MỤC LỤC

MỤC LỤC.. 1

LỜI NÓI ĐẦU.. 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO.. 4

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu hệ thống treo. 4

1.1.1 Công dụng của hệ thống treo. 4

1.1.2 Phân loại hệ thống treo. 5

1.1.3 Yêu cầu của hệ thống treo. 5

1.2.1.Hệ thống treo phụ thuộc. 6

1.2.2 Hệ thống treo độc lập. 9

CHƯƠNG II. PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG TREO TRƯỚC MC.PHERSON.. 19

2.1. Cấu tạo hệ thống treo Mc.Pherson: 19

2.2. Động học hệ thống treo Mc.Pherson: 21

2.3.1. Giảm chấn hệ thống treo Mc.Pherson: 21

2.3.2 Bộ phận dẫn hướng hệ thống treo Mc.Pherson: 23

2.3.3 Bộ phận đàn hồi: 26

CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC.. 28

3.1.1. Các thông số ban đầu. 28

3.1.2. Xác định các thông số cơ bản của HTT.. 28

3.2. Động học hệ treo mc.pherson. 32

3.2. 1 Xác định độ dài càng chữ A và vị trí các khớp (phương pháp đồ thị). 32

3.2.3. Mối quan hệ hình học của  hệ treo Mc.Pherson. 37

3.2.4. Đồ thị động học hệ treo Mc.Pherson. 39

3.3.2. Xác định độ cứng và chuyển vị của phần tử đàn hồi 42

3.3.3. Xác định các phản lực và lực tác dụng lên hệ treo cầu trước dẫn hướng: 44

3.4. Chọn và kiểm bền các bộ phận chính. 49

3.4.1. Đòn ngang chữ A.. 49

3.4.2. Tính bền Rôtuyn. 54

3.5. Tính toán lò xo. 56

3.5.1. Lực lớn nhất tác dụng lên lò xo. 56

3.5.2. Trình tự thiết kế lò xo. 57

3.6. Tính toán giảm chấn. 60

3.6.1. Chọn giảm chấn. 60

3.6.2. Tính toán thiết kế giảm chấn. 63

3.7. Tính thanh ổn định. 69

KẾT LUẬN.. 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 76

LỜI NÓI ĐẦU

Khi ôtô chạy trên đường không bằng phẳng sẽ phát sinh dao động. Những dao động này thường ảnh hưởng xấu tới hàng hoá, tuổi thọ của xe và đặc biệt ảnh hưởng  tới người lái và hành khách ngồi trên xe.

Ở những nước phát triển, dao động của ôtô được quan tâm đặc biệt. Dao động của xe được nghiên cứu đưa về mức tối ưu làm giảm đến mức thấp nhất những tác hại của nó đến con người đồng thời làm tăng tuổi thọ của xe cũng như các bộ phận được treo.

Ở nước ta, mục tiêu của ngành Công nghiệp ôtô trong những năm tới là nội địa từng phần và tiến tới nội địa toàn phần sản phẩm ôtô. Không chỉ dừng lại ở đó, chúng ta đã bắt đầu quan tâm đến tính êm dịu chuyển động, tính an toàn chuyển động...hay nói cách khác là tính năng động lực học ôtô, từ đó có những cải tiến hợp lý với điều kiện sử dụng của nước ta. Để hoàn thành được mục tiêu này, chúng ta phải thiết kế các cụm, các chi tiết sao cho phù hợp với điều kiện sử dụng mặt khác còn phải đảm bảo tính công nghệ tại Việt Nam.

Trước những yêu cầu thực tế đó trong đồ án tốt nghiệp chuyên ngành ôtô em được giao nhiệm vụ: “Thiết kế hệ thống treo trước cho xe con trên cơ sở xe TOYOTA VIOS”

Với sự giúp đỡ tận tình của cô giáo hướng dẫn: TS…………. nhưng do năng lực bản thân còn hạn chế và kinh nghiệm thiết kế còn chưa có nhiều nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em mong các thầy thông cảm và đóng góp ý kiến để em có thể làm tốt hơn trong tương lai.

Em xin chân thành cảm ơn!

                                                       Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                    Sinh viên thực hiện

                                                 ……………..

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu hệ thống treo

1.1.1 Công dụng của hệ thống treo

Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ôtô với bánh xe, có tác dụng làm êm dịu cho quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe.

Hệ thống treo thực hiện các nhiệm vụ chung sau:

- Liên kết mềm giữa bánh xe và thân xe, làm giảm trọng tải trọng động thắng đứng tác dụng lên thân xe và đảm bảo bánh xe lăn êm trên nền đường.

- Truyền lực từ bánh xe lên thân xe và ngược lại, để xe có thể chuyển động, đồng thời đảm bảo sự chuyển dịch hợp lý vị trí của bánh xe so với thùng xe

Bộ phận đàn hồi: nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe, tiếp nhận lực thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ tới bánh xe và ngược lại. Bộ phận đàn hồi có cấu tạo chủ yếu là một chi tiết (hoặc 1 cụm nhi tiết) đàn hồi bằng kim loại (nhíp, lò xo xoắn, thanh xoắn) hoặc bằng khí (trong trường hợp hệ thống treo bằng khí hoặc thuỷ khí).

