2.3 Thiết kế
2.3.2 Lựa chọn và thiết kế phần đầu xe
Ở đầu xe quan trọng là phần giảm xóc của xe một bộ phận giúp tăng độ êm ái, giúp cho người lái không bị ảnh hưởng nhiều khi xe vượt chướng ngại vật trên đường và không bị mệt mỏi khi chạy một quảng đường dài. Trên thị trường hiện
28
nay có rất nhiều loại phuộc dùng để trang bị trên các dòng xe dưới đây là một số thông tin cơ bản của chúng.
2.3.2.1 Lựa chọn
- Phuộc là từ gốc tiếng Anh gọi là Fork, tiếng Pháp gọi là Fourche. Người Việt mình nói trại thành Phuộc vì phát âm tương đồng, ngồi ra cịn gọi là giảm xóc. Phuộc nhún hiện nay khơng chỉ là một bộ phận khơng thể thiếu trên xe mà cịn mang lại yếu tố thẩm mỹ cho xe.
Hình 2.19 Phuộc trên xe máy
Cấu tạo của phuộc nhún:
Cấu tạo của các mẫu phuộc phổ biến hiện nay bao gồm các chi tiết như: - Ống phuộc;
- Lò xo; - Ty phuộc; - Dầu giảm chấn;
- Cao su bảo vệ ty phuộc (tùy hãng sản xuất có thể có hoặc khơng). Cách hoạt động của phuộc:
Tuy có nhiều loại phuộc và thiết kế khác nhau (sẽ trình bày ở phần dưới) nhưng tất cả đều tuân thủ theo quy trình hoạt động đồng nhất. Khi có va chạm của bánh xe với chướng ngại vật như: Ổ gà, đá to, đá dăm nhiều… khi đó sẽ sản sinh ra lực tác động trực tiếp lên ty phuộc nối với bánh xe và ty phuộc sẽ được chuyển lực đó qua
29
bộ phận giảm xóc tức lị xo phuộc và dầu giảm chấn, như thế người điều khiển sẽ không bị ảnh hưởng nhiều bởi tác động này.
Nhờ có phuộc mà phần tay lái (ghi-đông) sẽ dễ dàng điều khiển hơn khi gặp chướng ngại và người điều khiển sẽ bớt mỏi tay, vai hơn khi lái xe trên những đoạn đường dài.
Hình 2.20 Thiết kế cơ bản của phuộc
Với cấu tạo phuộc đã đề cập như trên, các bộ phận được kết hợp với nhau nhằm mục đích mang lại hiệu quả giảm chấn tốt nhất cho xe. Khi nhìn bên ngồi bạn chỉ thấy được ống phuộc và ti phuộc , cao su bảo vệ phuộc. Những thứ bạn khơng nhìn thấy đó là lị xo phuộc và dầu phuộc được bố trí bên trong.
Giả sử khi xe chạy trên đường cán phải 1 viên đá, khi đó bánh xe tác dụng lực lên hệ thống nhún. Lúc này ở bộ phận giảm dao động dầu chảy nhanh từ khoang 1 sang 2 qua tiết diện lớn, nên lò xo nén nhanh dẫn đến rung động bị hấp thụ.
Khi bánh xe đang nằm trên hòn đá, lò xo dùng lực đàn hồi bật trở lại, lúc này ở bộ phận giảm dao động dầu chảy ngược từ khoang 2 sang khoang 1, nhưng tiết diện chảy từ khoang 2 sang 1 nhỏ nên dầu chảy chậm, lò xo giản ra từ từ nên xe không bị “bật nảy”.
Vai trò của phuộc trên xe:
Phuộc là một bộ phận nối kết giữa bánh trước và chảng ba xe máy (càng trước) có tác dụng giúp hạn chế tối đa sự dằn xóc của phần cổ xe khi đi trên những con đường xấu. Nhờ có phuộc trước mà phần tay lái (ghi-đông) sẽ dễ dàng điều khiển
30
hơn khi gặp chướng ngại và người điều khiển sẽ bớt mỏi tay, vai hơn khi lái xe trên những đoạn đường dài.
Các loại phuộc xe máy:
Từ thời lịch sử của xe motor đến nay đã có rất nhiều loại phuộc được ứng dụng. Mỗi loại đều có ưu nhược điểm riêng cũng như nét đẹp thẩm mỹ riêng.
Thông dụng nhất hiện nay vẫn là 2 loại: Phuộc lồng & Phuộc hành trình ngược. Phuộc lồng (Telescopic):
Phuộc lồng sử dụng ống phuộc, bên trong có chứa những chi tiết như lò xo, ty phuộc và dầu giảm chấn nhằm giúp triệt tiêu tối đa lực chấn động từ bánh trước lên tay lái.
Hình 2.21 Cấu tạo Phuộc lồng
Phuộc lồng là thông dụng nhất hiện nay được sử dụng trong hầu hết các dòng xe thương mại.
Tùy thuộc vào nhà sản xuất mà loại phuộc này có hoặc khơng có phần cao su bao bọc. Phần cao su này mục đích là để chống bụi bẩn có thể làm xước ty phuộc (điển hình như phuộc của hay Bonus 125).
Ưu điểm của loại phuộc lồng: – Dễ thiết kế, lắp ráp và giá rẻ. – Nhẹ hơn các loại phuộc cũ.
– Nhìn sạch sẽ và dễ cân chỉnh cho phù hợp với mục đích của người sử dụng hơn. Nhược điểm của phuộc lồng:
31
– Một số loại phuộc khơng có ống cao su bảo vệ nên thường dẫn đến tình trạng xước ty, rỗ ty phuộc.
– Xì dầu thủy lực bên trong ống phuộc qua ron/gioăng (joint) nếu lực nén quá mạnh.
– Dễ cong ty khi có va chạm (lực tương đối mạnh). – Ít có cảm giác hơn các phuộc khác khi xảy ra hỏng hóc. Phuộc hành trình ngược (Upside down):
Phuộc hành trình ngược Upside down là loại phuộc được thiết kế với phần trụ nằm phía trên, được siết chặt vào phần chảng ba và phần ống phuộc (chi tiết trượt) thì được cố định vào lốp trước.
Hình 2.22 Phuộc hành trình ngược Upside down
Trên một số xe thể thao hiện đại, hầu hết các xe địa hình (off-road) thì hệ thống này bị đảo ngược lại (tức là phần ống phuộc được cố định vào chảng ba và phần trụ được cố định vào lốp trước) và được gọi là “phuộc hành trình ngược” hay phuộc upside-down (gọi tắt là USD).
Ưu điểm của phuộc hành trình ngược:
– Làm giảm trọng lượng của phuộc (do được đảo ngược nên các thành phần bên trong phuộc được thay thế bằng những loại vật liệu nhẹ hơn thông thường)
32
– Làm tăng độ êm ái, đàn hồi của phuộc khi có lực tác động (khi đảo ngược hành trình phuộc thì lực tác động từ bánh trước lên phuộc ít hơn và lực từ chảng ba xuống phuộc nhiều hơn làm cho hành trình của phuộc dài hơn nên sẽ êm ái hơn). Nhược điểm của phuộc hành trình ngược:
– Tuy nhiên, kiểu phuộc này cũng có nhược điểm là dễ bị vỡ ống chứa dầu hoặc bị rị (xì) dầu thủy lực trong ống chứa ra ron/gioăng (joint).
Theo ghi nhận thì chiếc xe đầu tiên được áp dụng hệ thống phuộc lồng với dầu thủy lực này là BMW R12 và R17 được xuất xưởng vào 1935. Mặc dù hệ thống phuộc lồng nhưng khơng có sử dụng dầu thủy lực được áp dụng trên xe máy vào năm 1908 bởi một hãng xe của Anh và 1934 bởi hãng xe của Đan Mạch nhưng cả 2 lại khơng được ghi nhận vì hệ thống phuộc này chưa hồn chỉnh.
Phuộc nhíp (Trailling Link):
Hình 2.23 Cấu tạo Phuộc nhíp trailling link
Phuộc nhíp là loại phuộc đặc biệt sử dụng hệ thống nhún đàn hồi như của các loại xe tải hiện nay là lá nhíp sắt. Từ bánh trước, thơng qua một khớp các đăng, lực va đập khi qua chướng ngại vật sẽ được truyền tải một phần nhỏ vào càng trước cịn lại sẽ truyền lên trục nối với nhíp theo phương thẳng đứng và nhíp sẽ có nhiệm vụ triệt tiêu phần lớn lực này giúp cho người sử dụng có thể điều khiển dễ dàng hơn.
33 – Đơn giản.
– Rẻ tiền.
– Dễ sửa chữa và thiết kế. – Độ bền cao.
Nhược điểm của phuộc nhíp Trailling Link: – Khơng hiệu quả khi gặp lực tác động lớn.
– Giảm tuổi thọ phuộc và chức năng giảm xóc cũng giảm đi nhiều nếu đi vào đường xấu.
Chính vì những nhược điểm này nên loại phuộc này hiếm được sử dụng. Chính mẫu phuộc giúp cho hãng Indian Motocycle – Mỹ trở nên nổi tiếng và trở thành đặc trưng riêng của họ. Những mẫu xe máy đầu tiên của BMW cũng áp dụng loại phuộc này.
Phuộc giò gà (Leading Link):
Phuộc giò gà là loại phuộc có chảng ba được liên kết với bánh trước thông qua một thanh nối (link) và một khớp có thể xoay được (pivot point). Trên chảng ba cũng có một chốt dùng để gắn bộ phận giảm xóc, đầu cịn lại của bộ phận giảm xóc được gắn trực tiếp vào bánh trước.
34
Khi có va chạm với chướng ngại vật, lực tác động trực tiếp lên thanh nối và sẽ được chuyển qua bộ phận giảm xóc và như thế người điều khiển sẽ khơng bị ảnh hưởng nhiều bởi tác động này.
Hình 2.25 Phuộc giị gà leading link
Ưu điểm của phuộc giò gà Leading Link: – Rẻ tiền.
– Hiệu quả cao ở ngay cả những tác động nhỏ.
– Dễ nhận biết khi xảy ra hư hỏng nhằm tránh hậu quả đáng tiếc cho người sử dụng.
Nhược điểm của phuộc giò gà Leading Link: – Độ bền kém khi gặp những tác động lớn.
– Khi đi qua những con đường có bề mặt dốc dễ bị mất ổn định.
Tóm lại, phuộc giị gà là loại phuộc tuyệt vời khi đi trong thành phố nhưng lại không nên sử dụng để đi việt dã.
35
Phuộc lò xo là một dạng phuộc đàn anh cuộc phuộc giò gà. Dạng phuộc này khơng có hệ thống nhún (ống ty, lò xo) đặt trong vỏ phuộc nhưng nó được đưa hẳn ra bên ngồi chảng ba (càng trước). Dạng phuộc này được sử dụng trên các mẫu xe cổ điển hoặc chopper.
Hình 2.26 Cấu tạo phuộc lò xo Springer
Tuy nhiên ngày nay mẫu phuộc này cũng được áp dụng trên phiên bản Softtail Springer của Harley Davidson.
Đây là kiểu phuộc với hệ thống nhún đặc biệt được đặt gần chảng ba (càng trước) hoặc lồng vào trục giữa chảng ba và song song với 2 chân trụ của bánh trước. Khớp bản lề ở bánh trước có nhiệm vụ nối bánh trước với phuộc và đôi chân trụ.
Ngoài ra, nhiệm vụ chính của khớp này chính là truyền tải chấn động khi va chạm với chướng ngại vật lên phuộc trước khi chân trụ bị tác động.
Ưu điểm của phuộc lò xo Springer: – Rẻ tiền.
36
– Dễ nhận biết khi xảy ra hư hỏng nhằm tránh hậu quả đáng tiếc cho người sử dụng.
Nhược điểm của phuộc lò xo Springer: – Độ bền kém khi gặp những tác động lớn.
– Khi đi qua những con đường có bề mặt dốc dễ bị mất ổn định. Phuộc Earles:
Phuộc Earles – được lấy tên theo người sáng chế – là một ví dụ về sự đa dạng của kiểu phuộc sử dụng dẫn động trước (phuộc giò gà cũng là một dạng dẫn động trước).
Phuộc Earles được phát mình vào năm 1953 bởi một người anh tên Ernest Earles với hệ thống nhún – kiểu phuộc lồng – được gắn vào gần trục của bánh trước.
Hình 2.27 Cấu tạo cơ bản Phuộc Earles
Khi thắng gấp, khung phuộc tạo thành một thế tam giác cân, tất cả các lực đều dồn lên phuộc và đi theo phương xuống mặt đất – điều này không thể thực hiện được trên phuộc lồng – tạo ra sự an toàn cao cho người điều khiển.
37
Khá nhiều hãng xe đã áp dụng kiểu phuộc này cho các mẫu xe đua của mình vào năm 1953 như MV Agusta, BMW. Ngoài ra, mẫu thiết kế này cũng được nhiều hãng xe áp dụng lên các kiểu xe chuyên dụng đi đường trường hoặc địa hình như Douglas motorcycle. Từ 1955 đến 1969, BMW đặc biệt chỉ sử dụng kiểu phuộc này trên các dịng xe của mình.
Hình 2.28 Thiết kế phuộc Earles trên BMW
Ưu điểm của phuộc Earles:
- An tồn hơn khi bóp phanh hoặc gặp chướng ngại vật. - An toàn khi cua gấp, đặc biệt cho xe sidercar.
Nhược điểm của phuộc Earles: - Làm giảm độ bám của bánh trước. Phuộc xà nhà (Girder):
Phuộc Girder là một trong những loại phuộc đầu tiên cho xe máy, bao gồm một cặp trục thẳng nối liền với chảng ba bằng một khớp liên kết có thể xoay được cịn lò xo được đặt vào trục giữa của chảng ba.
38
Khi có va chạm, lực tác động sẽ dồn lên 2 chân trụ phía trước, đẩy 2 chân này theo hướng lên trên và nén lò xo nằm trên trục giữa của chảng ba lại nhằm làm giảm sự tác động của lực va đập.
Phuộc tay đòn xa (Telelever):
Phuộc tay địn xa có tên gốc là Saxon-Motodd nhưng được BMW ưu ái gọi riêng thành một tên khác là Telelever. Nó có một cánh tay địn (swingarm) rời gắn liền với sườn xe và một hệ thống nhún được đặt trên cánh tay địn này có tác dụng làm giảm sự giằng xóc tối đa cho người điều khiển.
Hình 2.30 Cấu tạo Phuộc tay địn xa Telelever
Theo như thiết kế của Telelever, do cánh tay đòn được đặt trùng tâm với tay lái nên khi gặp đường xóc hoặc phanh lại thì lị xo trên cánh tay đòn bị nén lại, làm cho chiều dài cơ sở của xe bị kéo dài ra, khiến cho xe có xu hướng dốc về trước (dù không cần phanh gấp), giảm thiểu hiện tượng trượt bánh – đây là ưu điểm chính của kiểu thiết kế này.
Tuy nhiên, yếu điểm của dạng phuộc này cũng là đây, khi lò xo đàn hồi lại sau khi bị nén (hồi ngun) thì tồn bộ lực bị tác động lên sườn xe thay vì chỉ tay lái nên dù được sự êm ái nhưng không tránh khỏi “thiếu cảm giác” .
Ưu điểm của phuộc tay đòn xa Telelever: - Giảm hiện tượng trượt bánh khi phanh. Nhược điểm của phuộc tay đòn xa Telelever: - Khó cảm nhận được độ nhún của bánh trước.
39
Phuộc tay địn đơi Hossack/Fior (Duolever):
Sau phiên bản tay địn đơn, BMW đã bỏ cơng cải tiếng và cho ra đời phiên bản cải tiến mang tên Duolever dựa trên phiên bản đàn anh Telelever.
Thiết kế này được phát triển bởi Norman Hossack và được Claude Fior, John Britten sử dụng trên những mẫu xe đua của mình. Vào năm 2004, BMW chính thức giới thiệu mẫu xe K1200S với đôi phuộc mới mang tên Duolever. Nối tiếp thành cơng đó, BMW cho ra đời K1200S, K1200R và K1200GT đều sử dụng Duolever.
Hình 2.31 Mẫu K1200R của BMW trang bị phuộc tay địn đơi
Thiết kế của dạng phuộc này khác hoàn toàn so với Telelever. Bộ phận giảm xóc được gắn liền với càng trước xe bởi 2 tay đòn, giữa 2 tay địn này có một khớp bản lề nối càng xe với phần trục cổ xe theo phương vng góc với mặt đất nên Hossack gọi đây là “cơ cấu lái vng góc” (steered upright).
Sau khi tham khảo tất cả loại phuộc ở đây nhóm em đã quyết định chọn phuộc ống lồng vì nó cũng là bộ giảm xóc zin của xe giúp nhóm em có thể tiết kiệm được chi phí khi làm đồ án ngồi ra nó cũng đáp ứng đủ được các nhu cầu như rẻ các phụ tùng thay thế dễ tìm kiếm và dễ sửa chưa hoặc tinh chỉnh .
40
2.3.2.2 Thiết kế
Hình 2.32 hình thực tế của phuộc trước
Sau khi đo đạc và tính tốn vị trí ngồi của người lái chúng em đã cắt phuộc ngắn đi 1.5mm để vị trí ngồi của người lái khơng q cao và phuộc không bị nén quá sớm và cũng giúp cho xe chạy ổn định hơn do phuộc trước khi bị hạ thấp xuống tư thế ngồi của người lái sẽ hơi dốc tạo một lực lên phuộc trước giúp bánh xe bám xuống đường nhiều ổn mà không ảnh hưởng nhiều đến việc đánh lái.
41
Hình 2.33 Phuộc trước sau khi dùng phần mềm SolidWorks vẽ lại
Đây là hình ảnh bên ngồi của phuộc trước mà bọn em đã cắt ngắn và ráp thử lên xe dùng phần mềm SolidWork để mơ phỏng hình ảnh thực tế.
Hình 2.34 Cấu tạo bên trong của phuộc trước
Để có thể mơ phỏng lại phuộc trước nhóm em đã tháo rời phuộc trước ra và vẽ lại những chi tiết bên trong nhằm đáp ứng được những nhu cầu sau này như thử độ nhún, khả năng chịu tải của xe,… Phuộc này gồm các chi tiết như các hình sau:
42
Hình 2.35 Lị xo phuộc trước
43
Hình 2.37 Ốc đầu phuộc
Hình 2.38 Ty phuộc đã ghép lị xo vào bên trong
Sau khi thiết kế được cây phuộc trái thì bọn em đã bắt tay vào định hình lại vị trí bắt heo dầu và ghép vào chân phuộc phải để có được một cặp phuộc hồn chỉnh.
44
Hình 2.39 Chân phuộc sau khi thêm vị trí để bắt heo dầu
Sau khi hồn thành hết các bước vẽ chi tiết thì bọn em tiến hành ghép lại thành một khối thống nhất.
Hình 2.40 Cặp phuộc hồn chỉnh
Sau khi hồn thành cặp phuộc thì chúng em tiếp tục đo đạc chảng ba dưới và