Chương 5 hệ thống treo

- Hệ thống treo loại lò xo;- Hệ thống treo loại thanh xoắn; - Có độ võng động đủ để không sinh ra va đập lên các ụ đỡ; - Có hệ số cản thích hợp để dập tắt dao động giữa vỏ xe và cầu xe;

- Hệ thống treo loại lò xo;

- Hệ thống treo loại thanh xoắn;

- Có độ võng động đủ để không sinh ra va đập lên các ụ đỡ;

- Có hệ số cản thích hợp để dập tắt dao động giữa vỏ xe và cầu xe;

- Khi quay vòng hoặc khi phanh thì vỏ ôtô không bị nghiêng quá giới hạn chophép;

- Đảm bảo sự tương ứng giữa động học của các bánh xe với động học của dẫnđộng lái

5.2 CẤU TẠO CHUNG

Cấu tạo và bố trí chung của hệ thống treo được thể hiện trên hình 9.1

Mặc dù có nhiều chi tiết, nhưng cấu tạo chung của hệ thống treo được quy thành

ba bộ phận chính sau:

- Bộ phận hướng: Dùng để xác định động học và tính chất dịch chuyển tương đốicủa các bánh xe với khung hay vỏ ôtô Bộ phận hướng dùng để truyền các lựcdọc, lực ngang cũng như các mômen từ bánh xe lên khung hay vỏ ôtô Đối với sơ

đồ bố trí chung ở hình 9.1 thì bộ phận hướng bao gồm đòn treo, thanh giằng

- Bộ phận đàn hồi: Dùng để truyền các lực thẳng đứng và giảm tải trọng động khiôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng nhằm đảm bảo độ êm dịu cầnthiết Ơ hình 9.1 bộ phận đàn hồi là các lò xo trụ

Khối lượng đượctreo

Khối lượng không đượctreo

Hình 9.1 - Hệ thống treo với bộ phận đàn hồi là các lò xo trụ

- Bộ phận giảm chấn: cùng với ma sát ở hệ thống treo (gồm ma sát giữa các lánhíp và các khớp nối) sinh ra lực cản để dập tắt dao động của ôtô Ở hình 9.1 bộphận giảm chấn là các giảm chấn ống thuỷ lực đặt trong lò xo trụ

5.3 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ DAO ĐỘNG VÀ TÍNH ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG 5.3.1 Khối lượng được treo và khối lượng không được treo

Qua hình 9.2 chúng ta thấy thân ôtô và các cầu mang bánh xe được liên kết vớinhau bởi các lò xo Khối lượng của thân ôtô, được đỡ bởi các lò xo gọi là khối lượngđược treo Khối lượng của cầu mang bánh xe và một số chi tiết khác không được đỡbởi các lò xo gọi là khối lượng không được treo

Thông thường người ta mong muốn khối lượng được treo lớn còn khối lượngkhông được treo phải nhỏ Bởi vì khi khối lượng được treo lớn và khối lượng khôngđược treo nhỏ thì va đập giảm và độ êm dịu tăng khi ôtô chuyển động qua mặt đường

gồ ghề Ngược lại nếu khối lượng được treo nhỏ còn khối lượng không được treo lớnthì độ êm dịu của thân ôtô kém (hình 9.3)

Hình 9.2 - Khái quát về hệ thống treo

Hình 9.3 – Anh hưởng khối lượng treo

5.3.2 Sự dao động của khối lượng được treo

Khi chuyển động, thân ôtô có thể có các dao động theo các trục toạ độ như mô tảtrên hình 9.4

Hình 9.4 - Dao động của ôtô

Các dao động đó là:

- Dao động lên xuống (sự nhún) theo trục thẳng đứng: Là sự chuyển động lênxuống của toàn bộ thân xe, xuất hiện khi ôtô chuyển động trên mặt đường khôngbằng phẳng

- Dao động xoay quanh trục thẳng đứng (sự xoay đứng): Là sự di chuyển xoaycủa thân xe sang bên trái hoặc bên phải quanh trục thẳng đứng khi ôtô chuyểnđộng

- Dao động xoay quanh trục dọc (sự lắc ngang): Là chuyển động lắc của ôtôquanh trục dọc khi ôtô đi qua mặt đường mà một bên bánh xe bị rơi xuống ổ gàhoặc qua những mấp mô