1.1.2 Phân loại hệ thống treo

Có nhiều cách phân loại hệ thống treo tùy theo tiêu chí mà mỗi người đưa ra để phân loại.

Theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng :

+ Hệ thống treo phụ thuộc .

+ Hệ thống treo độc lập.

Theo bộ phận đần hồi :

+ Loại bằng kim loại.

- Hệ thống treo loại mhíp lá.

- Hệ thống treo loại lò xo xoắn ốc.

1.1.3 Yêu cầu của hệ thống treo

Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải mềm nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực. Quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầu chính sau đây

- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe (xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau).

- Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định.

1.2 Giới thiệu hệ thống treo thường dung trên ôtô

Hiện nay ở trên xe otô hệ thống treo bao gồm 2  nhóm chính:

1.2.1. Hệ thống treo phụ thuộc

Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cầu cứng. Trong trường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép định hình, còn trường hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có một phần của hệ thống truyền lực.

a. Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng bộ phận đàn hồi nhíp lá:

- Cấu tạo: Được cấu tạo như hình vẽ bộ phận đàn hồi là các lá nhíp (10) được bó lại với nhau bởi kẹp nhíp (11), một đầu là gối đỡ trước (1) đầu kia được đỡ bởi miếng vát (7) nằm trong tai nhíp 6 và tai nhíp được bắt với khung xe, ở giữa là vấu hạn chế (3) và vấu tỳ (5) bắt lên khung , giảm chấn (4) một đầu được bắt lên dầm cầu một đầu được bắt lên khung xe.

b. Hệ thống treo phụ thuộc kiểu lò xo trụ:

Hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi là lò xo trụ có thể được bố trí ở cầu bị động hoặc ở cầu chủ động.

1.2.2 Hệ thống treo độc lập

Trên hệ thống treo độc lập dầm  cầu được chế tạo rời, giữa chúng liên kết với nhau bằng khớp nối, bộ phận đàn hồi là lò xo trụ, bộ giảm chấn là giảm chấn ống. Trong hệ thống treo độc lập hai bánh xe trái và phải không quan hệ trực tiếp với nhau vì vậy khi chúng ta dịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng ngang bánh xe còn lại vẫn giữ nguyên.

a. Hệ thống treo đòn dọc:

* Ưu điểm:

  + Dễ dàng tháo lắp toàn bộ cầu xe, kết cấu đơn giản.

  + Có trọng lượng phần không được treo bé và chiều rộng cơ sở không thay đổi.

  + Giảm nhẹ được lực tác dụng lên đòn ngang và các khớp quay, đồng thời không cần dùng đến thanh ổn định (dùng đòn liên kết có độ cứng nhỏ).

* Nhược điểm:

+ Đòi hỏi công nghệ hàn cao, tải trọng đặt lên cầu xe hạn chế và có thể làm quay trục cầu xe khi đi trên đường vòng ở trạng thái quay vòng thừa.

b. Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang:

- Cấu tạo: Trên hình là cơ cấu treo độc lập loại hai đòn ngang, gồm có: lò xo xoắn ốc 1 là phần tử đàn hồi của cơ cấu treo, tựa lên tay đòn dưới 2. Tay đòn 2 nối liền với trục 4 nhờ khớp bản lề 3, trục 4 nối liền với dầm ngang. Đầu dầm ngang dùng làm điểm tựa của lò xo.

* Ưu điểm:

+ Khắc phục được sự phát sinh moment hiệu ứng con quay.

+ Triệt tiêu được sự rung của bánh xe đối với trục đứng.

* Nhược điểm:

+ Kết cấu phức tạp, chiếm khoảng không gian lớn trên xe.

+ Do sự thay đổi B tương đối lớn nên lốp nhanh mòn.

+ Độ ổn định ngang của bánh xe kém.

d. Hệ thống treo đòn chéo

* Cấu tạo: Được bố trí như trên hình 1.12đòn chéo được bắt với thân xe bởi các khớp bản lề. Trục quay OC của đòn chéo đặt trên giá treo nhờ các khớp bản lề, Các khớp bản lề và đặt chéo trong không gian với góc nghiêng trong mặt phẳng nghiêng.

* Nhược điểm: Kết cấu treo dạng tấm có kích thước khá lớn. Giá thành cao.

* Phạm vi ứng dụng: Thường được bố trí cho các xe có cầu sau chủ động.

1.3 Giới thiệu về xe Toyota Vios

Khi nói về những thành công vang dội của hãng sản xuất xe ô tô lớn nhất Nhật Bản – Toyota thì người ta không thể bỏ qua một cái tên huyền thoại – Toyota Vios. 

Toyota Vios là mẫu xe sedan 5 chỗ, nằm trong phân khúc hạng B. Vào năm 2009, Toyota Vios vượt mặt các đối thủ trở thành chiếc xe sedan bán chạy nhất Đông Nam Á. Có rất nhiều yếu tố làm nên sự “ăn khách” cho Vios. Đầu tiên phải kể đến thiết kế ngoại thất sang trọng, có phần thừa hưởng được sự lịch lãm từ hai “đàn anh” Toyota Camry và Toyota Corolla Altis. 

