MỤC LỤC

MỤC LỤC..1

LỜI NÓI ĐẦU..2

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN.. 3

1.1 Giới thiệu chung về Xe Kia Cerato. 3

1.2. Các thông số kĩ thuật chính. 4

1.3. Công dụng, yêu cầu và kết cấu của hệ thống treo. 5

1.4. Các bộ phận chính của hệ thống treo. 6

1.5. Các thông số tương đương và mô phỏng hoạt động. 10

1.6. Hệ thống treo tham khảo trên xe Kia Cerato 2010. 11

CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO   12

2.1. Các  loại hệ thống treo thông dụng. 12

2.2. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của xe KIA CERATO. 19

2.3. Lựa chọn phương án thiết kế. 24

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO XE KIA CERATO.. 25

3.1. Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo. 25

3.2. Động học hệ treo mc.pherson. 29

3.3. Động lực học hệ treo Mc.Pherson. 36

3.4. Chọn và kiểm bền các bộ phận chính. 44

3.5. Tính toán lò xo. 51

3.6. Tính thanh ổn định. 56

3.7. Tính tóan giảm chấn. 61

KẾT LUẬN.. 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO....73

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nền kinh tế đang tăng trưởng mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu về giao thông vận tải ngày càng lớn. Vai trò quan trọng của ôtô ngày càng được khẳng định vì ôtô có khả năng cơ động cao, vận chuyển được người và hàng hoá trên nhiều loại địa hình khác nhau. Những năm gần đây, lượng xe du lịch có xu hướng tăng lên đặc biệt là loại xe KIA CERATO với ưu điểm về khả năng cơ động tính kinh tế và thích hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau.Với ôtô nói chung và xe KIA CERATO nói riêng an toàn, êm dịu chuyển động là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng khai thác và sử dụng của phương tiện. Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn, êm dịu và ổn định chuyển động là sự kết hợp hoàn hảo của hệ thống lái và hệ thống treo đặc biệt là ở tốc độ cao. Chính vì vậy em rất muốn tìm hiểu sâu hơn nữa về hai hệ thống này và cũng rất mày cho em vì các thầy giáo trong bộ môn cơ khí ôtô đã đồng ý cho em được nhận đồ án tốt nghiệp của mình là: “Thiết kế hệ thống treo dựa trên xe tham khảo Kia Cerato 2010”. Sau hơn ba tháng làm việc nghiêm túc cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: TS……………và các thầy giáo trong bộ môn cơ khí và của các bạn sinh viên cùng lớp, em đã cơ bản hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Trong quá trình thực hiện, chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót. Do đó em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn !

                                                                                                Vĩnh Yên ngày … tháng … năm 20…

                                                                                               Sinh viên thực hiện

                                                                                            ………...…..

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về Xe Kia Cerato.

Xe Kia Cerato là một trong những mẫu ô tô hạng C khá thành công của hãng xe Kia.Kia Cerato là mẫu được hãng xe Hàn Quốc sản xuất từ năm 2003, được phát triển cùng một nền tảng với Hyundai Elantra. Có khung gầm hạng C, Cerato được giới thiệu đến người dùng theo 3 kiểu dáng: sedan, coupe, và hatchback. Việc sử dụng tên gọi Cerato không không liên tục theo thời gian, mà thường có sự thay đổi theo thị trường. 

Kia Cerato đời 2010 về trước: chủ yếu được nhập khẩu về từ Hàn Quốc (chính là bản xuất đi Trung Đông).

1.1.2. Đặc điểm nổi trội của Kia Cerato.

- Kiểu dáng trẻ trung, năng động

- Trang bị và tính năng hiện đại

1.1.4. Đối tượng phù hợp với Cerato.

Với ưu nhược điểm như trên, Kia Cerato dường như khá phù hợp với khách hàng trẻ, thích thiết kế và trang bị hiện đại, nhưng với mức đầu tư vừa phải.

1.1.5. Những xe cùng phân khúc với Kia Cerato.

Ngoài dòng xe Kia Cerato, có rất nhiều dòng xe đang cạnh tranh trực tiếp trong phân khúc xe sedan hạng C như Toyota Altis, Honda Civic, Mazda3, Chevrolet Cruze, Hyundai Elantra.

1.2. Các thông số kĩ thuật chính.

Các thông số kĩ thuật chính thể hiện như bảng 1.1.

