Cấu tạo ô tô - P4

Năm 1650: chiếc xe 4 bánh vận chuyển bằng các lò xo tích năng lượng được thiết kế bởi nghệ sĩ, nhà phát minh người Ý Leonardo da Vinci. • Năm 1769: Ra đời động cơ máy hơi nước • 1860: Động cơ 4 kỳ

3.4 Hệ thống treo

Một số khái niệm :

- Khối lượng được treo: Lμ toμn bộ khối lượng thân

xe được đỡ bởi hệ thống treo Nó bao gồm: khung,

vỏ, động cơ, hệ thống truyền lực,

- Khối lượng không được treo: lμ phần khối lượng

không được đỡ bởi hệ thống treo Bao gồm: cụm

bánh xe, cầu xe,

- Sự dao động của phần được treo của ôtô:

1 Sự lắc dọc ( pitching_ sự xóc nảy theo phương

thẳng đứng) Lμ sự dao động lên xuống của phần

trước vμ sau của xe quanh trọng tâm của nó

2 Sự lắc ngang ( Rolling) Khi xe quay vòng hay đi

vμo đường mấp mô, các lò xo ở một phía sẽ giãn

ra còn phía kia bị nén co lại Điều nμy lμm cho xe

bị lắc ngang

3 Sự xóc nảy( bouncing) lμ sự dịch chuyển lên

xuống của thân xe Khi xe đi với tốc độ cao trên

nền đường gợn sóng, hiện tượng nμy rất dễ xảy ra

4 Sự xoay đứng ( jawing) lμ sự quay thân xe theo

phương dọc quanh trọng tâm của xe Trên đường

có sự lắc dọc thì sự xoay đứng nμy cũng xuất hiện

- Sự dao động của phần khối lượng không được

treo:

1 Sự dịch đứng:

lμ sự dịch chuyển lên xuống của các bánh xe trên

mỗi cầu xe Điều nμy thường xảy ra khi xe đi trên

đường gợn sóng với tốc độ trung bình hay cao

2 Sự xoay dọc theo cầu xe:

lμ sự dao động lên xuống ngược hướng nhau của các bánh xe trên mỗi cầu lμm cho bánh

xe nẩy lên khỏi mặt đường Thường xảy ra đối với hệ treo phụ thuộc

3 Sự uốn:

lμ hiện tượng các lá nhíp có xu hướng bị uốn quanh bản thân cầu xe do mômen xoắn chủ

động ( kéo hoặc phanh) truyền tới

I- Công dụng, phân loại

1.1 Công dụng:

1 Đỡ thân xe lên trên cầu xe; cho phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe; hạn chế những chuyển động không muốn có khác của bánh xe

2 Bộ phận của hệ thống treo thực hiện nhiệm vụ hấp thụ vμ dập tắt các dao động, rung

động, va đập mặt đường truyền lên

3 Đảm nhận khả năng truyền lực vμ mômen giữa bánh xe vμ khung xe :

Công dụng của hệ thống treo được thể hiện qua các phần tử của hệ thống treo:

- Phần tử đμn hồi: lμm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung vμ đảm bảo

độ êm dịu cần thiết khi chuyển động

- Phần tử dẫn hướng: Xác định tính chất dịch chuyển của các bánh xe vμ đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ từ mặt đường tác dụng lên thân xe

- Phần tử giảm chấn: Dập tắt dao động của ô tô khi phát sinh dao động

- Phần tử ổn định ngang: Với chức năng lμ phần tử đμn hồi phụ lμm tăng khả năng chống lật thân xe khi có sự thay đổi tải trọng trong mặt phẳng ngang

- Các phần tử phụ khác: vấu cao su, thanh chịu lực phụ, có tác dụng tăng cứng, hạn chế hμnh trình vμ chịu thêm tải trọng

1.2 Phân loại

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

- Theo loại bộ phận đμn hồi chia ra :

+ Loại bằng kim loại ( gồm có nhíp lá, lò xo, thanh xoắn ) + Loại khí ( loại bọc bằng cao su - sợi, mμng, loại ống )