Bảng thống số xe TOYOTA VIOS 1.5G như bảng 1.1.

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống treo trước

Từ kết quả phân tích đặc điểm cấu tạo, ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các loại hệ thống treo, lựa chọn phương án thiết kế cho hệ thống treo trước của xe TOYOTA VIOS với hệ thống treo trước là hệ thống Mc.Pherson.

CHƯƠNG II

 PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG TREO TRƯỚC MC.PHERSON

2.1. Cấu tạo hệ thống treo Mc.Pherson

Hệ thống treo này chính là biến dạng của hệ treo 2 đòn ngang. Coi đòn ngang trên có chiều dài bằng 0 và đòn ngang dưới có chiều dài khác 0. Chính nhờ cấu trúc này mà ta có thể có được khoảng không gian phía trong để bố trí hệ thống truyền lực hoặc khoang hành lý. Sơ đồ cấu tạo của hệ treo bao gồm : một đòn ngang dưới, giảm chấn đặt theo phương thẳng đứng, một đầu được gối ở khớp cầu B. đầu còn lại được bắt vào khung xe. Bánh xe được nối cứng với vỏ giảm chấn.

* Đặc điểm:

- Do ít chi tiết nên nó nhẹ nên khối lượng không được treo nhỏ, và đặc tính bám đường của bánh xe tốt. Vì vậy độ êm dịu chuyển và tính ổn định tốt.

- Trong hệ thống treo của xe Vios các lò xo chỉ đỡ thân xe, nó không có tác dụng định vị các bánh xe (đó là chức năng của các thanh liên kết) nên có thể dùng lò xo mềm hơn.

2.2. Động học hệ thống treo Mc.Pherson:

Quan hệ động học hệ thống treo Mc.Pherson được mô tả trên hình 2.2 a, b. Đối với một bánh xe khi dao động theo phương thẳng đứng, thường kèm theo sự thay đổi:

- Góc nghiêng ngang γ và có thể ảnh hưởng tới khả năng lăn phẳng của bánh xe, và ảnh hưởng trực tiếp tới sự tiếp nhận lực thẳng đứng và lực bên.

- Độ chụm β (góc điều khiển) ảnh hưởng tới sự quay bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.

2.3 Các bộ phận chính hệ thống treo Mc.Pherson:

2.3.1. Giảm chấn hệ thống treo Mc.Pherson:

Khi xe chịu va đập từ mặt đường, các lò xo bị nén và giãn để hấp thụ những va đập đó. Tuy nhiên vì lò xo có đặc điểm dao động liên tục, và vì dao động của nó chỉ tắt hẳn sau 1 thời gian dài, điều này là không mong muốn vì nó làm giảm độ êm dịu chuyển động của xe. 

Trên hệ thống treo Mc.Pherson có hai kiểu lắp giảm chấn là: lắp trực tiếp và lắp gián tiếp như hình vẽ 2.3a, b. Với kiểu lắp trực tiếp thì vỏ giảm chấn được hàn cứng với giá của bánh xe, ngoài ra còn hàn với giá đỡ lò xo, giá bắt đòn quay ngang của hệ thống lái. Như vậy toàn bộ lực tác dụng truyền qua thân giảm chấn, khi giảm chấn có sự cố cần thay thế phải phá bỏ mối hàn, tuy nhiên lượng chi tiết giảm đi nhiều. 

* Nguyên lý làm việc:

Khi nén: Trong kỳ nén, cần pittông đi xuống, làm áp suất dầu trong buồng cao hơn buồng trên. Vì vậy dầu trong buồng dưới bị đẩy lên buồng trên qua van piston. Lúc này lực cản được sinh ra bởi sự cản dòng chảy của van. 

Khi trả: Trong quá trình trả cần piston di chuyển lên trên, làm cho áp suất dầu ở trên cao hơn buồng dưới. Vì vậy dầu ở buồng trên bị đẩy xuống buồng dưới qua van piston và sự cản sinh ra bởi van đóng vai trò như một lực cản. 

2.3.2 Bộ phận dẫn hướng hệ thống treo Mc.Pherson:

Cho phép các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng ở mỗi vị trí của nó so với khung vỏ, bánh xe phải đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ. Bộ phận dẫn hướng phải thực hiện tốt chức năng này. 

* Đòn ngang: đòn ngang quyết định độ cứn giữa hai bên liên kết, bởi vậy các tiết diện cần hợp lý.

* Thanh ổn định: Trong trường hợp xe chạy trên nền đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới tác dụng của lực li tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với mặt đường.

* Khớp cầu: là cụm hay hư hỏng của hệ thống treo vì vậy thường chế tạo rời. Các phần chính bao gồm: quả cầu, bạc nhựa, vỏ và thân. Ngày nay các khớp cầu được chế tạo liền khối, sau khi bị mòn phải thay thế. Trên vỏ của khớp cầu có các lỗ để bắt với đòn.

2.3.3 Bộ phận đàn hồi:

Chức năng: có tác dụng làm êm dịu chuyển động của thân xe khi đi trên đường bằng cách biến đổi tần số dao động giữa hai phần của hệ thống treo thành tần số dao động thích hợp, phù hợp với trạng thái sinh lý của con người.

