HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ môn Ô tô quân sự NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ″KẾT CẤU TÍNH TOÁN ÔTÔ″ Tên đề tài : Thiết kế hệ thống treo cho ôtô chở khách loại nhỏ Học viên thực hiện: Lê Văn Tạo Lớp: Xe - ôtô 4 * Các số liệu ban đầu: Xe Matiz * Nội dung thực hiện: I – Thuyết minh: Lời nói đầu Chương 1. Đặt vấn đề Chương 2. Phân tích chọn phương án thiết kế Chương 3. Tính toán thiết kế hệ thống treo Kết luận II – Bản vẽ: 01 bản vẽ hệ thống treo sau Ngày giao đồ án : 31/03/2009 Ngày hoàn thành : 25/05/2009 Ngày tháng 05 năm 2009 Ngày tháng 05 năm 2009 Chủ nhiệm Bộ môn Cán bộ hướng dẫn Thượng tá, TS. Nguyễn Văn Trà TS. Trần Minh Sơn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Khái quát chung về đề tài thiế kế 3 1.1.1. Hệ thống treo huy động 4 1.1.2. Hệ thống treo tích cực 5 1.1.3. Hệ thống treo điều chỉnh 5 1.1.4. Các hệ thống treo bán tích cực 5 1.1.5. Nguyên tắc và vai trò hệ thống treo 7 1.2. Phân loại hệ thống treo 7 1.2.1. Theo cấu tạo phần tử hướng 8 1.2.2. Theo cấu tạo phần tử đàn hồi 8 1.2.3. Theo phương pháp giạp tắt dao động 8 1.3. Yêu cầu 9 1.4. Hệ thống treo sau xe Matiz 9 1.4.1. Đặc điểm kết cấu của một số chi tiết thuộc hệ thống treo xe Matiz 11 1.5. Xác định thông số đàu vào 15 Chương 2. PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 16 2.1. Mục đích yêu cầu thiết kế 16 2.2. Các phương án thiết kế 17 2.3. Chọn phương án thiết kế 19 2.4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO 20 3.1. Xác định thông số cơ bản của hệ thống treo 20 3.2. Khảo sát dao động 23 3.3. Tính toán thiết kế các bộ phận của hệ thống treo 28 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Khái quát chung về đề tài thiết kế. Hệ thống treo là một tổ hợp các cơ cấu thực hiện liên kết các bánh xe với khung xe (hoặc vỏ xe) để đảm bảo độ êm dịu chuyển động và an toàn chuyển động trên cơ sở tạo các dao động của thân xe và của các bánh xe theo ý muốn và giảm các tải trọng va đập cho xe khi chuyển động trên địa hình không bằng phẳng. Ngoài ra hệ thống treo còn dùng để truyền các lực và mômen tác động giữa bánh xe và khung xe (vỏ xe). Mặc dù có rất nhiều chi tiết nhưng cấu tạo chung của hệ thống treo được quy thành 3 phần tử chính với các chức năng riêng biệt: - Phần tử đàn hồi: dùng để tiếp nhận và truyền lên khung xe các lực thẳng đứng từ đường, giảm tải trọng động và bảo đảm độ êm dịu chuyển động cho ôtô khi chuyển động trên các loại đường khác nhau. - Phần tử giảm chấn: Năng lượng dao động của thân xe và của bánh xe được hấp thụ bởi các giảm chấn trên cơ sở biến cơ năng thành nhiệt năng. - Phần tử hướng: dùng để truyền các lực ngang, lực dọc và mômen từ mặt đường lên khung xe (vỏ xe). Động học của phần tử hướng xác định đặc tính dịch chuyển của bánh xe đối với khung xe và ảnh hưởng tới tính ổn định và tính quay vòng của ôtô. Hệ thống treo độc lập: Dầm cầu rời hai nửa,từng bánh xe dao động độc lập, không ảnh hưởng đến nhau. Hình 1.1 Bố trí chung của một hệ thống treo cơ bản 1.1.1 Hệ thống treo bị động Hệ thống treo bị động là một hệ thống mà các đặc tính của các thành phần (nhíp và giảm chấn) là cố định. Các đặc tính này được xác định bởi các nhà thiết kế hệ thống treo, theo mục đích thiết kế và ứng dụng mong muốn. Thiết kế hệ thống treo bị động là sự tối ưu hoá