai có nhiệm vụ chắn bụi và nước Chúng hoạt động hiệu quả trong dải nhiệt độ từ -50oC đến +160oC, do đó cần được chế tạo từ vật liệu chịu dầu và nhiệt như cao su hoặc cao su chứa flo.
Cần chế tạo từ thép 45, với bề mặt tiếp xúc cần được tôi cao tần và mạ crôm cho các vòng làm kín và ống lót dẫn hướng Ngoài ra, cần phải mài bóng trước và sau khi mạ để đảm bảo chất lượng.
Piston thường được chế tạo từ gang xám hoặc hợp kim kẽm đặc biệt, trong khi các ống lót dẫn hướng thường làm từ đồng đỏ Để giảm thiểu sự dò rỉ dầu khi bị đốt nóng, piston có thể được trang bị các vòng bằng gang hoặc chất dẻo thấm flo, và ống dẫn hướng được làm từ chất dẻo thấm flo hoặc cao su Kim loại gốm tẩm chất dẻo chứa flo là vật liệu tiềm năng cho việc sản xuất piston và các ống lót, giúp giảm ma sát và mài mòn.
Giảm chấn được thiết kế với dầu chống oxy hóa và khả năng tạo bọt cao, mang lại hiệu suất bôi trơn tối ưu Đặc biệt, sản phẩm này có đặc tính nhớt thích hợp, với độ nhớt động thay đổi từ +100oC đến -40oC.
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG TREO TRÊN XE KIA K3000S
Bộ phận đàn hồi
3.1.1 Đặc tính đàn hồi 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 được đặc trưng bởi độ võng tĩnh ft và độ võng động fđ, cần đảm bảo các tiêu chí nhất định.
- Cho xe chuyển động êm dịu trên đường tốt.
- Không va đập liên tục lên bộ phận hạn chế khi chuyển động trên đường xấu với 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).
Dựa vào những giả thuyết trên, ta có trình tự xây dựng như sau:
Độ võng tĩnh của hệ thống treo có mối quan hệ chặt chẽ với tần số dao động riêng, ảnh hưởng đến độ êm dịu của chuyển động Để đạt được độ êm dịu mong muốn, độ võng tĩnh của hệ thống treo cần được chọn trong khoảng 80 - 120 mm đối với ô tô tải.
Do độ võng tĩnh tương ứng với tần số dao động riêng n: n 00/(ft)1/2 dao động trên phút.
- Đối với ô tô tải n = 85 -110 Chọn n = 90[ dao động/ phút ]
Để đảm bảo ổn định cho xe tải, tỉ số giữa độ võng tĩnh của hệ thống treo sau và trước (fs/ft) cần được chọn trong khoảng 1,0 - 1,2 Việc duy trì tỉ số này giúp tránh hiện tượng dao động lắc dọc, đảm bảo an toàn và hiệu suất khi vận hành.
+ Xác định độ võng động (fđ):
Để đảm bảo xe di chuyển êm ái, hệ thống treo không chỉ cần độ võng tĩnh mà còn phải có dung năng động lớn, giúp tránh va chạm giữa các phần khi xe di chuyển trên bề mặt không bằng phẳng Dung năng động của hệ thống treo là công cần thiết để biến dạng hệ thống từ vị trí tải trọng tĩnh đến giá trị tối đa Để tăng dung năng động, cần nâng cao độ võng động hoặc độ cứng của hệ thống treo, tuy nhiên, việc tăng độ võng động sẽ dẫn đến sự dịch chuyển tương đối giữa thùng xe và bánh xe.
- Giảm tính ổn định của ô tô.
- Tăng yêu cầu đối với bộ phận hướng.
Điều kiện làm việc của hệ thống dẫn động lái hiện nay rất phức tạp Đối với kết cấu hiện tại, độ võng động được chấp nhận trong giới hạn là fđ = ft = 80 mm cho ô tô tải.
+ Giá trị hệ số động lực học (Kđ):
Khi độ võng động đã được xác định, năng động của hệ thống treo sẽ phụ thuộc vào giá trị Kđ Để đảm bảo không xảy ra va chạm giữa phần được treo và phần không được treo, hệ số động lực học cần được chọn trong các giới hạn nhất định.