1.3. Công dụng, yêu cầu và kết cấu của hệ thống treo.

1.3.1. Công dụng.

Hệ thống treo là tập hợp tất cả các cơ cấu để nối đàn hồi khung hoặc vỏ ôtô với các cầu hay hệ thống chuyển động.

Hệ thống treo nói chung gồm ba bộ phận chính : Bộ phận đàn hồi, bộ phận hướng, và bộ phận giảm chấn. Mỗi bộ phận đảm nhận nhiệm vụ và chức năng riêng biệt.

+ Bộ phận đàn hồi : Dùng để tiếp nhận và truyền các tải trọng thẳng đứng giảm va đập và tải trọng tác động lên khung vỏ và hệ thống chuyển động, đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho ôtô khi chuyển động.

+ Bộ phận dẫn hướng : Dùng để tiếp nhận và truyền lên khung các lực dọc, lực ngang cũng như các mômen phản lực, mômen phanh tác dung lên xe. Động học của bộ phận dẫn hướng xác định đặc tính dịch chuyển tương đối của bánh xe đối với khung và vỏ.

1.3.2 Yêu cầu.

Hệ thống treo phải đảm bảo được các yêu cầu cơ bản sau :

Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo (đặc trưng bởi độ võng tỉnh f_t, và hành trình động f_đ) 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.

1.4. Các bộ phận chính của hệ thống treo.

1.4.1. Bộ phận đàn hồi.

+ Chức năng: là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con người (60-80 lần/ph). Bộ phận đàn hồi có thể bố trí khác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương thẳng đứng.

* Nhíp

Nhíp được làm từ các lá thép mỏng, có độ đàn hồi cao, các lá thép có kích thước chiều dài nhỏ dần từ lá lớn nhất gọi là lá nhíp chính. Hai đầu của nhíp chính được uốn lại thành hai tai nhíp dùng để nối với khung xe. Giữa bộ nhíp có các lỗ dùng để bắt bulông siết các lá nhíp lại với nhau. 

* Thanh xoắn

Thanh xoắn giống như lũ xo xoắn loại này cũng chỉ có chức năng đàn hồi khi chịu lực tác dụng theo phương thẳng đứng còn lại chức năng khác do bộ phận khác của hệ thống treo đảm  nhận.

1.4.2. Bộ phận dẫn hướng.

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. Trên mỗi hệ thống  treo thì bộ phận dẫn hướng có cấu tạo khác nhau. Quan hệ của bánh xe với khung xe khi thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng  được gọi là quan hệ động học.

1.4.4. Thanh ổn định.

Trên  xe con thanh ổn định hầu như đều có. 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 bền của bánh xe với mặt đường. 

1.4.6. Các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe.

Hệ thống treo đảm nhận mối liên kết giữa bánh xe và thựng vỏ, do vậy trên hệ thống treo có thêm các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe. Các cơ cấu này rất đa dạng nên ở mỗi loại xe lại có cách bố tríkhác nhau, các loại khác nhau.

1.5. Các thông số tương đương và mô phỏng hoạt động.

1.5.1. Các thông số tương đương.

- Phần được treo: Là bộ phận chủ yếu của ôtô bao gồm: khung, thùng, hệ thống động cơ và các chi tiết bộ phận khác gắn trên thùng xe hoặc khung xe. Toàn bộ khối lượng của các bộ phận này được đỡ trên hệ thống treo.

- Phần khung được treo gồm có: Cầu , dầm  cầu, hệ thống chuyển động (cụm  bánh xe ), cơ cấu dẫn động . Các bộ phận này đặt dưới hệ thống treo.

1.5.2. Mô phỏng hoạt động.

+ M : Khối lượng phần được treo.

+ K_t  , K_s : Hệ số độ cứng của bộ phận đàn hồi phía trước và sau.

+ C_t , C_s : Hệ số độ cứng của bộ phận giảm  chấn phía trước và phía sau.

+ m_t , m_s : khối lượng của những phần khung được treo.

1.6. Hệ thống treo tham khảo trên xe Kia Cerato 2010.

Hệ thống treo cơ cấu thanh chống MacPherson:

Hệ thống treo độc lập này sử dụng một ống giảm chấn đóng vai trò giảm chấn đồng thời với kết cấu chịu lực và định vị bánh xe của hệ thống treo

CHƯƠNG 2

PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO

2.1. Các  loại hệ thống treo thông dụng.

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

2.1.1. 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.