giữa độ ổn định và êm dịu chuyển động. Một hệ thống treo với cản lớn (gồm của cả phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi và lốp xe, ) sẽ đem lại tính ổn định tốt nhưng cũng truyền mạnh các đầu vào từ đường lên thân xe. Khi xe chuyển động với tốc độ thấp trên đường nhấp nhô hoặc với tốc độ cao trên đường phẳng nó sẽ nhận được chuyển động xấu. Người lái và hành khách có thể cảm thấy khó chịu hoặc gây hư hỏng hàng hoá. Một hệ thống treo với cản nhỏ sẽ mang lại độ êm dịu chuyển động tốt hơn nhưng lại làm giảm đáng kể sự ổn định khi quay vòng hoặc khi vượt dốc Một hệ thống treo thụ động được thiết kế tốt có thể mở rộng phần nào khả năng chuyển động và ổn định, nhưng không thể loại trừ được sự mâu thuẫn này. Vì những lý do đó mà ngày nay trên các ôtô hiện đại người ta thiết kế các hệ thống treo khác nhau như được trình bày trong các mục dưới đây. 1.1.2 Hệ thống treo tích cực Trong hệ thống treo tích cực, cả giảm chấn và nhíp bị động được thay thế bằng một bộ kích thích lực. Bộ kích thích lực có thể cung cấp thêm hoặc tiêu tán bớt năng lượng cho hệ thống (không giống với giảm chấn bị động chỉ có thể tiêu tán năng lượng). Với một hệ thống treo tích cực, bộ kích thích lực có thể tác dụng lực mà không phụ thuộc vào dịch chuyển hoặc vận tốc của khối lượng treo và không treo. Nhờ vào bộ điều khiển chính xác, các kết quả tối ưu giữa độ êm dịu chuyển động và độ ổn định thân xe tốt hơn đối với hệ thống treo bị động. 1.1.3 Hệ thống treo điều chỉnh Một hệ thống treo điều chỉnh được tổ hợp từ phần tử đàn hồi trong hệ thống treo bị động và phần tử giảm chấn với đặc điểm là có thể điều chỉnh được bởi người lái. Lái xe có thể dùng thiết bị chọn để đặt mức độ cản dựa trên cảm giác chủ quan của họ. Hệ thống này có ưu điểm là nó cho phép người lái điều chỉnh sức cản theo tính chất đường. Tuy nhiên, người lái lại không thể điều chỉnh hệ thống treo để chống lại các đầu vào như ổ gà, khi quay vòng hoặc các loại đầu vào đường khác nói chung. 1.1.4 Các hệ thống treo bán tích cực Các hệ thống treo bán tích cực được đề cập lần đầu tiên vào đầu những năm 70. Trong loại hệ thống này, phần tử đàn hồi truyền thống được giữ lại, nhưng phần tử giảm chấn được thay thế bằng giảm chấn điều khiển. Trong khi hệ thống treo tích cực yêu cầu một nguồn năng lượng ngoài nhằm cung cấp các kích thích để điều khiển xe, thì hệ thống treo bán tích cực chỉ dùng năng lượng ngoài để điều chỉnh các mức độ cản, và làm cho bộ điều khiển ghi cùng các cảm biến làm việc. Bộ điều khiển xác định mức độ cản và tự động điều chỉnh để thu được cản đó (cản thích hợp). Một trong những cách thức điều khiển bán tích cực chung nhất là điều khiển kiểu móc treo. Về mặt toán học, điều khiển móc treo được biểu diễn như sau: Nếu 1 X  ( ) 21 XX  − ≥ 0 thì C = cản cao; còn nếu: 1 X  ( ) 21 XX  − < 0 thì C = cản thấp Trong các bất phương trình trên, 1 X  là vận tốc của khối lượng treo còn 2 X  là vận tốc của khối lượng không treo. Loại điều khiển móc treo này gọi là điều khiển on-off vì giảm chấn chuyển về một trong hai trạng thái cản mà nó có thể có. Khi khối lượng treo chuyển động đi lên và khối lượng treo với không treo lại tiến đến gần nhau thì hệ số cản lý tưởng phải bằng không. Do các giới hạn vật lý của giảm chấn thực, hệ số cản bằng không là không thực hiện được nên người ta dùng hệ số cản rất thấp. Khi khối lượng treo chuyển động xuống dưới còn hai khối lượng tiến lại gần nhau, cách hoạt động của điều khiển móc treo là cần phải sinh ra một hệ số cản lớn vô cùng. Một hệ số cản lớn vô cùng thì không thể đạt tới được, do đó trong thực tế hệ số cản điều chỉnh được đặt ở mức cao nhất. Tác dụng của sơ đồ điều khiển móc treo là để giảm đến mức thấp nhất vận tốc tuyệt đối của khối lượng treo. Cũng có thể điều khiển nhờ loại giảm chấn không chỉ chuyển giữa trạng thái cao và thấp mà còn có vô số điểm nằm giữa hai mức đó. Loại hệ thống này được gọi là hệ thống bán tích cực thay đổi liên tục. Trong trường hợp giảm chấn điều khiển trong hệ thống treo bán tích cực bị hỏng thì nó sẽ trở về giảm chấn thường một cách dễ dàng. Các hệ thống treo bán tích cực không chỉ có ít dạng hư hỏng nguy hiểm mà còn ít phức tạp, ít xẩy ra các hư hỏng cơ khí và yêu cầu năng lượng nhỏ hơn nhiều so với các hệ thống treo tích cực. Vì vậy, loại hệ thống treo này sẽ là xu hướng phát triển tất yếu trong tương lai. Ưu điểm ; có kết cấu đơn giản dễ chế tạo và có độ tin cậy làm việc cao,dễ sửa chữa hoặc thay thế Nhược điểm;hành trình dịch chuyển của bánh xe lớn thì mặt phẳng bánh xe bị nghiêng một góc lớn gây hiệu ứng con quay làm dao động bánh xe, đồng thời bánh xe bi trượt ngang lớn dẫn đến lốp bị mòn nhanh . 1.1.5 Nguyên tắc và vai trò hệ thống treo trên ô tô. + Công dụng Hệ thống treo là tổ hợp các cơ cấu thực hiện liên kết các bánh xe với khung xe (hoặc vỏ xe) để đảm bảo độ im dịu chuyển động và an toàn chuyển động trên cơ sở tạo các dao động của thân xe và của các bánh xe tuỳ theo ý muốn và giảm các tải trọng va đập cho xe khi chuyển động trên dịa hình không bằng phẳng. Ngoài ra hệ thống treo còn dùng để truyền các lực và mô men tác động giữa bánh xe và khung xe (vỏ xe). + yêu cầu Đảm bảo cho ô tô có tính năng êm dịu tốt khi chạy trên đường cứng và bằng phẳng. Đảm bảo cho ô tô chạy với tốc độ giới hạn khi xe chạy trên đường mà không có va đập lên ụ đỡ. Đảm bảo động học đúng cách của bánh xe dẫn hướng khi chúng dao động trong mặt phẳng thẳng đứng. Dập tắt nhanh dao động của thùng xe và vỏ xe. Giảm độ nghiêng bên của thùng xe khi quay vòng. 1.2 Phân loại hệ thống treo 1.2.1 Theo cấu tạo của phần tử hướng Có các loại như sau: - Hệ thống treo phụ thuộc là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên phải được liên kết cứng với nhau bằng dầm cầu liền hoặc vỏ cầu cứng. Khi đó dao động hoặc chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc thẳng đứng) của bánh xe bên này làm ảnh hưởng, tác động đến bánh xe bên kia và ngược lại. Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng ở rất nhiều xe như: GAZ-53, GAZ-66, ZIL-131, KRAZ; KAMAZ, - Hệ thống treo độc lập là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh xe bên phải không có liên kết cứng, mà chúng chỉ được nối gián tiếp với nhau qua khung xe hoặc vỏ xe Chính vì vậy mà dao động hay chuyển dịch của các bánh xe là độc lập nhau. Loại hệ thống treo này được sử dụng hầu hết trên các xe du lịch. - Hệ thống treo cân bằng: hai bánh xe cùng một phía của hai cầu xe liền nhau có chung phần tử đàn hồi được bố trí xung quanh trục cân bằng. - Hệ thống treo cân bằng thường gặp ở những xe nhiều cầu có tính năng thông qua cao. Những xe đó có ba hoặc bốn cầu trong đó bố trí hai cầu liền nhau. Hệ thống treo của những cầu này thường là hệ thống treo cân bằng phụ thuộc. Ví dụ như cầu thứ hai và thứ ba của ôtô ZIL-131; URAL-4320; KRAZ-255B, 1.2.2 Theo cấu tạo của phần tử đàn hồi. Có các loại như sau: - Phần tử đàn hồi là kim loại gồm: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn. Đây là loại phổ biến nhất ở các ôtô quân sự và xe bọc thép bánh hơi. - Phần tử đàn hồi là khí nén gồm: phần tử đàn hồi là khí nén có bình chứa là cao su kết hợp sợi vải bọc cao su làm cốt, dạng màng phân chia và dạng liên hợp. - Phần tử đàn hồi là thuỷ khí có loại kháng áp và loại không kháng áp. - Phần tử đàn hồi là cao su có loại làm việc ở chế độ nén và làm việc ở chế độ xoắn. 1.2.3 Theo phương pháp dập tắt dao động. Gồm có: - Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn (mà chủ yếu là các giảm chấn thuỷ lực dạng đòn và dạng ống). - Dập tắt dao động nhờ ma sát giữa các chi tiết của phần tử đàn hồi và trong phần tử hướng. Hệ thống treo này sẽ không được trang bị giảm chấn nên hiệu quả dập tắt dao động sẽ kém hơn so với trường hợp có giảm chấn. 1.3 Yêu cầu - Có tần số dao động riêng thích hợp với từng loại ôtô để đảm bảo độ êm dịu 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 v_ cầu xe; - Khi quay vòng hoặc khi phanh thì vỏ ôtô không bị 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. 1.4 Hệ thống treo sau của xe Matiz. Treo sau của xe Matiz là kiểu treo phụ thuộc lò xo trụ, với các đòn treo dọc xe. Kiểu này được sử dụng chủ yếu ở hệ thống treo sau của xe có động cơ đặt trước, cầu trước chủ động, và được dùng chủ yếu trên các xe du lịch nhỏ. Để tăng tính ổn định trong hệ thống treo sau, tránh lắc ngang hệ thống được tranh bị thêm tay đòn ngang. [...]... Chọn phương án thiết kế Qua phân tích kết cấu của hệ thống treo treo ở trên, từ nhiệm vụ đề tài được giao là: Thiết kế hệ thống treo sau cho ô tô con” và có tham khảo một số loại xe con Tôi chọn phương án thiết kế như sau: Hệ thống treo của xe thiết kế là loại hệ thống treo phụ thuộc Phần tử đàn hồi là lò xo trụ, phần tử hướng là đũn treo dọc xe CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO Các thông... động cho xe chuyển động Ngoài ra hệ thống treo cũn đóng vai trò truyền lực từ bánh xe lên khung xe Hệ thống treo cũng có khả năng dập tắt dao động cộng hưởng nhằm nâng cao chất lượng chuyển động của xe Thiết kế hệ thống treo giúp sinh viên hiểu rõ hơn về kết cấu chi tiết về hệ thống treo, cũng như toàn bộ hệ thống truyền lực giúp chúng ta có cái nhìn tổng quát về hệ thống truyền lực ô tô 2.1.2 Yêu cầu thiết. .. kế Thiết kế hệ thống treo có thể dựa trên các tiêu chí sau đây 2.2.1 Theo kết cấu a Hệ thống treo phụ thuộc : Hệ thống treo phụ thuộc là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên phải được liên kết cứng với nhau bằng dầm cầu liền hoặc vỏ cầu cứng Khi đó dao động hoặc chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc thẳng đứng) của bánh xe bên này làm ảnh hưởng, tác động đến bánh xe bên kia và ngược lại Hệ thống. .. nhau Hệ thống treo của những cầu này thường là hệ thống treo cân bằng phụ thuộc Ví dụ như cầu thứ hai và thứ ba của ôtô ZIL-131; URAL-4320; Thường dùng cho xe tải Hình 2.1a: Hệ thống treo cân bằng với phần tử hướng là các thanh giằng cầu Hình 2.1b: Hệ thống treo cân bằng sử dụng nhíp để truyền các lực dọc 2.2.2 Theo cấu tạo phần tử đàn hồi Phần tử đàn hồi làm kim loại gồm: Nhíp lá: thường sử dụng cho. .. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Mục đích, yêu cầu thiết kế 2.1.1 Mục đích Hệ thống treo là một phần tử không thể thiếu trong hệ thống chuyển động của ô tô Nếu không có nó thì các bộ phận trên xe sẽ phải chịu lớn lực va đập, mô men xung lượng của lực xung kích, mô men lực quán tính trong những thời điểm khác nhau khi vận hành ô tô Ví dụ: Khi mặt đường mấp mô Hệ thống treo ôtô là bộ phận liên kết giữa bánh... nhau Loại hệ thống treo này được sử dụng hầu hết trên các xe du lịch Hệ thống treo độc lập thường sử dụng lũ xo trụ hoặc thanh xoắn là phần tử đàn hồi Trong quá trỡnh sử dụng khụng cần phải bôi trơn, không bị bụi bẩn và có độ bền cao, có khối lượng phần không treo nhỏ, bảo đảm hành trình làm việc của xe lớn do vậy bảo đảm tạo ra được treo mềm hơn Nhược điểm chính của hệ thống treo độc lập là kết cấu... lại Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng ở rất nhiều xe như: GAZ-53, GAZ-66, - Ưu nhược điểm + Ưu điểm - Cấu tạo đơn giản - Rẻ tiền + Nhược điểm - Đảm bảo độ êm dịu chuyển động cần thiết cho các xe có tốc độ chuyển động không cao - Cần bôi trơn, dễ bị bụi bắm bám vào b .Hệ thống treo độc lập: Hệ thống treo độc lập là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh xe bên phải không có liên kết cứng, mà chúng... nhược điểm + Ưu điểm - Đảm bảo độ êm dịu cao cho xe - Kết cấu bao kín không phải bôi trơn dầu mơ + Nhược điểm - Kết cấu phức tạp - Giá thành đắt nên chỉ sử dụng ở cầu trước ô tô con c Hệ thống treo cân bằng: Hệ thống treo cân bằng là hai bánh xe cùng một phía của hai cầu xe liền nhau có chung phần tử đàn hồi được bố trí xung quanh trục cân bằng Hệ thống treo cân bằng thường gặp ở những xe nhiều cầu... Trọng lượng ôtô khi không tải Trọng lượng toàn bộ Trọng lượng phần không treo Trọng lượng phần treo( khi ôtô đầy Kg -Phân bố lên cầu sau Chiều dài cơ sở của xe Khoảng sáng gầm xe Kích thước của lốp xe Kg Kg Kg Kg m m 175/60R13 Trị số 2x4 806 1210 432 1210 574 636 2,340 0,140 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ: 3.1 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo: 3.1.1 Xác định hệ số phân bố khối lượng phần treo: εy =... Vat = 0,45 m/s Còn Kn , Kt tính chọn theo điều kiện êm dịu b, Tính chọn hệ số lực cản của bộ giảm chấn Hệ số dập tắt dao động tương đối : ψ = K C M (1) Trog đó: K hệ số lực cản quy dẫn của bộ giảm chấn đặt trong hệ thống treo ( N s ) ψ : hệ số dập tắt dao động C : Độ cứng hệ thống treo , C = 90787,8 (N/m) Gtr: trọng lượng được treo trên một bánh xe Gtr = G a 2 − Gl 2 Ga2 Trọng lượng phân lên cầu sau . vòng. 2.2 Các phương án thiết kế. Thiết kế hệ thống treo có thể dựa trên các tiêu chí sau đây. 2.2.1 Theo kết cấu a. Hệ thống treo phụ thuộc : Hệ thống treo phụ thuộc là hệ thống treo mà bánh xe bên. thiế kế 3 1.1.1. Hệ thống treo huy động 4 1.1.2. Hệ thống treo tích cực 5 1.1.3. Hệ thống treo điều chỉnh 5 1.1.4. Các hệ thống treo bán tích cực 5 1.1.5. Nguyên tắc và vai trò hệ thống treo. quân sự NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ″KẾT CẤU TÍNH TOÁN ÔTÔ Tên đề tài : Thiết kế hệ thống treo cho ôtô chở khách loại nhỏ Học viên thực hiện: Lê Văn Tạo Lớp: Xe - ôtô 4 * Các số liệu ban đầu: Xe