+ Loại thuỷ lực (loại ống )

+ Loại cao su

- Theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng chia ra :

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

+ Loại độc lập ( một đòn, hai đòn, )

-Theo phương pháp dập tắt dao động chia ra :

+ Loại giảm chấn thuỷ lực ( loại tác dụng một chiều, loại tác dụng 2 chiều ) +Loại ma sát cơ ( ma sát trong bộ phận đμn hồi, trong bộ phận dẫn hướng)

- Theo phương pháp điều khiển có thể chia ra:

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

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

II cấu Tạo chung và nguyên lý làm việc của hệ thống treo

2.1 Sơ đồ vμ nguyên lý lμm việc của hệ thống treo phụ thuộc:

a) Đặc điểm của hệ thống treo phụ thuộc:

Dầm cầu liên kết cứng hai bánh xe ở hai bên ở cầu chủ động, dầm cầu chủ động liên kết hai bánh xe ở cầu dẫn hướng, dầm cầu liền bằng thép định hình liên kết hai bánh xe

- Nhược điểm:

+ Khối lượng không treo lớn: tăng tải trọng động, va đập, giảm độ êm dịu vμ sự bám của bánh xe,

a) Đặc điểm của hệ thống treo độc lập:

Hai bánh xe ở hai bên dịch chuyển độc lập với nhau Sự dịch chuyển của bánh xe nμy không ảnh hưởng đến bánh xe khác ( nếu coi thân xe đứng yên)

- Nhược điểm:

+ Kết cấu phức tạp: khó khăn khi tháo lắp, sửa chữa vμ bảo dưỡng,

- ưu điểm:

+ Đảm bảo động học được đúng vμ chính xác hơn, tuỳ theo kết cấu mμ giảm được độ trượt ngang: giảm độ mμi mòn lốp

+ Có không gian để bố trí các bộ phận khác: hạ thấp trọng tâm xe, tăng độ ổn định chuyển

động,

+ Khối lượng phần không treo nhỏ: giảm sự va đập vμ phát sinh tải trọng động

III Cấu tạo các bộ phận của hệ thống treo

3.1 Bộ phận đàn hồi:

1 Chức năng:

- Có nhiệm vụ đưa vùng tần số dao động đó phù hợp vùng tần số thích hợp với người

sử dụng( 60-85dđ/ph)

- Nối mềm giữa bánh xe vμ thùng xe giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung trên các địa hình khác nhau

- Có đường đặc tính đμn hồi phù hợp với các chế độ hoạt động của xe

2 Kết cấu:

Phần tử đμn hồi của hệ thống treo có thể lμ kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn hoặc phi kim loại : cao su, khí nén, thuỷ lực ngoμi ra có thể dùng kết hợp các loại phần tử đμn hồi trên

a) Nhíp lá:

Nhíp được dùng phổ biến nhất vì nhíp vừa lμ bộ phận đμn hồi, bộ phận dẫn hướng vμ một phần lμm nhiệm vụ giảm chấn

Sơ đồ hệ thống treo độc lập

1 Thân xe

2 Bộ phận đμn hồi

3 Bộ phận giản chấn

4 Đòn ngang trên

5 Đòn ngang dưới

- Đặc điểm của phần tử đμn hồi nhíp lá:

+ Kết cấu:

+ Lắp ráp:

Các lá nhíp được lắp ghép thμnh bộ, có bộ phận kẹp ngang để tránh khả năng xô ngang khi nhíp lμm việc

Bộ nhíp được bắt chặt với dầm cầu thông qua bulông quang nhíp, liên kết với khung thông qua tai nhíp vμ quang treo (để các lá nhíp biến dạng tự do)

+ Đặc tính đμn hồi: Đường đặc tính đμn hồi của nhíp lá được coi lμ tuyến tính, tức lμ độ cứng của nó ít thay đổi dưới tác dụng của tải trọng

Để tăng cứng người ta ta có thể bố dùng các cách sau:

Dùng nhíp phụ:

Dùng vấu tỳ ở giữa đầu nhíp với chỗ bắt quang nhíp

Bố trí nghiêng móc treo nhíp

Bố trí một lá nhíp liên kết để chịu lực dọc còn các lá nhíp khác được bố trí tự do b) Lò xo:

Hệ thống treo với phần tử đμn hồi lμ lò xo được sử dụng rộng rãi trên ô tô con vμ ô tô tải nhẹ

- Đặc điểm của phần tử đμn hồi lò xo:

+ Kết cấu: chế tạo từ thanh thép có tiết diện tròn hay vuông

+ ưu điểm: kết cấu đơn giản, có tuổi thọ cao hơn do không có ma sát khi lμm việc, không phải bảo dưỡng vμ chăm sóc

+ Nhược điểm: không có khả năng dẫn hướng vμ giảm chấn Do vậy bố trí phức tạp hơn so với loại dùng nhíp lá

+ Bố trí: Thường bố trí trên cầu trước độc lập hoặc cầu sau phụ thuộc

d) Bộ phận đμn hồi phụ bằng cao su:

Chức năng tăng cứng vμ hạn chế hμnh trình của hệ thống treo

Đặc điểm:

- ưu điểm:

+ Có độ bền cao, không phải bảo dưỡng, sửa chữa;

+ Khả năng hấp thụ năng lượng tốt

+ Trọng lượng nhỏ vμ có đặc tính đμn hồi phi tuyến

- Nhược điểm:

+ Có sự biến chất ảnh hưởng đến đặc tính đμn hồi khi nhiệt độ thay đổi

+ Sự biến dạng dư lớn

đ) Kiểu khí nén

Kiểu khí nén được sử dụng nhiều trên xe tải, trên một số xe con hạng sang

- Đặc điểm phần tử đμn hồi khí nén:

+ Kết cấu:

+ Bố trí

+ Lắp ráp:

+ Đặc điểm:

- ưu điểm :

+ Có khả năng tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo

+ Hệ thống treo khí nén còn có một ưu điểm nữa đó lμ không có ma sát trong các phần tử đμn hồi; trọng lượng của phần tử đμn hồi nhỏ

- Nhược điểm:

+ Không có khả năng dẫn hướng

+ Hệ thống điều khiển phức tạp

e) Kiểu thuỷ khí:

Bộ phận đμn hồi dùng kết hợp chức năng giữa bộ phận đμn hồi, bộ phận giảm chấn tạo

điều kiện để điều chỉnh chiều cao vμ trọng tâm xe tự động

3.2 Bộ phận giảm chấn:

1 Chức năng:

- Dập tắt dao động phát sinh trong quá

trình xe chuyển động từ mặt đường lên khung xe

trong các địa hình khác nhau một cách nhanh

chóng

- Đảm bảo dao động của phần không treo

nhỏ nhất, sự tiếp xúc của bánh xe trên nền đường,

nâng cao khả năng bám đường vμ an toμn trong

chuyển động

2 Phân loại:

Giảm chấn được phân loại theo cấu tạo vμ hoạt động của chúng:

- Phân loại theo hoạt động:

+ Tác dụng một chiều: chấn động chỉ bị dập tắt ở hμnh trình trả tức lμ lúc bánh xe đi xa khung ( Kn xấp xỉ bằng 0)

+ Tác dụng hai chiều: chấn động bị dập tắt ở cả hμnh trình nén vμ trả

- Theo cấu tạo:

+ Kiểu ống đơn

+ Kiểu ống kép

- Theo môi chất công tác:

+ Loại thuỷ lực

+ Loại khí

3 Nguyên lý lμm việc

a) Bản chất vật lý quá trình xảy ra trong giảm chấn

Bản chất của quá trình lμm việc của giảm chấn lμ quá

trình tiêu hao cơ năng( biến cơ năng thμnh nhiệt

năng

b) Đường đặc tính của giảm chấn thuỷ lực

Lực cản giảm chấn lμ một hμm phụ thuộc vμo vận tốc

tương đối của các dao động tương đối giữa thùng xe

với bánh xe

c) Nguyên lý lμm việc của giảm chấn thuỷ lực:

Loại 1 lớp vỏ:

- Hμnh trình nén:

- Hμnh trình trả:

Loại hai lớp vỏ có tác dụng hai chiều

- Trả mạnh:

- Trả nhẹ:

3 Kết cấu giảm chấn

Trên ô tô hiện nay phổ biến dùng loại giảm chấn hoạt động hai chiều có 2 vỏ

4 Bộ phận dẫn hướng

4.1 Chức năng:

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

- Tiếp nhận vμ truyền lực, mô men giữa bánh xe với khung vỏ xe

Căn cứ theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng chia ra loại hệ thống treo độc lập vμ loại hệ thống treo phụ thuộc

4.2 Hệ thống treo phụ thuộc:

Kết cấu hệ thống treo phụ thuộc thông dụng:

a) Phần tử đμn hồi nhíp lá: đa số sử dụng trên xe tải, xe khách, xe buýt vμ treo sau của xe

du lịch

b) Phần tử đμn hồi lò xo:

c) Phần tử đμn hồi khí nén hoặc thuỷ khí:

4.3 Hệ thống treo độc lập:

Kết cấu hệ thống treo độc lập thông dụng:

1 Hệ thống treo với đòn ngang:

a) Động học :

- Loại một đòn ngang:

- Loại hai đòn ngang có cơ cấu hình bình hμnh:

- Loại hai dòn ngang có cơ cấu hình thang:

b) Đặc điểm loại hai đòn ngang

ưu điểm:

+ Sự linh hoạt của hệ thống treo thiết kế

+ Dễ dμng giảm chiều cao mũi xe

+ Trọng tâm xe được hạ thấp, tăng độ ổn định khi chuyển động + Độ nghiêng thùng xe khi quay vòng nhỏ Các góc đặt bánh xe thay đổi ít vμ chuyển vị bên nhỏ nên mòn lốp ít

+ Khối lượng không được treo nhỏ đảm bảo độ êm dịu khi đi trên đường xấu

Nhược điểm :

+ Kết cấu phức tạp, khó khăn cho việc bố trí trong khoang động cơ

+ Có sự thay đổi lớn góc đặt bánh xe do dung sai của các chi tiết khi lắp ráp

2 Hệ thống treo Mc.Pherson

Đặc điểm kết cấu:

ưu điểm:

+ Cấu trúc đơn giản, ít chi tiết, giảm nhẹ khối lượng không

được treo

+ Dễ dμng bố trí trong khoang động cơ

+ có thể điều chỉnh chiều cao trọng tâm xe bằng bu lông

Nhược điểm:

+ Hạn chế động học của hệ treo: Chiều cao tâm quay

dao động lớn; đặc tính điều chỉnh của góc camber thấp

+Khó giảm chiều cao mũi xe

+ Có khả năng gây ra sự thay đổi góc nghiêng ngang

bánh xe, vết bánh xe

3 Hệ treo đòn dọc

- Sơ đồ cấu tạo như hình vẽ

- Đặc điểm của loại treo đòn dọc:

+ Không xảy ra sự thay đổi chiều dμi vết bánh xe, góc nghiêng

bánh xe, độ chụm bánh xe khi bánh xe dịch chuyển, các giá trị

nμy đều bằng không

+ Khớp nối đòn dọc với khung vỏ thường lμm bằng cao su Để

tăng độ cứng vững cho hệ treo nμy người ta thường bố trí: đặt lò

xo ngay trên tâm trục bánh xe; tăng chiều dμi đòn dọc;

4 Hệ treo đòn dọc có đòn ngang liên kết

Nó thuộc loại nửa phụ thuộc, nửa độc lập điều nμy căn cứ

vμo khả năng lμm việc của hệ treo vμ tuỳ thuộc vμo độ cứng của đòn liên kết

Tuỳ theo vị trí đặt đòn liên kết mμ có thể lμ treo độc lập

hoặc phụ thuộc

Ưu điểm:

- Dễ tháo lắp cả cụm cầu xe, kết cấu gọn, đặc biệt dễ bố trí

cho hệ treo dùng thanh xoắn

- Chịu tải trọng ngang, giảm nhẹ lực ngang tác động lên các

khớp quay, không cần phải dùng thanh ổn định ngang khi nó

có độ cứng nhỏ

- Không gây nên sự thay đổi góc nghiêng ngang bánh xe, vết

bánh xe, không cần dùng thêm đòn truyền lực ngang

Nhược điểm :

- Công nghệ hμn cao, tải trọng đặt lên hạn chế, khi đi trên

đường vòng có khả năng bị quay trục cầu xe

5 Hệ treo với đòn chéo:

Lμ dạng kết cấu trung gian giữa hệ treo đòn ngang vμ đòn dọc

Đặc điểm:

+ Đòn đỡ bánh xe quay trên đường trục chéo lệch với phương

ngang vμ phương dọc xe tạo nên đòn chéo treo bánh xe

+ Có sự thay đổi vết bánh xe, góc nghiêng ngang bánh xe

5 Hệ treo thăng bằng:

Trên các ôtô có 3 cầu, hai cầu sau thường đặt gần

nhau Hệ thống treo của hai cầu nμy sử dụng loại thăng

bằng với đòn thăng bằng đặt ở giữa 2 cầu sau nên bảo đảm

tải trọng thẳng đứng bằng nhau ở các bánh xe trên mỗi cầu

Đặc điểm:

- Thường dùng phần tử đμn hồi lμ khí nén hoặc lμ nhíp lá

- Kết cấu vμ cách bố trí:

- ưu điểm:

thống điều khiển tự động Tuỳ thuộc vμo khả năng điều khiển các thông số của hệ thống treo điều khiển người ta phân thμnh hai loại: hệ thống treo tích cực hoμn toμn vμ hệ thống treo bán tích cực (hệ thống treo chỉ có thông số của giảm chấn được điều khiển)

2 Hệ thống treo tích cực:

Hình 1.3 Mô hình hệ thống treo tích cực

Z s - dịch chuyển khối lượng được treo; Z u - dịch chuyển khối lượng

không được treo; C s - độ cứng phần tử đμn hồi; K s - hệ số cản giảm

chấn; C t - độ cứng của lốp; f a – lực của bộ phát động thủy lực; q 0 -

mấp mô biên dạng đường

Hệ thống treo tích cực bao gồm bộ phát động thuỷ lực, bộ điều khiển vμ các cảm biến

Hệ thống treo nμy đòi hỏi phải có năng lượng cung cấp cho hệ thống lớn, giá thμnh cao, trọng lượng lớn vμ phức tạp Đây chính lμ nhược điểm chính của hệ thống treo nμy

1 Hệ thống treo bán tích cực

Giảm chấn mắc song song với phần tử đμn hồi Hệ thống treo bán tích cực với giảm chấn tích cực chỉ có nhiệm vụ dập tắt dao động của thân xe nên đòi hỏi năng lượng cung cấp cho

hệ thống ít hơn nhiều so với hệ thống treo tích cực Hệ thống treo bán tích cực đáp ứng khả năng cách ly dao động tốt hơn hệ thống treo bị động, giảm chấn tích cực lμ nhân tố tạo nên tính ưu việt đó Kết cấu giảm chấn tích cực tương tự kết cấu của giảm chấn thông thường nhưng đặc tính của giảm chấn tích cực có thể thay đổi nhờ sự thay đổi tiết diện van tiết lưu hoặc thay đổi độ nhớt của môi chất công tác dưới tác dụng của từ trường

Hình 1.4 Mô hình hệ thống treo bán tích cực

Z s - dịch chuyển khối lượng được treo; Z u - dịch chuyển khối lượng không được treo; C s - độ cứng phần tử đμn hồi; K s (t) - hệ số cản giảm chấn; C t - độ cứng của lốp; q 0 - mấp mô biên dạng đường