* Vấn  đề sử dụng hệ thống treo phụ thuộc:

Do yêu cầu của thực tế và do trình độ phát triển của kỹ thuật thì tốc độ của ô tô ngày càng được nâng cao. Khi tốc độ ô tô ngày càng cao thì yêu cầu về kỹ thuật của ô tô ngày càng khắt khe : trọng tâm của ô tô cần phải được hạ thấp. 

2.1.2. 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. 

2.1.2.1. Dạng treo 2 đòn ngang.

Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang bao gồm 1 đòn ngang trên, một đòn ngang dưới. Các đầu trong được liên kết với khung, vỏ bằng khớp trụ. Các đầu ngoài được liên kết bằng khớp cầu với đòn đứng. Đòn đứng được nối cứng với trục bánh xe. Bộ phận đàn hồi có thể nối giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới. 

2.1.2.2. Dạng treo Mc.Pherson.

Hệ 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. 

2.2. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của xe KIA CERATO.

2.2.1. Kết cấu của hệ thống treo trước.

Kết cấu của hệ thống treo trước xe KIA CERATO như hình 2.8.

2.2.2. Kết cấu của hệ thống treo sau

Hệ thống treo sau có cấu trúc 4 điểm liên kết với  lò xo cuộn và tay đòn biên cho hiệu quả giảm xóc tuyệt vời như dòng xe du lịch.

Hoạt động của hệ thống treo:  Khi xe đi trên những đoạn đường xấu, chạy với vận tốc cao và khi xe quay vòng trong quá trình hoạt động phản lực từ mặt đường sẽ tác dụng trực tiếp lên bánh xe truyền đến hệ thống treo, lên vỏ xe và đến hành khách ngồi trên xe. Hệ thống treo có nhiệm vụ tạo cảm giác an toàn và thoải mái cho người lái và hành khách trên xe thông qua kết cấu của nó. 

2.2.3. Kết cấu, nguyên lý làm việc của một số phần tử trên hệ thống treo xe KIA CERATO

2.2.3.1.  Lò xo trụ

- Kết cấu

Khi chịu tác dụng của tải trong thẳng đứng, do tính chất đàn hồi của thép lò xo mà lò xo bị nén lại, khi tải trọng thôi không tác dụng thì lò xo lại giãn ra quá trình đó cứ lặp đi lặp lại trọng quá trình ôtô chuyển động. 

2.2.3.4. Tay đòn dưới.

Tay đòn dưới như hình 2.13.

2.3. Lựa chọn phương án thiết kế.

Dựa vào các thông số tham khảo của xe và nhu cầu sử dụng thực tế của người dùng.

Kết luận: Chọn sử dụng  hệ thống treo trước độc lập loại Macpherson với  lò xo cuộn đòn kép và thanh cân bằng làm tăng khả năng an toàn cho xe và tạo cảm giác thoải mái tối đa cho hành khách trong những chuyến đi xa.

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO XE KIA CERATO

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

3.1.1. Các thông số ban đầu

Nhóm các thông số tải trọng:

- Tải trọng toàn xe khi không tải                G₀ = 12800 N.

- Tải trọng toàn xe khi đầy tải                    G_T  =  17300 N.

- Tải trọng đặt lên cầu trước khi không tải G₁₀   =  7000 N.

- Tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải     G_1T  =  8500 N.

- Tải trọng đặt lên cầu sau khi không tải    G₂₀  =  5800 N.

- Tải trọng đặt lên cầu sau khi đầy tải        G_2T  =  8800 N.

- Chiều dài cơ sở : L = 2630 (mm).

- Chiều rộng cơ sở : B = 1480 (mm).

- Dài´Rộng´Cao : 4490´1710´1425

- Kích thước bánh xe : Kớ hiệu lốp   185/65 R14 H.

3.1.2. 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 l/ph .

- Khối lượng phần không treo :                  m_kt  = 22 kg .

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

=> M_T0 =  700 -22 - 16x2  = 646 Kg.

m₁₀ : tải trọng đặt lên cầu trước khi không tải   m₁₀  =  700 Kg.

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

=> M_T1 =  850 - 22 - 16x2 = 796 Kg.

m_1T : tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải   m_1T  =  850 Kg.

- Độ cứng của một bên hệ treo ở trạng thái đầy tải : C  =  22090  N/m  = 22.09 (N/mm).

- Độ cứng của một bên hệ treo lấy từ giá trị trung bình : C  = 20008.5 N/m = 20.008 (N/mm).

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

- Độ vừng tĩnh của hệ treo (khi đầy tải) : f_t = 195 (mm).

- Kiểm nghiệm lại độ vừng tĩnh  C  = 20008 N/m.

