http://www.ebook.edu.vn Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM 190 CHƯƠNG 9 HỆ THỐNG TREO 1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU 1.1. Công dụng Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung hoặc vỏ của ôtô với hệ thống chuyển động. Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống treo là giảm các va đập làm ôtô chuyển động êm dòu khi đi qua các mặt đường gồ ghề không bằng phẳng. 1.2. Phân loại Tuỳ theo các yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống treo được phân chia như sau: * Theo mối liên hệ giữa bánh xe bên trái và bên phải: - Hệ thống treo phụ thuộc; - Hệ thống treo độc lập. * Theo phần tử đàn hồi: - Hệ thống treo loại nhíp; - Hệ thống treo loại lò xo; - Hệ thống treo loại thanh xoắn; - Hệ thống treo loại khí; - Hệ thống treo loại thuỷ khí kết hợp. 1.3. Yêu cầu - Có tần số dao động riêng thích hợp với từng loại ôtô để đảm bảo độ êm dòu cần thiết; - Có độ võng động đủ để không sinh ra va đập lên các ụ đỡ; - Có hệ số cản thích hợp để dập tắt dao động giữa vỏ xe và cầu xe; - Khi quay vòng hoặc khi phanh thì vỏ ôtô không bò nghiêng quá giới hạn cho phép; - Đảm bảo sự tương ứng giữa động học của các bánh xe với động học của dẫn động lái. 2. CẤU TẠO CHUNG Cấu tạo và bố trí chung của hệ thống treo được thể hiện trên hình 9.1. Mặc dù có nhiều chi tiết, nhưng cấu tạo chung của hệ thống treo được quy thành ba bộ phận chính sau: http://www.ebook.edu.vn Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM 191 - Bộ phận hướng: Dùng để xác đònh động học và tính chất dòch chuyển tương đối của các bánh xe với khung hay vỏ ôtô. Bộ phận hướng dùng để truyền các lực dọc, lực ngang cũng như các mômen từ bánh xe lên khung hay vỏ ôtô. Đối với sơ đồ bố trí chung ở hình 9.1 thì bộ phận hướng bao gồm đòn treo, thanh giằng. - Bộ phận đàn hồi: Dùng để truyền các lực thẳng đứng và giảm tải trọng động khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng nhằm đảm bảo độ êm dòu cần thiết. hình 9.1 bộ phận đàn hồi là các lò xo trụ. Hình 9.1 - Hệ thống treo với bộ phận đàn hồi là các lò xo trụ - Bộ phận giảm chấn: cùng với ma sát ở hệ thống treo (gồm ma sát giữa các lá nhíp và các khớp nối) sinh ra lực cản để dập tắt dao động của ôtô. Ở hình 9.1 bộ phận giảm chấn là các giảm chấn ống thuỷ lực đặt trong lò xo trụ. 3. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ DAO ĐỘNG VÀ TÍNH ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG 3.1. Khối lượng được treo và khối lượng không được treo Qua hình 9.2 chúng ta thấy thân ôtô và các cầu mang bánh xe được liên kết với nhau bởi các lò xo. Khối lượng của thân ôtô, được đỡ bởi các lò xo gọi là khối lượng được treo. Khối lượng của cầu mang bánh xe và một số chi tiết khác không được đỡ bởi các lò xo gọi là khối lượng không được treo. Thông thường người ta mong muốn khối lượng được treo lớn còn khối lượng không được treo phải nhỏ. Bởi vì khi khối lượng được treo lớn và khối lượng không được treo nhỏ thì va đập giảm và độ êm dòu tăng khi ôtô chuyển động qua mặt đường gồ ghề. Ngược lại http://www.ebook.edu.vn Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM 192 nếu khối lượng được treo nhỏ còn khối lượng không được treo lớn thì độ êm dòu của thân ôtô kém (hình 9.3). Khối lượng đượ t Khối lượng không đượctreo Hình 9.2 - Khái quát về hệ thống treo Hình 9.3 – nh hưởng khối lượng treo 3.2. Sự dao động của khối lượng được treo Khi chuyển động, thân ôtô có thể có các dao động theo các trục toạ độ như mô tả trên hình 9.4. Hình 