Bộ phận đàn hồi trên hệ thống treo Mc.Pherson sử dụng lò xo trụ, cao su.

Lò xo là phần tử đàn hồi có chức năng biến dao động tần số cao thành dao động tần số thấp, dùng để tiếp nhận và truyền lên khung xe các lực thẳng đứng từ đường, giảm tải trọng động và bảo đảm độ êm dịu chuyển động cho ôtô khi chuyển động trên các loại đường khác nhau.Khi bánh xe đi qua mấp mô, lò xo của hệ thống treo bị nén lại rất nhanh. 

CHƯƠNG III

 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO TRƯỚC

3.1. Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo

3.1.1. Các thông số ban đầu

Các thông số ban đầu như bảng 3.1.

3.1.2. Xác định các thông số cơ bản của HTT

Có rất nhiều các thông số đánh giá độ êm dịu của ôtô khi chuyển động như tần số dao động , gia tốc dao động và vận tốc dao động .

Trong đồ án này ta đánh giá độ êm dịu của ôtô thông qua tần số dao động của HTT.

Đối với ôtô con tần số dao động  n = 60 ¸ 90 lần/ph  để đảm bảo phù hợp với dao động của con người .

a. Xác định độ cứng của lò xo :

Độ cứng của lò xo C_t  được tính toán theo điều kiện kết quả tính được phải phù hợp với tần số dao động trong khoảng  n = 60 ¸ 90 lần/phút .

- Khối lượng phần không treo :                    m_kt  = 18 kg .

- Khối lượng phần treo ở trạng thái không tải :  M_T0  =  m₁₀ - m_kt  - m_bx   

=> M_T0 =  600 - 18 - 14 x 2  = 554  Kg.

m₁₀ - tải trọng đặt lên cầu trước khi không tải   m₁₀  =  600 Kg.

- Khối lượng phần treo ở trạng thái đầy tải :  M_T1  =  m_1T  - m_kt  - m_bx   

=>  M_T1 =  730 - 18 – 14 x 2 = 684  Kg.

m_1T - tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải   m_1T  =  730  Kg.

b. Xác định hành trình tĩnh của bánh xe (Độ võng tĩnh của hệ treo):

- Độ võng tĩnh của hệ treo (khi đầy tải) :

f_t   = 0,195 (m)= 195 (mm).

- Kiểm nghiệm lại độ võng tĩnh với C = 17177 N/m.

Qua kiểm nghiệm ta thấy ở cả hai chế độ không tải và đầy tải tần số dao động đều nằm trong khoảng  60 ¸ 90 (l/ph) đảm bảo được yêu cầu đặt ra . Do đó với bộ phận đàn hồi có độ cứng  C = 17.177 (N/mm) thoả mãn được yêu cầu tính toán thiết kế .

* Xác định hành trình tĩnh của bánh xe: hay chính là độ võng tĩnh của hệ treo: f_t  = 0.18 (m)

c. Xác định hành trình động của bánh xe (độ võng động của hệ treo):

 Ta có:               f_đ = (0.7 ¸1.0)  f_t

Chọn:                f_đ = 0,8 f_t =  0,8 . 180 = 144 (mm).

=> Tổng hành trình của bánh xe (tính từ vị trí bánh xe bắt đầu chịu tải đến lúc chạm vào vấu tỳ hạn chế): f_Tổng = f_đ + f_t =144 + 180 = 324 (mm).

d. Kiểm tra hành trình động của bánh xe :

Theo điều kiện : f_đ  £ H₀  - H_min

Trong đó :

- H₀  : khoảng sáng gầm xe ở trạng thái chịu tải tĩnh

- H_min : khoảng sáng gầm xe tối thiểu  = 145 mm

=> H₀ ³ f_đ + H_min = 144 + 145 = 294 mm.

=> H₀ ³  289 mm.

* Xác định độ võng tĩnh của hệ treo ở trạng thái không tải tĩnh : f_0T = 146(mm).

e. Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn : K_TB

* Số liệu cơ sở để tính toán:

- Chiều rộng cơ sở của xe ở cầu trước  B_T = 1470 mm.

- Bán kính bánh xe : Kí hiệu lốp 185/60 R15 . R_bx=298 mm.

- Góc nghiêng ngang trụ xoay đứng(góc Kingpin): d₀= 10^o.

- Sự thay đổi góc nghiêng ngang trụ đứng Dd = 2^o.

- Góc nghiêng ngang bánh xe (góc Camber): g_o=0^o.

- Bán kính bánh xe quay quanh trụ đứng  r_o = 15 mm.

- Khoảng sáng gầm xe: H_min =145 mm.

3.2. Động học hệ treo mc.pherson

3.2. 1 Xác định độ dài càng chữ A và vị trí các khớp (phương pháp đồ thị)

 Các bước cụ thể như sau : (vẽ với tỉ lệ 1: 2 )

- Kẻ đường nằm ngang biểu diễn mặt phẳng đường : dd

- Vẽ đường trục đối xứng ngang của xe A_om: A_om vuông góc với dd.