Từ  công thức :   n  = 67.7 (l/ph) .

 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  = 20.008 (N/mm) thoả mãn được yêu cầu tính toán thiết kế .

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

d. Kiểm tra hành trình động của bánh xe

Theo điều kiện : f_đ£ H₀  - H_min

=> H₀ ³ f_đ + H_min = 144 + 100 = 244 mm.

=> H₀³  244 mm.

* Đối với cầu trước cần kiểm tra hành trình động để khụng xẩy ra va đập cứng vào ụ đỡ trước khi phanh :

=> f_đ  >=180 x 0.7x = 46.68 mm.

=> Thỏa mãn.

* Xác định độ vừng 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

Hệ số dập tắt dao động của hệ treo :  D = 2 x y x w (rad/s).

=> D = 2 x 0.2 x 7.45 = 2.98 (rad/s).

* Số liệu cơ sở để tính toán:

- Chiều rộng cơ sở của xe ở cầu trước  B_T = 1480 mm.

- Bán kính bánh xe : Kí hiệu lốp 185/65 R14 H.  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 =110 mm.

- Độ vững tĩnh      f_T = 180 mm.

- Độ vững động      f_đ = 144 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 vuụng gúc với dd.

- Trên A_om đặt :

A_oA₁ = H_min = 110 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 = 740 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.

- Tại C_o dựng C_on tạo với phương thẳng đứng một góc d_o=10^o .

- Trên B_oz đặt B_oB=r_bx=298 mm.

Nếu coi khảng cách giữa hai vết bánh xe ở trạng thái này là không đổi so với trạng thái khi không tải .                           

Khi đó B_oB₁ = f_đ + f_t - f_ot.

- Từ B₁ kẻ đường B₁q //dd.

- Trờn B₁q đặt B₁D₁ = B_oC₀ = |r_o| 

Nối D₁O₂ thì D₁O₂ là đường tâm trụ xoay đứng ở vị trí hệ treo biến dạng lớn nhất.Trong quá trình chuyển dịch bánh xe,k/c C_oC₁ không thay đổi,do đó trên D₁O₂ ta lấy D₁D₂ = C_oC₁.D₂ là vị trí khớp cầu ngoài của đòn ngang ứng với trạng thái hệ treo biến dạng lớn nhất.

Như vậy C₁ và D₂  sẽ cùng nằm trên một cung tròn có tâm là khớp trong của đòn dưới .

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.        

2.2.3. 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 đó 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 bánh xe chuyển vị lên một đoạn là: ÄH, thí điểm C sẽ dịch chuyển trên cung tròn tâm O₁ bán kính là l_d một đoạn là: CC’ và đòn ngang sẽ quay đi một gúc làÄỏ.

Lúc này góc giữa đòn ngang và phương ngang ban đầu sẽ là:α – Δα.

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

Do đó: C’C₂ = l_d*sin(α – Δα) ; 

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* δ = 510*0.75 = 3820 (N).

b. Trường hợp lực ngang cực đại

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

Các lực được tính toán như sau: Z = 20860 (N).

c. Trường hợp chịu tải trọng động

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

Ta có:  Z = Z_t*k_d = 8500 (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 cụn,thanh xoắn.Trong mục này chỉ đề cập tới việc tính lực và chọn cách bố trí lò xo trụ.

Kết cấu bố trí giảm chấn thường gặp như hình vẽ dưới đây.

Trục của giảm chấn không trùng với đường tâm trụ đứng thường gặp trên xe : r_o (bán kính quay bánh xe dẫn hướng) và góc nghiêng ngang trụ đứng  khá lớn.

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 )

- Tại đầu A lực dọc theo phương giảm chấn tác dụng: Z_A =  Z_AB = Z_lx = 4185 (N).

- Còn Z_Y gây ra hai phản lực A_ZY và B_ZY:

A_ZY = 306 (N).

B_ZY = 1044 (N).

+ 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 :  cosδ = 1 và sin δ = 0.

Như vậy tổng lực tác dụng lên đầu A và B là:

Đầu A: Z_A = 4185 (N).

A_MZ + A_ZY = 117 + 306 = 423 (N).

Đầu B: B_MZ + B_ZY = 117 + 1044 = 1161 (N).

Trên đòn ngang tại điểm C có lực liên kết: C_Y = B_MZ + B_ZY = 1161 (N).

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 = 4185 (N).

- Theo phương Y: A_MZ­ + A_ZY -A_S = 115 + 302 - 197 = 220 (N).