Kđ = 1,75 - 2,5 Xe KIA K3000S là xe tải nhẹ nên chọn: Kđ = 2,5
Dựa vào các thông kỹ thuật của xe KIA K3000S ta có các thông số :
+ Phân bố lên cầu trước G010 [KG]
+ Phân bố lên cầu sau : G020 [KG]
- Trọng lượng toàn bộ : Ga605 [KG]
+ Phân bố lên cầu trước :Ga1605*31/10017,5 [KG]
+ Phân bố lên cầu sau : Ga2605-1117,5$87,5 [KG]
- Chiều dài cơ sở của xe : L0'60[m]
- Tốc độ cực đại của xe : Vmax8[Km/h]
- Bán kính bánh xe: Rbx25 [mm]
3.1.2 Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo trước:
Phân bố trọng lượng tĩnh của hệ thống treo trước, khi ô tô đầy tải:
Trọng lượng không được treo ở cầu trước: [2]
5 ×9,840,4(N) Trong đó: G - Khối lượng được treo1
G - Khối lượng không được treo.kt
- Hệ số khối lượng (đối với ô tô tải = 4 - 5 ) [2]
Trọng lượng tác dụng lên hệ thống treo trước khi ô tô đầy tải đối với một nhíp:
Trọng lượng lớn nhất tác dụng lên bánh xe:
Thay các số liệu K = 2, 5 và Z = 4505,8 [N] vào Zđ tt max ta có:
Hành trình làm việc của hệ thống treo khi phần tử đàn hồi làm việc:
- Khi nhíp biến dạng chạm đến ụ su thì lúc này độ cứng của hệ thống treo tăng lên:
C = C + C [1] nhờ đó đảm bảo được giá trị f và Z trong giới hạn cho phép.c cs đ max
Do tính chất đàn hồi của cao su là phi tuyến, độ cứng C của phần tử đàn hồi phụ thay đổi theo tải trọng p Điểm chạm ụ su được xác định qua biên dạng fcs khi Z = Zmax Đối với xe tải, f được tính trong khoảng (0,20 - 0,30) fcs theo tài liệu [1].
Thay giá trị f = 80[mm] vào ta được: f = 0,30 80 = 24[mm]đ cs
Biến dạng cho phép của ụ cao su được thừa nhận nhỏ hơn hoặc bằng (2/3) chiều cao làm việc của nó tức là [1]: fcs ≤
Thay f = 24[mm] vào ta có: hcs cs ≥
Phần tử đàn hồi bằng cao su có dạng trục và độ cứng tương đương với độ cứng của nhíp chính Khi bị biến dạng vượt mức, độ cứng của khối cao su sẽ tăng lên, tương tự như một ụ đỡ cao su thông thường Đường đặc tính của phần tử này phụ thuộc vào mức độ biến dạng.
Từ các thông số đã chọn và tính toán ở trên ta xây dựng được đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo trước.
- Trục tung đại diện cho tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước.
- Trục hoành đại diện cho độ biến dạng tổng f = f + ft đ
Hình 3 2 Đặc tính đàn hồi hệ thống treo trước
3.1.3 Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo sau:
Phân bố trọng lượng tĩnh của hệ thống treo sau khi ô tô đầy tải:
Trọng lượng không được treo ở cầu sau [2]:
Trọng lượng tác dụng lên hệ thống treo sau khi ô tô đầy tải đối với một nhíp
Trọng lượng lớn nhất có thể truyền qua hệ thống treo sau[1]:
Thay K và Z vào ta được:đ ts
- Hành trình làm việc của hệ thống treo khi phần tử đàn hồi làm việc:
- Khi nhíp biến dạng chạm đến ụ su thì lúc này độ cứng của hệ thống treo tăng lên:
C = C + C theo tài liệu [1] nhờ đó đảm bảo được giá trị f và Zc cs đ max trong giới hạn cho phép.
Do tính chất của cao su là phần tử đàn hồi phụ, độ cứng C sẽ thay đổi theo tải trọng p, cho thấy đặc tính đàn hồi phi tuyến Điểm tiếp xúc của ụ su được xác định qua biên dạng (fcs) khi Z đạt giá trị tối đa Zmax.
- Đối với xe tải f = (0,20 - 0,30) f , theo tài liệu [1] Chọn f = 0,30.fcs đ cs đ
Thay giá trị f = 80[mm] vào ta được: f = 0,30 - 80 = 24[mm]đ cs
Biến dạng cho phép của ụ cao su được thừa nhận nhỏ hơn hoặc bằng(2/3) chiều cao làm việc của nó tức là [1]: fcs ≤ (
Thay f = 24[mm] vào ta có h (cs cs ≥
Phần tử đàn hồi cao su dạng trục có đặc tính biến đổi theo mức độ biến dạng Khi đạt đến độ biến dạng cực đại, độ cứng của cao su sẽ tăng lên, tương tự như một ụ cao su thông thường.
