Đồ án môn học: Tính toán thiết kế hệ thống treo trước xe du lịch

Đồ án tính toán thiết kế hệ thống treo trước xe du lịch, trình bày đầy đủ lý thuyết, các bước tính toán, kiểm nghiệm và quy trình bảo dưỡng.

• Tác giả: Vi Văn Quang
• Người hướng dẫn: ThS. Hoàng Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học KTCN
• Chuyên ngành: Công nghệ ô tô
• Đề tài: Thiết kế hệ thống treo trước ô tô du lịch
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2021

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Treo Trước Ô Tô Du Lịch

Hệ thống treo trước là một trong những bộ phận quan trọng nhất của ô tô du lịch, đặc biệt là xe minivan. Nó có vai trò đảm bảo sự thoải mái cho hành khách, nâng cao độ an toàn khi lái xe trên các đoạn đường gồ ghề. Khi ô tô chạy trên đường không bằng phẳng, những dao động liên tục phát sinh sẽ ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ xe và sức khỏe của người ngồi trên xe. Công dụng chính của hệ thống treo là giảm thiểu những tác động từ mặt đường, cải thiện khả năng vận hành và kiểm soát hướng đi của phương tiện. Hệ thống treo MacPherson được áp dụng phổ biến trên các xe du lịch hiện đại nhất. Nó kết hợp ba thành phần chính: phần tử đàn hồi, phần tử giảm chấn và thanh ổn định để tạo ra hiệu suất treo tối ưu.

1.1. Công Dụng và Yêu Cầu Của Hệ Thống Treo

Hệ thống treo phục vụ nhiều mục đích quan trọng trong hoạt động của ô tô. Nó cấp phát các lực từ mặt đường tới thân xe, đồng thời giảm chấn dao động để bảo vệ hành khách. Yêu cầu quan trọng nhất là duy trì độ cân bằng động của xe, đảm bảo bánh xe luôn tiếp xúc tốt với mặt đường. Ngoài ra, hệ thống phải chịu được tải trọng lớn, hoạt động ổn định ở các tốc độ khác nhau và có tuổi thọ dài.

1.2. Phân Loại Hệ Thống Treo

Hệ thống treo được chia thành hai loại chính: treo phụ thuộc và treo độc lập. Treo phụ thuộc là kiểu cổ điển, hai bánh xe cùng một phía được kết nối bởi một trục cứng. Treo độc lập cho phép mỗi bánh xe chuyển động riêng, cải thiện tính linh hoạt. Hệ thống treo còn được phân loại theo phần tử đàn hồi (lò xo cuộn, lá lò xo) và phương pháp dập tắt dao động.

II. Kết Cấu Của Hệ Thống Treo Trước MacPherson

Hệ thống treo MacPherson là mẫu thiết kế phổ biến trên xe minivan APV và nhiều xe du lịch khác. Cấu trúc này gồm một bộ tích hợp thanh chịu lực, lò xo trụ và giảm chấn thành một khối duy nhất. Điểm mạnh của thiết kế này là tối ưu hóa không gian, giảm số lượng bộ phận, từ đó cải thiện hiệu suất và độ tin cậy. Phần tử đàn hồi (lò xo) chịu trách nhiệm hấp thụ năng lượng từ các xung động, trong khi phần tử giảm chấn dắt tắt dao động nhanh chóng. Thanh ổn định giúp kiểm soát độ nghiêng của xe trong khi rẽ và đường cong. Thiết kế này cho phép xe duy trì độ bám đường tốt hơn, nâng cao an toàn cho hành khách.

2.1. Phần Tử Đàn Hồi và Giảm Chấn

Lò xo trụ trong hệ thống MacPherson được thiết kế để chịu lực nén và giãn từ các va chạm trên đường. Nó có nhiệm vụ lưu trữ năng lượng và trả lại nó một cách dần dần. Giảm chấn (shock absorber) là thiết bị khí dầu hoặc thủy lực tác dụng hai chiều, giúp kiểm soát chuyển động của lò xo và giảm số lần dao động. Kết hợp hai phần tử này tạo ra cân bằng hoàn hảo giữa thoải mái lái xe và kiểm soát phương tiện.

2.2. Thanh Ổn Định và Các Bộ Phận Khác

Thanh ổn định (anti-roll bar) kết nối hai bên hệ thống treo trước, giảm thiểu độ nghiêng của thân xe. Vấu cao su (bump stop) bảo vệ hệ thống khỏi va chạm mạnh khi bánh xe chạm đỉnh hành trình của nó. Các bộ phận khác bao gồm khớp nối, thanh dẫn hướng, góc lắp đặt giúp tối ưu hiệu suất treo và độ bền của toàn bộ hệ thống.

III. Tính Toán và Kiểm Nghiệm Hệ Thống Treo Minivan APV

Quá trình tính toán kiểm nghiệm hệ thống treo xe minivan APV dựa trên các thông số kỹ thuật cụ thể của xe. Các thông số hình học bao gồm góc camber, caster, toe-in - những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng kiểm soát hướng và mài mòn lốp. Động lực học hệ thống treo được tính toán dựa trên khối lượng xe, tải trọng tối đa và tốc độ hoạt động. Lò xo trụ được kiểm tra độ bền dưới áp suất liên tục, đảm bảo nó không bị nứt hoặc biến dạng vĩnh viễn. Giảm chấn được đánh giá khả năng cản lực, hiệu suất toả nhiệt và tuổi thọ. Các phép tính này giúp xác định độ an toàn và hiệu suất của hệ thống treo trong các điều kiện sử dụng thực tế.

3.1. Các Thông Số Cơ Bản và Hình Học

Thông số hình học của hệ thống treo trước xe APV bao gồm góc camber âm để giảm mài mòn lốp, góc caster dương tăng cường khả năng phục hồi hướng. Khoảng cách bánh xe (wheelbase) và chiều rộng rãnh gương ảnh hưởng đến ổn định bên. Các thông số này được tính toán chính xác để đảm bảo xe chạy thẳng, an toàn khi rẽ và tốc độ cao.

3.2. Kiểm Nghiệm Bền và Hiệu Suất

Kiểm nghiệm bền lò xo sử dụng lý thuyết ứng suất để dự đoán vòng đời hoạt động. Hệ số cản của giảm chấn được tính dựa trên độ nhớt của dầu và hình học của van kiểm soát. Nhiệt độ nung nóng của giảm chấn được theo dõi để đảm bảo nó không vượt quá giới hạn cho phép. Công suất toả nhiệt phải đủ lớn để tránh hiện tượng fade trong điều kiện phanh gấp liên tục.

IV. Chẩn Đoán Bảo Dưỡng và Sửa Chữa Hệ Thống Treo

Chẩn đoán hệ thống treo là bước quan trọng để phát hiện các hư hỏng sớm trước khi gây ra tai nạn. Các dấu hiệu cảnh báo bao gồm xe lắc lư không đều khi vào cua, tiếng kêu lạ từ phía trước, lốp mài mòn bất thường. Bảo dưỡng định kỳ hệ thống treo giúp kéo dài tuổi thọ các bộ phận và duy trì hiệu suất tối ưu. Cần kiểm tra độ mài mòn lò xo, tình trạng giảm chấn, khớp nối cao su định kỳ. Sửa chữa bao gồm thay thế lò xo bị nứt, giảm chấn hết hiệu lực, vấu cao su mòn. Quy trình tháo lắp phải thực hiện cẩn thận theo hướng dẫn nhà sản xuất để tránh làm hỏng các bộ phận khác.

4.1. Khái Niệm Chẩn Đoán và Bảo Dưỡng

Chẩn đoán là quá trình kiểm tra hệ thống treo bằng các phương pháp như chạy thử, kiểm tra trực quan, đo độ chặt các khớp nối. Bảo dưỡng bao gồm những công việc thường xuyên như rửa sạch bụi bẩn, bôi trơn các khớp nối, kiểm tra áp suất giảm chấn. Sửa chữa được thực hiện khi phát hiện các hư hỏng cần khắc phục ngay để đảm bảo an toàn.

4.2. Những Hư Hỏng Thường Gặp và Quy Trình Sửa Chữa

Hư hỏng phổ biến bao gồm lò xo bị nứt, giảm chấn mất dầu hoặc khí, vấu cao su bị rách làm rò rỉ mỡ. Quy trình tháo yêu cầu nâng xe an toàn, tháo bánh xe, tháo các thanh liên kết và lò xo. Quy trình lắp thực hiện ngược lại, đảm bảo mô-men拧 các bu-lông đạt chuẩn. Sau sửa chữa phải kiểm tra căn chỉnh bánh để đảm bảo xe chạy thẳng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ DU LỊCH 1.Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống treo 1.1 Công dụng của hệ thống treo: 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 và an toàn chuyển động trên cơ sở tạo các dao động của thân xe và của các bánh xe theo ý muốn, 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).2 Yêu cầu của hệ thống treo Hệ thống treo phải đảm bảo được các yêu cầu cơ bản sau: - Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo (đặc trưng bởi độ võng tỉnh ft, và hành trình động fđ) phải đảm bảo cho xe có độ êm dịu cần thiết khi chạy trên đường tốt và không bị va đập liên tục lên các ụ hạn chế khi chạy trên đường xấu không bằng phẳng với tốc độ cho phép, khi xe quay vòng tăng tốc hoặc phanh thì vỏ xe không bị nghiêng, ngửa hay chúc đầu. - Đặc tính động học, quyết định bởi bộ phận dẫn hướng phải đảm bảo cho xe chuyển động ổn định và có tính điều khiển cao cụ thể là: Đảm bảo cho chiều rộng cơ sở và góc đặt các trục quay đứng của bánh xe dẫn hướng không đổi hoặc thay đổi không đáng kể. Đảm bảo sự tương ứng động học giữa các bánh xe và truyền động lái, để tránh gây ra hiện tượng tự quay vòng hoặc dao động các bánh xe dẫn hướng xung quanh trụ quay của nó.

Giảm chấn phải có hệ số dập tắt dao động thích hợp để dập tắt dao động hiệu quả và êm dịu. Có khối lượng nhỏ, đặc biệt là phần không được treo. Kết cấu đơn giản để bố trí, làm việc bền vững tin cậy.3 Phân loại hệ thống treo 1.1 Phân loại theo cấu tạo của phần tử hướng Phân loại theo cấu tạo của phần tử hướng gồm có: - 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 cũng làm ảnh hưởng, tác động đến bánh xe bên kia và ngược lại.

Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc là cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, và bảo đảm độ êm dịu chuyển động cần thiết cho các ô tô có tốc độ chuyển động không cao lắm. Nếu ở hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi loại nhíp thì nó làm được cả nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng. 6 - Hệ thống treo độc lập là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh xe bên phải không có liên kết cứng, 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, sự dịch chuyển của một bánh xe không gây nên sự dịch chuyển của bánh xe bên kia.

Loại hệ thống treo này bảo đảm được độ êm dịu cao cho ôtô, nhưng kết cấu phức tạp, giá thành đắt nên chỉ được sử dụng hầu hết ở cầu trước trên các ô tô con, ô tô 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 ôtô có tính năng thông qua cao với 3 hoặc 4 cầu chủ động để tạo mối quan hệ phụ thuộc giữa hai hàng bánh xe ở hai cầu liền nhau… - Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi là nhíp: Hệ thống treo phần tử đàn hồi là nhíp có thể được bố trí ở cầu bị động hoặc ở cầu chủ động. Trong cả hai trường hợp trên, nhíp vừa là phần tử đàn hồi vừa là phần tử dẫn hướng.

Với chức năng là bộ phận dẫn hướng, nhíp có thể truyền được lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh) và lực ngang từ bánh xe qua cầu lên khung xe. Ngoài ra, nhíp cũng có thể truyền mô men kéo và mô men phanh từ bánh xe lên khung. Trong quá trình biến dạng, chiều dài của nhíp thay đổi nên tai nhíp bắt lên khung hay dầm xe, một đầu cố định một đầu di động. Đối với nhíp sau thường đầu cố định ở phía trước còn đầu di động ở phía sau để phù hợp với khả năng chịu lực đẩy và lực kéo tác dụng từ bánh xe lên nửa trước có đầu cố định.

Đối với nhíp trước đầu cố định ở phía trướ hay phía sau còn phụ thuộc vào vị trí đặt cơ cấu lái để phối hợp đúng động học giữa hệ thống treo và hệ thống lái. Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi lò xo trụ: Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi lò xo trụ cũng có thể được bố trí ở cầu bị động hoặc ở cầu chủ động. Vì lò xo trụ chỉ có khả năng chịu lực kéo theo phương thẳng đứng nên ngoài lò xo trụ phải bố trí các phần tử của bộ phận dẫn hướng. - Đối với hệ thống treo này, người ta thường bố trí các thanh giằng và thanh ổn định vào bộ phận dẫn hướng.

- Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo trụ, đòn treo dọc: Hệ thống treo đòn dọc có nghĩa là các thanh liên kết của phần tử dẫn hướng giữa bánh xe và khung là 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 hoặc hệ thống treo độc lập. Nếu đòn dọc là những thanh nhỏ chỉ có khả năng chịu kéo hoặc nén thì trong bộ phận dẫn hướng phải có them một đòn ngang.

