CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO 1. Tổng quan hệ thống treo Khi ô tô chuyển động, bánh xe luôn luôn tiếp xúc với mặt đường. Nếu trục bánh xe liên kết cùng với thùng xe (hoặc khung xe), thùng xe có khả năng “chép hình” theo sự biến đổi của mấp mô mặt đường và gây tải trọng động lớn. Tải trọng này làm giảm tính tiện nghi cho người trên xe, ảnh hưởng đến độ bền kết cấu ô tô, khả năng đảm bảo an toàn giao thông… Để tránh các ảnh hưởng xấu này, trên ô tô sử dụng bộ phận đàn hồi đặt giữa thùng xe và bánh xe, giúp bánh xe có thể liên kết “mềm” với thùng xe và hạn chế tải trọng động tác dụng lên thùng xe theo phương thẳng đứng.
Khái niệm này có thể hiểu là “thùng xe được treo” trên bộ phận đàn hồi. Với khái niệm trên, các khối lượng bố trí trên ô tô: phần được treo, phần không được treo giữa chúng là liên kết giữa chúng là hệ thống treo bao gồm dẫn hướng, đàn hồi và giảm chấn. Khái niệm chung về hệ thống treo 1, Thùng xe (được treo) ; 2, Bộ phận đàn hồi ; 3, Bánh xe ; 4, Mặt đường Phần nằm trên bộ phận đàn hồi là phần được treo gồm: khung xe, thùng xe và hàng hóa hoặc hành khách, các hệ thống, cụm tổng thành lắp trên khung.Phần nằm dưới bộ phận đàn hồi, được gọi là phần không được treo bao gồm: bánh xe, cầu xe. Kèm theo đó còn có khái niệm tương ứng: khối lượng được treo và khối lượng không được treo.
Khi xe chuyển động trên đường, mặt đường không bằng phẳng là nguồn kích thích dao động, phần được treo và không được treo dao động theo phương thẳng đứng. Sự êm dịu chuyển động theo phương thẳng đứng của xe phụ thuộc vào các khối lượng của các phần tử hệ thống treo, vào độ cứng của bộ phận đàn hồi, tức là phụ thuộc vào kết cấu ô tô, kết cấu hệ thống treo. Đỡ thân xe lên trên cầu xe; cho phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe; hạn chế chuyển động không muốn có khác của bánh xe. 2 Bộ phận của hệ thống treo thực hiện nhiệm vụ hấp thụ và dập tắt các dao động, rung động, va đập mặt đường truyền lên.
Đảm nhận khả năng truyền lực và mômen giữa bánh xe và khung xe. Công dụng của hệ thống treo được thể hiện qua các phần tử của hệ thống treo: Phần tử đàn hồi: Có nhiệm vụ đưa vùng tần số dao động của xe phù hợp vùng tần sô thích hợp người sử dụng, nối mềm giữa bánh xe và thùng xe giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung trên các địa hình khác nhau đảm bảo độ êm dịu khi chuyển động. Phần từ dẫn hướng: Xác định tính chất dịch chuyển của các bánh xe và đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ từ mặt đường tác dụng lên thân xe. Phần tử giảm chấn: Dập tắt dao động của ô tô khi phát sinh dao động, đảm bảo dao động của phần không treo nhỏ nhất sự tiếp xúc của bánh xe trên nền đường, nâng cao khả năng bám đường và an toàn trong chuyển động.
Phần tử ổn định ngang: Với chức năng là phần tử đàn hồi phụ làm 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 hành trình và chịu thêm tải trọng. Hệ thống treo phải đảm bảo được các yêu cầu cơ bản sau đây: Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo (đặc trưng bởi độ võng tĩnh 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 trụ 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 được hiệu quả và êm dịu: Có khối lượng nhỏ, đặc biệt là các phần không được treo, kết cấu đơn giản, dễ bố trí, làm việc bền vững, tin cậy. Phân loại Theo khả năng chuyển dịch tương đối của hai bánh xe trên một cầu khi bộ phận đàn hồi biến dạng có thể phân hệ thống treo làm hai loại: phụ thuộc và độc lập. Theo kết cấu tổng quát hệ thống treo được phân loại, với các khái niệm sau: Hệ thống treo phụ thuộc là hệ thống treo có các bánh xe của cùng một cầu được bắt trên một dầm cầu cứng, khi một bánh xe chuyển vị so với thùng xe, bánh xe 3 bên kia sẽ chuyển vị phụ thuộc.
Hệ thống treo phụ thuộc được chia thành: loại đơn và loại cân bằng. Hệ thống treo độc lập là hệ thống treo có chuyển vị bánh xe trên cùng một cầu là độc lập đối với thùng xe (khi một bánh xe chuyển vị không xảy ra chuyển vị liên kết với bánh xe còn lại). Hệ thống treo độc lập có thể phân ra: hai đòn ngang, một đòn ngang, đòn dọc, đòn chéo. Phân loại theo bộ phận đàn hồi chia ra: Loại bằng kim loại (lò xo, nhíp lá, thanh xoắn) và loại khí (loại bằng cao su-sợi, màng, loại ống).