- Dao động xoay quanh trục ngang (sự lắc dọc): Là dao động lên xuống của phầntrước hay sau ôtô quanh trục ngang đi qua trọng tâm của nó Dao động này xảy rakhi cả hai bánh xe của ôtô cùng đi qua vết lõm hay chỗ lồi trên đường

5.4 BỘ PHẬN ĐÀN HỒI

5.4.1 Đặc điểm chung

5.4.1.1 Tính đàn hồi

Khi tác dụng một lực lên một vật làm bằng những vật liệu như cao su, nó sẽ tạo

ra biến dạng của vật đó (tạo ra ứng suất trong vật đó) Khi thôi tác dụng lực, ứng suất

sẽ mất và vật sẽ trở lại hình dạng ban đầu Người ta gọi tính chất đó là tính chất đànhồi của vật Các phần tử đàn hồi trong hệ thống treo của ôtô cũng sử dụng nguyên lýđàn hồi để giảm va đập từ mặt đường tác dụng lên, bảo đảm sự êm dịu cho hành khách

và hàng hoá trên thân ôtô Các phần tử đàn hồi này sẽ bị biến dạng uốn (đối với nhíp)hoặc biến dạng xoắn (đối với lò xo trụ và thanh xoắn) khi chịu tải Năng lượng đàn hồi

sẽ được giải phóng khi thôi tác dụng lực và các phần tử đàn hồi trở lại trạng thái bìnhthường

w a

w a

w

3

3 2

2 1

5.4.1.3 Sự dao động của phần tử đàn hồi

Ta lấy ví dụ sự dao động của phần tử đàn hồi là lò xo trụ được mô tả trên hình9.6

Hình 9.6 - Sự dao động của phần tử đàn hồi

Khi bánh xe đi qua mấp mô, lò xo của hệ thống treo bị nén lại rất nhanh Do lò

xo có xu hướng ngay lập tức trở về chiều dài có tải ban đầu của nó nên nó sẽ giãn ra,nâng thân ôtô lên phía trên Tuy nhiên, do lò xo tích luỹ năng lượng trong quá trìnhnén nên nó phải giãn ra vượt quá chiều dài bình thường của nó để giải phóng nănglượng Chuyển động lên phía trên của thân ôtô cũng giúp lò xo vượt quá chiều dài banđầu của nó Khi thân ôtô dịch chuyển xuống nó ấn lò xo nén lại quá chiều cao chịu tảibình thường, vì vậy lò xo tác dụng trở lại bằng cách đẩy thân ôtô lên phía trên

Quá trình này lặp đi lặp lại và được gọi là sự dao động của lò xo Biên độ củamỗi lần dao động đều nhỏ hơn lần trước, cuối cùng dập tắt hẳn dao động lên xuốngcủa ôtô (hình 9.6)

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

từ ngắn đến dài Cụm nhíp được kẹp chặt lại với nhau ở vị trí giữa bằng một bulôngđịnh tâm Để giữ các lá nhíp không bị trượt ra khỏi vị trí, người ta dùng tấm kẹp ở mộtvài điểm để kẹp chúng lại với nhau Hai đầu của lá nhíp dài nhất (lá nhíp chính) đượcuốn cong tạo thành tai nhíp (mắt nhíp), được sử dụng để gắn nhíp vào khung hay vàomột dầm nào đó thông qua mõ nhíp và chốt nhíp

Độ cong của mỗi lá nhíp được gọi là độ võng Do lá nhíp ngắn có độ võng lớnhơn, nên độ cong của nó lớn hơn các lá nhíp dài Khi bulông định tâm được xiết chặtcác lá nhíp bị giảm độ võng một chút (hình 9.7.a) làm cho hai đầu lá phía dưới ép chặtvào lá phía trên

Đặc tính của phần tử đàn hồi là nhíp được thể hiện trên hình 9.7.c Khi tải trọngtác dụng lên nhíp tăng thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính

Nhưng khi diễn biến ngược lại thì đường đặc tính không trùng với đường cũ Sở

dĩ có sự khác nhau như vậy là trong bó nhíp tồn tại nội ma sát giữa các lá nhíp vớinhau Khi nội ma sát tăng thì tính êm dịu chuyển động của ôtô giảm Vì vậy trong thực

tế để giảm ma sát giữa các lá nhíp người ta thường sử dụng một số biện pháp sau:

- Bôi mỡ chì lên các lá nhíp trước khi lắp ghép với nhau;

- Đặt các tấm đệm vào đầu mỗi lá nhíp để giảm ma sát trượt khi chúng chuyểnđộng tương đối với nhau;