- Trên A_om đặt :

A_oA₁ = H_min = 145 mm.

A₁A₂ = f_đ = 144 mm.

A₂A₃ = f_T = 180 mm.

A₃A₄ = f_0T = 146 mm.

A_oA₅ = h_s = 50 mm.

- Trên A_od đặt A_oB_o = B/2 = 735 mm.

- B_o là điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường .

- Tại B_o dựng B_oz vuông góc với dd.

- Trên đoạn A_oB_o đặt B_oC_o = |r_o|=15 mm.

*  Phương pháp tính chiều dài đòn ngang L_d theo phương pháp giải tích

Xét trong hệ tọa độ Đề-Các (XOY), cho 2 điểm A và B đã biết:

A (x_A , y_A)

B  (x_B , y_B)      

k/cách từ O₂ tới dd là:750 (đơn vị).    

Xác định được phương trình đường thẳng BC­₂ ; BC₂ ; B₀z và đi qua điểm B.

 =>  Xác định được tọa độ điểm C₂, là giao điểm của hai đường thẳng BC₂ và C₀n.

Xác định được tọa độ điểm C₁: C₂C₁ = K_r/2

Giao điểm của hai đường thẳng: l và p lúc này sẽ là: l giao p tại điểm O₁.

=> Xác định được tọa độ điểm O₁. (**).   

Từ (*) và (**), tính ra được khoảng cách:

L_d = O₁C₁ = 370 (mm).

 3.2.2. Đồ thị động học để kiểm tra động học hệ treo                                              

 Khi hệ treo biến dạng thì các góc nghiêng ngang trụ đứng, khoảng cách giữa hai vết lốp sẽ thay đổi.

Các điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường là: 0, 1, 2, 3, 4.

Các góc nghiêng ngang trụ đứng lần lượt là: d₀, d₁, d₂, d₃, d₄.        

 3.2.3. Mối quan hệ hình học của hệ treo Mc.Pherson

Ta có sơ đồ hình học của hệ thống treo:

Từ đồ thị động học đã xây dựng ở trên ta có độ dài các đoạn:

l_d = O₁C = 297,88 (mm).

O₁O = 192,65 (mm).

O₂O = 596 (mm).

+ Ở trạng thái tĩnh, ta có: CC₂ = l_d *sinα ;

+ Khi đó ta có thể coi điểm C’ gần như thẳng đứng nằm trên phương CC₂.

  Do đó:  C’C₂ = l_d*sin(α – ∆α) ;

Vậy ta suy ra: 

OC₂ = l_d*cosα - OO₁ = (OO₂ + OC₁)*tangδ ;

=> l_d*cosα - OO₁ = (OO₂ + l_d*sinα)tangδ ;

Suy ra: tangδ = l_d*cosα - OO₁/ (OO₂ + l_d*sinα) ;

3.2.4. Đồ thị động học hệ treo Mc.Pherson

Bằng cách xây dựng đồ thị động học của hệ treo (hình 3.7) với các thông số đã tính toán ở phần trên ta xác định được sự thay đổi chiều rộng cơ sở B và góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng .

3.3. Động lực học hệ treo Mc.Pherson

3.3.1. Các chế độ tải trọng tính toán

a. Trường hợp lực kéo và lực phanh cực đại:

Trên sơ đồ phân tích lực tồn tại lực Z,X nhưng tính với giá trị cực đại (vắng mặt lực Y).

X = X_max = Z_tt× φ = 438×0.75 = 3285 (N).

b. Trường hợp lực ngang cực đại:

Trên sơ đồ có mặt lực Z và Y (vắng mặt X).

Y = Y_tt =  =18250 (N).

c.. Trường hợp chịu tải trọng động:

Trên sơ đồ chỉ có lực Z (vắng mặt X,Y).

Ta có: Z  = 7300 (N).

3.3.2. Xác định độ cứng và chuyển vị của phần tử đàn hồi

Các phần tử đàn hồi có thể ở dạng lò xo trụ, lò xo côn, thanh xoắn.Trong mục này chỉ đề cập tới việc tính lực và chọn cách bố trí lò xo trụ.

Các góc bố trí trong không gian có thể gặp là: góc nghiêng dọc và góc nghiêng ngang δ. Các góc này được bố trí tùy thuộc vào không gian cho phép trên xe.

3.3.3. Xác định các phản lực và lực tác dụng lên hệ treo cầu trước dẫn hướng:

a. Trường hợp chỉ có lực Z (vắng lực X,Y):

- Z_AB cân bằng với Z_lx:

Z_lx = Z*cosδ = 3595 (N).

- Tại đầu A lực dọc theo phương giảm chấn tác dụng:

Z_A =  Z_AB = Z_lx = 3595 (N).

- Lực Z gây ra lực ngang Z_Y và mômen M_Z:

+ Z_Y = Z*sinδ = 634 (N).

+ M_Z = Z*r_o*cosδ = 54 (N.m).

+ Khi tính toán thì cánh tay đòn m thay đổi, nên có thể lấy ở trạng thái chịu tải trọng tĩnh lớn nhất.

