Đang tải... (xem toàn văn)
Năm 1650: chiếc xe 4 bánh vận chuyển bằng các lò xo tích năng lượng được thiết kế bởi nghệ sĩ, nhà phát minh người Ý Leonardo da Vinci. • Năm 1769: Ra đời động cơ máy hơi nước • 1860: Động cơ 4 kỳ
1513.4. Hệ thống treo Một số khái niệm : - Khối lợng đợc treo: L ton bộ khối lợng thân xe đợc đỡ bởi hệ thống treo. Nó bao gồm: khung, vỏ, động cơ, hệ thống truyền lực, . - Khối lợng không đợc treo: l phần khối lợng không đợc đỡ bởi hệ thống treo. Bao gồm: cụm bánh xe, cầu xe, . - Sự dao động của phần đợc treo của ôtô: 1. Sự lắc dọc ( pitching_ sự xóc nảy theo phơng thẳng đứng). L sự dao động lên xuống của phần trớc v sau của xe quanh trọng tâm của nó. 2. Sự lắc ngang ( Rolling). Khi xe quay vòng hay đi vo đờng mấp mô, các lò xo ở một phía sẽ giãn ra còn phía kia bị nén co lại. Điều ny lm cho xe bị lắc ngang. 3. Sự xóc nảy( bouncing) l sự dịch chuyển lên xuống của thân xe. Khi xe đi với tốc độ cao trên nền đờng gợn sóng, hiện tợng ny rất dễ xảy ra. 4. Sự xoay đứng ( jawing) l sự quay thân xe theo phơng dọc quanh trọng tâm của xe. Trên đờng có sự lắc dọc thì sự xoay đứng ny cũng xuất hiện. - Sự dao động của phần khối lợng không đợc treo: 1. Sự dịch đứng: l sự dịch chuyển lên xuống của các bánh xe trên mỗi cầu xe. Điều ny thờng xảy ra khi xe đi trên đờng gợn sóng với tốc độ trung bình hay cao. 2. Sự xoay dọc theo cầu xe: l sự dao động lên xuống ngợc hớng nhau của các bánh xe trên mỗi cầu lm cho bánh xe nẩy lên khỏi mặt đờng. Thờng xảy ra đối với hệ treo phụ thuộc. 3. Sự uốn: l hiện tợng các lá nhíp có xu hớng bị uốn quanh bản thân cầu xe do mômen xoắn chủ động ( kéo hoặc phanh) truyền tới. I- Công dụng, phân loại 1.1. Công dụng: 1. Đỡ thân xe lên trên cầu xe; cho phép bánh xe chuyển động tơng đối theo phơng thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe; hạn chế những chuyển động không muốn có khác của bánh xe. 2. Bộ phận của hệ thống treo thực hiện nhiệm vụ hấp thụ v dập tắt các dao động, rung động, va đập mặt đờng truyền lên. 3. Đảm nhận khả năng truyền lực v mômen giữa bánh xe v khung xe : Công dụng của hệ thống treo đợc thể hiện qua các phần tử của hệ thống treo: - Phần tử đn hồi: lm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung v đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi chuyển động. - Phần tử dẫn hớng: Xác định tính chất dịch chuyển của các bánh xe v đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ từ mặt đờng tác dụng lên thân xe. - Phần tử giảm chấn: Dập tắt dao động của ô tô khi phát sinh dao động. 152- Phần tử ổn định ngang: Với chức năng l phần tử đn hồi phụ lm tăng khả năng chống lật thân xe khi có sự thay đổi tải trọng trong mặt phẳng ngang. - Các phần tử phụ khác: vấu cao su, thanh chịu lực phụ, .có tác dụng tăng cứng, hạn chế hnh trình v chịu thêm tải trọng. 1.2. Phân loại Việc phân loại hệ thống treo dựa theo các căn cứ sau : - Theo loại bộ phận đn hồi chia ra : + Loại bằng kim loại ( gồm có nhíp lá, lò xo, thanh xoắn ) + Loại khí ( loại bọc bằng cao su - sợi, mng, loại ống ). + Loại thuỷ lực (loại ống ). + Loại cao su. - Theo sơ đồ bộ phận dẫn hớng chia ra : + Loại phụ thuộc với cầu liền ( loại riêng v loại thăng bằng). + Loại độc lập ( một đòn, hai đòn, .). -Theo phơng pháp dập tắt dao động chia ra : + Loại giảm chấn thuỷ lực ( loại tác dụng một chiều, loại tác dụng 2 chiều ). +Loại ma sát cơ ( ma sát trong bộ phận đn hồi, trong bộ phận dẫn hớng). - Theo phơng pháp điều khiển có thể chia ra: + Hệ thống treo bị động ( không đợc điều khiển) + Hệ thống treo chủ động ( Hệ thống treo có điều khiển) II. cấu Tạo chung và nguyên lý làm việc của hệ thống treo. 2.1. Sơ đồ v nguyên lý lm việc của hệ thống treo phụ thuộc: a) Đặc điểm của hệ thống treo phụ thuộc: Dầm cầu liên kết cứng hai bánh xe ở hai bên. ở cầu chủ động, dầm cầu chủ động liên kết hai bánh xe. ở cầu dẫn hớng, dầm cầu liền bằng thép định hình liên kết hai bánh xe. - Nhợc điểm: + Khối lợng không treo lớn: tăng tải trọng động, va đập, giảm độ êm dịu v sự bám của bánh xe, + Chiều cao trọng tâm lớn do đảm bảo khoảng cách lm việc của cầu xe: ảnh hởng đến tính ổn định, chiếm không gian lớn, + Nối cứng bánh xe dễ gây nên những chuyển vị phụ. - u điểm: + Vết bánh xe cố định: giảm độ mòn ngang của lốp, + Khả năng chịu lực bên tốt do hai bánh xe đợc liên kết với nhau: giảm sự trợt bên, + Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp, sửa chữa thay thế. 2.2. Sơ đồ v nguyên lý lm việc của hệ thống treo độc lập: 153a) Đặc điểm của hệ thống treo độc lập: Hai bánh xe ở hai bên dịch chuyển độc lập với nhau. Sự dịch chuyển của bánh xe ny không ảnh hởng đến bánh xe khác ( nếu coi thân xe đứng yên). - Nhợc điểm: + Kết cấu phức tạp: khó khăn khi tháo lắp, sửa chữa v bảo dỡng, - u điểm: + Đảm bảo động học đợc đúng v chính xác hơn, tuỳ theo kết cấu m giảm đợc độ trợt ngang: giảm độ mi mòn lốp + Có không gian để bố trí các bộ phận khác: hạ thấp trọng tâm xe, tăng độ ổn định chuyển động, + Khối lợng phần không treo nhỏ: giảm sự va đập v phát sinh tải trọng động. III. Cấu tạo các bộ phận của hệ thống treo 3.1 Bộ phận đàn hồi: 1. Chức năng: - Có nhiệm vụ đa vùng tần số dao động đó phù hợp vùng tần số thích hợp với ngời sử dụng( 60-85dđ/ph). - Nối mềm giữa bánh xe v thùng xe giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung trên các địa hình khác nhau. - Có đờng đặc tính đn hồi phù hợp với các chế độ hoạt động của xe. 2. Kết cấu: Phần tử đn hồi của hệ thống treo có thể l kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn hoặc phi kim loại : cao su, khí nén, thuỷ lực ngoi ra có thể dùng kết hợp các loại phần tử đn hồi trên. a) Nhíp lá: Nhíp đợc dùng phổ biến nhất vì nhíp vừa l bộ phận đn hồi, bộ phận dẫn hớng v một phần lm nhiệm vụ giảm chấn. Sơ đồ hệ thống treo độc lập 1. Thân xe 2. Bộ phận đn hồi 3. Bộ phận giản chấn 4. Đòn ngang trên 5. Đòn ngang dới 154 - Đặc điểm của phần tử đn hồi nhíp lá: + Kết cấu: + Lắp ráp: . Các lá nhíp đợc lắp ghép thnh bộ, có bộ phận kẹp ngang để tránh khả năng xô ngang khi nhíp lm việc. . Bộ nhíp đợc bắt chặt với dầm cầu thông qua bulông quang nhíp, liên kết với khung thông qua tai nhíp v quang treo (để các lá nhíp biến dạng tự do). + Đặc tính đn hồi: Đờng đặc tính đn hồi của nhíp lá đợc coi l tuyến tính, tức l độ cứng của nó ít thay đổi dới tác dụng của tải trọng. Để tăng cứng ngời ta ta có thể bố dùng các cách sau: . Dùng nhíp phụ: . Dùng vấu tỳ ở giữa đầu nhíp với chỗ bắt quang nhíp. . Bố trí nghiêng móc treo nhíp. . Bố trí một lá nhíp liên kết để chịu lực dọc còn các lá nhíp khác đợc bố trí tự do. b) Lò xo: Hệ thống treo với phần tử đn hồi l lò xo đợc sử dụng rộng rãi trên ô tô con v ô tô tải nhẹ. - Đặc điểm của phần tử đn hồi lò xo: + Kết cấu: chế tạo từ thanh thép có tiết diện tròn hay vuông + u điểm: kết cấu đơn giản, có tuổi thọ cao hơn do không có ma sát khi lm việc, không phải bảo dỡng v chăm sóc. + Nhợc điểm: không có khả năng dẫn hớng v giảm chấn. Do vậy bố trí phức tạp hơn so với loại dùng nhíp lá. + Bố trí: Thờng bố trí trên cầu trớc độc lập hoặc cầu sau phụ thuộc + Đặc tính đn hồi: Đờng đặc tính đn hồi tuyến tính. c) Thanh xoắn : Thanh xoắn l một thanh thép đn hồi, dùng tính đn hồi xoắn để chống lại sự xoắn. - Đặc điểm của phần tử đn hồi thanh xoắn: + Kết cấu: + Bố trí: + Lắp ráp: + Đặc tính đn hồi: Tuyến tính với góc xoắn. 155d) Bộ phận đn hồi phụ bằng cao su: Chức năng tăng cứng v hạn chế hnh trình của hệ thống treo. Đặc điểm: - u điểm: + Có độ bền cao, không phải bảo dỡng, sửa chữa; + Khả năng hấp thụ năng lợng tốt + Trọng lợng nhỏ v có đặc tính đn hồi phi tuyến. - Nhợc điểm: + Có sự biến chất ảnh hởng đến đặc tính đn hồi khi nhiệt độ thay đổi + Sự biến dạng d lớn đ) Kiểu khí nén. Kiểu khí nén đợc sử dụng nhiều trên xe tải, trên một số xe con hạng sang. - Đặc điểm phần tử đn hồi khí nén: + Kết cấu: + Bố trí + Lắp ráp: + Đặc điểm: - u điểm : + Có khả năng tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo. + Hệ thống treo khí nén còn có một u điểm nữa đó l không có ma sát trong các phần tử đn hồi; trọng lợng của phần tử đn hồi nhỏ. - Nhợc điểm: + Không có khả năng dẫn hớng. + Hệ thống điều khiển phức tạp. e) Kiểu thuỷ khí: Bộ phận đn hồi dùng kết hợp chức năng giữa bộ phận đn hồi, bộ phận giảm chấn tạo điều kiện để điều chỉnh chiều cao v trọng tâm xe tự động. 3.2. Bộ phận giảm chấn: 1. Chức năng: - Dập tắt dao động phát sinh trong quá trình xe chuyển động từ mặt đờng lên khung xe trong các địa hình khác nhau một cách nhanh chóng. - Đảm bảo dao động của phần không treo nhỏ nhất, sự tiếp xúc của bánh xe trên nền đờng, nâng cao khả năng bám đờng v an ton trong chuyển động. 2. Phân loại: Giảm chấn đợc phân loại theo cấu tạo v hoạt động của chúng: - Phân loại theo hoạt động: + Tác dụng một chiều: chấn động chỉ bị dập tắt ở hnh trình trả tức l lúc bánh xe đi xa khung ( Kn xấp xỉ bằng 0). + Tác dụng hai chiều: chấn động bị dập tắt ở cả hnh trình nén v trả. - Theo cấu tạo: + Kiểu ống đơn + Kiểu ống kép - Theo môi chất công tác: + Loại thuỷ lực 156 + Loại khí. 3. Nguyên lý lm việc a) Bản chất vật lý quá trình xảy ra trong giảm chấn Bản chất của quá trình lm việc của giảm chấn l quá trình tiêu hao cơ năng( biến cơ năng thnh nhiệt năng. b) Đờng đặc tính của giảm chấn thuỷ lực Lực cản giảm chấn l một hm phụ thuộc vo vận tốc tơng đối của các dao động tơng đối giữa thùng xe với bánh xe. c) Nguyên lý lm việc của giảm chấn thuỷ lực: Loại 1 lớp vỏ: - Hnh trình nén: - Hnh trình trả: Loại hai lớp vỏ có tác dụng hai chiều. 1. Hnh trình nén : Khi bánh xe đến gần khung xe (gặp phải mấp mô) tơng ứng với hnh trình cần piston đi xuống - Nén nhẹ: - Nén mạnh: 2. Hnh trình trả : Khi bánh xe xa khung xe (khi đi xuống ổ g), tơng ứng với hnh trình cần piston đi lên phía trên. 157- Trả mạnh: - Trả nhẹ: 3. Kết cấu giảm chấn. Trên ô tô hiện nay phổ biến dùng loại giảm chấn hoạt động hai chiều có 2 vỏ 4. Bộ phận dẫn hớng 4.1. Chức năng: - Xác định tính chất chuyển động (động học) của bánh xe đối với khung, vỏ xe. - Tiếp nhận v truyền lực, mô men giữa bánh xe với khung vỏ xe. Căn cứ theo sơ đồ bộ phận dẫn hớng chia ra loại hệ thống treo độc lập v loại hệ thống treo phụ thuộc. 4.2. Hệ thống treo phụ thuộc: Kết cấu hệ thống treo phụ thuộc thông dụng: a) Phần tử đn hồi nhíp lá: đa số sử dụng trên xe tải, xe khách, xe buýt v treo sau của xe du lịch. b) Phần tử đn hồi lò xo: c) Phần tử đn hồi khí nén hoặc thuỷ khí: 4.3. Hệ thống treo độc lập: Kết cấu hệ thống treo độc lập thông dụng: 1. Hệ thống treo với đòn ngang: a) Động học : - Loại một đòn ngang: - Loại hai đòn ngang có cơ cấu hình bình hnh: - Loại hai dòn ngang có cơ cấu hình thang: b) Đặc điểm loại hai đòn ngang. u điểm: + Sự linh hoạt của hệ thống treo thiết kế. + Dễ dng giảm chiều cao mũi xe + Trọng tâm xe đợc hạ thấp, tăng độ ổn định khi chuyển động. + Độ nghiêng thùng xe khi quay vòng nhỏ. Các góc đặt bánh xe thay đổi ít v chuyển vị bên nhỏ nên mòn lốp ít. + Khối lợng không đợc treo nhỏ đảm bảo độ êm dịu khi đi trên đờng xấu. Nhợc điểm : + Kết cấu phức tạp, khó khăn cho việc bố trí trong khoang động cơ. + Có sự thay đổi lớn góc đặt bánh xe do dung sai của các chi tiết khi lắp ráp 2. Hệ thống treo Mc.Pherson Đặc điểm kết cấu: u điểm: + Cấu trúc đơn giản, ít chi tiết, giảm nhẹ khối lợng không đợc treo + Dễ dng bố trí trong khoang động cơ + có thể điều chỉnh chiều cao trọng tâm xe bằng bu lông. Nhợc điểm: + Hạn chế động học của hệ treo: Chiều cao tâm quay dao động lớn; đặc tính điều chỉnh của góc camber thấp +Khó giảm chiều cao mũi xe. + Có khả năng gây ra sự thay đổi góc nghiêng ngang bánh xe, vết bánh xe 3. Hệ treo đòn dọc 158- Sơ đồ cấu tạo nh hình vẽ. - Đặc điểm của loại treo đòn dọc: + Không xảy ra sự thay đổi chiều di vết bánh xe, góc nghiêng bánh xe, độ chụm bánh xe khi bánh xe dịch chuyển, các giá trị ny đều bằng không. + Khớp nối đòn dọc với khung vỏ thờng lm bằng cao su. Để tăng độ cứng vững cho hệ treo ny ngời ta thờng bố trí: đặt lò xo ngay trên tâm trục bánh xe; tăng chiều di đòn dọc; 4. Hệ treo đòn dọc có đòn ngang liên kết Nó thuộc loại nửa phụ thuộc, nửa độc lập điều ny căn cứ vo khả năng lm việc của hệ treo v tuỳ thuộc vo độ cứng của đòn liên kết. Tuỳ theo vị trí đặt đòn liên kết m có thể l treo độc lập hoặc phụ thuộc. Ưu điểm: - Dễ tháo lắp cả cụm cầu xe, kết cấu gọn, đặc biệt dễ bố trí cho hệ treo dùng thanh xoắn. - Chịu tải trọng ngang, giảm nhẹ lực ngang tác động lên các khớp quay, không cần phải dùng thanh ổn định ngang khi nó có độ cứng nhỏ. - Không gây nên sự thay đổi góc nghiêng ngang bánh xe, vết bánh xe, không cần dùng thêm đòn truyền lực ngang. Nhợc điểm : - Công nghệ hn cao, tải trọng đặt lên hạn chế, khi đi trên đờng vòng có khả năng bị quay trục cầu xe. 5. Hệ treo với đòn chéo: L dạng kết cấu trung gian giữa hệ treo đòn ngang v đòn dọc. Đặc điểm: + Đòn đỡ bánh xe quay trên đờng trục chéo lệch với phơng ngang v phơng dọc xe tạo nên đòn chéo treo bánh xe. + Có sự thay đổi vết bánh xe, góc nghiêng ngang bánh xe 5. Hệ treo thăng bằng: Trên các ôtô có 3 cầu, hai cầu sau thờng đặt gần nhau. Hệ thống treo của hai cầu ny sử dụng loại thăng bằng với đòn thăng bằng đặt ở giữa 2 cầu sau nên bảo đảm tải trọng thẳng đứng bằng nhau ở các bánh xe trên mỗi cầu. Đặc điểm: - Thờng dùng phần tử đn hồi l khí nén hoặc l nhíp lá. - Kết cấu v cách bố trí: - u điểm: - Nhợc điểm IV. Hệ thống treo hiện đại. 1. Khái niệm cơ bản về hệ thống treo có điều khiển: Ô tô dao động chủ yếu do khích thích từ mấp mô mặt đờng. Hiện nay hệ thống treo bị động đợc coi l tốt nhất chỉ có thể đúng với một loại đờng nhất định. Do vậy, để thoả mãn các chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động v độ an ton chuyển động trên tất cả các loại đờng khác nhau thì các đặc tính của hệ thống treo cần phải thay đổi trong quá trình ô tô chuyển động phù hợp với các đặc tính của đờng v vị trí khung vỏ xe đợc điều khiển nhờ hệ 159thống điều khiển tự động. Tuỳ thuộc vo khả năng điều khiển các thông số của hệ thống treo điều khiển ngời ta phân thnh hai loại: hệ thống treo tích cực hon ton v hệ thống treo bán tích cực (hệ thống treo chỉ có thông số của giảm chấn đợc điều khiển). 2. Hệ thống treo tích cực: Hình 1.3 Mô hình hệ thống treo tích cực Zs - dịch chuyển khối lợng đợc treo; Zu - dịch chuyển khối lợng không đợc treo; Cs - độ cứng phần tử đn hồi; Ks - hệ số cản giảm chấn; Ct - độ cứng của lốp; fa lực của bộ phát động thủy lực; q0 - mấp mô biên dạng đờng. Hệ thống treo tích cực bao gồm bộ phát động thuỷ lực, bộ điều khiển v các cảm biến. Hệ thống treo ny đòi hỏi phải có năng lợng cung cấp cho hệ thống lớn, giá thnh cao, trọng lợng lớn v phức tạp. Đây chính l nhợc điểm chính của hệ thống treo ny. 1. Hệ thống treo bán tích cực Giảm chấn mắc song song với phần tử đn hồi. Hệ thống treo bán tích cực với giảm chấn tích cực chỉ có nhiệm vụ dập tắt dao động của thân xe nên đòi hỏi năng lợng cung cấp cho hệ thống ít hơn nhiều so với hệ thống treo tích cực. Hệ thống treo bán tích cực đáp ứng khả năng cách ly dao động tốt hơn hệ thống treo bị động, giảm chấn tích cực l nhân tố tạo nên tính u việt đó. Kết cấu giảm chấn tích cực tơng tự kết cấu của giảm chấn thông thờng nhng đặc tính của giảm chấn tích cực có thể thay đổi nhờ sự thay đổi tiết diện van tiết lu hoặc thay đổi độ nhớt của môi chất công tác dới tác dụng của từ trờng. Hình 1.4 Mô hình hệ thống treo bán tích cực 160Zs - dịch chuyển khối lợng đợc treo; Zu - dịch chuyển khối lợng không đợc treo; Cs - độ cứng phần tử đn hồi; Ks(t) - hệ số cản giảm chấn; Ct - độ cứng của lốp; q0 - mấp mô biên dạng đờng. . rãi trên ô tô con v ô tô tải nhẹ. - Đặc điểm của phần tử đn hồi lò xo: + Kết cấu: chế tạo từ thanh thép có tiết diện tròn hay vuông + u điểm: kết cấu đơn. động bị dập tắt ở cả hnh trình nén v trả. - Theo cấu tạo: + Kiểu ống đơn + Kiểu ống kép - Theo môi chất công tác: + Loại thuỷ lực 156 + Loại khí.