- Ở mỗi đầu của một lá nhíp được vuốt thon để chúng tạo ra một áp suất thíchhợp khi tiếp xúc với nhau

5.4.2.1.2 Nhíp phụ

Nhíp phụ thường được sử dụng ở xe tải và một số xe khác khi có sự thay đổi lớn về tảitrọng, với mục đích vừa bảo đảm cả tính êm dịu và độ bền của nhíp Khi không tải hoặc tảinhỏ thì chỉ có nhíp chính làm việc, như vậy độ êm dịu sẽ tăng Khi đủ tải lúc đó nhíp phụ mớilàm việc cùng nhíp chính Khi này do tải trọng lơn hơn nên cả nhíp chính và nhíp phụ cùnglàm việc để giảm ứng suất trên mỗi lá nhíp bảo đảm độ bền của nhíp

Cấu tạo của nhíp chính kết hợp với nhíp phụ và đặc tính của nó được mô tả trên hình9.8

5.4.2.2 Lò xo

5.4.2.2.1 Lò xo thường

Lò xo được làm từ dây thép lò xo, là một loại thép đặc biệt, được quấn thànhhình ống (hình 9.9) Khi đặt tải lên lò xo, dây lò xo sẽ bị xoắn do ống lò xo bị nén Lúcnày năng lượng ngoại lực được dự trữ trong lò xo và va đập được giảm bớt

Lß xo c ® ng kÝnh d©y kh¸c nhau Lß xo c b íc kh¸c nhau Lß xo c«n

Khi lò xo được làm từ dây thép có đường kính không đổi thì biến dạng của lò xo

sẽ thay đổi tỉ lệ thuận với lực tác dụng Điều đó có nghĩa là nếu dùng lò xo mềm, nó sẽkhông đủ cứng để chịu tải lớn và ngược lại nếu dùng lò xo cứng để chịu tải lớn thì nólại giảm tính êm dịu chuyển động khi tải nhỏ

để chịu tải lớn

Các lò xo bước không đều hoặc lò xo côn cũng có hiệu quả tương tự

Đặc tính của lò xo thường và lò xo cải tiến được mô tả trên hình 9.11

Hình 9.11 - Đặc tính của lò xo thường và lò xo cải tiến

5.4.2.2.3 Đặc điểm

- Mức độ hấp thụ năng lượng trên một đơn vị khối lượng là lớn hơn so với nhíp;

- Do không có nội ma sát như trong nhíp nên lò xo thường phải bố trí giảm chấnkèm theo để dập tắt nhanh dao động;

- Do không có khả năng chịu lực ngang nên cần phải có các thanh liên kết (đòntreo, thanh ngang, thanh giằng, ) để đỡ cầu xe

5.4.2.3 Thanh xoắn

5.4.2.3.1 Cấu tạo và nguyên lý

Thanh xoắn là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó để cảnlại sự xoắn Một đầu thanh xoắn được ngàm chặt vào khung hay một dầm nào đó củathân ôtô, đầu kia được gắn vào một kết cấu chịu tải xoắn của hệ thống treo (hình 9.12)

5.4.2.3.2 Đặc điểm

- Do mức độ hấp thụ năng lượng trên một đơn vị khối lượng lớn hơn so với nhíp

và lò xo nên hệ thống treo loại thanh xoắn có kết cấu nhỏ gọn;

- Cách bố trí hệ thống treo đơn giản, thuận tiện;

- Thanh xoắn cũng không có nội ma sát nên cũng thường phải lắp kèm giảm chấn

để dập tắt nhanh dao động

Hình 9.12 - Thanh xoắn 5.4.2.4 Vấu cao su

Vấu cao su hấp thụ năng lượng dao động nhờ sinh ra nội ma sát khi nó bị biếndạng dưới tác dụng của ngoại lực

Hình 9.13 - Vấu cao su

Vấu cao su có những ưu điểm sau:

- Nó có thể được làm với mọi hình dạng khác nhau;

- Không có tiếng ồn khi làm việc;

- Không cần phải bôi trơn

Tuy nhiên vấu cao su không thích hợp khi tải trọng lớn Vì vậy vấu cao su chủyếu được sử dụng như một bộ phận đàn hồi phụ hay một bạc đệm, vấu giảm chấn, vấuchặn hay một số cơ cấu khác trong hệ thống treo (hình 9.13)

