Ô tô là phương tiện quan trọng trong mạng lưới giao thông của các quốc gia, đặc biệt trong các quốc gia phát triển. Vận tải bằng ô tô chiểm khoảng 80% tỉ trọng của ngành vận tải, nhu cầu vận tải lại không ngừng gia tăng cùng khả năng vận chuyển hàng hóa, con người một cách linh hoạt đa dạng, kể cả ở thành phố và nông thôn . Điều đó chứng tỏ sự cấp thiết của phương tiện này, đòi hỏi sự quan tâm mạnh mẽ của mọi quốc gia.

Việt Nam đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và đã vươn lên trở thành quốc gia có thu nhập trung bình. Với việc mở cửa kêu gọi đầu tư, các khu công nghiệp, chế xuất ngày càng nhiều và mở rộng khắp cả nước cùng với hệ thống giao thông đường bộ đang dần hoàn thiện đòi hỏi sự luân chuyển vận tải hàng hóa phải nhanh chóng, kịp thời, giá thành rẻ. Chính vì vậy, em nhận thấy dòng xe tải có tải trọng trung bình là phù hợp với bối cảnh nước ta hiện nay.

Mặc khác, ô tô cũng đòi hỏi sự an toàn, bền bỉ và tính tiện nghi ngày càng cao, vì vậy tính êm dịu chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng của xe.  Với những kiến thức được học trong nhà trường, cùng với sự tìm hiểu thực tiễn cùng chủ trương nội địa hóa, em đã chọn đề tài: Thiết kế hệ thống treo xe tải 7 tấn.

Lời nói đầu

Ô tô là phương tiện quan trọng trong mạng lưới giao thông của các quốc gia, đặc biệt trong các quốc gia phát triển. Vận tải bằng ô tô chiểm khoảng 80% tỉ trọng của ngành vận tải, nhu cầu vận tải lại không ngừng gia tăng cùng khả năng vận chuyển hàng hóa, con người một cách linh hoạt đa dạng, kể cả ở thành phố và nông thôn . Điều đó chứng tỏ sự cấp thiết của phương tiện này, đòi hỏi sự quan tâm mạnh mẽ của mọi quốc gia.

Việt Nam đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và đã vươn lên trở thành quốc gia có thu nhập trung bình. Với việc mở cửa kêu gọi đầu tư, các khu công nghiệp, chế xuất ngày càng nhiều và mở rộng khắp cả nước cùng với hệ thống giao thông đường bộ đang dần hoàn thiện đòi hỏi sự luân chuyển vận tải hàng hóa phải nhanh chóng, kịp thời, giá thành rẻ. Chính vì vậy, em nhận thấy dòng xe tải có tải trọng trung bình là phù hợp với bối cảnh nước ta hiện nay.

Mặc khác, ô tô cũng đòi hỏi sự an toàn, bền bỉ và tính tiện nghi ngày càng cao, vì vậy tính êm dịu chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng của xe.  Với những kiến thức được học trong nhà trường, cùng với sự tìm hiểu thực tiễn cùng chủ trương nội địa hóa, em đã chọn đề tài: Thiết kế hệ thống treo xe tải 7 tấn.

Trong quá trình làm đồ án, mặc dù được sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô khác trong bộ môn trong bộ môn nhưng do trình độ của em còn có hạn, lại thiếu kinh nghiệm nên đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Em mong các thầy thông cảm và đóng góp thêm để em có thể làm tốt hơn trong tương lai.

Em xin chân thành cảm ơn!

Chương I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO

1.1. Lịch sử hình thành

Sự phát triển của xã hội loài người gắn liền với sự phát triển của các loại phương tiện giao thông vận tải. Con người đã sử dụng sức kéo của động vật trong các loại xe kéo, và đến khi ô tô được phat minh ra thì bánh xe cũng chỉ được liên kết cứng với thân xe và bánh xe không thể đàn hồi được. Điều này đã gây khó khăn lớn cho phương tiện khi hoạt động, đó là sự hạn chế về tốc độ di chuyển; cũng như gây nguy hiểm do xuất hiện dao động mạnh của hàng hóa và người trên xe. Do đó vấn đề dao động rất được quan tâm và là vấn đề quan trọng trên các phương tiện vận tải nói chung và đặc biệt trên ô tô.

Năm 1888, J.B Dunlop phát minh ra lốp cao su có chứa khí nén bên trong giúp tốc độ ô tô vượt qua 40 km/h. Hơn thế, ô tô còn được bố trí hệ thống liên kết giữa bánh xe và thân xe, hệ thống này được gọi là hệ thống treo. Trong hệ thống treo bánh xe được liên kết mềm với thân xe và lốp cao su có chứa khí nén, giúp cho thân xe không bị va đập mạnh bởi các mấp mô của mặt đường, đảm bảo thân xe chuyển động êm dịu bảo vệ tốt hàng hóa và người, hạn chế tải trọng phá hỏng nền.

1.2. Công dụng và phân loại hệ thống treo

1.2.1. Công dụng

Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ô tô với bánh xe, có tác dụng làm êm dịu cho quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe.

Xe chuyển động có êm dịu hay không phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng của hệ thống treo.

Để đảm bảo công dụng như đã nêu ở trên hệ thống treo thường có 3 bộ phận chủ yếu:

- Bộ phận hướng.

- Bộ phận đàn hồi.

- Bộ phận giảm chấn.

Bộ phận đàn hồi: nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe, tiếp nhận lực thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ tới bánh xe và ngược lại. Bộ phận đàn hồi có cấu tạo chủ yếu là một chi tiết (hoặc 1 cụm nhi tiết) đàn hồi bằng kim loại (nhíp, lò xo xoắn, thanh xoắn) hoặc bằng khí (trong trường hợp hệ thống treo bằng khí hoặc thuỷ khí).

Bộ phận giảm chấn: Có tác dụng dập tắt nhanh chóng các dao động bằng cách biến năng lượng dao động thành nhiệt năng toả ra ngoài. Việc biến năng lượng dao động thành nhiệt năng nhờ ma sát. Giảm chấn trên ô tô là giảm chấn thuỷ lực, khi xe dao động, chất lỏng trong giảm chấn được pittông giảm chấn dồn từ buồng nọ sang buồng kia qua các lỗ tiết lưu. Ma sát giữa chất lỏng với thành lỗ tiết lưu và giữa các lớp chất lỏng với nhau biến thành nhiệt nung nóng vỏ giảm chấn toả ra ngoài.

Bộ phận hướng: Có tác dụng đảm bảo động học bánh xe, tức là đảm bảo cho bánh xe chỉ dao động trong mặt phẳng đứng, bộ phận hướng còn làm nhiệm vụ truyền lực dọc, lực ngang, mô men giữa khung vỏ và bánh xe.

1.2.2. Phân loại

Hệ thống treo ôtô thường được phân loại dựa vào cấu tạo của bộ phận đàn hồi, bộ phận dẫn hướng và theo phương pháp dập tắt dao động.

1.2.2.1. Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo bộ phận dẫn hướng

Hệ thống treo phụ thuộc: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên phải được liên kết với nhau bằng dầm cứng (liên kết dầm cầu liền), cho nên khi một bánh xe bị chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc thẳng đứng) thì bánh xe bên kia cũng bị dịch chuyển. 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 xe có tốc độ chuyển động không cao lắm. Nếu ở hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi là nhíp thì nó làm được cả nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng.

