Thiết Kế Hệ Thống Treo Trước Xe Outlander 2023.Docx

MỞ ĐẦU Trong đời sống kinh tế xã hội hiện nay, nhu cầu về chuyên chở hàng hoá và hành khách là rất lớn. Có rất nhiều phương tiện giao thông cùng tham gia giải quyết vấn đề này, một trong những phương tiện không thể thiếu được đó là ô tô. Ở Việt Nam những năm gần đây số lượng ôtô lưu thông càng lớn, chủng loại càng phong phú và đa dạng : xe tải, xe khách, xe con. Chính vì vậy mà đòi hỏi chúng ta - những kĩ sư ô tô trong tương lai phải nhanh chóng nắm bắt được những công nghệ về sản xuất ôtô để từ đó cải tiến chất lượng của từng bộ phận của xe, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, và tiến tới nội địa hoá và đẩy mạnh nền công nghiệp ôtô của đất nước cũng như giải quyết vấn đề việc làm cho người lao động. Trên ôtô, hệ thống treo có vai trò hết sức quan trọng, nó quyết định đến ổn định chuyển động của bánh xe trên đường. Đối với xe con thì vấn đề này càng quan trọng hơn, vì xe con chạy ở vận tốc cao hơn nên đòi hỏi về ổn định chuyển động cao và đặc biệt là đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người đó là sự tiện nghi và thoải mái khi vận hành xe.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO 2

1.1 Tổng quan về hệ thống treo trên xe 2

1.2 Kết cấu một số hệ thống treo trên xe con 3

1.3 Giới thiệu ô tô Outlander 2023 9

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO 12

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế 12

2.2 Tính toán và xây dựng đường đặc tính đàn hồi 18

2.3 Động học và đông lực học của hệ thống treo 21

2.4 Thiết kế bộ phận đàn hồi 38

2.5 Thiết kế bộ phận giảm chấn 44

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG QUY TRÌNH LẮP RÁP TỔNG THỂ 53

3.1 Quy trình công nghê sản xuất lắp ráp ô tô 53

3.2 Sơ đồ quy trình tháo và lắp hệ thống treo 55

3.3 Phiếu công nghệ về tháo và lắp hệ thống treo Macpherson 55

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

DANH MỤC HÌ

Hình 1.2 Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang 4

Hình 1.3 Cấu tạo hệ thống treo độc lập MacPherson 5

Hình 1.4 Cấu tạo hệ thống treo đòn dọc 6

Hình 1.5 Cấu tạo hệ thống treo đòn dọc có thanh liên kết 8

Hình 2.7 Vấu cao su 18

Hình 2.8 Sơ đồ động học của hệ thống treo Macpherson 24

Hình 2.9 Sơ đồ động học của hệ thống treo 25

Hình 2.10 Sơ đồ hình học của hệ thống treo 26

YBảng 3-1 Phiếu công nghệ tháo hệ thống treo 60

MỞ ĐẦU

Trong đời sống kinh tế xã hội hiện nay, nhu cầu về chuyên chở hàng hoá và hành khách là rất lớn Có rất nhiều phương tiện giao thông cùng tham gia giải quyết vấn đề này, một trong những phương tiện không thể thiếu được đó là ô tô Ở Việt Nam những năm gần đây số lượng ôtô lưu thông càng lớn, chủng loại càng phong phú và đa dạng : xe tải, xe khách, xe con Chính vì vậy mà đòi hỏi chúng ta - những kĩ sư ô tô trong tương lai phải nhanh chóng nắm bắt được những công nghệ về sản xuất ôtô để từ đó cải tiến chất lượng của từng bộ phận của xe, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, và tiến tới nội địa hoá và đẩy mạnh nền công nghiệp ôtô của đất nước cũng như giải quyết vấn đề việc làm cho người lao động.

Trên ôtô, hệ thống treo có vai trò hết sức quan trọng, nó quyết định đến ổn định chuyển động của bánh xe trên đường Đối với xe con thì vấn đề này càng quan trọng hơn, vì xe con chạy ở vận tốc cao hơn nên đòi hỏi về ổn định chuyển động cao và đặc biệt là đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người đó là sự tiện nghi và thoải mái khi vận hành xe.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO 1.1 Tổng quan về hệ thống treo trên xe

1.1.1 Nhiệm vụ

Hệ thống treo cũng bảo vệ an toàn cho xe và hàng hóa trong quá trình hoạt động Giảm chấn là thiết bị dập tắt các dao động của thân xe Giúp xe không mất tiếp xúc với mặt đường khi đi qua vấu lồi và sau đó giảm chấn giúp dập tắt dao động của lò xo giúp xe không bị xóc lên xuống Trong quá trình chạy xe, có rất nhiều yếu tố như sự phân bố tải trọng, tốc độ, gió, điều kiện đường xá ảnh hưởng đến hệ thống treo Do đó, hệ thống treo phải luôn được duy trì trong tình trạng tốt nhất.

1.1.2 Công dụng

Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi 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”, hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn có khác của bánh xe như lắc ngang, lắc dọc.

+ Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc và lực bên 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

+ Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe

+ Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ + Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường.

1.1.3 Phân loại

Hệ thống treo ô tô thường được phân loại dựa vào cấu tạo của bộ phận đàn hồi, bộ phận dẫn hướng và theo phương pháp dập tắt dao động.

+ Theo cấu tạo bộ phận dẫn hướng:  Hệ thống treo phụ thuộc.

 Hệ thống treo độc lập.