Từ các thông số đã chọn và tính toán ở trên ta xây dựng được đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo sau
Hình 3 3 Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo sau.
Hình 3 4 Sơ đồ tính toán lên nhíp.
Ln - Chiều dài toàn bộ của bộ nhíp.
Do ta chọn nhíp dọc nửa elip đối xứng cho nên l1 = l2 =Ln/2 d - Khoảng cách giữa hai bulong quang nhíp.
Z’, Z” - Tải trọng thẳng đứng từ phần được treo tác dụng lên hai tai nhíp. Khi tính toán bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc
Hình 3 5 Sơ đồ lực tác dụng lên nhíp.
Xác định các thông số cơ bản của nhíp trước
Theo thông số của xe:
+ Chiều toàn bộ lá nhíp (Ln): Ln = 1200 [mm ]
+ Chiều rộng của lá nhíp (b): bp[mm]
+ Chiều dày các lá nhíp (h): h = 8 [mm ]
+ Chiều dài các lá nhíp
Số TT Chiều dài các lá nhíp [m]
3.2.1 Tính toán kiểm tra độ bền các lá nhíp:
Hiện nay, để xác định ứng suất trong các lá nhíp do tải trọng bên ngoài, có hai phương pháp phổ biến: phương pháp tải trọng tập trung và phương pháp độ cong chung, mỗi phương pháp dựa trên những giả thiết khác nhau.
Phương pháp tải trọng tập trung cho rằng trong quá trình làm việc, các lá nhíp chỉ tiếp xúc và truyền lực tại các đầu, trong khi phần còn lại của các lá nhíp không tiếp xúc mà có thể biến dạng tự do Phương pháp này mang lại độ chính xác cao, tuy nhiên yêu cầu khối lượng tính toán lớn.
Phương pháp độ cong chung cho rằng các lá nhíp tiếp xúc hoàn toàn với nhau trên toàn bộ chiều dài mà không có khe hở Sau khi lắp ghép, độ cong của các lá nhíp sẽ đồng nhất ở mọi điểm.
Tính toán nhíp theo phương pháp tải trọng tập trung có thể thực hiện dựa trên sơ đồ cụ thể Giả thiết cho rằng trong quá trình làm việc, các lá nhíp chỉ tiếp xúc và truyền lực cho nhau tại các đầu lá, trong khi phần còn lại của các lá nhíp không tiếp xúc mà biến dạng tự do.
+ Sơ đồ tính như hình vẽ Các lá nhíp được kẹp chặt phần giữa vào dầm cầu nhờ quang nhíp.
Hình 3 6 Sơ đồ tính toán nhíp theo phương pháp tải trọng tập trung + Ở điểm tiếp xúc giữa lá nhíp thứ nhất và thứ hai:
Thay số vào ta có: P - 2X + 0,6794 X = 0 (1)2 3
+ Ở điểm tiếp xúc giữa lá nhíp thứ hai và thứ 3:
Thay số vào ta có: 1,4161.X2 - 2.X3 + 0,7509.X4 = 0 (2) + Ở điểm tiếp xúc giữa lá thứ 3 và thứ 4:
Thay số vào ta có:1,3021.X3 - 2.X4 + 0,6626.X5 = 0 (3) + Ở điểm tiếp xúc giữa lá thứ 4 và lá thứ 5:
Thay số vào ta có: 1,4453.X4 - 2X5 + 0,5678.X6 = 0 (4) + Điểm tiếp xúc giữa lá thứ 5 và thứ 6:
Thay số vào ta có: 1,6333.X5 - 2X6 + 0,4043 X7 = 0 (5) + Điểm tiếp xúc giữa lá 6 và lá cuối cùng:
Thay số vào ta có: 0,2120 X6 - 2X7 = 0 (6) Với:
Giải hệ phương trình (1), (2), (3), (4), (5), (6) ta được:
Momen ngoại lực tác dụng lên lá thứ nhất:
0,07×0 008 2 45,47(MN/m 2 ) Ứng suất trong lá nhíp thứ nhất do ngoại lực gây ra:
Momen ngoại lực tác dụng lên lá nhíp thứ hai:
0,07×0,008 2 R0,21(MN/m 2 ) Ứng suất trong lá nhíp thứ hai do ngoại lực gây ra:
Momen ngoại lực tác dụng lên lá nhíp thứ ba:
0,07×0,008 2 56,76(MN/m 2 ) Ứng suất trong lá thứ ba do ngoại lực gây ra:
Momen ngoại lực tác dụng lên lá nhíp thứ tư:
M = X l - X l = 2028,09 0,39- 2085,52 x 0,30 = 252,99 (N.m)4 4 4 5 5 Ứng suất trong lá thứ tư do ngoại lực gây ra: σ 4 =M 4
0,07×0,008 2 38,83(MN/m 2 ) Momen ngoại lực tác dụng lên lá nhíp thứ năm:
M = X5 5 l - X5 6 l = 2085,52 x 0,3- 2183,66 x 0,21= 217(N.m)6 Ứng suất ngoại lực tác dụng lên lá thứ 5: σ 5 =M 5
0,07×0,008 2 )0,63(MN/m 2 ) Momen ngoại lực tác dụng lên lá nhíp thứ hai:
M = X l - X l = 2183,65 x 0,21 – 2376,85 x 0,12 = 186,94 (N.m)6 6 6 7 7 Ứng suất ngoại lực tác dụng lên lá thứ 6: σ 6=M 6
0,07×0,008 2 %0,36(MN/m 2 ) Momen ngoại lực tác dụng lên lá nhíp thứ bảy:
M = P.l = 2255,19 x 0,12 = 217,42 (N.m)7 7 Ứng suất ngoại lực tác dụng lên lá thứ 7: σ 7 =M 7
Vậy tất cả các lá nhíp đều thỏa mãn điều kiện: σ max ≤ [ σ max ] 0 ( MN /m 4 )
3.2.2 Tính toán kiểm nghiệm hệ thống treo sau:
Lá nhíp có nhiều dạng tiết diện khác nhau, nhưng trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào lá nhíp có tiết diện hình chữ nhật Lý do là vì loại lá nhíp này dễ tính toán và thiết kế, đồng thời có những ưu điểm nổi bật như đơn giản, dễ bảo dưỡng và sửa chữa, cùng với chi phí thấp.
Hình 3 7 Sơ đồ lực tác dụng lên nhíp.
Trong đó: Ln - Chiều dài toàn bộ của bộ nhíp.
Do ta chọn nhíp dọc nửa elip đối xứng cho nên l = l =L /21 2 n d - Khoảng cách giữa hai bulong quang nhíp.
Z’, Z” - Tải trọng thẳng đứng từ phần được treo tác dụng lên hai tai nhíp.
Hình 3 8 Sơ đồ lực tác dụng lên nhíp 3.2.3.Tính toán kiểm nghiệm bộ phận giảm chấn:
Giảm chấn là thiết bị giúp dập tắt dao động của vỏ và lốp xe bằng cách chuyển đổi cơ năng thành nhiệt năng Hiện nay, ôtô sử dụng giảm chấn thủy lực, trong đó ma sát giữa chất lỏng và các lỗ tiết lưu đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát dao động Các yêu cầu cơ bản đối với giảm chấn bao gồm việc đảm bảo trị số và sự thay đổi đường đặc tính của các dao động.
+ Dập tắt càng nhanh các dao động nếu tầng số dao động càng lớn.
+ Hạn chế các lực truyền qua giảm chấn lên thùng xe.
- Làm việc ổn định khi ôtô chuyển động trên các đường khác nhau.
Trọng lượng và kích thước nhỏ gọn cùng với giá thành rẻ là những yếu tố quan trọng Để đáp ứng các yêu cầu này, thiết kế giảm chấn thủy lực ống lồng cần có đường đặc tính không đối xứng và van giảm tải.
Giảm chấn ống hai đầu kết nối trực tiếp với phần treo và không treo qua hệ thống đòn, giúp giảm lực tác dụng và áp suất làm việc của chất lỏng Với thành mỏng và nhẹ hơn khoảng hai lần so với giảm chấn đòn, thiết kế này đơn giản và có khả năng làm mát tốt, nên hiện nay được sử dụng rộng rãi.
Sau thời gian thực hiện đồ án với đề tài “Khảo sát hệ thống treo xe Kia K3000”, tôi đã hoàn thành nghiên cứu này nhờ sự hỗ trợ tận tình từ thầy giáo hướng dẫn, Ths Nguyễn Hoàng Luân.
Trong bài viết này, tôi sẽ khám phá tính năng và nguyên lý hoạt động của hệ thống treo cũng như các bộ phận chính trong hệ thống này Tuy nhiên, do thời gian hạn chế và tài liệu tham khảo còn thiếu sót, một số nội dung có thể chưa được trình bày đầy đủ Tôi rất mong nhận được sự hướng dẫn từ các thầy cô để hoàn thiện hơn.