5.4.2.5 Đệm khí

Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí dựa trên nguyên tắc không khí có tính đàn hồikhi bị nén Trong hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi là đệm khí thường được kếthợp với giảm chấn thuỷ lực trong một kết cấu (hình 9.14)

Trong hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi là đệm khí thì áp suất khí nén được

tự động điều chỉnh cho phù hợp với mức tải nên phần tử đàn hồi có đặc tính rất tốt.Đệm khí có những ưu điểm sau:

- Nó khá mềm khi ôtô không có tải nhưng độ cứng có thể tăng khi tăng tải bằngcách tăng áp suất không khí bên trong khoang khí Nó tạo ra độ êm dịu chuyểnđộng tối ưu nhất với bất kỳ mức tải nào;

- Độ cao gầm xe cũng được giữ không đổi ngay cả khi tải thay đổi bằng cáchđiều chỉnh áp suất không khí

Tuy nhiên hệ thống treo dùng đệm khí cần một số những thiết bị như máy nénkhí, cơ cấu điều khiển áp suất, nên hệ thống trở nên phức tạp do đó phạm vi sử dụngcòn hẹp

Hình 9.14 - Hệ thống treo có phần tử đàn hồi là đệm khí

5.5 BỘ PHẬN DẪN HƯỚNG

Bộ phận dẫn hướng có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và các mômen từbánh xe lên khung hoặc thân ôtô Nó có thể có những chi tiết khác nhau tuỳ thuộc hệthống treo phụ thuộc hay độc lập, phần tử đàn hồi là nhíp, lò xo hay thanh xoắn Nógắn liền với các dạng hệ thống treo nên ở đây chúng ta sẽ xem xét bộ phận dẫn hướnggắn liền với các dạng hệ thống treo cụ thể mà không nghiên cứu bộ phận dẫn hướngmột cách riêng rẽ

5.5.1 Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi là nhíp

Vỏ cầu sau

Hình 9.15 Hệ thống treo phụ thuộc phần từ đàn hồi là nhíp

Hệ thống treo phụ thuộc phần tử đàn hồi là nhíp có thể được bố trí ở trục bị động(trục dẫn hướng) như trên hình 9.15.a hoặc bố trí ở cầu chủ động như trên hình 9.15.b.Trong cả hai trường hợp trên, nhíp vừa là phần tử đàn hồi đồng thời làm luôn bộphận dẫn hướng Với chức năng là bộ phận dẫn hướng, nhíp có thể truyền được lựcdọc (lực kéo hoặc lực phanh) và lực ngang từ bánh xe qua cầu xe lên khung Ngoài ranhíp cũng có khả năng truyền các mômen từ bánh xe lên khung, đó là mômen kéohoặc mômen phanh Vì nhíp làm luôn bộ phận hướng nên ở các sơ đồ này chúng takhông thấy các đòn treo và thanh giằng

Trong quá trình biến dạng, chiều dài của nhíp thay đổi nên hai tai nhíp bắt lênkhung hoặc dầm có một đầu cố định còn một đầu di động Đối với nhíp sau thườngđầu cố định ở phía trước còn đầu di động ở phía sau để phù hợp với khả năng chịu lựcđẩy (lực kéo tiếp tuyến) và lực kéo (lực phanh) tác dụng từ bánh xe qua cầu xe lên nửanhíp phía trước có đầu cố định Đối với nhíp trước đầu cố định ở phía trước hay phía

b

Thanh ổn định Dầm cầu

Giá đỡ phía trên

Lò xo trụ

Giảm chấn Cần điều khiển ngang

Đòn treo Phía trước

Giảm chấn Đòn điều khiển phía trên

Cần điều khiển ngang

Lò xo trụ

Vỏ cầu sau

ụ chặn

Thanh ổn định Đòn điều khiển phía dưới

sau còn phụ thuộc vào vị trí đặt cơ cấu lái để phối hợp đúng động học giữa hệ thốngtreo và hệ thống lái

5.5.2 Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi là lò xo trụ

Hình 9.16 - Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi là lò xo trụ

Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi là lò xo trụ cũng có thể được bố trí ởtrục bị động (hình 9.16.a) hoặc ở cầu chủ động (hình 9.16.b) Vì lò xo trụ chỉ có khảnăng chịu lực theo phương thẳng đứng nên ngoài lò xo trụ phải bố trí các phần tử của

bộ phận dẫn hướng

Đối với kết cấu ở hình 9.16.a hai đòn treo dọc cùng với thanh giằng ngang là cácphần tử của bộ phận dẫn hướng Nó có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và cácmômen từ bánh xe qua dầm cầu, qua các phần tử của bộ phận hướng lên khung ôtô.Đối với kết cấu ở hình 9.16.b là loại sử dụng bốn thanh giằng dọc và một thanhgiằng ngang làm các phần tử của bộ phận dẫn hướng Các thanh giằng này đều có mộtđầu bắt với cầu xe bằng các khớp bản lề có cao su và một đầu còn lại bắt với khungcũng bằng các khớp bản lề có cao su