* ở đầu B:

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

- Theo phương Y:  B_­MZ + B_ZY + B_S = 115 + 1029 +1213 = 2357 (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 = 2357 (N).

c. Trường hợp chịu lực bên cực đại,chỉ có hai thành phần Z và Y

- Tác dụng của thành phần lực Z và các phản lực tương tự như ở phần trên.

- Tác dụng của thành phần lực ngang Y như hình vẽ dưới.

- Lực ngang Y gây nên đối với trụ đứng AB các phản lực A_Y , B_Y

3.4. Chọn và kiểm bền các bộ phận chính.

3.4.1. Đòn ngang chữ A.

Đòn ngang dưới cơ cấu trục 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.

Trạng thái chủ lực chủ yếu là kéo, nén, uốn, tiết diện của đòn ngang dưới , tham khảo và khi kiểm bền giả thiết rằng : một phần càng chữ A chịu toàn bộ tải trọng. Do vậy có thể tính toán như  sau :

a. Trường hợp 1 :  Chỉ có lực Z

F_y = C_Y = 1161 (N);    F_z =  Z_AB = 4185 (N).

b.Trường hợp 2 :  Chỉ có lực Z và X

F_x  = C_X =  5406 (N).

F_Y  = C_Y =  2357 (N).

F_Z  = C_Z = 4185 (N) 

c. Trường hợp 3 :  Chỉ có lực Z và Y

F_y = C_Y =11471 (N).

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 .

- Trường hợp 1:    Q = F_z = 4185 (N).

- Trường hợp 2 :    Q = F_z = 13783 (N).

* Tính theo trường hợp có lực F_z lớn nhất :   F_z = 13783 ( N ).       

=> d_cd = 21,95 (N/mm²).  

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 đó 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 đựơc tính toán cho trường hợp chịu tải trọng động lớn nhất:

Z = 8500 (N).

Ta có F_max = 10845 (N).

Lực nhỏ nhất tác dụng lên lò xo: F_min= 4380 (N).

3.5.3. Kết luận.

Các thông số thiết kế lò xo:

- Đường kính dãy lò xo: d = 15 (mm).

- Đường kính trung bình lò xo: D = 150 (mm).

- Tỷ số đường kính : c = 10.

- Bước lò xo khi chịu tải : t = 70 (mm).

- Chiều cao lò xo khi chịu tải: H_s = 97.5 (mm).

- Chiều cao lò xo khi chưa chịu tải : H₀ = 427.5 (mm).

- Số vòng làm việc của lò xo : n = 6 (vòng).

- Số vòng toàn bộ : n₀ = 7 (vòng).

- Hành trình lò xo : f_lx = 200 (mm).

- Độ cứng lò xo : C_lx = 32325 (Nm).

- Vật liệu : Thép 50CrV4.

3.6. 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.

Chọn ụ cao su hạn chế hành trình cho HTT:

Để xây dựng đường đặc tính của hệ thống treo, ta sẽ chọn trước loại ụ cao su hạn chế hành trình cho giảm chấn cùng với đường đặc tính cho trước của nó.

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

3.7. Tính tóan giảm chấn.

3.7.1. Chọn giảm chấn.

Giảm chấn là một phần tử đàn hồi trong hệ thống treo, nhiệm 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.

3.7.2. Tính toán thiết kế giảm chấn.

a. Xác định kích thước cơ bản của giảm chấn

Việc xác định kích thước cơ bản của giảm chấn được bắt đầu từ việc chọn kích thước cơ bản của nó.           

Kích thước cơ bản của giản chấn là:

Đường kính ngoài xi lanh : d_X.

Hành trình làm việc của piston: f_gc .

Theo bảng số liệu và tham khảo thêm ta chọn sơ bộ kích thước: d_X = 45 (mm).

Chiều dài xi lanh của giảm chấn:

L_X = L_Y + H_P +  L_P + L_K +L_B =  26 + 263 +31 +32 +69 = 421 (mm).

Chiều dài của toàn giảm chấn:

L_gc = L_X + L_u = 421 +70 = 491 (mm).

Với  L_u là chiều dài từ ụ hạn chế tới đầu trên của ty đẩy, L_u = 70(mm).

Chiều dài của ty đẩy:

L_H = L_U + H_P +L_Y +L_P = 70 +263 +26 +31  = 390 (mm).

Chiều dài cụm làm kín:

L_n = (0.75  1.5) d_P

=> L_n = 1.275*d_P = 1.275*40 = 51 (mm).

Chiều cao cụm piston:

L_P =  (0.75  1.1) d_P

=> L_p = 0.775*d_P = 0.775*40 = 31 (mm).

Chiều cao cụm piston khoang chứa khí nén:

L_kn = (0.25  0.75) d_P

=> L_kn = 0.35*d_P = 0.35*40 = 14 (mm).

b. Xác định các thông số tính tóan

+ Lực nén và trả max :    v_max = 0.6 (m/s²)

P_nmax = K_n*v_max  = 257*0.6 = 154 (N).

P_trmax = K_tr*v_max = 771*0.6 = 462 (N).

+ Lực nén và trả nhẹ :    v_min = 0.3 (m/s²)

P_nmin = K_n*v_min  = 257*0.3 = 76 (N).

P_trmin = K_tr*v_min = 771*0.3 = 230 (N).

Các thông số để chọn giảm chấn

- Đường kính xy lanh d_x = 46 (mm).

- Hành trình của giảm chấn H_p = 206 (mm).

- Đường kính ty đẩy d_đ = 18 (mm).

- Chiều dài của xy lanh giảm chấn L_x = 344 (mm).

- Chiều dài của toàn giảm chấn L_gc = 504 (mm).

- Hệ số dập tắt dao động D = 2.98 (rad/s).

- Đường kính van nén D_n = 2.6 (mm).

Số lỗ van nén n = 6 (lỗ).

3.7.3. Tính bền ty  đẩy piston của giảm chấn

Khi giảm chấn làm việc ty đẩy sẽ chịu kéo ở hành trình trả và nén ở hành trình nén (hay uốn dọc) do đó sẽ kiểm tra theo uốn và nén dọc.

Thay vào tính:

P_lim = 307988(N)

n = 1949 > [n] = 2 .

=> Ty đẩy đủ bền.

Khi giảm chấn làm việc ty đẩy sẽ chịu lực kéo ở hành trình trả và nén ở hành trình nén (hay uốn dọc) do đó ty đẩy được kiểm tra theo ứng suất kéo và uốn dọc.

Khi ty đẩy chịu nén  ứng suất nén được xác định theo công thức:

s_n = 4,5 < [s_n] = 210 (N/mm²).

Vậy ty đẩy đủ bền.

KẾT LUẬN

Sau thời gian làm đồ án, được sự hướng dẫn tận tình của thầy : 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 xây dựng được một phương pháp tính toán thiết kế cho hệ thống treo đảm bảo được những yêu cầu cơ bản như:

+ Tính êm dịu khi chuyển động.

+ An toàn với mọi chế độ tải.

+ Độ bền của các chi tiết cao.

+ Đảm bảo cho ôtô chạy trên những địa hình yêu cầu.

+ Các chi tiết có cấu tạo đơn giản, dễ gia công tháo lắp.

Ngoài ra trong đồ án này ngoài việc tính toán thiết kế hệ thống treo Mc.pherson, em còn tìm hiểu thêm về nhiều hệ thống treo khác , rút ra các ưu nhược điểm của từng loại và lựa chọn phương án thiết kế thích hợp nhất.

Bên cạnh những vấn đề đã giải quyết được vẫn còn những hạn chế như:

+ Khả năng thay đổi độ cứng của hệ thống treo sao cho thích hợp với sự thay đổi của tải trọng.

+ Khả năng thay đổi độ cao trọng tâm xe cho phù hợp với điều kiện địa hình.

Trong quá trình thực hiện đồ án 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 kỹ sư có trình độ vững vàng hơn.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy và sự hướng dẫn tận tình của các thầy giáo khác trong bộ môn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 [1]. PGS. TS. Nguyễn Khắc Trai, Cấu tạo gầm xe con.

[2]. TS.Nguyễn Hữu Cẩn - Trương Minh Chấp - Dương Đình Khuyến -Trần Khang - ĐHBK(1978), Giáo trình thiết kế tính toán ô tô máy kéo.

 [3]. TS.Dương Đình Khuyến ĐHBK (1993), Ô tô máy kéo

 [4]. Trịnh Chất - Lê  văn Uyển ĐHBK (2000), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 và 2

[5]. Lê Quang Minh - Nguyễn Văn Vượng, Sức bền vật liệu

 [6]. TS.Nguyễn Hữu Cẩn-PGS.TS Dư Quốc Thịnh- Phạm Minh Thái- Nguyễn Văn Tài- Lê Thị Vàng -ĐHBK_HN (1997), Lý thuyết ô tô

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"