hệ thống treo trên ôtô

Nếu chỉ xét trong phạm vi khả năng chế tạo ôtô thì hệ thống treo mangtính chất quyết định đến độ êm dịu chuyển động của ôtô.II- PHÂN LOẠI - Theo vật liệu chế tạo phần tử đàn hồi: + Bằng

MỞ ĐẦU

Trong vài năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam có những bước phát triểnvượt bậc, đời sống người dân được nâng cao, cùng với việc chính phủ đang đầu

tư rất nhiều vào quy hoạch và xây dựng hệ thống giao thông vận tải, đã khiến ô

tô trở thành phương tiện đi lại tiện nghi và phổ biến, được nhiều người quan tâm.Không như các nước phát triển, với Việt Nam thì ôtô vẫn là chủ đề mới mẻ, đặcbiệt là những ứng dụng công nghệ tiên tiến trên xe Vì thế việc nghiên cứu về ô

tô là rất cần thiết, nó là cơ sở để các nhà nhập khẩu cũng như các nhà sản xuấttrong nước kiểm tra chất lượng xe khi nhập cũng như sau khi xe xuất xưởng,đồng thời trang bị kiến thức cho những người dân mua và sử dụng xe có hiệuquả kinh tế cao

Khi xe chuyển động trên đường, có rất nhiều yếu tố tác động như: tải trọng,vận tốc chuyển động, lực cản không khí, điều kiện mặt đường… những yếu tốnày luôn thay đổi và gây ảnh hưởng không nhỏ tới quá trình chuyển động của xe.Chúng làm quá trình chuyển động của xe mất ổn định, gây mệt mỏi cho người sửdụng, làm giảm tuổi thọ của xe… và đặc biệt là gây mất an toàn tính mạng chongười ngồi trên xe

Với yêu cầu ngày càng cao của công nghệ vận tải về kỹ thuật cũng như vềtính thẩm mỹ thì tính tiện nghi của ô tô ngày càng phải hoàn thiện hơn, đặc biệt

là tính êm dịu chuyển động của xe để tạo cho con người cảm giác thoải mái khingồi trên xe, các nhà sản xuất xe hàng đầu thế giới đã và đang không ngừng nângcao chất lượng sản phẩm của mình về kiểu dáng, độ bền, và đặc biệt sự tiện nghi,thân thiện mang lại sự thoải mái, an toàn cho người sử dụng Và một trongnhững nghiên cứu nhằm đáp ứng những yêu cầu trên đó là nghiên cứu về hệthống treo

Với các lý do trên đây mà em chọn đề tài về hệ thống treo vì em thấy đề tàinày phù hợp với chuyên nghành em học trong trường, nghành công nghệ ôtô Nội dung đồ án gồm 2 chương:

Chương I: Tổng quan hệ thống treo

Chương II: Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục

Do thời gian làm đồ án có hạn cũng với kiên thức còn hạn chế, trong đồ ánkhông tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiếncủa các thầy và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn thầy: Phạm Minh Hiếu, và các thấy trong tổ môncông nghệ đã giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian làm đồ án này

Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2010

Sinh viên

Đoàn Văn Nghiệp

+ Xác định động học chuyển động của bánh xe, truyền lực kéo, và lựcphanh sinh ra do ma sát giữa mặt đường và các bánh xe, lực bên và các mô menphản lực tới gầm và thân xe.

+ Dập tắt các dao động thẳng đứng của khung vỏ sinh ra do ảnhhưởng của mặt đường không bằng phẳng

Khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng sẽ chịu nhữngdao động do mặt đường mấp nô sinh ra Những dao động này ảnh hưởng xấutới tuổi thọ của xe, hàng hóa và đặc biệt là ảnh hưởng tới hành khách Theo sốliệu thống kê cho thấy, khi ôtô chạy trên đường gồ ghề, so với ôtô cùng loạichạy trên đường tốt bằng phẳng thì tốc độ trung bình giảm 40 – 50%, quãngđường chay giữa hai chu kỳ đại tu giảm 35 – 40%, suất tiêu hao nhiên liệu tăng