Ngoài các thanh giằng của bộ phận hướng nói trên còn bố trí thanh ổn định vớimục đích giảm sự biến dạng chênh lệch lớn giữa các phần tử đàn hồi hai bên bánh xebảo đảm ổn định cho thân ôtô

a b

5.5.3 Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn treo dọc

Hệ thống treo đòn dọc có nghĩa là các thanh liên kết của phần tử dẫn hướng giữabánh xe (hoặc cầu xe) với khung ôtô bằng các đòn dọc Các đòn dọc thường được bốtrí song song sát hai bên bánh xe Số lượng đòn dọc có thể là hai hoặc bốn và có thể bốtrí cả ở hệ thống treo phụ thuộc (hình 9.16) hoặc hệ thống treo độc lập (hình 9.17)

Hình 9.17 - Hệ thống treo độc lập phần tử đàn hồi là lò xo với đòn treo dọc

1 - Khung ôtô; 2 - Phần tử đàn hồi lò xo; 3 - Giảm chấn ống thuỷ lực;

4 - Bánh xe; 5 - Đòn treo dọc; 6 - Khớp bản lề.

Nếu đòn dọc là những thanh nhỏ chỉ có khả năng chịu kéo hoặc nén thì trong bộphận hướng phải có thêm một đòn ngang (hình 9.16)

Trên hình 9.17 là sơ đồ và cấu tạo của hệ thống treo độc lập phần tử đàn hồi là lò

xo với đòn treo dọc Loại này chỉ bố trí hai đòn treo dọc phía dưới Để các đòn treo cóthể chịu được các lực dọc, lực ngang và mômen thì các đòn treo này phải có cấu tạosao cho độ cứng vững lớn Thường thì đòn treo loại này có kết cấu dạng hộp với tiếtdiện tương đối lớn Một đầu đòn treo được cố định với moayơ bánh xe, đầu còn lạiđược liên kết bản lề với khung hoặc dầm ôtô Khớp bản lề có chiều dài tương đối lớnnhằm mục đích để các đòn dọc có thể chịu được lực ngang hoặc mômen theo cáchướng khác nhau

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

để bố trí giảm chấn Do những đặc điểm cấu tạo trên nên hệ thống treo đòn dọc có kếtcấu nhỏ gọn, trọng lượng phần không được treo nhỏ

a b

c

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

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

Hình 9.18 - Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, hai đòn ngang

Một đòn phía trên và một đòn phía dưới (hình 9.18.a) Mỗi một đòn không phảichỉ là một thanh mà thường có cấu tạo dạng khung hình tam giác hoặc hình thang Cấutạo như vậy cho phép các đòn ngang làm được chức năng của bộ phận hướng Đầutrong của mỗi đòn ngang được liên kết bản lề với khung hoặc dầm ôtô Đầu còn lạiđược liên kết với đòn đứng bởi các khớp cầu Bánh xe được cố định với đòn đứng.Nếu là bánh xe dẫn hướng thì bánh xe cùng đòn đứng có thể quay quanh một trụ đểquay bánh xe khi ôtô quay vòng

Nếu chiều dài của đòn ngang trên và đòn ngang dưới bằng nhau thì hai đònngang như hai cạnh của một hình bình hành Do đó khi bánh xe dao động lên xuốngthì bánh xe còn bị trượt ngang do khoảng cách giữa hai bánh xe thay đổi (hình 9.18.a),điều này sẽ làm lốp bánh xe chóng mòn Vì vậy để khắc phục nhược điểm này thìngười ta thường bố trí đòn ngang trên có kích thước ngắn hơn đòn ngang dưới và khi

đó hai đòn ngang như hai cạnh của một hình thang vuông (hình 9.18.b) Nhờ bố trínhư vậy nên khi bánh xe dao động lên xuống thì khoảng cách giữa hai bánh xe thayđổi không dáng kể, hạn chế mài mòn lốp bánh xe

Cấu tạo cụ thể của hệ thống treo hai đòn ngang được mô tả trên hình 9.18.c