Theo phương dập tắt dao động chia ra: Loại giảm chấn thủy lực (loại tác dụng 1 chiều, loại 2 chiều) và loại ma sát cơ (ma sát trong bộ phận đàn hồi, trong bộ phận dẫn hướng). Theo phương pháp điều khiển có thể chia ra: Hệ thống treo bị động (không điều khiển được) và hệ thống treo chủ động (hệ thống treo có điều khiển).2 Các hệ thống treo thường gặp trên ô tô con Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang như hình (1.2): Trên các ô tô con hiện nay, hệ thống treo trước và sau thường bố trí hệ thống treo độc lập hai đòn ngang dạng hình thang có chiều dài các đòn không bằng nhau, điều này làm giảm tối đa các chuyển vị phụ. Kết cấu đòn ngang sử dụng rất đa dạng, có thể là dạng đòn, dạng tấm (giá) tùy thuộc vào kết cấu trên xe cụ thể. Sơ đồ bố trí các đòn trên hệ thống treo hai đòn ngang 1, Bánh xe; 2, Đòn ngang trên; 3, Khớp trụ trên; 4, Khớp cầu trên; 5, Khớp cầu dưới; 6, Khớp trụ dưới; 7, Giá đỡ bánh xe; 8, Đòn ngang dưới Hệ thống treo hai đòn ngang được bố trí đối xứng, mỗi bên bánh xe có hai đòn ngang, một đòn ngang phía trên và một đòn ngang phía dưới.
Đầu trong của đòn liên kết với thân trong bằng khớp trụ, đầu ngoài được liên kết với đòn quay bởi khớp cầu. Bánh xe được nối cứng với đòn quay. Bộ phận đàn hồi và giảm chấn được đặt giữa thân xe và đòn ngang dưới (hoặc đòn ngang trên). Các đòn 4 ngang trên, dưới thường không song song và có chiều dài khác nhau.
Các đòn ngang có dạng hình chữ A để tiếp nhận tốt lực dọc, lực ngang. Ưu điểm của hệ thống treo hai đòn ngang là góc đặt bánh xe ổn định, cảm giác lái xe khi vào cua tốt hơn, hạn chế lắc ngang, tạo sự linh hoạt trong việc xắp xếp các thành phần như lò xo, giảm chấn, giúp dễ dàng điều chỉnh động học của hệ thống treo. Việc này sẽ giúp người lái xe tối ưu hóa quá trình vận hành tùy vào từng mục đích khác nhau. Tuy nhiên, đi kè với đó là sự phức tạp trong cấu tạo cũng như sửa chữa, bảo dưỡng sẽ tốn kém hơn so với hệ thống treo MacPherson.
Hệ thống treo Mc.Pherson như hình (1.3): Hệ thống treo Mc. Pherson thực chất là dạng đặc biệt của hệ thống treo hai đòn ngang với đòn ngang trên có chiều dài bằng không. Sơ đồ hệ thống treo một đòn ngang (kiểu macpherson) 1, Bánh xe; 2, Giảm chấn; 3, Đòn ngang dưới; 4, Lò xo trụ; 5, Thân xe Cấu tạo của hệ thống treo Mc.Pherson gồm: một đòn ngang, lò xo trụ, giảm chấn. Đòn ngang có đầu trong liên kết với thân xe bởi khớp trụ, đầu ngoài nối với đầu dưới của giảm chấn bởi khớp cầu.
Đòn ngang có hình dạng chữ A để đảm bảo khả năng tiếp nhận lực ngang và dọc tác động lên hệ thống treo khi xe chuyển động. Trục bánh xe được nối cứng với vỏ của giảm chấn. Đầu trên của giảm chấn liên kết với thân xe bằng khớp tự lựa, đầu dưới liên kết với đòn ngang bằng khớp cầu, như vậy giảm chấn đóng vai trò vừa là trụ xoay của bánh xe (dẫn hướng) và giảm chấn. Hệ thống treo một đòn ngang có ưu điểm là kết cấu nhỏ gọn, đơn giản, giải phóng được không gian giành cho hệ thống truyền lực hoặc khoang hành lí của xe.
Tuy nhiên hạn chế của hệ thống này chính là bánh xe sẽ lắc ngang so với mặt đường. Độ chụm của xe cũng vì thế mà dễ bị lệch hơn và tình trạng đi kiểm tra góc đặt bánh xe cũng sẽ nhiều hơn. Hiện nay hệ thống treo Mc.Pherson được sử dụng rộng rãi trên các xe con hiện đại, đặc biệt là trên ô tô cầu trước chủ động dẫn hướng, với không gian chật hẹp. 5 Hệ thống treo độc lập loại đòn dọc như hình (1.4): Hệ thống treo đòn dọc với kết cấu đơn giản thường được bố trí ở hệ thống treo sau trên ô tô con, ô tô tải nhỏ với các đặc điểm: Không xảy ra sự thay đổi chiều dài vết bánh xe, góc nghiêng bánh xe, độ chụm bánh xe khi bánh xe dịch chuyển, các giá trị này đều bằng không.
Kết cấu có ít chi tiết, đòn dọc có kích thước lớn đảm bảo khả năng truyền lực tốt. Khác với hệ thống treo phụ thuộc có sử dụng đòn dọc, ở hệ thống treo độc lập, các bánh xe dịch chuyển độc lập trên mỗi đòn dọc. Trên hình đòn dọc (5) có kết cấu dạng tấm có độ bền cao, đảm bảo truyền lực đầy đủ từ bánh xe lên khung và ngược lại. Một đầu đòn dọc liên kết với khung xe thông qua giá đỡ (2) và các ổ cao su đàn hồi (4), một đầu liên kết với cụm bánh xe.