+ Khi góc δ bé có thể bỏ qua :  cos δ = 1 và sin δ = 0.

b. Trường hợp chịu lực phanh cực đại chỉ có thành phần Z và X:

Phân tích tác dụng của lực Z và các phản lực xác định như phần trên.

Phản lực X đặt tại bánh xe gây nên đối với trụ đứng AB như hình vẽ dưới.

Lực dọc X chuyển về tâm trục bánh xe được 2 thành phần X_o và M_X:

X_o = X = 3820 (N).

M_X = X*r_bx = 3820*0.298 = 1138 (N.m).

Như vậy các lực tác dụng lên trụ đứng:

* Ở đầu A:

- Theo phương X:   A_MX + A_X = 2120 + 534 = 2654 (N).

- Theo phương AB:  Z_A = 3595 (N).

- Theo phương Y: A_MZ­  + A_ZY - A_S = 101 + 263 - 197 = 167 (N).

* Ở đầu B:

- Theo phương X :  B_MX + B_X = 2120 + 3286 = 5406 (N).

- Theo phương Y:  B_­MZ + B_ZY + B_S = 101 + 897 +1213 = 2211 (N).

                               (B_S = B_Y)

- Các lực liên kết:

                             C_X = B_MX + B_X = 2120 + 3286 = 5406 (N).

                             C_Y = B_MZ + B_ZY + B_S = 2211 (N).

Như vậy:  

Tại C có:   C_X , C_Y

Tại D có:   D_X , D_Y , D_YX

Tại E có:   E_X , E_Y , E_YX.

3.4. Chọn và kiểm bền các bộ phận chính

3.4.1. Đòn ngang chữ A

Bảng kết quả tính toán động lực học như bảng 3.2.

Đòn ngang dưới có cấu trúc hình chữ A được bắt vào thân xe qua 2 khớp trụ. Đầu ngoài bắt với cam quay Rô-tuyn. Việc sử dụng 2 đầu trong nối với thân xe bằng khớp bản lề để tăng độ cứng vững cho hệ treo.

a. Trường hợp 1 :  Chỉ có lực Z      

F_y = C_Y = 998 (N).

F_z =  Z_AB = 3595 (N).

 Suy ra:  t_max < [t].

Với n = 1,5 : hệ số an toàn .

Với đòn ngang dưới thoả mãn điều kiện bền về mặt cắt .

+ Thành phần F_z gây ra mômen uốn dọc có giá trị lớn nhất tại điểm bắt của đòn ngang vào khung xe. Do khớp nối là khớp trụ do đó tại tâm khớp mômen uốn sẽ bằng 0. Ta kiểm nghiệm tại mặt cắt sát gần đó (mặt cắt 1-1)

Với vật liệu là hợp kim nhôm AlZnMgCu1,5F50 : s_b = 510 (MPa).

[s_u ] = 340 (Mpa) = 340 (N/mm²).

=> s_u  < [s_u].

Nên thỏa mãn điều kiện bền uốn.

b. Trường hợp 2 :  Chỉ có lực Z và X       

F_x  = C_X =  5406 (N).

F_Y  = C_Y =  2211 (N).

F_Z  = C_Z = 3595 (N) .

c.  Trường hợp 3 :  Chỉ có lực Z và Y:

F_y = C_Y =9912 (N).

Thay vào tính:

P_lim = 1321139(N)

=> n  = 8361 > [n] = 2 .

Nên đòn ngang chữ A đủ ổn định.

Vậy đòn A thỏa mãn điều kiện bền trong mọi trường hợp chịu lực khác nhau.

3.4.2. Tính bền Rôtuyn

Rôtuyn là khớp cầu để giữa đòn ngang và cam quay. Trạng thái làm việc của rôtuyn chủ yếu chịu lực cắt, uốn, chèn dập.

- Trường hợp 1:    Q = F_z = 3595 (N).

- Trường hợp 2 :    Q = F_z = 10544 (N).

* Tính theo trường hợp có lực F_z lớn nhất :   F_z =10544 ( N ).

Mà ta có:  [d_cd] = 150 (N/mm²).  

Vậy d_cd £ [d_cd]. Do vậy Rôtuyn thoả mãn điều kiện bền.

3.5. Tính toán lò xo

Trong hệ thống treo , lò xo là phần tử đàn hồi có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động.  Lò xo trong quá trình làm việc chỉ chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứng Z, mà không truyền lực dọc lực ngang .

Dựa vào chế độ tải trọng đã phân tích ở phần động lực học, ta thấy rằng trường hợp tải trọng động trị số Z có giá trị lớn nhất nên ta cần thiết kế theo chế độ tải trọng này .

3.5.1. Lực lớn nhất tác dụng lên lò xo

Lò xo được tính toán cho trường hợp chịu tải trọng động lớn nhất: Z = 7300 (N).

Ta có F_max  = 9314 (N).

Lực nhỏ nhất tác dụng lên lò xo: F_min= 3755 (N).

3.5.2. Trình tự thiết kế lò xo

* Số liệu thiết kế.

F_{ma x}= 9314 (N).

F_min= 3755 (N).

* Các bước thiết kế lò xo:

* Bước 1:

Chọn vật liệu chế tạo lò xo là thép 50CrV4 có ứng suất tiếp tuyến                 

Có [t] = 1600 (MN/m²) (theo tài liệu CTM tập II).

