Kết cấu hệ thống treo

Mục lục Lời mở đầu……………………………………………………………………………….2 4.4. Hệ thống treo………………………….……… …….……………… ….3 4.4.1. Tổng quan hệ thống treo……………… .…………………….………… .………3 4.4.1.1. Công dụng của hệ thống treo…………………………… ……….… …………4 4.4.1.2. Phân loại…………………………… …………………………… ……… … 5 4.4.1.3. Một số loại hệ thống treo…………….…………………….…… … ….………5 4.4.2. Bộ phận đàn hồi……………………………….……… ………………… ….8 4.4.2.1. Công dụng, phân loại…………………………………….……… …………… 8 4.4.2.2Bộ phận đàn hồi kim loại…………………………………….……………………8 4.4.2.3Bộ phận đàn hồi phi kim loại………………………………… …… ….……….14 4.4.3. Bộ phận dẫn hướng……………………………………………………… 21 4.4.3.1. Công dụng, phân loại………………………………………….….…………… 21 4.4.3.2. Hệ thống treo độc lập……………………………………………… …… ……21 4.4.3.3. Hệ thống treo phụ thuộc………………………………………….………… ….31 4.4.4. Bộ phận giảm chấn……………………………………….………………… .33 4.4.4.1. Công dụng, phân loại…………………………………………… …………… 33 4.4.4.2.Cấu tạo và nguyên lý làm việc……………………………………….………… 33 Kết luận…………………… Lời nói đầu 1 Xã hội ngày càng phát triển cả về chất và lượng, theo đó là sự phát triển và ứng dụng mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật vào thực tiễn đời sống mà trong đó ngành công nghiệp ô tô là một ngành thực sự quan trọng và có nhiều tiềm năng để khai thác. Sự ứng dụng thành quả của khoa học kỹ thuật vào ô tô đã khiến cho một chiếc ô tô hiện đại ngày càng hoàn thiện cả về tính an toàn và tiện nghi. Cấu thành nên một chiếc ô tô gồm rất nhiều các chi tiết, cụm chi tiết, tổng thành và hệ thống, mà trong đó, hệ thống treo là một hệ thống rất quan trọng. Một chiếc ô tô khi làm việc phải chịu những lực cản của mặt đường, không khí…gây nên những dao động cho xe, những dao động gây ảnh hưởng xấu đến kết cấu của ô tô, đến người và hàng hóa trên xe. Hạn chế và hấp thụ những dao động này, đó là nhiệm cụ của hệ thống treo. Mang lại tính an toàn khi quay vòng hay mang lại tiện nghi , chuyển động êm dịu cho một chiếc xe….đó là nhiệm vụ của hệ thống treo. Chính vì thế việc nghiên cứu hệ thống treo là việc rất cần thiết và quan trọng. Trong giới hạn đồ án nghiên cứu về kết cấu hệ thống treo của mình, em đã hoàn thành được công việc của mình. Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế, mà các kiến thức về hệ thống treo thì rất nhiều và cập nhật thường xuyên nên đồ án của em còn những hạn chế và thiếu sót, mong các thầy, cô và bạn đọc thông cảm và sửa chữa, bổ sung giúp em. Em xin chân thành cảm ơn thầy: Trương Mạnh Hùng (phó chủ nhiệm bộ môn cơ khí ô tô, ĐH GTVT) đã giúp đỡ em để em có thể hoàn thành đồ án của mình. 4.4. Hệ thống treo 4.4.1. Tổng quan hệ thống treo 2 Hệ thống treo là một trong những hệ thống chính và rất quan trọng cấu thành nên một chiếc ô tô. Nó liên kết mềm giữa thùng xe và bánh xe giúp bánh xe có thể dịch chuyển tương đối với thùng xe đồng thời giảm tải trọng động tác dụng lên thùng xe theo phương thẳng đứng. Khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng sẽ chịu những dao động do mặt đường mấp nô sinh ra. Những dao động này ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ của xe, hàng hóa và đặc biệt là ảnh hưởng tới hành khách. Dao động của khổi lượng được treo có thể phân ra như sau: - Lắc dọc: là dao động lên, xuống của đầu hay đuôi xe so với trọng tâm của xe. - Lắc ngang: khi xe chạy trên đường gồ ghề, 1 bên bên lò xo đàn hồi giãn ra, bên kia co lại thì gây ra lắc ngang. - Sự nhún: dao động lên hay xuống của toàn bộ thân xe khi di chuyển trên đường giợ sóng gọi là nhún. - Sự xoay đứng: là chuyển động của đường tâm dọc xe sang bên trái hoặc phải so với tâm xe. Hình 4.57: Sự dao động của khối lượng được treo. Hình 4.58: Sự dao động của khối lượng không được treo Dao động của khối lượng không được treo có thể phân ra như sau: - Sự dịch đứng: là chuyển động lên xuống của bánh xe, thường xuất hiện khi xe chạy trên đường gợn sóng -Sự xoay dọc: là sự chuyển động lên xuống theo chiều ngược nhau của hai bên bánh xe. -Sự uốn: là hiện tượng xảy ra khi mô men tăng tốc hoặc mô men phanh tác động lên nhíp, có xu hướng làm quay nhíp quanh trục bánh xe. Dao động uốn này làm giảm tính tiện nghi của xe. Theo số liệu thống kê cho thấy, khi ôtô chạy trên đường gồ ghề, so với ôtô cùng loại chạy trên đường tốt bằng phẳng thì tốc độ 3 trung bình giảm 40 – 50%, quãng đường 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 chuyển tăng 50 – 70%. Ngoài ra, nếu con người phải chịu đựng lâu trong tình trạng xe chạy bị rung xóc nhiều dễ sinh ra mêt mỏi. Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của dao động ôtô tới cơ thể người đều đi tới kết luận là con người nếu phải 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 chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng xe. Có thế xem hệ thống treo chia ô tô ra làm 2 phần: phần được treo và phần không được treo. Mô tả đơn giản đơn giản mối liên kết mềm của hệ thống treo như hình 4.59 Hình 4.59: Mô hình đơn giản hệ thống treo 1. Phần được treo; 2,6. Bộ phận đàn hồi; 3. Phần không được treo; 4. Mặt đường; 5. Thân xe; Nằm trên hệ thống treo là phần được treo, bảo gồm: khung xe, thùng xe, vỏ xe, nội thất, các hệ thống, cụm tổng thành lắp trên khung xe, hành khách, lái xe, hàng hóa. Phần nằm dưới hệ thống treo là phần không được treo gồm: cầu xe và bánh xe. Khi xe chuyển động trên đường, mặt đường không bằng là nguồn kích thích gây ra dao động của phần được treo và không được treo theo phương thẳng đứng. Sự êm dịu theo phương thẳng đứng của xe khi chuyển động phụ thuộc vào khối lượng các phần được treo, độ cứng của hệ thống treo, tức là phụ thuộc vào kết cấu của xe và kết cấu hệ thống treo. 4.4.1.1. Công dụng của hệ thống treo Hệ thống treo có các công dụng sau: - Liên kết mềm giữa thân xe và bánh xe, làm giảm tải trọng động thẳng đứng tác dụng lên thân và đảm bảo bánh xe lăn êm trên đường. - Dập tắt các dao động từ mặt đường tác dụng lên thân xe. - Truyền lực từ bánh xe lên thân xe và ngược lại. Đảm bảo sự dịch chuyển hợp lý của bánh xe với thân xe. Ngày nay, khi những thành quả công nghệ cao được áp dụng nhiều lên một chiếc xe hơi, thì hệ thống không đơn thuần chỉ có những công dụng trên, nó còn có khả năng giúp làm tăng độ tin cậy của xe khi quay vòng, có khả năng thay đổi độ cao của thân xe…. 4.4.1.2. Phân loại Hệ thống treo được chia làm 2 loại: hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc. - Hệ thống treo phụ thuộc là hệ thống treo có các bánh xe của cùng một cầu được bắt trên một dầm cầu cứng, khi một bánh xe dịch chuyển so với thùng xe thì kéo theo bánh bên kia chuyển vị phụ thuộc. Hệ thống treo phụ thuộc được chia thành: loại đơn và loại cân bằng. 4 - Hệ thống treo độc lập là hệ thống treo có chuyển vị của các bánh xe trên cùng một cầu là độc lập với nhau và với thùng xe. Hệ thống treo độc lập gồm có các loại sau: hai đòn ngang, một đòn ngang, đòn dọc, đòn chéo. 4.4.1.3. Một số loại hệ thống treo a. Hệ thống treo độc lập Hệ thống treo độc lập có sơ đồ như hình 4.60 Hình 4.60: Sơ đồ hệ thống treo độc lập 1. Thân xe; 2. Bộ phận đàn hồi; 3. Dầm cầu Hệ thống treo độc lập có đặc điểm là sự dịch chuyển của hai bánh xe so với thân xe hầu như không ảnh hưởng đến nhau, trong kết cấu hai bên bánh xe không liên kết với nhau bằng dầm liền, do đó chúng có thể dịch chuyển độc lập với nhau. Với đặc điểm như thế, hệ thống treo độc lập có các đặc trưng như sau: - Khối lượng phần không được treo là nhỏ, đặc tính bám đường của bánh xe là tốt, vì vậy sẽ êm dịu trong khi di chuyển và có tính ổn định tốt. - Do không có sự nối cứng giữa các bánh xe phía trái và phía phải nên có thể hạ thấp sàn ôtô và vị trí lắp động cơ, do đó có thể hạ thấp được trọng tâm của ôtô, nâng cao tính ổn định của xe khi chạy ở tốc độ cao. - Khối lượng phần được treo nhỏ, do đó lực và mô men quán tính nhỏ, giảm được tải trọng va đập với thân xe khi chuyển động trên đường. - Ít có khả năng chống trượt ngang. Nhiều kiểu ôtô được trang bị thanh ổn định để giảm sự lắc ngang khi ôtô chuyển động quay vòng, cải thiện được tính ổn định và các tính năng khác. - Kết cấu khá phức tạp. Hệ thống treo độc lập được sử dụng nhiều trên ô tô con, ô tô có tốc độ cao và ô tô buýt. b. Hệ thống treo phụ thuộc Hệ thống treo phụ thuộc có sơ đồ như hình 4.61 Hệ thống treo phụ thuộc có đặc điểm là chuyển vị của 1 bánh xe so với thùng xe sẽ kéo theo sự chuyển vị của bánh xe kia do 2 bánh xe được bắt trên một dầm cầu cứng. Hệ thống treo phụ thuộc có khả năng chống trượt ngang, chịu được tải trọng lớn nên thường được bố trí trên ô tô tải, ô tô buýt và một số loại xe ô tô con có tính cơ động cao. Đặc tính của hệ thống treo phụ thuộc: - Cấu tạo đơn giản, ít chi tiết vì thế dễ bảo dưỡng, giá thành thấp. - Có độ cứng vững cao nên có thể chịu được tải nặng. - Vì có độ cứng vững cao nên khi xe đivào đường vòng, thân xe ít bị nghiêng. - Định vị của các bánh xe ít thay đổi do chuyển động lên xuống của chúng, nhờ thế mà các bánh xe ít bị mòn. 5 - Vì có khối lượng không được treo lớn nên tính êm dịu của xe khi sử dụng hệ thống treo phụ thuộc kém. - Do chuyển động của bánh xe bên trái và bên phải có ảnh hưởng lẫn nhau nên dễ xuất hiện dao động và rung động. Hình 4.61 Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc 1. Thùng xe; 2. Bộ phận đàn hồi; 3. Dầm cầu c. Hệ thống treo bán tích cực Hệ thống treo bán tích cực là hệ thống treo có khả năng dập tắt nhanh dao động thẳng đứng trong khoảng làm việc rộng, được tạo nên bởi sự điều khiển thông qua núm chọn hay nhờ điều khiển điện tử. Sơ đồ hệ thống treo bán tích cực làm việc theo vị trí núm điều khiển của ô tô Porsche 959 được mô tả trên hình 4.62. Hình 4.62: Sơ đồ hệ thống treo bán tích cực xe Porsche 959 1. Đồng hồ tốc độ; 2. Núm chọn; 3. Bộ điều khiển điện tử 4. Giảm chấn; 5. Block van điều khiển; 6. Cảm biến mặt đường. Tính chất điều chỉnh khi xe hoạt động được chọn theo các chế độ đường định trước theo ý đồ sử dụng của lái xe. Ba chương trình hoạt động được thiết lập sẵn phụ thuộc vào trạng thái làm việc của giảm chấn thông qua núm chọn trên bảng điều khiển. Lực cản của giảm chấn có thể tăng hay giảm tùy thuộc vào sự tăng hay giảm của tốc độ dịch chuyển piston giảm chấn thông qua việc thay đổi các lỗ van tiết lưu để thay đổi lưu lượng dòng chất lỏng chảy qua. Trên xe còn sử dụng ba chế độ điều chỉnh khoảng sáng gầm xe chọn sẵn bằng núm chọn, bộ điều chỉnh điện tử duy trì các khoảng làm việc trong vùng được thiết lập. Mục đích của hệ thống thiết lập và điều chỉnh chiều cao thân xe nhằm đảm bảo khả năng hoạt động ở tốc độ cao, duy trì ổn định góc nghiêng bánh xe, tối ưu hóa hệ số cản không khí, áp lực không khí tác dụng lên đầu xe. 6 Gọi hệ thống treo này là bán tích cực là vì nó không thực hiện hoàn thiện các chế độ tự động: - Không có cảm biến xác định lực trong giảm chấn. - Không có khả năng tự chuyển sang chế độ làm việc khác khi tốc độ dịch chuyển của các piston giảm chấn vượt quá giá trị cho phép. - Không điều chỉnh chế độ làm việc theo các thông tin của trạng thái làm việc tức thời. Tuy nhiên hệ thống treo cũng có ưu điểm: - Chọn được các chế độ làm việc của hệ thống treo tương ứng với điều kiện làm việc. - Giá thành rẻ hơn hệ thống treo tích cực mà vẫn đảm bảo được tính an toàn và tiện nghi. d. Hệ thống treo tích cực. Sơ đồ các hệ thống treo tích cực cơ bản hiện đang được sử dụng trên ô tô được thể hiện trên hình 4.63. Hình 4.63: Sơ đồ nguyên lý các loại hệ thống treo tích cực. a. Hệ thống lutus; b. Hệ thống Wiliams; c. Hệ thống điều chỉnh với mô đun đàn hồi thủy lực có điều chỉnh áp suất thủy lực bổ trợ và lò xo đàn hồi xoắn ốc; d. Hệ thống Horvat; 1. Thân xe; 2. Cảm biến lực; 3. Cảm biến hành trình; 4. Bình tích năng; 5. Bơm cấp; 6. Van điều khiển; 7. Xylanh dẫn hướng; 8. Cảm biến gia tốc; 9. Van tiết lưu; 10. Van tỷ lệ; 11. Nguồn cấp khí; 12. Van phân phối khí; 13. Van điều hòa; 14. Bình chứa dầu; 15. Piston van giảm chấn; 16. Lò xo xoắn ốc; 17. Mô đun đàn hồi bổ sung. Hệ thống treo tích cực là hệ thống treo có khả năng điều chỉnh theo từng biến động của trạng thái nhấp nhô nền đường và trạng thái chiều cao thân xe. Khi có các lực động sinh ra, thông qua các van điều chỉnh sẽ đáp ứng liên hệ nhanh(với nguồn năng lượng tương 7 thích), các mô đun đàn hồi tạo nên phản ứng đúng nhằm đảm bảo các chế độ độ nghiêng thân xe theo yêu cầu. 4.4.2. Bộ phận đàn hồi 4.4.2.1. Công dụng, phân loại Bộ phận đàn hồi có tác dụng làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung và đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi chuyển động. Bộ phận đàn hồi được phân loại theo vật liệu chế tạo gồm có: bằng kim loại, bằng phi kim loại và dạng liên hợp. Hiện nay, phần đa ô tô sử dụng bộ phận đàn hồi bằng kim loại như: nhíp lá, lò xo xoắn và thanh xoắn. Tuy nhiên, bộ phận đàn hồi phi kim và khí nén, do đáp ứng được các tính năng về tính an toàn và tiện nghi trong các hệ thống treo hiện đại nên ngày càng được sử dụng nhiều trên các dòng xe mới. 4.4.2.2. Bộ phận đàn hồi kim loại a. Bộ phận đàn hồi nhíp lá Hình 4.64: Cấu tạo bộ nhíp lá Bộ phận đàn hồi nhíp lá được cấu tạo bởi các lá nhíp dẹp, tiết diện chữ nhật, có độ dài và bán kính cong khác nhau, xếp chồng lên nhau. Nhíp lá có chiều dày ở giữa lớn hơn hai đầu phù hợp với tiết diện của dầm chịu uốn. Các nhíp lá được bắt chặt với nhau và chống xô dọc bằng bu lông tâm nhíp, chống xô ngang bằng các quang nhíp phụ. Bộ nhíp liên kết với khung xe qua chốt quay, giá đỡ. 8 Hình 4.65: Các dạng đầu nhíp lá a. Đầu dạng vuông; b. Đầu dạng thang; c. Đầu dạng trái xoan Hình 4.66: Các dạng tai nhíp a. Tai nhíp đơn; b,c. Tai nhíp kép. 1. Giá đỡ; 2. Ắc nhíp; 3. Bạc ắc nhíp; 5. Bu lông kéo. 4. Tấm ốp bắt với lá nhíp chính thay nhiệm vụ tai nhíp; Các lá nhíp được chế tạo với các bán kính cong khác nhau, bán kính cong của các lá nhíp phía dưới nhỏ hơn phía trên. Khi bắt chặt các lá nhíp với nhau, trên các lá nhíp xuất hiện ứng suất dư. Giá trị ứng suất dư này ban đầu ngược với giá trị ứng suất dư sinh ra khi chịu tải, điều này giúp cho các nhíp lá có độ bền cao khi làm việc. Đồng thời, cũng do các lá nhíp có bán kính cong khác nhau, nên giữa các lá nhíp của bộ nhíp tồn tại ma sát với nhau, lực ma sát này giúp dập tắt nhanh dao động của bộ nhíp. Tuy nhiên, cũng chính do tồn tại ma sát giữa các lá nhíp của bộ nhíp khiến nhíp khó hấp thụ các dao động nhỏ từ mặt đường, làm giảm độ êm dịu chuyển động của xe. Bộ nhíp lá có độ cứng theo phương dọc lớn, cho phép truyền tải trọng dọc theo lá nhíp (lực kéo hoặc lực phanh) và đảm nhận vai trò như thanh nối truyền lực của bộ phận dẫn hướng. Như vậy có thể coi nhíp lá vừa là bộ phận đàn hồi, vừa là bộ phận dẫn hướng. Hình 4.67: Các cách bố trí nhíp lá trong hệ thống treo a. Nhíp nữa elip; b. Nhíp đảo lật; c. Bộ nhíp lắp thuận Bộ phận đàn hồi bằng nhíp lá chịu được tải trọng lớn nên thường được sử dụng trên những xe có tải trọng lớn. Trong quá trính làm việc, ma sát sinh ra giữa các lá nhíp gây mòn. Cần hạn chế ma sát bằng bôi mỡ chì và tránh tăng quá mức độ cứng. b. Bộ phận đàn hồi lò xò xoắn Lò xo xoắn là bộ phận đàn hồi được sử dụng phổ biến nhất trên ô tô con. Lò xo xoắn gồm có các dạng: hình trụ, hình côn hoặc hình trống. Lò xo xoắn hình trụ được sử dụng nhiều nhất do có ưu điểm là dễ dàng chế tạo và bố trí trong hệ thống treo. Các loại lò xo 9 hình côn, hình trống được sử dụng cho các hệ thống treo được bố trí trong không gian hẹp, khi bị nén lò xo có thể xếp chồng phẳng. Tuy vậy do công nghệ chế tạo phức tạp, giá thành cao nên ít dùng. Để tăng vùng làm việc của lò xo người ta thay đổi độ cứng của lò xo bằng cách chế tạo lò xo có các bước không đều, bước dài ở giữa và bước ngắn ở hai đầu lò xo, những lò xo loại này được sử dụng rộng rãi trên các hệ thống treo. Ngoài ra còn có các loại lò xo hình nón, lò xo có tiết diện khác nhau… So với nhíp lá thì phần tử đàn hồi lò xo xoắn có các ưu điểm sau: - Kết cấu và chế tạo đơn giản. - Trọng lượng nhỏ. - Kích thước gọn, nhất là khi bố trí giảm chấn và bộ phận hạn chế hành trình ngay bên trong lò xo. Hình 4.68: Lò xo xoắn Tuy nhiên bộ phận đàn hồi bằng lò xo xoắn chỉ cho phép truyền tải trọng thẳng đứng, vì vậy việc truyền các lực dọc, ngang được thực hiện nhờ các bộ phận dẫn hướng riêng. Do không phải chịu tải trọng lớn và có nội lực ma sát nhỏ nên lò xo xoắn ít phải bảo dưỡng và chăm sóc trong quá trình làm việc. Có ba phương pháp đặt lò xo lên ô tô: - Lắp không bản lề (hình 4.69a). - Lắp bản lề một đầu (hình 4.69b). - Lắp bản lề hai đầu (hình 4.69c). 10 . treo, độ cứng của hệ thống treo, tức là phụ thuộc vào kết cấu của xe và kết cấu hệ thống treo. 4.4.1.1. Công dụng của hệ thống treo Hệ thống treo có các công. 4.4.1.2. Phân loại Hệ thống treo được chia làm 2 loại: hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc. - Hệ thống treo phụ thuộc là hệ thống treo có các bánh