+ Theo cấu tạo bộ phận đàn hồi:

 Phần tử đàn hồi là kim loại: nhíp, lò xo, thanh xoắn.

 Phần tử đàn hồi là khí nén: bình chứa khí là cao su kết hợp sợi vải bọc làm cốt, dạng màng phân chia và dang liên hợp.

 Phần tử đàn hồi là thủy khí có loại kháng áp và không kháng áp.

 Phần tử đàn hồi là cao su có loại làm việc ở chế độ nén và chế độ xoắn + Theo phương pháp dập tắt dao động:

 Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn thủy lực dạng đòn và ống.

 Dập tắt dao động nhờ ma sát cơ học trong phần tử đàn hồi và trong phần tử dẫn hướng.

1.1.4 Yêu cầu

Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa khung xe và khung vỏ cần thiết phải mền nhưng cũng phải đủ khả năng truyền lực, quan hệ này phải được thực hiện ở các yêu cầu chính sau đây:

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

+ Bánh xe có thể dịch chuyển trong một thời hạn nhất định.

+ Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thỏa mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mền theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động học và động lực học chuyển động của bánh xe.

+ Không gây nên tải trọng lớn các mối lien kết với khung, vỏ + Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường.

+ Đối với xe con (minibus) chúng ta cần phải quan tâm đến các yêu cầu sau: + Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn;

+ Có khả năng chống rung và chống ồn từ bánh xe lên khung, vỏ xe tốt;

+ Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc độ cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng.

1.2 Kết cấu một số hệ thống treo trên xe con

1.2.1 Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang

Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang được bố trí đối xứng, mỗi bên bánh xe có hai đòn ngang, một đòn phía trên (2) và một đòn phía dưới (8) Đầu trong của đòn liên kết với thân xe bằng khớp trụ, đầu ngoài được liên kết với đòn quay bởi khớp cầu Bánh xe được nối cứng với cứng với đòn quay Bộ phận đàn hồi và giảm chấn được đặt giữa thân xe và đòn ngang dưới (hoặc đòn trên) Các đòn ngang trên, dưới thường không song song và có

chiều dài khác nhau Các đòn ngang có dạng hình chữ A để tiếp nhận tốt lực dọc, lực ngang.

Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang có bộ phận dẫn hướng gồm các đòn ngang, trục quay bánh xe, còn bộ phận đàn hồi rất đa dạng: lò xo xoắn, thanh xoắn, ballon khí nén hoặc thủy khí kết hợp

+ Ưu điểm của hệ thống treo hai đòn ngang:

 Trọng tâm xe thấp cho phép tăng độ võng tĩnh, độ võng động, do đó làm tăng độ êm dịu chuyển động của xe

 Nó cho phép giảm dao động, tăng khả năng bám đường vì vậy tăng tính ổn định và điều khiển.

+ Nhược điểm của hệ thống treo hai đòn ngang:

 Có kết cấu phức tạp, gồm nhiều đòn liên kết với nhau  Không gian bố trí hệ thống treo hai đòn ngang lớn

 Khi bánh xe dao động xuất hiện góc lắc ngang bánh xe, sự dịch ngang vết bánh xe + Phạm vi ứng dụng:

Hệ thống treo này có thể bố trí cả hệ thống treo trước và hệ thống treo sau của ô tô con.

Hình 1.1 Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang

1 Giảm chấn; 2 Đòn ngang trên; 3 Thanh ổn định; 4 Giá đỡ hệ thống treo;5 Cơ cấu lái; 6 Vấu hạn chế; 7 Bánh xe; 8 Đòn ngang dưới; 9 Khớp trụ dưới.

1.2.2 Hệ thống treo MacPherson

Hệ thống treo MacPherson là biến dạng của hệ thống treo hai đòn ngang với độ dài đòn ngang trên bằng 0

Cấu tạo của HTT MacPherson trình bày trên (hình 1.2) gồm: Một đòn ngang, một lò xo trụ, giảm chấn Đòn ngang có đầu liên kết với thân xe bởi khớp trụ, đầu ngoài nối với đầu dưới của giảm chấn bởi khớp cầu Đòn ngang có dạng hình chữ A để đảm bảo khả năng tiếp nhận lực ngang và dọc tác động lên HTT khi xe chuyển động Trục của bánh xe nối cứng với vỏ của giảm chấn Đầu trên của giảm chấn liên kết với thân xe bằng khớp tự lựa, đầu dưới liên kết với đòn ngang bằng khớp cầu, như vậy giảm chấn đóng vai trò vừa là trụ xoay của bánh xe (dẫn hướng) và giảm chấn

Trụ quay của bánh xe dẫn hướng là đường EG (là đường thẳng nối điểm liên kết trên của giảm chấn E và thân xe, điểm G là tâm của khớp cầu dưới) Lò xo có thể được lồng ra ngoài giảm chấn nhằm thu gọn kích thước của hệ thống treo Phần tử đàn hồi của hệ thống treo thường là lò xo xoắn Khi bánh xe chuyển dịch theo phương thẳng đứng, các góc kết cấu của trụ quay thay đổi Chiều dài của đòn ngang dưới và thông số kết cấu của HTT được thiết kế hợp lý để hạn chế sự thay đổi này Khi bánh xe dao động, các chuyển vị HTT MacPherson xảy ra tương tự với HTT hai đòn ngang.

Hình 1.2 Cấu tạo hệ thống treo độc lập MacPherson

1 Ụ cao su; 2 Đệm cao su; 3 Ty đẩy; 4 Cao su bảo vệ; 5 Đĩa tỳ lò xo;

6 Giảm chấn; 7 Tai bắt thanh ổn định; 8 Thanh nối;9 Thanh ổn định; 10 Giá đỡ trục bánhxe.

+ Ưu điểm của hệ thống treo MacPherson:

 Nếu so sánh với hệ thống treo hai đòn ngang thì hệ thống treo Macpherson có kết cấu đơn giản, ít chi tiết hơn Không chếm nhiều diện tích vậy giảm nhẹ khối lượng không được treo bởi vậy ta có thể bố trí thêm những kết cấu khác.

 Dễ dàng bố trí trong khoang động cơ.

+ Nhược điểm chủ yếu của hệ treo MacPherson:

 Giảm chấn vừa phải làm chức năng của giảm chấn lại vừa làm nhiệm vụ của trụ đứng nên trục giảm chấn chịu tải lớn nên giảm chấn cần phải có độ cứng vững và độ bền cao hơn do đó kết cấu của giảm chấn phải có những thay đổi cần thiết.

 Khó giảm được chiều cao mũi xe vì giảm chấn và lò xo được thiết kế cùng nhau  Có khả năng gây ra sự thay đổi góc lắc ngang và dịch chuyển vết bánh xe.

 Chiều cao trọng tâm dao động lớn + Phạm vi ứng dụng:

Hệ thống treo này thường được bố trí ở hệ thống treo trước ô tô con.

1.2.3 Hệ thống treo đòn dọc

Hình 1.3 Cấu tạo hệ thống treo đòn dọc

1 Giá treo phía sau; 2 Giá đỡ của đòn dọc; 3 Trục của ổ đỡ; 4 Cao su đỡ;

5 Đòn dọc; 6 Trục bánh xe; 7 Cơ cấu phanh; 8 Mâm phanh; 9 Vấu hạn chế; 10 Giảm chấn;11 Lò xo trụ.

Hệ thống treo đòn dọc là hệ thống treo bố trí đối xứng qua trục dọc với mỗi bên có một đòn (5) bố trí dọc theo xe Một đầu dòn dọc được nối cứng với trục bánh xe (6), một đầu được lên kết với khung vỏ bởi khớp trụ quay (3) (4) Quỹ đạo chuyển động của tâm trục bánh xe BC là quỹ đạo tròn, tâm là khớp quay, bán kính bằng chiều dài đòn dọc Khi xe quay vòng dưới tác dụng của lực ly tâm, tải trọng hai bên chênh lệch, gây nên hiện tượng lệch cầu xe, ảnh hưởng xấu tới chất lượng quay vòng

Đòn dọc là nơi tiếp nhận lực ngang, lực dọc và quyết định chuyển vị của bánh xe, đảm nhận chức năng của bộ phận dẫn hướng Do chịu tải trọng lớn, đòn dọc thường có độ cứng vững cao, khớp quay thường là khớp trụ với ổ bi kim hay ổ cao su Để tăng khả năng chịu lực cho khớp quay HTT sử dụng các ổ lăn kim đặt cách xa nhau Phần lớn HTT đòn dọc có bố trí thanh ổn định ngang giúp cho việc san đều tải trọng thẳng đứng.

Bộ phận đàn hồi của HTT thường là lò xo trụ hoặc thanh xoắn Lò xo thường được lồng vào giảm chấn để giảm không gian chiếm chỗ Do có kết cấu như vậy, nên hệ treo này chiếm ít không gian và đơn giản về kết cấu, giá thành hạ Hệ treo này thường được bố trí cho cầu sau bị động, khi máy đặt ở phía trước, cầu trước là cầu chủ động

+ Ưu điểm:

Hệ thống treo đòn dọc chiếm các khoảng không gian hai bên sườn xe nên có thể tạo điều kiện cho việc hạ thấp trọng tâm xe và có thể nâng cao tốc độ, dành một phần không gian lớn cho khoang hành lý.

+ Nhược điểm:

Khi xe quay vòng dưới tác dụng của lực ly tâm, tải trọng hai bên chênh lệch, gây nên hiện tượng lệch cầu xe, ảnh hưởng xấu tới chất lượng quay vòng

+ Phạm vi ứng dụng:

Hệ thống treo này thường được bố trí ở hệ thống treo trước ô tô con.

1.2.4 Hệ thống treo đòn dọc có thanh liên kết

Hệ thống treo đòn dọc có thanh ngang liên kết là hệ thống treo là hệ thống treo đòn dọc có bố trí thêm thanh liên kết ngang 1 trên hai đòn dọc 5 Tác dụng của thanh liên kết ngang là nhằm liên kết các chuyển vị của hai bánh xe, đồng thời đảm nhận chức năng của của thanh ổn định ngang.

Khi ô tô chuyển động dưới tác dụng của lực bên (lực ly tâm trên đường vòng, lực gió bên, mặt đường nghiêng), phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe khác nhau Bên bánh xe bị tang tải dịch chuyển dần thân xe, bên bánh xe giảm tải dịch chuyển xa thân xe Sự thay đổi đó gây nên góc nghiêng ngang thân xe ψ Với kết cấu hệ thống treo đòn dọc có thanh ngang liên kết, cầu xe bị xoay đi một góc δs Góc quay δs được gọi là góc “tự điều khiển cầu xe” và có ảnh hưởng xấu đến tính chất ổn định của ô tô Trên ô tô con góc δs bị giới hạn trong khoảng nhỏ

Hình 1.4 Cấu tạo hệ thống treo đòn dọc có thanh liên kết

1 Thanh ngang liên kết; 2 Lò xo; 3 Giảm chấn;4 Bánh xe; 5 Đòn dọc; 6 Khớp quay.

+ Ưu điểm:

 Trên HTT đòn dọc có thanh ngang liên kết, nhờ thanh liên kết nên giá trị góc δs nhỏ hơn trên HTT đòn dọc Mặt khác, thanh liên kết ngang giúp các bánh xe có khả năng chịu lực bên tốt hơn, các khớp trụ 6 có độ bền cao hơn.

 Thanh liên kết thường có độ cứng xoắn nhỏ (có tiết diện tròn hở, tam giác hoặc rảnh dọc) nhằm đảm nhận vai trò của thanh ổn định ngang trên HTT.

 Kết cấu của HTT này có ưu điểm là gọn, khối lượng nhỏ, dễ dàng chế tạo hàng loạt, lắp ráp thuận lợi do vậy hiện nay được dùng rộng rãi trên một số ô tô con cầu sau bị động, giá thành tấp hoặc trung bình

+ 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 xe đi trên đường vòng ở trạng thái quay vòng thừa.

+ Phạm vi ứng dụng:

Hệ thống treo này thường được bố trí ở hệ thống treo trước ô tô con.

1.3 Giới thiệu ô tô Outlander 2023

1.3.1 Giới thiệu chung về xe ô tô Outlander

Vài năm trở lại đây, những mẫu crossover gầm cao dần trở thành xu hướng cho các khách hàng mới bởi tính đa dụng của mình Một chiếc xe vừa dễ dàng luồn lách trong nội đô đông đúc, vừa mang đến dáng vẻ hầm hố đặc trưng, khả năng vận hành mạnh mẽ cũng như độ thoải mái trên những chặng đường xa rõ ràng đủ sức hấp dẫn với bất kỳ ai

Xe outlander Thiết kế ngoại thất chắc chắn là một trong những ưu điểm nổi bật nhất của Mitsubishi Outlander ngay từ những thế hệ đầu tiên Ngôn ngữ thiết kế “Dynamic Shield” vẫn là linh hồn trong thiết kế ngoại thất của Outlander 2023, mang đến một diện mạo mạnh mẽ, trẻ trung nhưng vẫn giữ được cái chất lịch lãm, sang trọng,phong trần đặc trưng của những mẫu xe nhà Mitsubish Với 5 màu sắc phân bố tại thị trường Việt Nam Mitsubishi Outlander 2023 sở hữu các kích thước tổng thể dài x rộng x cao lần lượt là 4,695 x 1,810 x 1,710 (mm), cùng chiều dài cơ sở đạt 2,670 (mm), khá tương đồng khi đặt cạnh các đối thủ cùng phân khúc như Honda CR-V, Mazda CX-5 hay Nissan X-Trail Outlander 2023 vẫn giữ nguyên hai cấu hình động cơ từ thế hệ tiền nhiệm Phiên bản cao cấp nhất 2.4 CVT Premium sử dụng động cơ 4 xylanh thẳng hàng, dung tích 2.4 lít đi cùng hệ thống phân phối khí với công nghệ van biến thiên điện tử MIVEC độc quyền của Mitsubishi cho công suất cực đại đạt 167 mã lực tại 6,000 vòng/phút cùng mức moment xoắn cực đại 222Nm tại 4,100 vòng/phút Hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian AWC cũng được trang bị trên bản 2.4 này, giúp tối ưu lực kéo của xe trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau Trong khi đó, hai phiên bản còn lại sử dụng động cơ MIVEC 2.0 lít cho công suất tối đa 145 mã lực ở 6,000 vòng/phút cùng moment xoắn cực đại 196 Nm tại 4,200 vòng/phút đi cùng hệ dẫn động cầu trước FWD tiêu chuẩn.

Hình 1.5 Ô TÔ OUTLANDER 2023

1.3.2.Tuyến hình xe ô tô outlander 2023

Hình 1.6 Tuyến hình xe OUTLANDER

1.3.3 Thông số kỹ thuật của xe outlander 2023

Bảng 1-1 Thông số kỹ thuật xe outlander

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO 2.1 Lựa chọn phương án thiết kế

Trên ôtô hiện đại ngày nay người ta thường hay sử dụng các loại hệ thống treo độc lập như: hệ thống treo hai đòn ngang, hệ thống treo MacPherson, hệ thống treo đòn dọc, đòn dọc có thanh liên kết là những loại có cấu tạo đơn giản, ít số chi tiết, khối lượng phần không được treo nhỏ, giá thành hạ, dễ tháo lắp sửa chữa và bảo dưỡng

Trong đồ án này, với đối tượng tham khảo là ô tô Outlander có động cơ đặt trước và cầu trước chủ động, hệ thống treo thiết kế lựa chọn là hệ thống treo độc lập Dựa trên cơ sở phân tích các ưu nhược điểm nổi bật của các hệ thống treo độc lập như đã nêu trên, em chọn thiết kế hệ thống treo trước là hệ thống MacPherson Với phần tử đàn hồi là lò xo

trụ được đặt lồng bên ngoài trụ đứng là vỏ của giảm chấn có thể quay quanh trục của nó khi bánh xe quay vòng, đòn treo dưới là càng chữ A.

Đối với giảm chấn có 2 loại giảm chấn thường sử dụng phổ biến trên xe ô tô con là giảm chấn ống có hai lớp vỏ và giảm chấn ống có một lớp vỏ, do giảm chấn hai lớp vỏ có ưu điểm hơn so với giảm chấn một lớp vỏ như: tỏa nhiệt tốt hơn, điều kiện làm việc tốt hơn nên đề tài thiết kế chọn loại giảm chấn 2 lớp vỏ.

2.1.1.Hệ thống treo trước

Hình 2.1 Hệ thống treo mcpherson

1 Lò xo; 2 Thanh liên kết ổn định; 3 Thanh cân bằng;4 Tay đòn; 5 Dầm cầu; 6 Giảm chấn.

2.1.2 Bộ phận dẫn hướng

Có tác dụng đảm bảo động học bánh xe, tức là đảm bảo cho bánh xe chỉ dao động trong mặt phẳng đứng, bộ phận hướng còn làm nhiệm vụ truyền lực dọc, lực ngang, mô men giữa khung vỏ và bánh xe.

Hình 2.2 Càng chữ A

1, Thân càng chữ A; 2, Điểm liên kết với đòn xoay đứng;3,4 Các điểm liên kết với khung xe.

Một số chi tiết của bộ phận dẫn chấn:

Càng chữ A là một bộ phận tương đối quan trọng trên xe ô tô Càng A có chức năng chống rung lắc, duy trì được các góc nghiêng, góc chụm, tiết kiệm không gian gầm xe phía trước, đảm bảo sự hoạt động ổn định của xe khi di chuyển trên đường.

2.1.3 Thanh cân bằng

Khung xe, hai đầu được nối mềm với thanh giằng của hệ treo hai bên bánh xe Khi xe chuyển động trên nền đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dười tác dụng của lực li tâm hoặc độ nhiêng của khung xe, phản lực thẳng đứng của hai bánh xe trên một cầu thay đổi dẫn tới tăng độ nghiêng của thùng xe và làm xấu khả năng truyền lực dọc lực bên của bánh xe với mặt đường Nhờ có thanh cân bằng sẽ san đều phản lực thẳng đứng ở hai bánh xe giúp cho xe chuyển động ổn định hơn Ngoài ra thanh cân bằng còn có tác dụng là khi thùng xe bị nghiêng thì nó sẽ làm cho độ cứng của hệ thống treo tăng lên

Hình 2.3 Thanh cân bằng

1 Thân thanh cân bằng; 2 Điểm liên kết với thanh kéo dọc

Đây là một thanh xoắn có hình chữ U, phần giữa thường được bắt lỏng vào

2.1.4 Bộ phận đàn hồi

Để nối mềm giữa cầu xe và khung xe, giảm nhẹ tải trọng tác động tác dụng từ bánh xe lên khung xe trên các địa hình khác nhau, đảm bảo độ êm dịu khi chuyển động, tiếp nhận lực thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ tới bánh xe và ngược lại

Bộ phần đàn hồi ở đây là loại lò xo trụ Lò xo trụ được làm từ dây thép lò xo đặc biệt, quấn thành hình dạng ống Khi đặt tải lên lò xo, dây lò xo sẽ bị xoắn lại do bị nén, lúc này, năng lượng ngoại lực được dự trữ ở lò xo và va đập bị giảm đi.

Hình 2.4 Bộ phận đàn hồi lò xo trụ

+ Ưu điểm:

Kết cấu và chế tạo đơn giản, trọng lượng nhỏ, kích thước gọn + Nhược điểm:

Chỉ tiếp nhận được tải trọng thẳng đứng mà không truyền được các lực dọc ngang và dẫn hướng bánh xe.

2.1.5 Bộ phận giảm chấn

Có tác dụng dập tắt dao động thẳng đứng của khung nhanh chóng trong quá trình xe chuyển động do ảnh hưởng của đường không bằng phẳng bằng cách biến năng lượng dao động thành nhiệt năng toả ra ngoài Việc biến năng lượng dao động thành nhiệt năng nhờ ma sát Giảm chấn trên ô tô là giảm chấn thuỷ lực, khi xe dao động, chất lỏng trong giảm chấn được pittông giảm chấn dồn từ buồng nọ sang buồng kia qua các lỗ tiết lưu Ma sát giữa chất lỏng với thành lỗ tiết lưu và giữa các lớp chất lỏng với nhau biến thành nhiệt nung nóng vỏ giảm chấn toả ra ngoài.

a) Giảm chấn hai lớp vỏ.

Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo như sau:

Hình 2.5 Giảm chấn 2 lớp vỏ

1 Xilanh giảm chấn; 2 Phớt làm kín; 3 Bạc dẫn hướng; 4 Vỏ chắn bụi;5 Cần đẩy; 6 Píttông; 7 Cụm van đế; 8 Vỏ ngoài;

A Khoang trên; B Khoang dưới; C Khoang bù;

I, IV Van nén mạnh và van nén nhẹ II, III Van trả mạnh và van trả nhẹ.

+ Nguyên lý làm việc:

 Hành trình nén: Khi bánh xe đến gần khung xe cần píttông mang theo van dịch chuyển xuống phía dưới đi sâu vào lòng xi lanh, thể tích khoang B giảm, dầu bị nén

với áp suất tăng đẩy van II mở cho phép dầu thông khoang từ khoang B sang khoang A Do thể tích cần píttông choán một thể tích chất lỏng nhất định nên một lượng thể tích tương đương sẽ được chuyển vào buồng bù C thông qua van IV Lực cản giảm chấn sinh ra khi dòng chất lỏng tiết lưu qua các van.

 Hành trình trả: Ngược lại ở hành trình nén, khi bánh xe xa khung xe cần píttông mang theo van chuyển động lên trên đi ra khỏi xy lanh, thể tích khoang A giảm, áp suất tăng ép dầu thông qua van I chảy sang khoang B Đồng thời do cần píttông dịch chuyển ra khỏi xy lanh nên một phần thể tích thiếu hụt sẽ được bù lại nhờ thể tích dầu từ buồng bù C chảy vào khoang B thông qua van III Sức cản sinh ra do dòng chất lỏng tiết lưu qua van sẽ đẩy xy lanh giảm chấn đi lên đồng thời qua đó trả thân xe lai vị trí ban đầu.

b) Giảm chấn một lớp vỏ.

Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo như sau:

Hình 2.6 Giảm chấn 1 lớp vỏ

1 Van trả; 2 Vỏ giảm chấn; 3 Buồng chứa khí;4 Pít tông tự do; 5 Buồng chất lỏng; 6 Píttông;7 Van nén; 8 Cụm bao kín; 9 Trục giảm chấn.

+ Nguyên lý làm việc :

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

 Khi píttông dịch chuyển xuống dưới tạo nên sự chênh áp, dẫn đến mở van 1, chất lỏng chảy lên phía trên của píttông Khi píttông đi lên làm mở van 7, chất lỏng chảy xuống

dưới píttông Áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi không lớn và dao động xung quanh vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu, nhờ vậy mà tránh được hiện tượng tạo bọt khí, là một trạng thái không an toàn cho sự làm việc của giảm chấn Trong quá trình làm việc píttông ngăn cách 4 di chuyển để tạo nên sự cân bằng giữa chất lỏng và chất khí do đó áp suất không bị hạ xuống dưới giá trị nguy hiểm

 Giảm chấn này có độ nhạy cao kể cả khi píttông dịch chuyển rất nhỏ, tránh được hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho áp suất thay đổi.

c) So sánh giữa hai loại giảm chấn

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

 Khi có cùng đường kính ngoài, đường kính của cần píttông 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.

 Giảm chấn có píttông ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố trí nào + Nhược điểm của loại giảm chấn một lớp vỏ là:

 Làm việc kém tin cậy, có thể bị bó kẹt trong các hành trình nén hoặc trả mạnh  Có tính công nghệ thấp, bao kín không tốt.

 Tuổi thọ của phớt và độ mòn của píttông với ống dẫn hướng cao.

d) Kết luận.

Trong đề tài này lựa chọn loại giảm chấn ống có hai lớp vỏ Loại này có các ưu, nhược điểm sau:

+ Ưu điểm: Tuổi thọ cao hơn so với loại 1 lớp vỏ, giá thành hạ, trọng lượng nhẹ.

+ Nhược điểm: Bao kín không tốt, khi làm việc ở tần số cao, biên độ lớn có thể xảy ra hiện tượng trộn hòa không khí với dầu và tạo nên bọt khí trong chất lỏng, nhất là khi giảm chấn có buồng bù lớn gây nên giảm hiệu quả làm việc của giảm chấn.

2.1.6 Vấu cao su

Hình 2.7 Vấu cao su

Vấu cao su: trên xe con các vấu cao su thường được đặt kết hợp trong vỏ của giảm chấn Vấu cao su vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình của bánh xe nhằm hạn chế hành trình làm việc của bánh xe Vấu cao su hấp thụ dao động nhờ sinh ra nội ma sát khi nó bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.

+ Ưu điểm:

 Có độ bền cao, không có tiếng ồn, không cần bôi trơn, bảo dưỡng;

 Đường đặc tính của cao su là phi tuyến tính nên dễ thích hợp với đường đặc tính mà ta mong muốn

+ Nhược điểm:

 Xuất hiện dưới dạng thừa, dưới tác dụng của tải trọng kém nhất là tải trọng thay đổi  Thay đổi tính chất đàn hồi khi nhiệt độ thay đổi, đặc biệt là độ cứng của cao su sẽ tăng

lên khi làm việc ở nhiệt độ thấp Cần thiết phải đặt giảm chấn và bộ phận dẫn hướng.

2.2 Tính toán và xây dựng đường đặc tính đàn hồi

2.2.1 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo

Các thông số kỹ thuât của xe outlander :

 Trọng lượng của toàn bộ của xe khi không tải G0: G0 = 15350 (N)  Trọng lượng đặt lên cầu trước khi không tải G01: G01 = 8700 (N)  Trọng lượng đặt lên cầu sau khi không tải G02: G02 = 6650 (N)

 Trọng lượng của toàn bộ của xe khi đầy tải GT: GT = 21700 (N)  Trọng lượng đặt lên cầu trước khi đầy tải GT1: GT1 = 10000 (N)  Trọng lượng đặt lên cầu sau khi đầy tải GT2: GT2 = 11700 (N)  Chiều dài cơ sở của xe L: L = 2670 (mm)  Kích thước bao D x R x C toàn bộ: 4950 x 1810 x 1710 (mm)  Kí hiệu lốp: 225/55R18= rbx=352,3 (mm)

 Khoảng sáng gầm xe khi đầy tải Hmin: Hmin = 190 (mm)  Trọng lượng của 1 bánh xe Gbx: Gbx= 150 (N).

 Chiều rộng cơ sở của cầu trước BT: BT = 1540 (mm)  Chiều rộng cơ sở của cầu sau BS: BS = 1540 (mm).

a Độ cứng của lò xò

Độ cứng của lò xo Ct được tính toán theo điều kiện kết quả tính được phải phù hợp với tần số dao động trong khoảng n = ÷ 80 (l/ph).

Độ cứng của hệ thống treo được tính toán theo công thức:

Ta chọn ft=184 mm nằm trong trong khoảng giới hạn ft=(150 :250) (mm) Khi xe ở trạng thái không tải thì khối lượng của phần được treo là:

→ Got=8 700−60=8100(N ).

Khi xe ở trạng thái đầy tải thì khối lượng của phần được treo là: Gdt1 = GT1 - Gkt = 1000 - 60 = 9400 (N) Thay số vào công thức (3.2) ta được:

Độ cứng của một bên hệ treo ở trạng thái không tải:

Qua kiểm nghiệm ta thấy ở cả hai chế độ không tải và đầy tải tần số dao động đều nằm trong khoảng n = 60÷90 (l/ph) đảm bảo được yêu cầu đặt ra Do đó với bộ phận đàn hồi có độ cứng Ct= 23777 N/m thoả mãn được yêu cầu tính toán thiết kế.

c Xác định hành trình động của bánh xe.

Hành trình động của bánh xe được tính theo công thức:

fđ = (0,7÷1,0).ft (mm) (2.4) Theo công thức (2.4) thì lấy: fđ = 0,8 ft = 0,8.184 = 147 (mm).

+ Xác định khoảng sáng gầm xe H0 :

Để đảm bảo cho xe khi dao động đầu xe không bị đập vào nền đường thì độ võng động của xe phải thỏa mãn : fđ  H0 - Hmin

Ụ cao su có chiều cao hcs; ta có hcs=3/2.fcs=3/2.50=75 (mm)

2.2.2 Đường đặc tính đàn hồi ở hệ thống treo

Ở đây ta sẽ sử dụng họa đồ Macpherson để xây dựng đường đặc tính trong tài liệu

2.3 Động học và đông lực học của hệ thống treo

+ Bán kính bánh xe quay quanh trụ đứng r0: r0 = 25 (mm) + Độ võng tĩnh ft: ft = 184 (mm)

+ Độ võng động fd: fd = 147 (mm)

+ Độ võng tĩnh của hệ treo khi không tải f0 t 1: f0 t 1 = 170 (mm)

+ Khoảng cách từ tâm quay bánh xe tới đòn dưới kc: kc = 160 (mm) + Khoảng cách từ mặt đường tới tâm quay trụ đứng h02: h02 = 880 (mm).

2.3.1 Động học hệ thống treo Macpherson

Để xác định động học của hệ thống treo Macpherson ta dùng phương pháp đồ thị (họa đồ) theo các bước tuần tự như sau:

Ta dùng giấy A1 để vẽ họa đồ sau để đảm bảo đúng tỉ lệ 1:2 và dễ nhìn Kẻ đường nằm ngang dd để biểu diễn mặt phẳng đường

Vẽ đường trục đối xứng của xe A0 m, A0 m vuông góc với dd tại A0. Trên A0 m ta đặt các đoạn: A0A1 = Hmin = 190 (mm)

A1A2 = fd = 147 (mm)

A2A3 = ft = 184 (mm)

A3A4 = f0 t 1 = 170 (mm).

Trong các đoạn trên thì chiều của các đoạn được lấy hướng lên trên, còn đoạn A3A4

mang dấu âm lên hướng xuống.

Trên mặt phẳng đường A0d đặt A0B0 = B01/2 = 1540/2 = 770 mm, B0 chính là điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

Tại B0 dựng đường B0 z tạo với A0 d 1 góc γo = 0o, B0 zchính là phương của bánh xe.

Trên đường B0 lấy ra phía ngoài của bánh xe một đoạn B0C0 = |r0| = 25 mm

Tại C0 dựng C0n: Đường nghiêng ngang của tâm trụ quay đứng giả tưởng với ❑0= 8oso với phương thẳng đứng

Trên C0n tìm điểm O2 là điểm liên kết của giảm chấn với tai xe O2 cách mặt đường một đoạn 880 mm

Trên đoạn B0z lấy B0B = rbx = 328 mm, B là tâm quay của bánh xe

Từ B dựng đường thẳng song song với mặt phẳng đường dd, đường này cắt C0n tại C2 C2

chính là điểm nối lý thuyết bánh xe với trụ xoay đứng (giảm chấn)

Trên C0n, từ C2 lấy về phía dưới 1 đoạn C2C1 = kc = 80 mm, C1 chính là vị trí khớp ngoài của đòn ngang ở trong trường hợp xe không tải

Bằng cách dựng tương tự ta sẽ xác định được vị trí khớp quay ngoài của đòn ngang ở trạng thái đầy tải như sau:

Khi hệ treo biến dạng lớn nhất nếu coi thân xe đứng yên thì bánh xe dịch chuyển tịnh tiến lên phía trên tới điểm B1 (nếu coi khoảng cách giữa hai vết lốp bánh xe ở trạng thái này là thay đổi không đáng kể so với trạng thái xe không tải).

Khi đó:

B0B1 = A1A4 = fđ + ft – f0t = 147 + 184 – 170 =161 (mm) Từ B1 kẻ B1q // dd

Trên B1q đặt B1D1 = B0C0 = |r0| = 25 (mm)

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, khoảng cách C0C1 không thay đổi Do đó trên D1O2 ta đặt D1D2 = C0C1 D2 là vị trí khớp cầu ngoài của đòn ngang ứng với trạng thái hệ treo biến dạng lớn nhất.

Như vậy C1D2 sẽ cùng nằm trên một cung tròn có tâm là khớp trong O1 của đòn ngang, bán kính là chiều dài đòn ngang ld ( chưa biết ) Tâm khớp trong O1 phải nằm trên đường trung trực C1D2

Tiến hành xác định vị trí O1 bằng cách tìm điểm gặp nhau giữa đường trung trực của C1D2 và đường song song với mặt đường kẻ từ A4, ứng với vị trí hệ treo biến dạng lớn nhất O1 chính là khớp quay của đòn ngang

Nếu kéo dài C1O1 và kẻ đường vuông góc với O2C0 thì chúng gặp nhau tại P, P là tâm quay tức thời của bánh xe trong mặt phẳng ngang

Nối P với B0, PB0 cắt đường đối xứng của xe tại S, S là tâm quay tức thời của cầu xe và cũng là tâm quay tức thời của thùng xe trong mặt phẳng ngang cầu xe Đến đây tìm được độ dài của đòn ngang và vị trí các khớp xoay của hệ treo (O1, O2, C1) Độ dài đòn ngang thực tế Ld sẽ bằng độ dài C1O1 nhân với tỷ lệ xích

Với ta đo được khoảng cách O1C1 Ld =388 (mm); Lbx= 414 (mm)

Hình 2.8 Sơ đồ động học của hệ thống treo Macpherson

a) Xây dựng quan hệ động học hệ thống 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: δ0, δ1, δ2, δ3, δ4

Hình 2.9 Sơ đồ động học của hệ thống treo

b) Mối quan hệ hình học của hệ thống treo

Mối liên hệ giữa góc nghiêng của giảm chấn δ và độ võng ΔH

Dựa vào họa đồ động học đã xây dựng được ở phần trên và mối quan hệ động học của hệ thống treo MacPherson ta đi xây dựng mối quan hệ hình học:

Hình 2.10 Sơ đồ hình học của hệ thống treo

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

Vậy từ công thức 2.7 và 2.8 suy ra: OC2 = Ld.cos(α) - OO1 = (OO2 + OC1).tg(δ)  Ld.cos(α) - OO1 = (OO2 + Ld.sin(α)).tg(δ)

 tg(δ) = Ld.cos(α) – OO1/(OO2 + Ld.sin(α))

Khi hệ thống treo bị võng xuống 1 đoạn fV bất kì, nếu giả thiết thân xe đứng yên còn bánh xe mới di chuyển, thì bánh xe sẽ đi lên 1 đoạn ΔH = fV.

Khi đó thì điểm C nối giữa giảm chấn và đòn ngang sẽ đi lên 1 đoạn là: C1C1H = ΔH + kr.(cos(12o

Nhưng do đoạn ¿(cos(12o) - cos(δ))] rất nhỏ so với ΔH cho nên có thể bỏ qua, và điểm C1 sẽ di chuyển đến điểm C1H với C1C1H = ΔH.

Mặt khác: sin(α) ) = (OC1 - C1C1H)/Ld

Vậy suy ra: α) = arcsin[(OC1 - ΔH)/Ld] (2.10)

Trong đó: OC1 = Ld.sin(αo) Thay vào công thức 2.9 ta được:

δ=arctg[Ld cos(arcsin(OC1−ΔHH

Ld )−O O1)

OO2+Ld sin(arcsin(O C1−ΔHH

Từ đó ta có thể lập được mối quan hệ giữa ΔH và δ khi ΔH thay đổi từ fmin = –113 đến fmax, với fmax = fđ + ft – f0t = 147 + 184 – 170 = 161 (mm), là độ võng lớn nhất của hệ thống treo

Mối liên hệ giữa độ dịch chuyển ngang của bánh xe ΔB và độ võng ΔH ΔB là độ dịch chuyển ngang của bánh xe, từ hình 2.8 ta có:

ΔB = Ld.cos(α) ) – O1C2 = Ld [cos(α) ) - cos(α) 0)] = Ld.[cos(α) ) - cos(12o)] (2.12)

Trong đó được tính theo công thức 2.10 :

Hình 2.11 Phương án bố trí góc nghiêng dọc ε

Với:   0; nk  0 (thay đổi)thay đổi)

Trên hệ treo này O2 cố định vì vậy góc  thay đổi rất nhỏ Phương án bố trí trình bày trên hình 2.11

Với mục đích nâng cao sự ổn định chuyển động ở vận tốc cao, các góc này được bố trí theo cách phối hợp các hệ treo độc lập trước và sau trên một xe.

 Xây dựng đường đặc tính của hệ thống treo Z - h

Từ cách xây dựng đồ thị sơ đồ hình học macpherson hình 2.9 ta có được đồ thị Z-H

Giả sử lò xo có độ cứng Ct=23777 (N/m)= 23,777 (N/mm) , tương ứng với các biến dạng f thì ta có thể tính được các biến dạng của lò xo

Z3=( P3-P2).∆ hf3 3

+¿ Z2=(8726,259-4042,09).47,5197+28751,267=48178,242 (N) Ta có được đường đặc tính của hệ thống treo Z-h

Ta nhận xét được đồ thị như sau:

 Đồ thị Z-h là một đồ thị có tính chất của đường phi tuyến tính và có cả