Đồ án tính toán thiết kế hệ thống treo độc lập xe Toyota Vios 2015

Tổng hợp đồ án tính toán thiết kế hệ thống treo xe Toyota Vios chi tiết. Tài liệu phân tích kết cấu, thông số kỹ thuật và quy trình kiểm nghiệm chuẩn xác.

• Người hướng dẫn: Hoàng Văn Đạt
• Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống treo cho xe Toyota Vios 2015
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP.HCM

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án tính toán thiết kế hệ thống treo Toyota Vios

Hệ thống treo đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ êm dịu chuyển động và an toàn cho ô tô. Đồ án này tập trung nghiên cứu, tính toán thiết kế hệ thống treo độc lập cho xe Toyota Vios 2015 nhằm cải thiện khả năng vận hành trên các cung đường có địa hình phức tạp. Hệ thống treo được thiết kế nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe về độ cứng, khả năng chịu tải và độ bền. Việc lựa chọn hệ thống treo độc lập giúp tối ưu hóa không gian lắp đặt, giảm trọng lượng và nâng cao tính ổn định khi xe chuyển động. Ngoài ra, thiết kế còn xem xét đến yếu tố kinh tế trong sản xuất hàng loạt.

1.1. Chức năng và yêu cầu kỹ thuật hệ thống treo

Hệ thống treo có nhiệm vụ kết nối khung xe với bánh xe, hấp thụ và triệt tiêu các dao động sinh ra từ mặt đường không bằng phẳng. Yêu cầu kỹ thuật bao gồm khả năng chịu tải trọng tối đa, đảm bảo độ êm dịu chuyển động thông qua tần số dao động phù hợp, và duy trì độ bám đường ổn định. Hệ thống treo còn phải có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và dễ dàng bảo trì. Đối với xe Toyota Vios, hệ thống treo được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong điều kiện tải trọng thay đổi từ 1 đến 5 người.

1.2. Phân loại hệ thống treo trên ô tô

Hệ thống treo được phân thành hai loại chính: phụ thuộc và độc lập. Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng cầu liền, trong khi hệ thống treo độc lập cho phép bánh xe di chuyển độc lập. Hệ thống treo độc lập lại chia thành nhiều dạng như hệ thống treo McPherson, hệ thống treo hai đòn ngang, hay hệ thống treo đòn dọc. Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng về độ phức tạp, chi phí sản xuất và hiệu suất vận hành. Toyota Vios sử dụng hệ thống treo McPherson do ưu điểm gọn nhẹ và chi phí sản xuất thấp.

II. Phân tích các vấn đề kỹ thuật trong thiết kế hệ thống treo

Thiết kế hệ thống treo cho xe du lịch như Toyota Vios gặp nhiều thách thức do yêu cầu cân bằng giữa độ êm dịu và khả năng vận hành. Một trong những vấn đề chính là dao động quá mức khi xe chạy trên đường xấu, gây khó chịu cho người lái và hành khách. Ngoài ra, hệ thống treo phải đảm bảo khả năng chịu tải trọng thay đổi liên tục mà không ảnh hưởng đến độ bền. Việc lựa chọn vật liệu chế tạo cũng là yếu tố quan trọng, cần đảm bảo độ cứng vững nhưng không quá nặng. Hơn nữa, hệ thống treo phải tương thích với khung xe hiện có của Vios nhằm giảm thiểu chi phí thay đổi thiết kế.

2.1. Ảnh hưởng của dao động đến độ êm dịu chuyển động

Dao động của ô tô gây ra bởi các bất thường trên mặt đường ảnh hưởng trực tiếp đến cảm giác thoải mái của hành khách. Tần số dao động lý tưởng cho xe du lịch nằm trong khoảng 1-1,5 Hz, tương ứng với tần số sinh lý của con người. Nếu tần số dao động vượt quá ngưỡng này, người ngồi trên xe sẽ cảm thấy mệt mỏi nhanh chóng. Hệ thống treo cần được thiết kế để duy trì tần số dao động trong giới hạn cho phép, đồng thời đảm bảo khả năng hấp thụ sốc hiệu quả khi xe vượt qua các gờ giảm tốc hoặc ổ gà.

