Trong vài năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam có những bước phát triển vượt bậc, đời sống người dân được nâng cao, cùng với việc chính phủ đang đầu tư rất nhiều vào quy hoạch và xây dựng hệ thống giao thông vận tải, đã khiến ô tô trở thành phương tiện đi lại tiện nghi và phổ biến, được nhiều người quan tâm. Không như các nước phát triển, với Việt Nam thì ôtô vẫn là chủ đề mới mẻ, đặc biệt là những ứng dụng công nghệ tiên tiến trên xe. Vì thế việc nghiên cứu thiết kế ô tô là rất cần thiết đặc biệt là tính toán thiết kế hệ thống treo để đảm bảo tính êm dịu khi chuyển động của xe để tạo cảm giác thoải mái cho người nguồi trên xe.
Với mục đích tính toán và thiết kế hệ thống treo trên một xe cụ thể em đã lựa chọn đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống treo xe Honda Jazz 2018”, để có thể thực hiện được đề tài này đầu tiên em đã tìm hiểu về tổng quan hệ thống treo trên ô tô và thu thập tài liệu liên quan đến xe cơ sở và phân tích để lựa chọn phương án thiết kế phù hợp sau đó em sẽ tính toán thiết kế hệ thống đã lựa chọntừ đó sẽ xây dựng các quy trình bảo dưỡng, sửa chữa phù hợp với hệ thống đã tính toán nhằm mục đích khai thác tốt nhất cho hệ thống mang lại cảm giác hài lòng cho người sử dụng.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy: TS……………. và các thầy trong bộ môn cùng sự đóng góp của các bạn trong lớp, tuy nhiên trong quá trình làm còn nhiêu sai sót, mong các thầy và các bạn đóng góp để em hoàn thiện hơn.
Sinh viên thực hiện
Khái niệm hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết giữa bánh xevà khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi nó có chức năng chính sau đây:
- Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, ..
- Truyền lực và mô men giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng, phản lực), lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh,
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).
+ Loại ma sát cơ(các lá nhíp trên hệ thống treo cũng góp một phần vai trò giảm chấn nhờ sự ma sát giữa các lá nhíp).
+ Nhíp được làm từ các lá thép cong, sắp xếp lại với nhau theo thứ tự từ ngắn tới dài, cụm lá này được kẹp chặt lại với nhau ở giữa bằng bu lông định tâm hay đinh tán. Để giữ các lá nhíp không bị trượt ra khỏi vị trí người ta dùng kẹp ở một vài điểm để kẹp chúng lại với nhau.
Lò xo được làm từ dây thép lò xo đặc biệt, được quấn thành ống. Khi đặt tải lên lò xo, dây lò xo sẽ bị xoắn do lò xo bị nén. Lúc này năng lượng ngoại lực được dự trữ, và va đập được giảm bớt, lò xo trụ được sử dụng chủ yếu trong ôtô du lịch làm bộ phận đàn hồi.
- Phần tử đàn hồi loại khí có tác dụng nhiều trong các ôtô có khối lượng phần được treo lớn và thay đồi nhiều.
- Có thể thay đổi độ cứng của hệ thống treo(bằng cách thay đổi áp suất bên trong phần tử đàn hồi) để cho ứng với tải trọng tĩnh khác nhau thì độ võng tĩnh và tần số dao động riêng không đổi.
- Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cầu. 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.
- 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.
- 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.
- Hệ treo hai đòn dọc là hệ treo độc lập mà mỗi bên có một đòn dọc. Mỗi đầu của đòn dọc được gắn cứng với trục quay của bánh xe, một đầu liên kết với khung vỏ bởi khớp trụ. Lò xo và giảm chấn đặt giữa đòn dọc và khung.
Là Bộ phận hấp thụ năng lượng dao động cơ học giữa bánh xe và thân xe. Bộ phận giảm chấn có ảnh hưởng tới biên độ dao động. Trên các xe hiện đại chỉ dùng loại giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều trả và nén. Trong hành trình trả (bánh xe đi xa khung,vỏ) giảm chấn có nhiệm vụ giảm bớt xung lực va đập truyền từ bánh xe lên khung.
- Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho người sử dụng
- Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.
- Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, khả năng an toàn khi chuyển động.
* Giới thiệu về xe Honda Jazz 2018
Tại thị trường Việt Nam, Honda Jazz 2018 đã chính thức được trình làng người dùng Việt tại Triển lãm Ôtô VMS 2017 diễn ra vào đầu tháng 8/2017 vừa qua. Mẫu xe này sẽ được hãng mẹ Honda nhập khẩu nguyên chiếc từ Thái Lan với 03 phiên bản: bản 1.5V, bản 1.5VX và bản cao cấp 1.5RS.
* Một số hình ảnh về xe Honda Jazz 2018:
Thông số xe Honda Jazz 2018 như bảng 1.1.
1.3.2.Phân tích lựa chọn phương án thiết kế
a. Hệ thống treo trước
- Hệ thống treo độc lập được sử dụng chủ yếu ở cầu trước các ôtô du lịch.
* 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.
b. Hệ thống treo sau
Từ việc phân tích các ưu và nhược điểm của các loại hệ thống treo,đối với xe mini 4 chỗ sử dụng hệ thống treo độc lập kiểu đòn chéo là hợp lý nhất.
1.4. Mục tiêu, phương pháp, nội dung nghiên cứu.
1.4.1. Mục tiêu
- Tính toán thiết kế hệ thống treo dựa trên cơ sở xe Honda Jazz 2018 theo các tiêu chuẩn đã được công bố nhằm đáp ứng yêu cầu làm việc thực tế.
1.4.2. Phương pháp
- Phương pháp lý thuyết: Tìm hiểu tổng quan về xe cơ sở và phân tích lựa chọn phương án thiết kế phù hợp cho loại xe cơ sở từ đó tính toán thiết kế kiểm nghiệm theo các tiêu chuẩn và tài liệu hiện hành đã được công bố.
- Phương pháp thực tế: Quan sát, kiến tập tại xưởng thực tập.
1.4.3. Nội dung
- Đồ án với mục tiêu thiết kế cho hệ thống treo cho xe cơ sở Honda Jazz 2018 đồ án đã được trình bày như sau:
Chương I: Tổng quan hệ thống treo.
Chương II: Tính toán, thiết kế hệ thống treo.
Chương III: Bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống treo.
Chương IV: Kết luận và kiến nghị
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO
2.1 Xác định độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước và sau
Các thông số cơ bản như bảng 2.1.
- Đặc tính đàn hồi yêu cầu của hệ thống treo phải đi qua hai điểm: A(ft , Zt), B(fđ , Zđ), trong đó:
+ Zt: tải trọng tĩnh tác dụng tại bánh xe gây ra biến dạng ft.
+ ft: biến dạng tĩnh của hệ thống treo đo tại trục bánh xe.
+ Zđ: tải trọng động tác dụng lên bánh xe gây ra biến dạng fđ.
+ fđ: biến dạng thêm của hệ thống treo dưới tác dụng của tải trọng động.
a. Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước
Để xây dựng đặc tính đàn hồi yêu cầu của hệ thống treo, trước tiên ta xác định hai điểm A(ft , Zt), B(fđ , Zđ).
- Xác định Ztt, ta có:
Tải trọng tác dụng ôtô đầy tải : G = Gt1- Gkt [kg]
Trong đó:
Gt1: trọng lượng toàn bộ phân bố lên cầu trước
Gkt: trọng lượng phần không được treo ở cầu trước [kg].
Với: Gkt= Gct+ 2.Gbx [kg]
Do đó ta được: G = Gt1- (Gct+ 2.Gbx) = 378 - 25 = 353 (Kg).
b. Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo sau
- Xác định Zts:
Ta có: G = Gas- (Gcs+ 2.Gbx)=462 - 30 = 432(Kg)
- Xác định Zđs: ta có: Zđs= kđ.Zts=1,75.216 = 378 (Kg).
- Xác định fđs: ta có: fđs = 0,8.fts = 0,8.144 = 115 (mm).
- Xác định fcss: ta có:fcss=(0,35¸0,4).115 = 40,25¸46(mm). Chọn fcss= 40,25(mm)
2.2. Tính toán thiết kế phần tử đàn hồi
2.2.1. Tính toán thiết kế phần tử đàn hồi hệ thống treo trước
- Tính lực tác dụng lên lò xo :
Để tính toán đường kính và các kích thước của phần tử đàn hồi lò xo ta phải xác định được lực tác dụng lên lò xo (Zlx), độ võng tĩnh (ft) và độ võng động (fd) của lò xo khi chịu tải trọng tĩnh .Từ đó tính các kích thước còn lại theo các ứng suất tác dụng lên lò xo.
- Chiều dài của lò xo khi chịu tải trọng tĩnh (Lt):
Ta có: Lt= Lmin + fdlx
Thay số: Lt = 0,0875+ 0,0575 = 0,145 [m] = 145 (mm)
- Chiều dài ban đầu của lò xo (L):
Ta có: L = Lt + ftlx
L = 0,145 + 0,065 = 0,21 [m] = 210 (mm)
- Bước xoắn của lò xo (t):
Ta có: t = 35 mm
2.2.2. Tính toán thiết kế hệ thống treo sau
Tính toán tương tự như hệ thống treo trước, ta chỉ xét và tính toán cho trường hợp xe đầy tải.
Các thông số ban đầu của hệ thống treo sau như bảng 2.2.
Thay số ta được: d = 0,0092 m
- Chiều dài của lò xo khi chịu tải trọng tĩnh (Lt):
Ta có: Lt= Lmin + fdlx
Thay số vào ta có: Lt = 0,065 + 0,065 = 0,13 [m]
- Chiều dài ban đầu của lò xo (L):
Ta có: L = Lt + ftlx
L = 0,13 + 0,13 = 0,26 [m] = 260 [mm]
2.3. Tính toán thiết kế giảm chấn
Để đảm bảo độ êm dịu khi xe hoạt động trên đường, trên ô tô hiện nay người ta thường lắp thêm các bộ phận giảm chấn. Giảm chấn có tác dụng: dập tắt nhanh các dao động có tần số cao để tránh cho thùng xe không bị lắc khi qua đường mấp mô lớn và hạn chế các lực truyền qua giảm chấn tác dụng lên thùng xe.
Tính toán bộ phận giảm chấn gồm các bước như sau:
+ Xây dựng đặc tính yêu cầu của giảm chấn.
+ Xác định các kích thước cơ bản của giảm chấn.
+ Xác định tiết diện thông qua các van.
+ Tính toán nhiệt của giảm chấn.
2.3.1. Tính toán giảm chấn của hệ thống treo trước
* Xây dựng đặc tính yêu cầu của giảm chấn
Quan hệ giữa lực cản giảm chấn (Pg) và tốc độ dịch chuyển của piston giảm chấn (Vg) được xác định như sau:
Pgn= Kgn.Vgm
Pgt= Kgt.Vgm
- Lực cản Pg của giảm chấn:
Ta có : Pgn= 231,7.0,3 = 69,5 (N).
Pgt =695,2.0,3 = 208,56 (N).
* Xác định các thông số của giảm chấn:
- Đường kính Piston giảm chấn: Chọn dp = 40mm
=>Fp= p.d2/4 = p.402/4 = 1256 (mm2)
- Đường kính cần Piston:
Ta có : dc=(0,4¸0,5)dp =(0,4¸0,5).40 = 16¸20 (mm).
Chọn dc = 18 (mm).
Fc= p.d2/4 = p.182/4 = 254.47 (mm2).
2.3.2. Tính toán giảm chấn của hệ thống treo sau
Tương tự như quá trình tính toán giảm chấn trước ta có quá trình tính toán giảm chấn sau như sau:
* Xây dựng đường đặc tính yêu cầu của giảm chấn
Đặc tính của giảm chấn sau cũng được xây dựng trên mối quan hệ giữa lực cản Pg và tốc độ piston Vg của giảm chấn. ta có quan hệ giữa lực cản giảm chấn (Pg) và tốc độ dịch chuyển của piston giảm chấn (Vg) như sau:
Pgn= Kgn.Vgm
Pgt= Kgt.Vgm
- Lực cản Pg của giảm chấn ở hành trình nén và trả:
Pgn = Kgn.Vg
Pgn= 244,8.0,3 = 73,44 (N).
Pgt= Kgt.Vgm
Pgt = 734,6 .0,3 = 220,4 (N).
* Xác định các thông số của giảm chấn
- Đường kính Piston giảm chấn:
Đối với xe thiết kế ta chọn dp = 40 (mm)
=> Fp= p.d2/4 = p.402/4 = 1256 (mm2)
- Đường kính cần Piston:
dc = (0,4¸0,5)dp =(0,4¸0,5).40 (mm).
Chọn dc = 18 (mm).
Fc= p.d2/4 = p1.82/4 = 254,34 (mm2).
- Chiều dài kết cấu giảm chấn (phần chứa dầu):
Chọn lg = 80 (mm).
Nhiệt độ này thỏa mãn, nhỏ hơn giá trị cho phép < 1200.
2.4.Sơ đồ bố trí và kiểm nghiệm hệ thống treo trước Mc.Pherson:
2.4.1 Kiểm tra sơ đồ động học:
- Xác định tâm O1 bằng cách:
+ Kẻ đường kk là đường trung trực của đoạn C1D1.
+ Từ A4 kẻ đường thẳng tt // dd.
+ tt cắt đường thẳng dd tại O1.
- Xác định tâm quay tức thời P của bánh xe:
+ Kéo dài C1O1.
+ Từ O2 kẻ đường vuông góc với O2C0.
* Xây dựng họa đồ kiểm tra động học hệ thống treo Mc.Pherson:
Khi đã xác định được độ dài đòn ngang Lđ ta đi xây dựng được họa đồ biểu thị sự thay đổi góc nhiêng của giảm chấn và đòn ngang khi độ võng của thân xe (hay độ đi lên của bánh xe) thay đổi.
2.4.3 Kiểm tra bền các cụm chi tiết:
a. Kiểm bền đòn ngang:
Đòn ngang có cấu trúc hình chữ A, được bắt vào thân xe qua 2 khớp trụ, đầu ngoài bắt với cam quay bằng Rô-tuyn. Trạng thái chịu lực chủ yếu là kéo, nén, uốn.
Khi kiểm bền đòn ngang được chia thành 3 trường hợp như sau:
- Trường hợp 1: chỉ chịu tải trọng động (chỉ có lực Z, không có lực X và Y).
- Trường hợp 2: chỉ chịu lực phanh cực đại (chỉ có lực X và Z, không có lực Y).
- Trường hợp 3: chỉ chịu lực bên cực đại (chỉ có lực Y và Z, không có lực X).
- Chiều dài đòn ngang: Lđ= 370 mm.
b. Xét các trường hợp:
* Trường hợp 1: chỉ chịu tải trọng động:
* Trường hợp 2: chỉ chịu lực kéo hoặc lực phanh cực đại
* Trường hợp 3: chỉ chịu lực bên cực đại.
CHƯƠNG 3
BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆTHỐNG TREO
3.1. Triệu chứng và hư hỏng
- Cho đến nay, hệ thống giảm xóc sử dụng lá nhíp và lò xo trụ vẫn còn phổ biến do chúng có những ưu điểm nổi bật như: giá thành thấp, dễ chế tạo, làm việc tin cậy và có độ bền rất cao. Tuy nhiên, khi sử dụng lâu, chúng thường xảy ra các hư hỏng như phát ra tiếng kêu, chảy dầu, xóc,…vv.
a. Giảm chấn chảy dầu
- Trong quá trình phanh xe, đặc biệt là phanh gấp, hệ thống treo trước phải chịu áp lực tăng lên gấp nhiều lần do trọng lượng của xe dồn lên. Chính vì vậy, giảm chấn trước thường hay hỏng hơn so với giảm chấn sau (rất ít khi hỏng) và chi phí thay thế cũng thường cao hơn.
- Khi chỉ một trong hai giảm chấn trước bị hỏng (thường là bị chảy dầu, có thể quan sát thấy bằng mắt thường với dấu hiệu là giảm xóc bị ướt nhoèn) người lái có thể cảm nhận xe không thể hấp thụ được xóc khi qua các gờ giảm tốc hay đường xấu, gây tình trạng xóc nảy, tốc độ càng cao, hiện tượng xóc nảy một bên càng bộc lộ rõ, thậm chí có thể làm lệch đầu xe.
b. Hệ thống treo bị kêu
-Trên các dòng xe trang bị hệ thống treo kiểu Macpherson phía trước và thanh chịu xoắn phía sau (thường trên các dòng xe phổ thông loại nhỏ), người sử dụng xe có thể chẳng phải lo lắng về việc này, bởi toàn bộ dàn gầm chỉ có một chi tiết sử dụng khớp cử động đa chiều là thanh cân bằng dọc.
c. Nhíp yếu, lò xo bị yếu
- Sau vài năm sử dụng, các phần tử đàn hồi bị mỏi, giảm khả năng đàn hồi và độ cứng. Nhíp bị yếu(võng), lò xo bị chùn lại khiến chiều cao gầm xe giảm, khả năng hấp thụ mấp mô mặt đường kém, xe không còn êm dịu như trước.
3.2. Kiểm tra chẩn đoán
a. Rotuyn
- Tìm kiếm dấu hiệu dò dỉ
- Nâng bánh xe lên bằng con đội thủy lực
b. Giảm chấn
- Các hiện tượng chứng tỏ giảm xóc ô tô có vấn đề
3.3. Bảo dưỡng và sửa chữa
a. Giảm chấn
Những chi tiết sau là có sẳn để thay thế và nếu bất kì chi tiết nào ngoài ra chúng có hỏng hóc, thì phải thay toàn bộ giảm xóc:
+ Cụm giảm xóc;
+ Nắp bịt;
+ Vòng hãm;
b. Đòn ngang và Rotuyn
* Quy trình tháo:
+ Sử dụng dụng cụ chuyên nghiệp dể tháo khớp cầu rotuyn và đòn ngang;
+ Dùng tuốc nơ vít cậy đều xung quanh phanh hãm và tháo nắp chắn bụi của khớp cầu;
+ Sử dụng kím mở phanh để tháo phanh hãm;
* Kiểm tra sửa chữa:
+ Kiểm tra bọc cao su bị vỡ mòn hỏng, thay bạc cao su nếu hỏng;
+ Kiểm tra độ biến dạng và rạn nứt của rotuyn, thay nếu rotuyn hỏng;
KẾT LUẬN
Hệ thống treo trên xe là một bộ phận quan trọng trong thiết kế cơ học của xe. Nó đóng vai trò chủ chốt trong việc đảm bảo chuyển động của toàn bộ kết cấu xe, quyết định đến cảm giác lái và sự thoải mái của người ngồi trên xe. Bởi lẽ đó, vai trò của hệ thống treo là không thể thiếu trong thiết kế cơ học của xe. Với đề tài được giao ‘‘Thiết kế tính toán hệ thống treo xe Honda Jazz 2018”đồ án đã đạt được những kết quả sau.
- Trình bày tổng quan về hệ thống treo
- Lựa chọn phương án thiết kế phù hợp cho xe
- Tính toán thiết kế hệ thống treo.
- Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống treo
Sau khi tính toán các thông số hệ thống treo thiết kế đã đảm bảo được những yêu yều về mặt kĩ thuật. Đối với hệ thống treo này trong qua trình sử dụng cần kiểm tra thường xuyên hình dáng và các chế độ làm nhằm phát hiện ra những ưu nhược điểm để khắc phục và cải tiến cho hệ thống treo trở lên hoàn thiện hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PGS.TS. Nguyễn Trọng Hoan (2009),Tập bài giảng thiết kế tính toán ô tô, Lưu hành nội bộ.
[2]. Hệ thống treo,Tài liệu đào tạo TEAM giai đoạn 2 tập 13, KIA.
[3]. Dương Đình Khuyến (1995),Hướng dẫn thiết kế hệ thống treo ô tô máy kéo.
[4]. Trịnh Chất và Lê Văn Uyển (2007),Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 và tập 2, Nhà xuất bản giáo dục.
[5]. GS.TSKH.Nguyễn Hữu Cẩn (2004),Treo Ô tô cơ sở khoa học và thành tựu mới, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật.
[6]. PGS.TS.Ninh Đức Tốn (2000),Bài giảng dung sai, Trường đại học Bách khoa Hà Nội.