- Đường kính dây lò xo:d=10¸20(mm).

* Bước 2:

- Tính đường kính dây lò xo d và số vòng làm việc n:

Thay vào ta có : d ³ = 12.8 (mm).

Nên ta sẽ chọn đường kính dây lò xo là :  d = 14 (mm).

- Đường kính trung bình của lò xo : D = c.d = 10.14 = 140 (mm).

Thay số vào ta có : n = 5 (vòng) ;

Ta chọn: n = 5 (vòng).       

* Bước 3:

Xác định kích thước của lò xo

- Đối với lò xo chịu nén, số vòng toàn bộ n₀ được tính theo công thức:

n₀ = n + 1 = 5 + 1 = 6 (vòng).

- Chiều cao lò xo H₀ khi chưa chịu tải :

H₀ = H_s + n(t - d) = 77 + 5(81 - 14) = 412 (mm).

3.5.3. Kết luận

* Các thông số thiết kế lò xo:

- Đường kính dây lò xo: d = 14 (mm).

- Đường kính trung bình lò xo: D = 140 (mm).

- Tỷ số đường kính : c = 10.

- Bước lò xo khi chịu tải : t = 81 (mm).

- Chiều cao lò xo khi chịu tải: H_s = 77 (mm).

3.6. Tính toán giảm chấn

3.6.1. Chọn giảm chấn

Giảm chấn là một phần tử đàn hồi trong hệ thống treo, nhiêm vụ của giảm chấn là:

Dập tắt được các va đập cứng của bánh xe vào khung xe, khi xe đi trên đường không bằng phẳng, nhờ đó tăng được tính tiện nghi.

Giữ cho cầu xe, bánh xe chỉ dao động ở mức nhỏ nhất để đảm bảo cho khả năng tiếp xúc của bánh xe với nền đường nhiều nhất, nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động của xe.Khi dập tắt va đập, làm êm dịu chuyển động, giảm chấn phải hấp thụ năng lượng cơ học và chuyển thành nhiệt năng.

* Giảm  chấn hai lớp vỏ:

Giảm chấn hai lớp vỏ ra đời vào năm 1938, đây là một loại giảm chấn quen thuộc và được dùng phổ biến cho ôtô từ trước đến nay.

- Cấu tạo giảm chấn hai lớp vỏ                              

Trong giảm chấn, piston di chuyển trong xy lanh,chia không gian trong thành buồng A và B. Ở đuôi của xy lanh thuỷ lực có một cụm van bù. Bao ngoài vỏ trong là một lớp vỏ ngoài , không gian giữa hai lớp vỏ là buồng bù thể tích chất lỏng và liên hệ với B qua các cụm van một chiều (III,IV).

* Giảm chấn một lớp vỏ:

Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn ống thuỷ lực một lớp vỏ có tác dụng hai chiều.

* Nguyên lý làm việc :

Trong một giảm chấn một lớp vỏ không còn bù dầu nữa mà thay thế chức năng của nó là buồng II chứa khí nén có P = 2÷3 KG/cm² đây là sự khác nhau giữa giảm chấn một lớp vỏ và hai lớp vỏ.

* So sánh giữa hai loại giảm chấn:

 So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ, giảm chấn một lớp vỏ có ưu điểm sau:

 - Khi có cùng đường kính ngoài, đường kính của cần piston có thể làm lớn hơn mà sự biến động tương đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn.

 - Điều kiện toả nhiệt tốt hơn.

 - Ở nhiệt độ thấp (vùng băng giá ) giảm chấn không bị bó kẹt ở những hành trình đầu tiên.

Đường đặc tính của giảm chấn gồm hai giai đoạn:

- Giai đoạn làm việc thường với vận tốc nhỏ V_n1 và V_tr1 (V_n1 = V_tr1 = 0,3 m/s là vận tốc của piston giảm chấn khi van bắt đầu làm việc). Trong giai đoạn này hệ số cản của giảm chấn là: K_n1 và K_tr1 (K_n1 = K_n, K_tr1 = K_tr).

- Giai đoạn làm việc ở chế độ giảm tải tốc độ lớn hơn V_n2 và V_tr2, lúc này các van mở hoàn toàn và hệ số cản của giảm chấn giảm xuống K_n2 và K_tr2. Khi tính toán có thể lấy:

K_tr2 = 0,6.K_tr1 = 0,6.1032,25 = 619,35 (Ns/m)

K_n2 = 0,6.K_n1 = 0,6.412,5 = 247,5 (Ns/m)

3.3.2.2 Xác định kích thước ngoài của giảm chấn

Lực cản trong hành trình nén của giảm chấn: P_n = 198 (N)

Lực cản trong hành trình trả của giảm chấn: P_tr = 495,48 (N)

- Đường kính của piston: Vì đường kính trong của xylanh làm việc cũng là đường kính của piston nên: d_P = d_X = 36 (mm)

- Đường kính của thanh piston:

d_t = (0,4 – 0,5).d_p = (0,4 – 0,5).36 = 14,4 – 18 (mm)

Chọn d_t = 15 (mm)

- Chiều dài toàn bộ giảm chấn: L_G = L_u + L_X = 140 + 275 = 415 (mm)

3.3.2.3 Xác định kích thước các lỗ van giảm chấn

Các van giảm chấn quyết định tới lực cản giảm chấn (hệ số cản giảm chấn). Các trạng thái làm việc của giảm chấn bao gồm: Trạng thái nén nhẹ (các van nén được mở một phần); Trạng thái nén mạnh (các van nén được mở hoàn toàn); Trạng thái trả nhẹ (các van trả được mở một phần); Trạng thái trả mạnh (các van trả được mở hoàn toàn).

3.3.2.4 Kiểm tra nhiệt của giảm chấn

Dựa vào phần ở trên ta có F = 0,018 (mm²). Với giả thiết giảm chấn chỉ tỏa nhiệt ở diện tích xung quanh, như vậy diện tích tỏa nhiệt của giảm chấn. Với: D_n, L lần lượt là đường kính ngoài và chiều dài của xylanh giảm chấn, ở đây D_L = 40 (mm) = 0,040 (m).

Vậy chọn L = 150 (mm).      

3.7. Tính thanh ổn định

Thanh ổn định của hệ thống treo được thiết kế dựa trên cơ sở đảm bảo giảm khả năng lắc ngang thân xe. Thanh ổn định có tác dụng san đều tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe. Do đó nâng cao được ổn định chuyển động của xe.

* Xác định mô men lật của cầu M_L (Nm):

M_L = Y^’’*M_dl*h_o + M_dl*g*h_o*sin ψ_max ;                                     (1).

Thay các thông số vào (1) ta có:

M_L = 7.8*730*0.45 + 730*9.81*0.45*0.087=  2969 (N.m).

* Xác định mô men chống lật của hệ treo do phần tử đàn hồi đảm nhận:

M_CL = C_TX* ψ_max (N.m) ;

Từ các số liệu trên ta tính được M_CL:

=> M_CL = 5422*0.087 = 472(N.m).

Mô men chống lật cần thiết do thanh ổn định đảm nhận quy về bánh xe:

M_S = M_L – M_CL =  2969- 472 = 2497 (N.m).

Độ cứng chống lật của thanh ổn định( còn gọi là phần tử đàn hồi có đặc điểm là chỉ tạo độ cứng phụ khi có sự sai lệch tải trọng thẳng đứng).

Đặc điểm  của ụ cao su hạn chế này là có kết cấu đơn giản, tháo lắp dễ dàng. Loại này hiện được sử dụng phổ biến trên các dòng xe du lịch hiện nay.

KẾT LUẬN

Sau thời gian làm đồ án, được sự hướng dẫn tận tình của cô giáo: TS…………. cũng như sự giúp đỡ của các thầy giáo khác trong bộ môn, em đã hoàn thành những yêu cầu và nhiệm vụ của Đồ án tốt nghiệp

Trong đồ án này em đã Thiết kế hệ thống treo theo mẫu xe tham khảo Toyota vios 1.5G với treo trước là treo Mc.Pherson, cầu trước chủ động.

Kết cấu của hệ thống treo Mc.Pherson này khá nhỏ gọn, nên rất thuận tiện cho việc bố trí các cụm cơ cấu khác như là: cơ cấu phanh, cơ cấu lái…

+ Điểm mới ở trong đồ án này là đã áp dụng phương pháp giải tích để xác định chính xác chiều dài của đòn ngang bằng việc thiết lập toạ độ và xây dựng phương trình các đường thẳng.Vì thế phương pháp giải tích này mang tính tổng quát cao hơn, chỉ cần thay đổi các thông số dữ liệu mới ta có thể xác định được ngay chiều dài đòn ngang cho một dòng xe khác. 

Do thời gian có hạn và vốn kiến thức còn hạn chế nên Đồ  án tốt nghiệp không thể tránh khỏi những thiếu sót, em mong các thầy giáo chỉ bảo để sửa chữa, rút kinh nghiệm để khi ra trường trở thành một kĩ sư có trình độ vững vàng hơn.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của của cô giáo: TS…………. cùng sự giúp đỡ tận tình của các thầy khác trong bộ môn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Kết cấu ô tô, Nguyễn Khắc Trai - Nguyễn Trọng Hoan - Hồ Hữu Hải - Phạm Huy Tường - Nguyễn Văn Chưởng - Trịnh Minh Hoàng, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2009.

[2]. Cấu tạo gầm ô tô con, ô tô tải, ô tô buýt, Nguyễn Khắc Trai, NXB Giao Thông Vận Tải, 2003.

[3]. Bài giảng cấu tạo ô tô, Nguyễn Hùng Mạnh, Bộ môn cơ khí ô tô Trường ĐH Giao Thông Vận Tải, 2009

[4]. Kết cấu và tính toán ô tô, Trịnh Chí Thiện - Tô Đức Long - Nguyễn Văn Bang, NXB Giao Thông Vận Tải, 1984.

[5]. Sức bền vật liệu tập (1, 2), Vũ Đình Lai - Nguyễn Xuân Lựu - Bùi Đình Nghi, NXB Giao Thông Vận Tải, 2004.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"