2.2. Thách thức trong lựa chọn vật liệu chế tạo

Vật liệu chế tạo hệ thống treo phải đáp ứng nhiều yêu cầu kỹ thuật như độ bền cao, khả năng chống mỏi, và trọng lượng nhẹ. Thép hợp kim là lựa chọn phổ biến do độ bền kéo tốt và chi phí hợp lý. Tuy nhiên, việc sử dụng thép hợp kim yêu cầu xử lý nhiệt cẩn thận để tránh biến dạng trong quá trình vận hành. Ngoài ra, vật liệu phải có khả năng chống ăn mòn cao do hệ thống treo thường xuyên tiếp xúc với môi trường ẩm ướt. Việc lựa chọn vật liệu cũng ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí sản xuất và tuổi thọ của hệ thống.

III. Phương pháp tính toán và thiết kế hệ thống treo McPherson

Hệ thống treo McPherson là giải pháp phổ biến cho xe du lịch nhờ cấu trúc đơn giản và hiệu quả về chi phí. Phương pháp thiết kế bắt đầu bằng việc xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của xe Toyota Vios 2015, bao gồm trọng lượng, kích thước bánh xe, và khoảng cách giữa các trục. Độ cứng của lò xo được tính toán dựa trên tải trọng tác dụng lên hệ thống treo, đảm bảo độ võng tĩnh và độ võng động nằm trong giới hạn cho phép. Sau đó, tiến hành thiết kế giảm chấn thủy lực với hệ số cản phù hợp để kiểm soát dao động hiệu quả.

3.1. Xác định thông số kỹ thuật và độ cứng hệ thống treo

Thông số kỹ thuật cơ bản của Toyota Vios 2015 bao gồm trọng lượng toàn bộ xe là 1.200 kg, trọng lượng phân bố lên cầu sau là 600 kg. Độ cứng của lò xo được xác định dựa trên tải trọng tĩnh và động. Độ võng tĩnh của hệ thống treo ở chế độ đầy tải không vượt quá 100 mm để đảm bảo độ êm dịu. Hệ số cản của giảm chấn được tính toán nhằm hạn chế biên độ dao động trong hành trình nén và trả, thường nằm trong khoảng 2.000-4.000 N.s/m.

3.2. Thiết kế giảm chấn thủy lực và lò xo

Giảm chấn thủy lực được thiết kế với hai van điều khiển: van nén và van trả. Van nén hoạt động khi bánh xe di chuyển lên trên, trong khi van trả điều khiển chuyển động ngược lại. Diện tích lỗ van được tính toán dựa trên phương trình Bernoulli để đảm bảo hệ số cản phù hợp. Lò xo cuộn được thiết kế với đường kính dây thép 12 mm, đường kính trung bình 150 mm, và số vòng hoạt động là 8. Việc tính toán bền cho thanh đẩy giảm chấn cũng được thực hiện để đảm bảo khả năng chịu tải trọng tối đa.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế của đồ án thiết kế

Đồ án đã hoàn thành việc tính toán và thiết kế hệ thống treo độc lập McPherson cho xe Toyota Vios 2015, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật về độ êm dịu và an toàn chuyển động. Kết quả thiết kế cho thấy hệ thống treo có khả năng hấp thụ sốc hiệu quả trên các cung đường không bằng phẳng, đồng thời đảm bảo độ bền và tuổi thọ cao. Việc ứng dụng hệ thống treo này không chỉ cải thiện trải nghiệm lái xe mà còn nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng cho các dòng xe tương tự trong tương lai.