50 – 70%, do vậy năng suất vận chuyển giảm 30 – 40%, giá thành vận chuyểntăng 50 – 70% Ngoài ra, nếu con người phải chịu đựng lâu trong tình trạng xechạy bị rung xóc nhiều dễ sinh ra mêt mỏi Các kết quả nghiên cứu về ảnhhưởng của dao động ôtô tới cơ thể người đều đi tới kết luận là con người nếuphải chịu đựng lâu trong môi trường dao động của ôtô sẽ mắc phải những bệnh

về thần kinh và não Vì vậy, tính êm dịu chuyển động là một trong những chỉtiêu quan trọng để đánh giá chất lượng xe

Tính êm dịu của ôtô phụ thuộc vào kết cấu của xe và trước hết là hệthống treo, phụ thuộc vào đặc điểm và cường độ kích thích, và sau đó là phụthuộc vào trình độ của lái xe Lực kích thích gây dao động có thể do sự khôngcân bằng của liên hợp máy hoặc do độ nhấp nhô của mặt đường không bằngphẳng Nếu chỉ xét trong phạm vi khả năng chế tạo ôtô thì hệ thống treo mangtính chất quyết định đến độ êm dịu chuyển động của ôtô.

II- PHÂN LOẠI

- Theo vật liệu chế tạo phần tử đàn hồi:

+ Bằng kim loại (nhíp lá, lò xo, thanh xoắn)

+ Loại khí + Loại thủy lực+ Loại cao su

- Theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng:

+ Hệ thống treo phụ thuộc+ Hệ thống treo độc lập

- Theo phương pháp dập tắt dao động:

+ Loại giảm chấn thủy lực (loại tác dụng 1 chiều, 2 chiều)+ Loại ma sát cơ (ma sát trong bộ phận đàn hồi, trong bộ phận dẫnhướng)

- Theo phương pháp điều khiển:

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

1) Theo vật liệu chế tạo phần tử đàn hồi.

a) Phần tử đàn hồi kim loại

* Nhíp

Nhíp được làm từ các lá thép cong, sắp xếp lại với nhau theo thứ tự

từ ngắn tới dài, cụm lá này được kẹp chặt lại với nhau ở giữa bằng bu lông địnhtâm hay đinh tán Để giữ các lá nhíp không bị trượt ra khỏi vị trí người ta dungkẹp ở một vài điểm để kẹp chúng lại với nhau Cả hai đầu lá dài nhất được uốncong tạo thành mắt nhíp, được sử dụng để gắn nhíp vào khung

Nhìn chung nhíp dài hơn thì mềm hơn Nhíp nhiều lá hơn thì chịutải lớn hơn, song nhíp sẽ cứng hơn và tíh êm dịu chuyển động sẽ kém hơn Tuyvậy, nhíp vẫn được dùng phổ biến nhất vì nhíp vừa là cơ cấu đàn hồi, vừa là cơ

cấu dẫn hướng và một phần làm nhiệm vụ giảm chấn, tức là làm toàn bộ nhiệm

vụ của hệ thống treo

Hình 1- Nhíp

- Ưu điểm của nhíp : Kết cấu đơn giản, chắc chắn và giá thành thấp

Do bản than nhíp đã đủ độ cứng vững để giữ cầu xe ở vị trí chínhxác, nên không cần sử dụng các thanh nối Mặt khác, chế tạo và sửachữa nhíp cũng đơn giản

- Nhược điểm của nhíp: Trọng lượng lớn, tuổi thọ thấp và có đườngđặc tính tuyến tính Ngoài ra, việc bố trí nhíp ở bánh trước khó vì muốn đảm bảo

độ võng tĩnh và độ võng động lớn thì phải làm nhíp dài mà càng dài thì càng khó

bố trí Do nội ma sát nên nhíp khó hấp thụ những dao động nhỏ từ mặt đường Vìvậy, nhíp thường được sử dụng cho những xe thương mại lớn, tải nặng và cần độbền cao

*Lò xo trụ: Lò xo được làm từ dây thép lò xo đặc biệt, được quấn

thành ống Khi đặt tải lên lò xo, dây lò xo sẽ bị xoắn do lò xo bị nén Lúc nàynăng lượng ngoại lực được dự trữ, và va đập được giảm bớt

Hình 2- Lò xo trụ

Lò xo trụ được sử dụng chủ yếu trong ôtô du lịch làm bộ phận đàn hồi

Lò xo trụ có thể có tiết diện tròn hay vuông

- Ưu điểm của lò xo trụ: Nếu cùng một độ cứng và độ bền thì lò xotrụ có trọng lượng nhỏ hơn nhíp, khi làm việc giữa các vành lò xo không có masát như nhíp Đồng thời không phải bảo dưỡng chăm sóc như đối với nhíp

- Nhược điểm của lò xo: nó chỉ làm được nhiệm vụ đà hồi, còn cácnhiệm vụ khác như giảm chấn dẫn hướng phải có các phần tử khác đảm nhận Vìvậy, nếu kể chung cả hai phần tử sau thì hệ thống treo lò xo trụ có kết cấu phứctạp hơn so với hệ thống treo loại nhíp

*Thanh xoắn

Thanh xoắn là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của

nó để cản lại sự xoắn Một đầu thanh xoắn được bắt chặt vào khung hay một dầmnào đó củ than xe, đầu kia được gắn vào một kết cấu chịu tải xoắn Thanh xoắncũng được dùng làm thanh ổn định

Hình 3- Thanh xoắn

- Ưu điểm của thanh xoắn: Mức độ hấp thụ năng lượng trên một đơn

vị khối lượng lớn hơn so với các phần tử đàn hồi khác, nên hệ thống treo có thểnhẹ hơn Ngoài ra, cách bố trí hệ thống treo đơn giản

- Nhược điểm: không có năng kiểm soát được dao động, vì vậy cầnphải dùng giảm chấn kèm với nó

b) Phần tử đàn hồi phi kim loại

Giảm độ cứng của hệ thống treo sẽ làm độ êm dịu chuyển động tốthơn, một là giảm biên độ dịch chuyển của buồn lái trong vùng tần số thấp, hai làđẩy được vùng cộng hưởng xuống vùng có tần số dao động thấp hơn, giảm đượcgia tốc của buồng lái, và giảm được sự dịch chuyển của vỏ và bánh xe

Đường đặc tính của hệ thống treo khí là phi tuyến và tăng đột ngộttrong cả hành trình nén và trả, nên cho dù khối lượng cả phần được treo vàkhông được treo có bị giới hạn do các dịch chuyển tương đối đi nữa thì độ êmdịu chuyển động vẫn lớn.

Không có ma sát trong phần tử đàn hồi, phần tử đàn hồi có trọng lượngnhỏ và giảm được chấn động từ bánh xe lên buồng lái

Ngoài ra, khi sử dụng hệ thống treo khí còn có thể thay đổi được vị trícủa cỏ xe đối với mặt đường

*Phần tử đàn hồi loại thủy khí

Là sự kết hợp của cơ cấu điều khiển thủy lực và cơ cấu chấp hành làkhí nén

- Ưu điểm: tần số dao động riêng thấp gần trạng thái tĩnh, cho phép

có đường đặc tính đàn hồi như mong muốn

Cả hai loại khí và thủy khí ngoài những ưu điểm nói trên còn có nhữngnhược điểm là phải có máy nén khí, bình chứa phụ, hệ thống van tự động điềuchỉnh áp suất, do đó hệ thống treo phức tạp, chế tạo yêu cầu chính xác cao, giáthành đắt, dễ bị hư hỏng do ảnh hưởng của tời tiết Ngoài ra, ở hệ thống treo thủykhí loại ống còn có nhược điểm là khó làm kín và ma sát lớn

+ Trọng lượng bộ phận làm bằng cao su nhỏ và đường đặc tính củacao su là phi tuyến nên dễ thích hợp với đường đặc tính mà t mong muốn

- Nhược điểm:

+ Suất hiện biến dạng thừa dưới tác dụng của tải trọng kéo dài, nhất

là tải trọng thay đổi,

+ Thay đổi tính chất đàn hồi khi nhiệt độ thay đổi, đặc biệt là độcứng của cao su sẽ tăng lên khi làm việc ở nhiệt độ thấp,

+ Cần thiết phải đặt giảm chấn và bộ phận dẫn hướng

Ưu nhược điểm của cao su phụ thuộc vào công nghệ chế tạo và chấtlượng cao su.

2) Theo sơ đồ dẫn hướng.

a) Loại phụ thuộc với cầu liền

Hình 4- Mô hình hệ thống treo phụ thuộc

*Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp:

Hình 5- Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp

1, 6- Tai nhíp, 2- Khung xe, 3- Ụ cao su hạn chế hành trình, 4- Giảm chấn 5- Ụ cao su tăng độ cứng cho nhíp, 7- Miếng vát, 8- Dầm cầu, 9- Bu lông quang nhíp, 10- Nhíp.

Hệ thống treo hụ thuộc loại nhíp bao gồm các lá nhíp và các bộ phận dùng để bắtchặt các phần tử đàn hồi dọc theo xe Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp có 2 loại:loại nửa elip và loại đảo lật.

*Hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo:

a)

Hình 6- Hệ thống treo phụ thuộc lò xo trụ

a : Kết cấu, b,c: Sơ đồ bố trí.

1: Bộ phận đàn hồi lò xo trụ 2: Thanh truyền lực bên, 3: Đòn dẫn hướng trên, 4: Giảm chấn, 5: Đòn dẫn hướng dưới, 6: Thanh ổn định ngang, 7: Dầm cầu.

Loại này chủ yếu sử dụng ở các cầu sau chủ động của ôtô con Sovới hệ thống treo loại nhíp thì lò xo có trọng lượng nhỏ hơn, tuổi thọ cao hơn

Do có thể sử dụng lò xo có độ cứng nhỏ hơn nhíp nên tính êm dịu chuyển độngtốt hơn, song nó phải có them bộ phận dẫn hướng

b) Loại hệ thống treo độc lập với cầu cắt

Hình 7- Mô hình hệ thống treo độc lập

Hệ thống treo độc lập có đặc điểm sau:

+ Khối lượng không được treo nhỏ, đặc tính bám đường của xe tốt

Vì vậy, êm dịu chuyển động và tính ổn định tốt

+ Do không có sự nối cứng giữa bánh xe bên trái và bánh xe bênphải nên có thể hạ thấp sàn xe và vị trí lắp động cơ Có ngĩa là có thể hạ thấptrọng tâm xe

+ Cấu tạo phức tạp hơn,+ Khoảng cách bánh xe và góc đặt bánh xe thay đổi cùng với sựdịch chuyển lên xuống của các bánh xe,

+ Nhiều xe còn được trang bị thanh ổn định để giảm sự lắc ngangkhi quay vòng và cải thiện các đặc tính ổn định, cùng các đặc tính khác Tùy theođặc tính dịch chuyển của bánh xe trong hệ thống treo độc lập có 2 loại sau: loại

bánh xe dịch chuyển trong mặt phẳng ngang, trong mặt phẳng dọc, trong hai mặtphẳng…

a) Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi là nhíp:

Hệ thống treo phần tử đàn hồi là nhíp có thể được bố trí ở cầu bị độnghoặc ở cầu chủ động

từ bánh xe lên khung Trong quá trình biến dạng, chiều dài của nhíp thay đổi nêntai nhíp bắt lên khung hay dầm xe, một đầu cố định một đầu di động Đối vớinhíp sau thường đầu cố định ở phía trước còn đầu di động ở phía sau để phù hợpvới khả năng chịu lực đẩy và lực kéo tác dụng từ bánh xe lên nửa trước có đầu cố

định Đối với nhíp trước đầu cố định ở phía trướ hay phía sau còn phụ thuộc vào

vị trí đặt cơ cấu lái để phối hợp đúng động học giữa hệ thống treo và hệ thốnglái

b) Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi lò xo trụ

Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi lò xo trụ cũng xó thể được bốtrí ở cầu bị động hoặc ở cầ chủ động Vì lò xo trụ chỉ có khả năng chịu lực kéotheo phương thẳng đứng nên ngoài lò xo trụ phải bố trí các phần tử của bộ phậndẫn hướng

Hình 9- Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi lò xo trụ

Đối với hệ thống treo này, người ta thường bố trí các thanh giằng vàthanh ổn định vào bộ phận dẫn hướng

Hình 10- Hệ thống treo phụ thuộc phần tử đàn hồi lò xo trụ sử dụngđòn cịu lực dọc và lực bên.

c) Hệ thống treo độclập, phần tử đàn hồi lò xo trụ, đòn treo dọc

Hệ thống treo đòn dọc có nghĩa là các thanh lien kết của phần tử dẫnhướng giữa bánh xe và khung là các đòn dọc Các đòn dọc thường được bố trísong song sát hai bên bánh xe.Số lượng đòn dọc có thể là hai hoặc bốn và có thể

bố trí cả ở hệ thống treo phụ thuộc hoặc hệ thống treo độc lập

Nếu đòn dọc là những thanh nhỏ chỉ có khả năng chịu kéo hoặc nén thìtrong bộ phận dẫn hướng phải có them một đòn ngang

Do lò xo có hình trụ rỗng nên người ta tận dụng không gian bên trong

lò xo để bố trí giảm chấn Do những đặc điểm trên đây mà hệ thống treo đòn dọc

có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng phần không được treo nhỏ

d) Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, hai đòn ngang

Hệ thống treo độc lập với hai đòn ngang có cấu tạo như sau:

Một đòn ngang phía trên và một đòn ngang phía dưới Mỗi một đòngang không phải chỉ là một thanh mà thường có cấu tạo dạng khung hình tamgiác hoặc hình thang Cấu tạo như vậy cho phép các đòn ngang làm được chứcnăng của bộ phận dẫn hướng Đầu trong của mỗi đòn ngang được liên kết bản lềvới khung hoặc dầm ô tô Đầu còn lại được liên kết với đòn ngang đứng bởi cáckhớp cầu Bánh xe được cố định với đòn đứng Nếu là bánh xe dẫn hướng thìbánh xe cùng đòn đứng có thể quay quanh một trụ để quay bánh xe khi quayvòng.

Phần tử đàn hồi lò xo trụ bố trí kết hợp với giảm chấn ống thủy lực cóđầu trên liên kết với gối tựa trên khun hoặc vỏ ô tô, đầu dưới liên kết bản lề hoặccầu với đòn treo dưới Một thanh ổn định hai đầu liên kết với hai giá bánh xe vàđược giữ trên khung hoặc dầm bằng hai khớp bản lề Thanh ổn định có tác dụnghạn chế biến dạng quá mức của một bên bánh xe nhằm giữ cho thân ô tô được ổnđịnh

Hình 11- Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, hai đòn ngang

e) Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo loại Macpherson

Nếu kích thước dòn treo của hệ thống treo độc lập hai đòn ngang giảm

về bằng 0 thì ta có kết cấu mới được gọi là hệ thống treo Macpherson

Hình 12- Hệ thống treo Macpherson

Cấu tạo hệ thống treo Macpherson bao gồm một đòn treo dưới Đầutrong của đòn treo được liên kết bản lề với khung hoặc dầm ô tô, đầu ngoài liênkết với thanh xoay đứng đồng thời là vỏ của giảm chấn ống thủy lực Đầu trêncủa giảm chấn ống thủy lực liên kết với gối tựa trên khung hoặc vỏ xe Phần tửđàn hồi là lò xo được đặt một đầu tì vào tấm chặn trên vỏ giảm chấn còn một đầu

tì vào gối tựa trên khung hoặc vỏ ô tô Trụ bánh xe được lắp cố định với trụ xoayđứng

g) Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn chéo

Đây là loại hệ thống treo độc lập được thiết kế với tăng độ cứng vững

để tăng khả năng chịu lực ngang đồng thời giảm thiểu sự thay đổi của góc đặtbánh xe xảy ra do bánh xe dao động trong phương thẳng đứng Do kết cấu đơngiản và chiếm ít không gian nên thường được sử dụng trên hệ thống treo sau của

ô tô du lịch

Hình 13- Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn chéo.

1- Bán trục 2- Thanh ổn định 3- Giảm chấn

4- Đòn chéo 5- Giá treo 6- Cầu chủ động

h) Hệ thống treo độc lập phần tử đàn hòi thanh xoắn

Hệ thống treo với phần tử đàn hồi thanh xoắn có ưu điểm là kết cấu ,kích thước và trọng lượng của phần tử đàn hồi nhỏ, không gian chiếm chỗ ít, bốtrí thuận tiện Vì vậy loại hệ thống treo này thường trên cả ô tô du lịch và ô tô tải

Đối với hệ thống treo độc lập hai đòn ngang thì thanh xoắn được bố trídọc theo thân xe Một đầu thanh xoắn được ngàm cố định trên khung hoặc dầm,đầu còn lại liên kết cố định bằng then hoa với đầu trong của đòn treo trên hoặcđòn treo dưới Như vậy khi chịu tải trọng, thông qua các đòn chéo thanh xoắn sẽchịu một mô men xoắn và biến dạng góc

2) Phần tử đàn hồi.

Bộ phận đàn hồi nhận và truyền lên khung xe các lực thẳng đứng củađường, làm giảm tải trọng động khi xe chuyển động trên đường nhấp nhô, đảmbao tính năng êm dịu của ôtô Bộ phận đàn hồi gồm một hay nhiều phần tử đàn