Do lò xo có hình trụ rỗng nên người ta tận dụng không gian bên trong lò xo để bố trí giảm 7 chấn. Do những đặc điểm trên đây mà hệ thống treo đòn dọc có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng phần không được treo nhỏ. - Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, hai đòn ngang: Hệ thống treo độc lập với hai đòn ngang có cấu tạo như sau: Một đòn ngang phía trên và một đòn ngang phía dưới. Mỗi một đò ngang không phải chỉ là một thanh mà thường có cấu tạo dạng khung hình tam giác hoặc hình thang.

Cấu tạo như vậy cho phép các đòn ngang làm được chức năng của bộ phận dẫn hướng. Đầu trong của mỗi đòn ngang được liên kết bản lề với khung hoặc dầm ô tô. Đầu còn lại được liên kết với đòn ngang đứng bởi các khớp cầu. Bánh xe được cố định với đòn đứng.

Nếu là bánh xe dẫn hướng thì bánh xe cùng đòn đứng có thể quay quanh một trụ để quay bánh xe khi quay vòng. Phần tử đàn hồi lò xo trụ bố trí kết hợp với giảm chấn ống thủy lực có đầu trên liên kết với gối tựa trên khun hoặc vỏ ô tô, đầu dưới liên kết bản lề hoặc cầu với đòn treo dưới. Một thanh ổn định hai đầu liên kết với hai giá bánh xe và được giữ trên khung hoặc dầm bằng hai khớp bản lề. Thanh ổn định có tác dụng hạn chế biến dạng quá mức của một bên bánh xe nhằm giữ cho thân ô tô được ổn định.

- Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo loại Macpherson: Nếu kích thước dòn treo của hệ thống treo độc lập hai đòn ngang giảm về bằng 0 thì ta có kết cấu mới được gọi là hệ thống treo Macpherson. Cấu tạo hệ thống treo Macpherson bao gồm một đòn treo dưới. Đầu trong của đòn treo được liên kết bản lề với khung hoặc dầm ô tô, đầu ngoài liên kết với thanh xoay đứng đồng thời là vỏ của giảm chấn ống thủy lực. Đầu trên của giảm chấn ống thủy lực liên kết với gối tựa trên khung hoặc vỏ xe.

Phần tử đàn hồi là lò xo được đặt một đầu tì vào tấm chặn trên vỏ giảm chấn còn một đầu tì vào gối tựa trên khung hoặc vỏ ô tô. Trụ bánh xe được lắp cố định với trụ xoay đứng.2 Phân loại 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. - 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.3 Phân loại 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). 8 - 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. GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ THỐNG TREO TRÊN ÔTÔ DU LỊCH TT Tên Hệ Thống Treo Trước Hệ Thống Treo Sau Hệ thống treo phụ thuộc kiểu Độc lập kiểu MacPherson 1 xe SUZUKI nhíp mini van TOYOTA Độc lập tay đòn kép, lò Phụ thuộc liên kết 4 điểm, lò 2 INOVA V xo cuộn xo cuộn tay đòn bên Độc lập dùng lò xo xoắn, Phụ thuộc nhíp lá với ống giảm 3 FORD Transit ống giảm chấn thủy lực chấn thủy lực TOYOTA Độc lập tay đòn kép lò xoPhụ thuộc liên kết 4 điểm tay 4 Fortuner V cuộn và thanh cân bằng đòn bên lò xo cuộn TOYOTA 5 Tay đòn kép Nhíp lá Hiace Phụ thuộc nhíp lá dạng Phụ thuộc nhíp lá dạng nửa HYUNDA 6 nửa có giảm chấn thủy elip giảm chấn thủy lực với I County lực với thanh cân bằng thanh cân bằng Độc lập cơ cấu thanh chống MacPherson và MERCEDES Phụ thuộc, cơ cấu trục ổn 7 định, thanh cân bằng, giảm trấngiảm chấn thủy lực, Benz Sprinter nhíp lá thủy lực, lò xo loại trụ xoắn 1.2 Cấu tạo chung của hệ thống treo Mặc dù có rất nhiều chi tiết nhưng cấu tạo chung của hệ thống treo được quy thành 4 phần tử chính với các chức năng riêng biệt là: Phần tử đàn hồi, phần tử giảm chấn, phần tử hướng và phần tử ổn định 1.