4.1. Đánh giá hiệu quả thiết kế sau khi hoàn thành

Sau khi hoàn thành thiết kế, hệ thống treo đã được mô phỏng trên phần mềm SolidWorks để kiểm tra tính khả thi. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống treo đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật về độ võng, tần số dao động, và khả năng chịu tải. Độ võng tĩnh đạt 95 mm, nằm trong giới hạn cho phép. Tần số dao động dao động trong khoảng 1,2-1,4 Hz, phù hợp với tiêu chuẩn độ êm dịu. Khả năng chịu tải trọng tối đa lên đến 1.500 kg, đảm bảo an toàn trong điều kiện vận hành thực tế.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng trong tương lai

Trong tương lai, thiết kế hệ thống treo có thể được tối ưu hóa thông qua việc sử dụng vật liệu composite nhẹ hơn và bền hơn thép truyền thống. Ngoài ra, việc tích hợp cảm biến và hệ thống điều khiển thông minh có thể giúp điều chỉnh độ cứng hệ thống treo theo điều kiện đường xá. Ứng dụng công nghệ in 3D cũng mở ra cơ hội sản xuất các chi tiết phức tạp với chi phí thấp hơn. Những cải tiến này sẽ góp phần nâng cao hiệu suất và trải nghiệm lái xe trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Lý do chọn đề tài 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 ôtô 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. Đề tài thiết kế mà em được giao là: “ Thiết kế hệ thống treo cho xe Toyota Vios 2015”.

Trên cơ sở phân tích những ưu nhược điểm của từng loại hệ treo và yêu cầu bố trí cụ thể trên xe ,ta sẽ tính toán thiết kế hệ treo trước là hệ thống treo phụ thuộc. Yêu cầu của hệ treo đặt ra là phải xác định được tất cả kích thước của hệ thống treo, vị trí đặt các khâu khớp và các đòn sao cho đảm bảo về mặt động lực học và bố trí cụ thể trên xe được thuận tiện nhất cũng như đạt được độ êm dịu khi chuyển động là tốt nhất.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: - Nhằm củng cố kiến thức về dao động trên ô tô. - Tìm hiểu về khả năng tối ưu độ êm dịu và an toàn của các hệ thống treo hiện đại được áp dụng trên ô tô du lịch hiện nay. - Tính toán thiết kế hệ thống treo trên ô tô vios 2015 1 1.Đối tượng nghiên cứu -Hệ thống treo trước kiểu Mc Pherson của xe Toyota vios 2015 Hình 1.

1 Hệ thống treo Mc Pherson 1. Phương pháp nghiên cứu - Tìm kiếm tài liệu kỹ thuật, tài liệu tính toán thiết kế kệ thống treo và các tài liệu liên quan về hệ thống treo ô tô -Tìm kiếm tài liệu về hệ thống treo Mc Pherson của xe Vios 2015 - Tham khảo ý kiến với giáo viên hướng dẫn - Tiến hành phân tích tài liệu và lên bản thảo đề cương , các mục cần trình bày tính toán sao cho logic - Tiến hành viết thuyết minh tính toán và vẽ các bản vẽ kỹ thuật 2D, 3D của hệ thống treo 2 CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN ÔTÔ 2. Dao động ô tô và các chỉ tiêu liên quan đến dao động ô tô. Khi ô tô chuyển động trên đường dao động xuất hiện trong toàn bộ hệ thống của xe dưới tác động kích thích của các mấp mô biên dạng đường.

Dao động của ô tô ảnh hưởng đến bản thân người lái và hành khách, hàng hoá chuyên chở trên xe, độ bền, tuổi thọ của các kết cấu ô tô. Nghĩa là trong quá trình chuyển động ô tô luôn bị dao động, với thời gian kéo dài sẽ gây ra mệt mỏi với người lái và hành khách, làm giảm hiệu suất công việc, có thể gây ra nguy cơ mắc bệnh thần kinh và não dẫn đến mất phản ứng linh hoạt và điều khiển chính xác gây ra tai nạn giao thông. Vì vậy khi nói đến dao động của ô tô theo quan điểm của chế độ sử dụng thì: độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động của dao động có ảnh hưởng xấu tới con người, hàng hoá và các kết cấu của ô tô. Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì dao động của ô tô gây ra sự thay đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.

Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ làm giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc, ngang ( Lực kéo, lực phanh, lực bám ngang), dẫn đến hiện tượng tách bánh khỏi đường gây mất an toàn khi xe chuyển động, phanh và quay vòng. còn khi giá trị phản lực này tăng thì sẽ làm tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường và ngược lại với các kết cấu của xe. Quá trình nghiên cứu dao động của ô tô là quá trình xác định các thông số của hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử của chúng: phần tử đàn hồi, phần tử giảm chấn và bộ phận dẫn hướng. Có như vậy mới tạo ra một hệ dao động có chất lượng tốt, các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao trình độ công nghệ thiết kế, cải tiến ô tô, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và năng suất vận chuyển của ô tô trong nền kinh tế quốc dân.

Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động. Các tính chất dao động của ô tô thường được đánh giá theo 2 quan điểm: 3 - Đánh giá theo quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốc dao động có tính chất quyết định vì nó tác dụng lên lái xe và hành khách. - Theo quan điểm về độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền thì giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đường là thông số mang tính chất quyết định. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động: Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, các nước có nền công nghiệp ô tô phát triển hàng đầu trên thế giới đã đưa đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác nhau.Dựa vào các công trình nghiên cứu của nước ngoài và các tài liệu của viện khoa học kĩ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, đưa ra một số chỉ tiêu đặc trưng cho độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau: a.Chỉ tiêu về tần số: Con người khi tham gia vào giao thông cũng là một hệ dao động, “đi lại” là hoạt động thường xuyên của con người đã trở thành một thói quen.

Khi con người đi lại tương đương với hệ thực hiện dao động, tuỳ thuộc vào hình dáng, trọng lượng riêng, thói quen từng người mà số lần bước trong một phút thường trong khoảng 60-90 bước, tương ứng với tần số dao động khoảng 1-1,5Hz. Vậy nên từ thói quen đó con người chịu dao động hợp lý trong khoảng tần số vừa nêu trên. Khi đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô với các điều kiện mặt đường cũng như kết cấu cụ thể thì tần số dao động của ô tô phải nằm trong giới hạn 1-1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh giá dao động của ô tô như sau: - Đối với xe con(du lịch): n = 60 - 90 (dđ/ph) - Đối với xe vận tải: n = 100 - 120 (dđ/ph). Chỉ tiêu về gia tốc dao động.

Chỉ tiêu này được xác định dựa trên cơ sở trị số bình phương trung bình của gia tốc theo các phương X, Y, Z là: X , Y, Z. Chúng có các giá trị sau: X  1,0 ( m / s 2 ), Y  0,7 ( m / s 2 ), Z  2,5 ( m / s 2 ) 4 Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê. Ngoài ra theo một số tài liệu tham khảo các tác giả còn đưa ra một số chỉ tiêu khác đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô. Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường: Theo quan điểm về an toàn chuyển động(xét theo khía cạnh về tính điều khiển) và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đường cũng là thông số quan trọng để đánh giá.

Lực động Fd (t ) xác định phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ô tô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường. Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị số lớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của Fd (t ) để đánh giá, nếu Fd (t ) càng lớn thì sự ảnh hưởng do lực tác động tới lốp xe và các bộ phận chi tiết của xe và nền đường càng bị tác động xấu nhiều hơn. Mặt khác để giảm sự ảnh hưởng của Fd (t ) thì trong trường hợp giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nghĩa là làm giảm khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến(nhất là khi phanh) và lực ngang(quan trọng khi quay vòng). Trong trường hợp đặc biệt bánh xe bị nảy khỏi mặt đường khi đó lực tác dụng từ đường lên bánh xe sẽ bằng 0 và ô tô sẽ mất tính điều khiển.

Để đánh giá tính chất dao động của ô tô theo quan điểm về an toàn chuyển động cần xác định tỉ số giữa lực động Fd (t ) và tải trọng tĩnh của bánh xe là R t K : Fd K= Rt K Khảo sát dao động của ô tô người ta quan tâm đến sự bám của lốp với mặt đường, nhằm đảm bảo dao động của ô tô thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhưng bánh xe vẫn phải bám đường, nếu không đạt 2 chỉ tiêu đó sẽ dẫn đến làm mất tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu. Giá trị gần đúng của lực tác dụng xuống nền đường có thể xác định như sau: Fd  C L ( − q ) Trong đó: C L : độ cứng của lốp. 5  : chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng. q : chiều cao mấp mô biên dạng đường.

Công dụng , phân loại và yêu cầu đối với hệ thống treo. Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo. Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe.