a- có hai thanh dọc theo thân xe; b- có xương; c- có bộ phận đỡ trước; d- có bộ phận đỡ sau; e- có bộ xương trong đầy đủ;
f- có bộ xương trong hạn chế
Trên cơ sở phân tích trên hình dáng vỏ lựa chọn thiết kế cho ô tô du lịch bốn chỗ ngồi, việc phân tích hình dáng vỏ theo khí động học là điều tất yếu tuy nhiên xe thiết kế là xe có tốc độ di chuyển thấp nên ta không sử dụng tiêu chí này cho việc chọn vỏ xe. Phân tích theo mục đích sử dụng gắn liền với mục đích thực tế của đề tài. Với mục đích là tham quan du lịch, trên cơ sở phân tích thì ta chọn vỏ xe là loại vỏ hở. Chọn vỏ hở vì xe thiết kế cho mục đích là tham quan du lịch với tốc độ thấp do đó mà chọn vỏ hở sẽ đảm bảo được yếu tố về tầm quan sát cảnh quan, về độ thông thoáng và cảm giác thoải mái. Theo quan hệ giữa khung - vỏ, khung ta lựa chọn là loại khung chịu hoàn toàn tải trọng do đó mà vỏ ở đây là loại vỏ xe không chịu tải.
2.2. Hệ thống treo [9]
2.2.1. Tổng quan về hệ thống treo trên ô tô
Yêu cầu của hệ thống treo.
Hệ thống treo là tập hợp tất cả các cơ cấu để nối đàn hồi khung hoặc vỏ ô tô với các cầu hay hệ thống chuyển động. Vì vậy khi thiết kế cần phải đảm bảo những yêu cầu cơ bản sau:
+ Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo (đặc trưng bởi độ võng tĩnh, và hành trình động) phải đảm bảo cho xe có độ êm dịu cần thiết khi chạy trên đường tốt và không bị va đập liên tục lên các ụ hạn chế khi chạy trên đường xấu không bằng phẳng với tốc độ cho phép, khi xe quay vòng tăng tốc hoặc phanh thì vỏ xe không bị nghiêng, ngửa hay chúc đầu.
+ Đặc tính động học, quyết định bởi bộ phận dẫn hướng phải đảm bảo cho xe chuyển động ổn định và có tính điều khiển cao cụ thể là:
+ Đảm bảo cho chiều rộng cơ sở và góc đặt các trục quay đứng của bánh xe dẩn hướng không đổi hoặc thay đổi không đáng kể.
+ Đảm bảo sự tương ứng động học giữa các bánh xe và truyền động lái, để tránh gây ra hiện tượng tự quay vòng hoặc dao động các bánh xe dẫn hướng xung quanh trụ quay của nó.
+ 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 dễ bố trí, làm việc bền vững tin cậy.
2.2.2. Phân tích chọn loại hệ thống treo
Hiện nay trên ô tô người ta thường sử dụng những kiểu hệ thống treo như sau: - Theo dạng bộ phận dẫn hướng, hệ thống treo được chia ra các loại:
+ Hệ thống treo phụ thuộc: đặc điểm đặc trưng là dùng với dầm cầu liền. Bởi vậy, dịch chuyển của các bánh xe trên một cầu phụ thuộc lẫn nhau. Việc truyền lực và mô men từ bánh xe lên khung có thể thực hiện trực tiếp qua các phần tử đàn hồi dạng nhíp hay nhờ các thanh đòn. 1 2 3 4 Hình 2.6 Hệ thống treo phụ thuộc
1- Thùng xe, 2- Bộ phận giảm chấn, 3– Bộ phận đàn hồi, 4– Dầm cầu.
+ Hệ thống treo độc lập: với dầm cầu cắt, cho phép các bánh xe dịch chuyển độc lập. Bộ phận hướng trong trường hợp này có thể là loại đòn, loại đòn - ống hay còn gọi là Makferxon. Loại đòn lại có loại: 1 đòn, 2 đòn, loại đòn lắc trong mặt phẳng ngang, lắc trong mặt phẳng dọc và lắc trong mặt phẳng chéo.
2 3
4
1
Hình 2.7 Hệ thống treo độc lập
1- Thùng xe, 2- Bộ phận giảm chấn, 3– Bộ phận đàn hồi, 4– Đòn liên kết. - 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, chia ra:
+ Loại giảm chấn thuỷ lực: tác dụng một chiều và hai chiều.
+ Loại giảm chấn bằng ma sát cơ: gồm ma sát trong bộ phận đàn hồi và trong bộ phận
dẫn hướng. .
Để chọn được hệ thống treo phù hợp cho xe thiết kế ta phân tích ưu - nhược điểm của các loại hệ thống treo trên cơ sở phân loại (theo bộ phận hướng) trên:
- Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng phổ biến trên tất cả các loại ô tô. Nó có ưu điểm là: kết cấu đơn giản, giá thành rẻ trong khi vẫn đảm bảo được các yêu cầu cần thiết, nhất là đối với những xe có tốc độ chuyển động không lớn. Tuy nhiên nó có nhược điểm là ảnh hưởng đến tính ổn định ngang, dẫn đến hiện tượng trượt và sinh ra mô men con quay lớn (Mcq). - Hệ thống treo độc lập được sử dụng chủ yếu ở cầu trước các ô tô du lịch. Nó có ưu điểm là:
+ Cho phép tăng độ võng tĩnh và động của hệ thống treo, nhờ đó tăng được độ êm dịu chuyển động.
+ Giảm được hiện tượng dao động các bánh xe dẫn hướng do hiệu ứng mô men con quay.
- Tăng được khả năng bám đường, do đó tăng được tính điều khiển và ổn định của xe. - Nhược điểm:
+ Phức tạp và đắt tiền khi sử dụng ở các cầu chủ động. Vì thế các ô tô du lịch hiện đại thường dùng hệ thống treo phụ thuộc ở cầu sau. Hệ thống treo độc lập ở các cầu chủ động chỉ sử dụng trên các ô tô có tính cơ động cao.
Với cơ sở phân tích trên, cùng với đặc điểm, mục đích sử dụng của xe thiết kế ta tính chọn hệ thống treo độc lập đối với hệ thống treo trước và hệ thống treo phụ thuộc đối với hệ thống treo sau
Các bộ phận của hệ thống treo:
Bộ phận đàn hồi: loại lò xo trụ, có các ưu điểm: kết cấu, chế tạo đơn giản, kích
thước nhỏ gọn dễ bố trí. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm: chỉ tiếp nhận lực thẳng đứng, cần có bộ phận hướng riêng.
→ Hệ thống treo trước, sau: chọn bộ phận đàn hồi loại lò xo trụ.
Bộ phận giảm chấn: theo cách lắp đặt và yêu cầu êm dịu của xe thiết kế, ta
chọn bộ phận giảm chấn thuỷ lực dạng ống, tác dụng hai chiều và có van giảm tải cho cả hệ thống treo trước và sau.
Bộ phận hướng: hệ thống treo trước: là hệ thống treo độc lập nên bộ phận
hướng gồm các loại là: loại một đòn, loại hai đòn chiều dài bằng nhau, loại hai đòn chiều dài khác nhau, loại đòn ống (Macpherson), loại nến. Ở dây ta sử dụng loại đòn ống. Đây thực chất là một kết cấu biến thể của loại hai đòn chiều dài khác nhau với chiều dài đòn trên bằng không, trụ quay đứng hay thanh nối hai đòn được làm dưới dạng ống lồng thay đổi được độ dài để đảm bảo động học của bánh xe.
Đặc điểm đó cho phép bố trí luôn giảm chấn hay phần tử đàn hồi thuỷ khí vào kết cấu trụ quay đứng hay thanh nối. Nhờ đó đơn giản được kết cấu, giảm được số lượng khâu khớp và giảm được khối lượng cũng như không gian bố trí hệ thống treo. - Nhược điểm của kết cấu này là yêu cầu chất lượng chế tạo ống trượt cao, các thông số động học kém hơn so với loại hai đòn chiều dài khác nhau.
+ Hệ thống treo sau: là hệ thống treo phụ thuộc có bộ phận hướng thường dùng là nhíp lá, các thanh đòn. Ta chọn bộ phận hướng là các thanh đòn.
2.3. Hệ thống lái [9]
2.3.1. Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô
Yêu cầu khi thiết kế hệ thống lái.
Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô hoặc giữ cho ô tô chuyển động đúng hướng nào đó. Vì vậy khi thiết kế cần đảm bảo những yêu cầu sau: - Đảm bảo tính năng vận hành cao của ô tô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé.
- Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái.
- Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khi quay vòng.
- Hệ thống trợ lực phải chính xác, tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
- Đảm bảo quan hệ tuyến tính giữa góc quay vành lái và góc quay bánh xe dẫn hướng. - Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái.
- Hệ thống lái phải bố trí sao cho thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.
2.3.2. Phân tích chọn hệ thống lái
Loại cơ cấu bánh răng - thanh răng:
Kết cấu cơ cấu lái loại này như trên hình. Bánh răng có thể có răng thẳng hay nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống dẫn hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, thanh răng được ép đến bánh răng bằng lò xo.
Tỷ số truyền cơ cấu lái: iccl = D_vl/d_cl Dvl: Đường kính của vành lái.
Dvl: Đường kính vòng chia của bánh răng.
Hình 2.8 Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng1-Thanh răng; 2- Bánh răng 1-Thanh răng; 2- Bánh răng
Ưu điểm:
- Cơ cấu lái loại bánh răng - thanh răng có i nhỏ nên rất nhạy. Vì thế nó được sử dụng rộng rãi trên các xe đua và thể thao cũng như các xe du lịch cỡ nhỏ.
- Hiệu suất cao, kết cấu gọn, chế tạo đơn giản, giá thành rẻ. Nhược điểm:
- Lực điều khiển lớn
- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc - Nhạy cảm với va đập do ma sát nhỏ (hiệu suất nghịch lớn) Một số loại dẫn động lái
Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của tất cả các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn bên. Sự quay vòng của ôtô là rất phức tạp, để đảm bảo đúng mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện. Hiện nay người ta chỉ đáp ứng điều kiện gần đúng của mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo lên hình thang lái.
Dẫn động lái có đòn ngang của hình thang lái loại liền: như dẫn động lái bốn khâu (hình thang lái Đantô), dẫn động lái ba khâu…
Dẫn động lái có đòn ngang của hình thang lái loại liền đơn giản dễ chế tạo đảm bảo được động học và động lực học quay vòng các bánh xe. Nhưng cơ cấu này chỉ dùng trên xe có hệ thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng). Do đó chỉ được áp dụng cho các xe tải và những xe có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên xe du lịch ngày nay có hệ thống treo độc lập thì không đảm bảo động học.
Hình 2.9 Dẫn động lái 3 khâu
Dẫn động lái có đòn ngang của hình thang lái loại cắt: như dẫn động lái sáu khâu Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệ thống treo độc lập lắp trên cầu dẫn hướng. Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu là dễ lắp đặt cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc, bố trí trợ lưc lái thuận tiện ngay trên dẫn động lái. Hiện nay dẫn động lái sáu khâu được dùng rất thông dụng trên các loại xe du lịch như: Toyota, Nisan, Mercedes, Pregio….
Đặc điểm của dẫn động lái sáu khâu là có thêm thanh nối nên ngăn ngừa được ảnh hưởng sự dịch chuyển của bánh xe dẫn hướng này lên bánh xe dẫn hướng khác.
Hình 2.10 Dẫn động lái 6 khâu.Trợ lực hệ thống lái Trợ lực hệ thống lái
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng làm giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái, giảm mệt mỏi khi xe chạy trên đường dài. Ngoài ra trợ lực lái còn nhằm nâng cao an toàn chuyển động khi có sự cố lớn ở bánh xe (nổ lốp, hết khí nén trong lốp…) và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành lái.
Trợ lực hệ thống lái phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Khi bộ trợ lực hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc được tuy nhiên lái nặng hơn. - Chỉ gài bộ trợ lực khi lực cản quay vòng lớn, khi lực cản quay vòng bé hệ thống lái làm việc như bình thường, tức là lúc ấy lực đặt lên vành lái đối với ôtô du lịch
P1= 10 20N, đối với ôtô tải P1= 30 40N.
- Bộ trợ lực phải giữ cho người lái có cảm giác sức cản trên mặt đường khi quay vòng, thời gian tổn hao để cường hoá phải là tối thiểu và phải đảm bảo tỷ lệ giữa lực tác dụng, góc quay trục vô lăng và góc quay bánh dẫn hướng.
- Hệ thống lái có trợ lực phải đảm bảo cho người lái giữ được hướng chuyển động khi bánh xe đột ngột có sự cố (rơi vào hố sâu, nổ lốp, hết khí nén trong lốp,…).
2.3.3. Chọn hệ thống lái cho xe thiết kế
Sau khi phân tích đặc điểm chính của một số loại cơ cấu lái, dẫn động lái thường dùng cho ô tô du lịch cỡ nhỏ cùng với yêu cầu của hệ thống lái trên xe thiết kế phải đơn giản nhỏ gọn, dễ bố trí, ta chọn hệ thống lái cho xe thiết kế là loại có cơ cấu : Bánh răng - thanh răng.Cơ cấu cấu này có ưu điểm: tỷ số truyền nhỏ nên độ nhạy cao, hiệu suất cao thngh 1. Ngoài ra cơ cấu này cũng đơn giản, dễ chế tạo, kết cấu gọn dễ bố trí cho xe thiết kế.
1 2
Hình 2.11 Sơ đồ dẫn động lái1- Khớp nối; 2- Thanh răng 1- Khớp nối; 2- Thanh răng
2.4. Hệ thống phanh
2.4.1. Tổng quan về hệ thống phanh
Yêu cầu của hệ thống phanh
Theo đó, hệ thống phanh ô tô đạt chuẩn cần đáp ứng những tiêu chí như sau: - Quãng đường phanh ngắn nhất trong điều kiện phanh đột ngột.
- Thời gian phanh nhỏ nhất thích ứng các tình huống bất ngờ.
- Gia tốc phanh chậm dần càng lớn mang lại hiệu quả phanh càng cao. - Phanh êm dịu, đảm bảo tính ổn định trong mọi trường hợp.
- Điều khiển nhẹ nhàng, người lái không tốn nhiều sức khi sử dụng. - Phân bố mô men đều trên các bánh xe phù hợp với tải trọng lực bám. - Không bị hiện tượng bó phanh.
- Thoát nhiệt tốt, nâng cao tuổi thọ của linh kiện trong hệ thống phanh. - Kết cấu gọn nhẹ, dễ chẩn đoán hư hỏng trong mọi điều kiện.
2.4.2. Phân tích phương án thiết kế hệ thống phanh chính cho xe [9]
Để thực hiện nhiệm vụ của mình, hệ thống phanh phải có hai phần kết cấu chính sau:
- Cơ cấu phanh: Là bộ phận trực tiếp tạo lực cản. Trong quá trình phanh động năng của ô tô sẽ được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường.
- Dẫn động phanh: để điều khiển cơ cấu phanh.
Ta sẽ tiến hành phân tích để tìm ra các kết cấu thích hợp nhất, đảm bảo được các yêu cầu cần thiết đối với một hệ thống phanh trên xe, đồng thời cũng phải đáp ứng được các yêu cầu về kinh phí, thuận lợi trong việc lắp ráp, gá đặt, tận dụng được các cơ cấu đã có sẵn… nhằm hướng đến tối ưu về mặt thiết kế cũng như chế tạo.
- Chọn loại dẫn động phanh
Trên ô tô - máy kéo nói chung có thể gặp các loại dẫn động phanh sau: cơ khí, thủy lực, điện và khí nén. Trong các loại dẫn động trên thì dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho xe có bố trí đơn giản và tốc độ không quá nhanh.