9.4 - Dao động của ôtô Các dao động đó là: - Dao động lên xuống (sự nhún) theo trục thẳng đứng: Là sự chuyển động lên xuống của toàn bộ thân xe, xuất hiện khi ôtô chuyển động trên mặt đường không bằng phẳng. http://www.ebook.edu.vn Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM 193 - Dao động xoay quanh trục thẳng đứng (sự xoay đứng): Là sự di chuyển xoay của thân xe sang bên trái hoặc bên phải quanh trục thẳng đứng khi ôtô chuyển động. - Dao động xoay quanh trục dọc (sự lắc ngang): Là chuyển động lắc của ôtô quanh trục dọc khi ôtô đi qua mặt đường mà một bên bánh xe bò rơi xuống ổ gà hoặc qua những mấp mô. - Dao động xoay quanh trục ngang (sự lắc dọc): Là dao động lên xuống của phần trước hay sau ôtô quanh trục ngang đi qua trọng tâm của nó. Dao động này xảy ra khi cả hai bánh xe của ôtô cùng đi qua vết lõm hay chỗ lồi trên đường. 4. BỘ PHẬN ĐÀN HỒI 4.1. Đặc điểm chung 4.1.1. Tính đàn hồi Khi tác dụng một lực lên một vật làm bằng những vật liệu như cao su, nó sẽ tạo ra biến dạng của vật đó (tạo ra ứng suất trong vật đó). Khi thôi tác dụng lực, ứng suất sẽ mất và vật sẽ trở lại hình dạng ban đầu. Người ta gọi tính chất đó là tính chất đàn hồi của vật. Các phần tử đàn hồi trong hệ thống treo của ôtô cũng sử dụng nguyên lý đàn hồi để giảm va đập từ mặt đường tác dụng lên, bảo đảm sự êm dòu cho hành khách và hàng hoá trên thân ôtô. Các phần tử đàn hồi này sẽ bò biến dạng uốn (đối với nhíp) hoặc biến dạng xoắn (đối với lò xo trụ và thanh xoắn) khi chòu tải. Năng lượng đàn hồi sẽ được giải phóng khi thôi tác dụng lực và các phần tử đàn hồi trở lại trạng thái bình thường. 4.1.2. Độ cứng của phần tử đàn hồi Độ cứng của phần tử đàn hồi có tính chất và công thức xác đònh giống nhau. Vì vậy để đơn giản ở đây chúng ta sẽ dùng phần tử đàn hồi là lò xo trụ làm ví dụ. Hình 9.5 - Độ cứng của lò xo tr u ï Sự biến dạng của lò xo tỉ lệ với lực (tải) tác dụng lên nó (hình 9.5). Do đó tỉ số giữa lực (w) với biến dạng của lò xo (a) là không đổi và được gọi là độ cứng (k) của lò xo: . a w a w a w a w k ==== 3 3 2 2 1 1 http://www.ebook.edu.vn Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM 194 Trong đó: w - ngoại lực (N) a - biến dạng của lò xo (mm) k - độ cứng của lò xo (N/mm) 4.1.3. Sự dao động của phần tử đàn hồi Ta lấy ví dụ sự dao động của phần tử đàn hồi là lò xo trụ được mô tả trên hình 9.6. Hình 9.6 - Sự dao động của phần tử đàn hồi Khi bánh xe đi qua mấp mô, lò xo của hệ thống treo bò nén lại rất nhanh. Do lò xo có xu hướng ngay lập tức trở về chiều dài có tải ban đầu của nó nên nó sẽ giãn ra, nâng thân ôtô lên phía trên. Tuy nhiên, do lò xo tích luỹ năng lượng trong quá trình nén nên nó phải giãn ra vượt quá chiều dài bình thường của nó để giải phóng năng lượng. Chuyển động lên phía trên của thân ôtô cũng giúp lò xo vượt quá chiều dài ban đầu của nó. Khi thân ôtô dòch chuyển xuống nó ấn lò xo nén lại quá chiều cao chòu tải bình thường, vì vậy lò xo tác dụng trở lại bằng cách đẩy thân ôtô lên phía trên. Quá trình này lặp đi lặp lại và được gọi là sự dao động của lò xo. Biên độ của mỗi lần dao động đều nhỏ hơn lần trước, cuối cùng dập tắt hẳn dao động lên xuống của ôtô (hình 9.6). 4.2. Các dạng phần tử đàn hồi Trong hệ thống treo của ôtô, người ta có thể sử dụng các phần tử đàn hồi sau: - Lò xo lá dạng nhíp; - Lò xo trụ; - Thanh xoắn; - Vấu cao su; - Đệm khí. 4.2.1. Nhíp http://www.ebook.edu.vn Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM 195 4.2.1.1. Nhíp chính c a b Biến dạng Tải trọng Hình 9.7 - Nhíp chính Nhíp được làm từ các lá thép cong, gọi là nhíp, sắp xếp lại với nhau theo thứ tự từ ngắn đến dài. Cụm nhíp được kẹp chặt lại với nhau ở vò trí giữa bằng một bulông đònh tâm. Để giữ các lá nhíp không bò trượt ra khỏi vò trí, người ta dùng tấm kẹp ở một vài điểm để kẹp chúng lại với nhau. Hai đầu của lá nhíp dài nhất (lá nhíp chính) được uốn cong tạo thành tai nhíp (mắt nhíp), được sử dụng để gắn nhíp vào khung hay vào một dầm nào đó thông qua mõ nhíp và chốt nhíp. Độ cong của mỗi lá nhíp được gọi là độ võng. Do lá nhíp ngắn có độ võng lớn hơn, nên độ cong của nó lớn hơn các lá nhíp dài. Khi bulông đònh tâm được xiết chặt các lá nhíp bò giảm độ võng một chút (hình 9.7.a) làm cho hai đầu lá phía dưới ép chặt vào lá phía trên. Đặc tính của phần tử đàn hồi là nhíp được thể hiện trên hình 9.7.c. Khi tải trọng tác dụng lên nhíp tăng thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính. Nhưng khi diễn biến ngược lại thì đường đặc tính không trùng với đường cũ. Sở dó có sự khác nhau như vậy là trong bó nhíp tồn tại nội ma sát giữa các lá nhíp với nhau. Khi http://www.ebook.edu.vn Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM 196 nội ma sát tăng thì tính êm dòu chuyển động của ôtô giảm. Vì vậy trong thực tế để giảm ma sát giữa các lá nhíp người ta thường sử dụng một số biện pháp sau: - Bôi mỡ chì lên các lá nhíp trước khi lắp ghép với nhau; - Đặt các tấm đệm vào đầu mỗi lá nhíp để giảm ma sát trượt khi chúng chuyển động tương đối với nhau; - Ở mỗi đầu của một lá nhíp được vuốt thon để chúng tạo ra một áp suất thích hợp khi tiếp xúc với nhau. 4.2.1.2. Nhíp phụ Nhíp phụ thường được sử dụng ở xe tải và một số xe khác khi có sự thay đổi lớn về tải trọng, với mục đích vừa bảo đảm cả tính êm dòu và độ bền của nhíp. Khi không tải hoặc tải nhỏ thì chỉ có nhíp chính làm việc, như vậy độ êm dòu sẽ tăng. Khi đủ tải lúc đó nhíp phụ mới làm việc cùng nhíp chính. Khi này do tải trọng lơn hơn nên cả nhíp chính và nhíp phụ cùng làm việc để giảm ứng suất trên mỗi lá nhíp bảo đảm độ bền của nhíp. Cấu tạo của nhíp chính kết hợp với nhíp phụ và đặc tính của nó được mô tả trên hình 9.8. Biến dạng Tải trọng a b Hình 9.8 - Nhíp phụ 4.2.1.3. Đặc điểm - Do bản thân nhíp đủ độ cứng vững để giữ cầu xe ở vò trí xác đònh nên không cần sử dụng các thanh nối (đảm nhiệm luôn chức năng bộ phận hướng); - Do nội ma sát trong nhíp lớn nên nhíp khó hấp thụ những dao động nhỏ từ mặt đường. Vì vậy, nhíp thường được sử dụng cho những ôtô thương mại lớn, tải nặng và cần độ bền cao. http://www.ebook.edu.vn Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM 197 4.2.2. Lò xo 4.2.2.1 Lò xo thường Lò xo được làm từ dây thép lò xo, là một loại thép đặc biệt, được quấn thành hình ống (hình 9.9). Khi đặt tải lên lò xo, dây lò xo sẽ bò xoắn do ống lò xo bò nén. Lúc này năng lượng ngoại lực được dự trữ trong lò xo và va đập được giảm bớt. Hình 9.9 - Lò xo thường 4.2.2.2. Lò xo cải tiến Khi lò xo được làm từ dây thép có đường kính không đổi thì biến dạng của lò xo sẽ thay đổi tỉ lệ thuận với lực tác dụng. Điều đó có nghóa là nếu dùng lò xo mềm, nó sẽ không đủ cứng để chòu tải lớn và ngược lại nếu dùng lò xo cứng để chòu tải lớn thì nó lại giảm tính êm dòu chuyển động khi tải nhỏ. Lß xo cã ®−ên g kÝnh d© y kh¸c nhau Lß xo cã b−íc kh¸c nhau Lß xo c«n Hình 9.10 - Lò xo cải tiến Để khắc phục nhược điểm này người ta có thể sản xuất các loại lò xo cải tiến (hình 9.10) Ví dụ đối với loại lò xo có đường kính dây ở hai đầu nhỏ thì độ cứng ở hai phần đầu lò xo sẽ thấp hơn ở phần giữa. Do đó khi tải nhẹ thì hai đầu lò xo sẽ bò nén lại và hấp thụ năng lượng va đập. Mặt khác phần giữa lò xo có độ cứng lớn hơn sẽ đủ cứng để chòu tải lớn. Các lò xo bước không đều hoặc lò xo côn cũng có hiệu quả tương tự. http://www.ebook.edu.vn Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM 198 Đặc tính của lò xo thường và lò xo cải tiến được mô tả trên hình 9.11. Biến dạng Tải trọng Hình 9.11 - Đặc tính của lò xo thường và lò xo cải tiến 4.2.2.3. Đặc điểm - Mức độ hấp thụ năng lượng trên một đơn vò khối lượng là lớn hơn so với nhíp; - Do không có nội ma sát như trong nhíp nên lò xo thường phải bố trí giảm chấn kèm theo để dập tắt nhanh dao động; - Do không có khả năng chòu lực ngang nên cần phải có các thanh liên kết (đòn treo, thanh ngang, thanh giằng, ) để đỡ cầu xe. 4.2.3. Thanh xoắn 4.2.3.1. Cấu tạo và nguyên lý Thanh xoắn là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó để cản lại sự xoắn. Một đầu thanh xoắn được ngàm chặt vào khung hay một dầm nào đó của thân ôtô, đầu kia được gắn vào một kết cấu chòu tải xoắn của hệ thống treo (hình 9.12). 4.2.3.2. Đặc điểm - Do mức độ hấp thụ năng lượng trên một đơn vò khối lượng lớn hơn so với nhíp và lò xo nên hệ thống treo loại thanh xoắn có kết cấu nhỏ gọn; - Cách bố trí hệ thống treo đơn giản, thuận tiện; - Thanh xoắn cũng không có nội ma sát nên cũng thường phải lắp kèm giảm chấn để dập tắt nhanh dao động. http://www.ebook.edu.vn Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM 199 Hình 9.12 - Thanh xoắn 4.2.4. Vấu cao su Vấu cao su hấp thụ năng lượng dao động nhờ sinh ra nội ma sát khi nó bò biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực. Hình 9.13 - Vấu cao su Vấu cao su có những ưu điểm sau: - Nó có thể được làm với mọi hình dạng khác nhau; - Không có tiếng ồn khi làm việc; - Không cần phải bôi trơn. Tuy nhiên vấu cao su không thích hợp khi tải trọng lớn. Vì vậy vấu cao su chủ yếu được sử dụng như một bộ phận đàn hồi phụ hay một bạc đệm, vấu giảm chấn, vấu chặn hay một số cơ cấu khác trong hệ thống treo (hình 9.13). [...]... dầm tô bằng hai khớp bản lề với khoảng cách xa nhau nhằm tăng khả năng chòu lực Đòn treo dưới không song song với trục dọc của tô như ở loại đòn treo dọc và cũng không vuông góc với trục dọc tô như ở loại đòn treo ngang mà được bố trí ở vò trí trung gian giữa hai phương này tạo với trục dọc của tô một góc nào đó vì vậy gọi là loại đòn chéo Cấu tạo cụ thể của hệ thống treo đòn chéo lắp trên tô có... không bò dập tắt bởi bất kỳ sức cản nào thì nó sẽ dao động với thời gian rất dài Điều Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM http://www.ebook.edu.vn 209 Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo này là không mong muốn bởi nó làm giảm tính êm dòu chuyển động của tô Muốn tô chuyển động được êm dòu thì sau khi qua mấp mô thân tô bò dao động thì dao động này phải nhanh chóng được dập tắt Giảm chấn trong hệ. .. nguyên lý này, cấu tạo của giảm chấn gồm một ống xi lanh và một pittông Trên thân pittông có làm các lỗ nhỏ để thông hai khoang ở hai phía pittông với nhau Trong các khoang chứa của xi lanh người ta đổ dầu đặc biệt gọi là dầu giảm chấn Trong hệ thống treo một đầu của vỏ xi lanh được nối với phần không được treo (cầu tô) , một đầu của cần pittông được nối với phần được treo (thân tô) Khi thân tô dao động... có kết cấu mới được gọi là hệ thống treo loại Macpherson (hình 9.19.a) Cấu tạo cụ thể của hệ thống treo Macpherson được mô tả chi tiết trên hình 9.19.b Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM http://www.ebook.edu.vn 205 Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo a Gi¸ ®ì phÝa trªn §ßn dÉn h−íng Lß xo trơ DÇm cÇu Cơm Gi¶m chÊn §ßn treo d−íi PhÝa tr−íc Thanh ỉn ®Þnh Thanh gi»ng Khíp nèi cÇu b Hình 9.19 - Hệ thống. .. hay thanh xoắn Nó gắn liền với Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM http://www.ebook.edu.vn 200 Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo các dạng hệ thống treo nên ở đây chúng ta sẽ xem xét bộ phận dẫn hướng gắn liền với các dạng hệ thống treo cụ thể mà không nghiên cứu bộ phận dẫn hướng một cách riêng rẽ 5.1 Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi là nhíp Hệ thống treo phụ thuộc phần tử đàn hồi là nhíp... treo sau của tô du lòch Cấu tạo và bố trí chung của hệ thống treo đòn chéo được mô tả trên hình 9.20 Để dễ hình dung chúng ta có thể phân tích kết cấu của đòn chéo trên hình 9.20.a Đòn treo dưới của hệ thống treo loại này có vai trò như đòn treo ngang dưới của hệ thống treo Macpherson Tuy nhiên kết cấu của đòn treo có dạng tấm với kích thước khá lớn; mặt khác đầu trong của đòn treo được liên kết với khung... động được mô tả chi tiết trên hình 9.20.b 5.7 Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi thanh xoắn Trong hệ thống treo với phần tử đàn hồi là thanh xoắn có ưu điểm là kết cấu, kích thước và trọng lượng của phần tử đàn hồi nhỏ, không gian chiếm chỗ ít, bố trí thuận tiện Vì vậy loại hệ thống treo phần tử đàn hồi thanh xoắn được sử dụng không những tô du lòch mà cả trên tô tải Đối với hệ thống treo độc lập... đònh cho thân tô 5.3 Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn treo dọc Hệ thống treo đòn dọc có nghóa là các thanh liên kết của phần tử dẫn hướng giữa bánh xe (hoặc cầu xe) với khung tô bằng các đòn dọc Các đòn dọc thường được bố trí song song sát hai bên bánh xe Số lượng đòn dọc có thể là hai hoặc bốn và có thể bố trí cả ở hệ thống treo phụ thuộc (hình 9.16) hoặc hệ thống treo độc lập (hình... đònh của phần thân vỏ tô trong hệ thống treo này cũng bố trí một thanh ổn đònh 5.6 Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn chéo §ßn treo Trơc quay cđa ®ßn treo B¸n trơc §−êng t©m däc xe Khíp nèi c¸c ®¨ng a Gi¶m chÊn §Ưm c¸ch Lß xo trơ Thanh ỉn ®Þnh B¸n trơc Gi¸ ®ì vi sai §ßn treo ơ chỈn DÇm ®ì b Hình 9.20 - Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn chéo Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa... bộ phận hướng của hệ thống treo loại này cũng là loại hai đòn treo ngang Bộ môn Ô tô - Đại học Bách khoa TPHCM http://www.ebook.edu.vn 208 Cấu tạo ô tô Chương 9 – Hệ thống treo Phía trước Đòn ngang phía t â Thanh xoắn TAY â Đòn giữ Thanh ổn đònh Bulông điều chỉnh đòn giữ Giảm h á Then hoa Đòn ngang phía dưới Bạc Thanh xoắn Tay mômen Đòn ngang phía t â Hình 9.21 - Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi . loại, hệ thống treo được phân chia như sau: * Theo mối liên hệ giữa bánh xe bên trái và bên phải: - Hệ thống treo phụ thuộc; - Hệ thống treo độc lập. * Theo phần tử đàn hồi: - Hệ thống treo. hồi: - Hệ thống treo loại nhíp; - Hệ thống treo loại lò xo; - Hệ thống treo loại thanh xoắn; - Hệ thống treo loại khí; - Hệ thống treo loại thuỷ khí kết hợp. 1.3. Yêu cầu - Có tần số dao. đặc điểm cấu tạo trên nên hệ thống treo đòn dọc có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng phần không được treo nhỏ. 5.4. Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, hai đòn ngang Hệ thống treo với