Hệ thống treo cân bằng: dùng ở những xe 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 độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên phải và bánh xe bên trái không có liên kết cứng. Do đó sự dịch chuyển của một bánh xe không gây nên sự dịch chuyển của bánh xe kia. Tùy theo mặt phẳng dịch chuyển của bánh xe mà người ta phân ra hệ thống treo độc lập có sự dịch chuyển bánh xe trong mặt phẳng ngang, trong mặt phẳng dọc và đồng thời trong cả hai mặt phẳng dọc và ngang.Hệ thống treo độc lập chỉ sử dụng ở những xe có kết cấu rời, có độ êm dịu của cả xe cao, tuy nhiên kết cấu của bộ phận hướng phức tạp, giá thành đắt.

1.2.2.2. Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo của phần tử đàn hồi

          Phần tử đàn hồi là kim loại: nhíp lá, lò xo

Phần tử đàn hồi là khí nén gồm: phần tử đàn hồi khí nén có bình chứa là cao su kết hợp sợi vải bọc làm cốt; dạng màng phân chia và dạng liên hợp.

Phần tử đàn hồi là thủy khí có loại kháng áp và 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.

1.2.2.3. Phân loại hệ thống treo theo phương pháp dập tắt dao động

Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn thủy lực gồm giảm chấn dạng đòn và dạng ống.

Dập tắt dao động nhờ ma sát cơ học ở trong phần tử đàn hồi và trong phần tử hướng.

Chương II: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO

2.1. Phân tích các phương án bố trí hệ thống treo

 2.1.1. Các phương án bố trí

2.1.2. Phân tích ưu, nhược điểm chung của các phương án bố trí

2.1.2.1. Ưu điểm của hệ theo phụ thuộc

Khi bánh xe dịch chuyển theo phương thẳng đứng, khoảng cách hai bánh xe (được nối cứng) không thay đổi. Điều này làm cho mòn lốp giảm đối với trường hợp treo độc lập. Do hai bánh xe được nối cứng nên khi có lực bên tác dụng thì lực này đựơc chia đều cho hai bánh xe làm tăng khả năng truyền lực bên của xe, nâng cao khả năng chống trượt bên.

          Hệ treo phụ thuộc được dùng cho cầu bị động có cấu tạo đơn giản, giá thành chế tạo thấp, kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp, sửa chữa, bảo dưỡng.

2.1.2.2. Nhược điểm của hệ treo phụ thuộc

          Do đặc điểm kết cấu của hệ thống treo phụ thuộc nên chúng có khối lượng không được treo rất lớn. Trên cầu bị động khối lượngnày bao gồm khối lượng rầm thép, khối lượng cụm bánh xe, một phần nhíp hoặc lò xo và giảm chấn. Nếu là cầu chủ động thì nó gồm vỏ cầu và toàn bộ phần truyền lực bên trong cầu cộng với một nửa khối lượng đoạn các đăng nối với cầu. Trong truờng hợp là cầu dẫn hướng thì khối lượng của nó còn thêm phần các đòn kéo ngang, đòn kéo dọc của hệ thống lái. Khối lượng không được treo lớn sẽ làm cho độ êm dịu chuyển động không được cao và khi di chuyển trên các đoạn đường gồ ghề sẽ sinh ra các va đập lớn làm khả năng bám của bánh xe kém đi.

          Kết cấu của hệ treo phụ thuộc khá cồng kềnh, lớn và chiếm chỗ dưới gầm xe. Co hai bánh xe được lắp trên dầm cầu cứng nên khi dao động thì cả hệ dầm cầu cũng dao động theo cho nên dưới gầm xe phải có khoảng không gian đủ lớn. Do đó thùng xe cần phải nâng cao lên, làm cho trọng tâm xe nâng lên, điều này không có lợi cho sự ổn định chuyển động của ôtô.

          Về mặt động học, hệ treo phụ thuộc còn gây ra một bất lợi khác là khi một bên bánh xe dao động thì bánh bên kia cũng dao động theo, chuyển dịch của bánh bên này phụ thuộc bánh bên kia và ngược lại. Điều đó gây mất ổn định khi xe quay vòng.

2.2. Phân tích lựa chọn thiết kế bộ phận đàn hồi

Bộ phận đần hồi kim loại: Bộ phận đần hồi kim loại thường có 3 dạng chính để lựa chọn: nhíp lá, lò xo xoắn và thanh xoắn.

• Nhíp lá thường được dùng trên hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo thăng bằng. Khi chọn bộ phận đàn hồi là nhíp lá, nếu kết cấu và lắp ghép hợp lý thì bản thân bộ phận đàn hồi có thể làm luôn nhiệm vụ của bộ phận hướng. Điều này làm cho kết cấu của hệ thống treo trở nên đơn giản, lắp ghép dễ dàng. Vì thế nhíp lá được sử dụng rộng rãi trên nhiều loại xe kể cả xe du lịch. Nhíp lá ngoài nhược điểm chung của bộ phận đần hồi kim loại còn có nhược điểm là khối lượng lớn.
• Lò xo xoắn thường được sử dụng trên nhiều hệ thống treo độc lập. Lò xo xoắn chỉ chịu được lực thẳng đứng do đó hệ thống treo có bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn phải có bộ phận hướng riêng biệt. So với nhíp lá, lò xo xoắn có trọng lượng nhỏ hơn.
• Bộ phận đàn hồi là thanh xoắn cũng được sủ dụng trên một số hệ thống treo độc lập của ôtô. So với nhíp lá, lò xo xoắn có thế năng đàn hồi lớn hơn, trọng lượng nhỏ và lắp đặt dễ dàng.

          Bộ phận đàn hồi kim loại có ưu điểm là kết cấu đơn giản, giá thành hạ. Nhược điểm của loại này là độ cứng không đổi (C=const). Độ êm dịu của xe chỉ được đảm bảo một vùng tải trọng nhất định, không thích hợp với những xe có tải trọng thường xuyên thay đổi. Mặc dù vậy bộ phận đàn hồi kim loại được sử dụng phổ biến chủ yếu trên các loại xe hiện nay.

          Bộ phận đàn hồi bằng khí: Loại này có ưu điểm là độ cứng của phần tử đàn hồi (lò xo khí) không phải là hằng số do vậy có đường đặc tính đàn hồi phi tuyến rất thích hợp khi sử dụng trên ôtô. Mặt khác tuy theo tải trọng có thể điều chỉnh độ cứng của phần tử đàn hồi (bằng cách thay đổi áp suất của lò xo khí) cho phù hợp. Vì thế hệ thống treo loại này có độ êm dịu cao. Tuy nhiên bộ phận đần hồi này có kết cấu phức tạp, giá thành cao, trọng lượng lớn (vì có thêm nguồn cung cấp khí, các van và phải có bộ phận hướng riêng). Trên xe du lịch thường chỉ trang bị cho các dòng xe đắt tiền, sang trọng. Còn đối với xe tải, cũng được sử dụng đối với các xe có tải trọng lớn. Các loại xe đua bộ phận đàn hồi dạng này được sử dụng nhiều dưới dạng hệ thống treo thủy khí điều khiển được.

          Lựa chọn: Trong xu thế phát triển kinh tế chung hiện nay, nhu cầu nội địa hóa ngành ôtô ngày càng được chú trọng. Yêu cầu đặt ra cho người thiết kế trước hết phải nhắm vào mục tiêu này. Một vấn đề không kém phần quan trọng đó là giá thành của một chiếc xe bán ra, một mức giá phù hợp nhưng phải đảm bảo tối ưu các yêu cầu kỹ thuật. Đây chính là 2 tiêu chí cơ bản cho việc tính chọn và thiết kế hệ thống treo cho xe ôtô.      

Qua những phân tich ưu nhựơc điểm của các loại bộ phận đàn hồi, thêm vào đó việc chọn thiết kế hệ thống treo cho xe tải 5 tấn, có khả năng di chuyển trên các loại địa hình phức tạp, do đó chọn thiết kế bộ phận đàn hồi là nhíp. Trước hết với tình hình kinh tế hiện nay, các ngành chế tạo trong nước có thể đảm nhận đựơc sản xuất nhíp. Nhíp được sản xuất không cần những vật liệu quá phức tạp, cầu kỳ do đó sẽ đảm bảo được tiêu chí đầu tiên là tăng nội địa hóa ngành ôtô. Nhíp còn có thêm ưu điểm là trong quá trình vận hành xe ít bị hư hỏng và phải sửa chữa, tuổi thọ lâu do đó rất phù hợp việc sử dụng ôtô trên địa hình giao thông phức tạp của nước ta hiện nay.

Các bộ nhíp trước được lắp với khung xe qua các giá đỡ và được nối với dầm cầu qua các quang treo nhíp. Bộ nhíp trước gồm có hai lá nhíp chính dài bằng nhau mục đích để cường hóa .Để tăng tuổi thọ của nhíp và các lá nhíp chính không bị xoắn đầu ta đặt vào trong các gối ụ cao su. Và ta chọn phương án thiết kế (I) và phương án thiết kế (II) cho cầu trước và cầu sau.

2.3. Phân tích lựa chọn thiết kế giảm chấn

          Giảm chấn sử dụng trên ôtô dựa theo nguyên tắc bằng cách tạo ra sức cản nhớt và sức cản quán tính của chất lỏng công tác khi đi qua lỗ tiết lưu nhỏ để hấp thụ năng lượng dao động do phần tử đàn hồi gây ra. Về mặt tác dụng có thể có loại giảm chấn 1 chiều hoặc 2 chiều. Loại tác dụng 2 chiều có loại tác dụng đối xứng hoặc không đối xứng. Đối với giảm chấn tác dụng đơn thì có nghĩa trong 2 hành trình (nén và trả) thì chỉ có một hành trình giảm chấn có tác dụng (thường là ở hành trình trả). Còn đối với giảm chấn 2 chiều, do cấu tạo của pittông giảm chấn loại này bao gồm hai lỗ với hai nắp van (dạng van một chiều) với kích thước lỗ khác nhau. Lỗ nhỏ có tác dụng ở hành trình trả còn lỗ lớn có tác dụng ở hành trình nén. Như vậy lực cản của giảm chấn ở hành trình trả sẽ lớn hơn ở hành trình nén, phù hợp với yêu cầu làm việc của hệ thống treo. Do đó ta chọn thiết kế giảm chấn trên xe là loại thủy lực 2 chiều không đối xứng.

2.4. Các thông số cơ bản

Chương III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO TRƯỚC

 Trên các ôtô hiện đại thường sử dụng nhíp bán elíp, thực hiện chức năng của bộ phận đàn hồi và bộ phận dẫn hướng. Ngoài ra nhíp bán elíp còn thực hiện một chức năng hết sức quan trọng là khả năng phân bố tải trọng lên khung xe.

3.1.  Tính phần tử đàn hồi nhíp

3.1.1.  Xác định tần số dao động

Hệ thống treo là đối xứng hai bên, vì vậy khi tính toán hệ thống treo ta chỉ cần tính toán cho một bên. Tải trọng tác dụng lên một bên của hệ thống treo trước:

Trọng lượng không được treo (G_ot):

G_ot(N)

Trọng lượng được treo (G_dt):

G_dt(N)

       Hệ thống treo thiết kế ra phải đảm bảo cho xe đạt độ êm dịu theo các chỉ tiêu đã đề ra. Hện nay có rất nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động như tần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động......

      Trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp, em chỉ lựa chọn một chỉ tiêu, đó là chỉ tiêu tần số dao động. Chỉ tiêu này được lựa chọn như sau:

Tần số dao động của xe: n=60¸120(lần/phút). Với số lần như vậy thì người khoẻ mạnh có thể chịu được đồng thời hệ treo đủ cứng vững.

Ta có:   f_t: độ võng tĩnh của hệ thống treo (m)

Nếu n

Nếu n>120 (lần/phút) không phù hợp với hệ thần kinh của con người dẫn đến mệt mỏi, ảnh hưởng đến sức khoẻ và an toàn khi lái xe.

Chọn sơ bộ tần số dao động của hệ thống treo trước: n_tr=100 (lần/phút).

Vậy độ võng tĩnh (f_t) : f_t=

           Độ cứng sơ bộ của hệ thống treo:     C_t  1975(N/cm)

Độ võng động f_đ của hệ thống treo phụ thuộc vào đường đặc tính của hệ thống treo và độ võng tĩnh f_t.

Giá trị độ võng động f_đ chính xác bằng bao nhiêu hiện nay chưa định được nhưng khi thiết kế thường lấy:

f_đ = (0,61,0)f_t=(0,61,0).9= 5,49 (cm) .  Chọn f_đ=8 (cm)

3.1.2.  Tính toán và chọn thông số chính của lá nhíp

Hình 3.1

Ta chọn nhíp là loại nửa elip đối xứng, khi đó cầu ôtô được gắn ở phần giữa còn các đầu nhíp được nối với khung.

Khi đó sơ đồ tính toán nhíp được thể hiện trên hình 3.2.

Hình 3.2 Sơ đồ tính nhíp

Lực tác dụng lên nhíp là phản lực của đất Z tác dụng lên nhíp tại điểm tiếp xúc của nhíp với dầm cầu. Quang nhíp thường được đặt dưới một góc α, vì vậy trên nhíp sẽ có lực dọc X tác dụng. Muốn giảm lực X góc α phải làm càng nhỏ nếu có thể. Nhưng góc α phải có trị số giới hạn nhất định để đảm bảo cho quang nhíp không vượt quá trị giá trị trung gian (vị trí thẳng đứng). Khi ôtô chuyển động không tải thì góc α thường chọn không bé hơn 5^o. Khi tải trọng đầy góc ỏ có thể đạt trị số 40¸50^o. Để đơn giản tính toán chúng ta sẽ không tính đến ảnh hưởng của lực X.

Phản lực từ mặt đường tác dụng lên một bánh xe phía trước:

Z _bx­=G_đt+G_ot=17775+2000=19775(N)

 Chọn chiều dài lá nhíp chính:

Đối với nhíp trước của xe tải:

L=(0,22¸0,35)L_x

L­­_x: chiều dài cơ sở của xe: 4850 (mm).

L=(0,22¸0,35).4850=1067¸ 1697(mm)

Chọn chiều dài lá nhíp chính L = 1500 (mm) 

Chọn chiều rộng quang nhíp a = 180 (mm).

      → l₁ 660(mm)

Xác định số lá nhíp và chiều dày lá nhíp theo điều kiện sau:

Độ êm dịu của ôtô phụ thuộc nhiều vào độ võng tĩnh và độ võng động của nhíp. Khi xác định các đại lượng này để thiết kế hệ thống treo với việc kể đến tần số dao động cần thiết của nhíp và bắt chúng vào cầu, người ta chuyển sang xác định kích thước chung của nhíp và các lá nhíp. Độ bền và chu kỳ bảo dưỡng của nhíp phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn chiều dài của nhíp, bề dày nhíp trên cơ sở tải trọng, ứng suất, độ võng tĩnh đã biết.

Ta biết rằng ứng suất tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài nhíp, vì vậy khi tăng một chút chiều dài nhíp, ta phải tăng đáng kể bề dày các lá nhíp. Điều này rất quan trọng với lá nhíp gốc vì nó phải chịu thêm cả tải trọng ngang, dọc và mômen xoắn. Nếu chiều dài nhíp bé ta không thể tăng bề dày lá nhíp gốc mặc dù đã thoả mãn các yêu cầu về tỷ lệ tải trọng, độ võng, ứng suất. Nếu nhíp dài quá làm cho độ cứng của nhíp giảm, nhíp làm việc nặng nhọc hơn, gây nên các va đập giữa ụ nhíp và khung xe.

Tóm lại, ta không thể lấy chiều dài nhíp quá bé hoặc quá lớn mà còn kết hợp cả bề dày và bề rộng của nhíp để xác định kích thước hình học của nhíp.

Chọn chiều dày các lá nhíp chính: h=9 mm.

Chọn tất cả các lá nhíp có bề rộng bằng nhau b=80(mm)

           Như vậy chiều rộng b và chiều dày h thỏa mãn điều kiện

Nếu chiều rộng của lá nhíp quá nhỏ thì nhíp sẽ không đủ bền, còn nếu chiều rộng của lá nhíp quá lớn thì khi thân ôtô bị nghiêng ứng suất xoắn ở lá nhíp chính và các lá tiếp theo sẽ tăng lên. 

Khi nhíp làm việc các lá nhíp không chỉ chịu lực thẳng đứng mà còn chịu lực ngang và mômen xoắn, các lực này tác động chủ yếu lên lá gốc và tai nhíp, chỉ có một phần lực được chuyển cho các lá kế tiếp lá nhíp gốc. Do vậy để tăng độ bền của lá nhíp chính và tai nhíp thì ta phải tăng chiều dầy lá nhíp chính và chiều dài của một số lá sát với lá nhíp chính. Để có thể nhận được độ võng tĩnh cực đại của nhíp khi chiều dài của nhíp bé thì nhíp phải được kết cấu bởi các lá nhíp có chiều dày giảm dần khi càng cách xa lá nhíp chính.

Chọn số lá nhíp là 11, ta chia số nhíp làm 2 nhóm:

Nhóm một có 2 lá: h=9(mm); b=80(mm)

Nhóm hai có 9 lá: h=10(mm); b=80(mm)

Xác định chiều dài các lá nhíp:

Hệ phương trình dùng để xác định chiều dài nhíp có dạng:

Trong đó:

l_i: chiều dài lá nhíp thứ i

j_i: mô men quán tính mặt cắt ngang của lá nhíp thứ i

j= 2bh/12 = 2.80.9/12 = 9720 (mm)

j = bh³/12 = 80.10³/12 =  6666(mm⁴)

Biết l₁ = l= 660 mm.

Do l=l nên ta tính từ l.

Ta có hệ phương trình:

Giải hệ phương trình:Ta dùng phương pháp thế để giải hệ trên.

Cụ thể từ phương trình cuối ta có:

  (1)

Thế phương trình (1) vào phương trình thứ 8 ở hệ trên ta có :

                      l₁₀ =0,725l₉

Thế lần lượt từ dưới lên trên ta được :

l₉ =0,790l₈

l₈ =0,829l₇

l₇ =0,855l₆

l₆ =0,874l₅

l₅ =0,889l₄

                                                           l₄ =0,9l₃

l₃ =0,909l₂         

Mà  l₂= 660 (mm) →  l₃=600(mm)   ;

                                 l₄=540(mm)      ; l₅=480 (mm)   ;

                                 l₆=420 (mm)     ; l₇=359(mm)       ;

                                 l₈=320(mm)      ; l₉=252(mm)       ;

                                 l₁₀=182 (mm)    ; l₁₁=109 (mm)

Từ phương trình  L_k=2l_k+a  ta có bảng sau :(mm)

3.1.3. Tính độ cứng của nhíp

Khi lắp nhíp lên xe, người ta dùng các quang nhíp bắt chặt phần giữa nhíp với dầm cầu. Với kết cấu này ta có thể coi như nhíp bị ngàm cứng ở giữa. Do vậy khi tính toán chỉ tính cho một nửa nhíp với giả thiết nửa nhíp bị ngàm chặt một đầu.

Theo phương pháp thế năng biến dạng đàn hồi độ cứng của nhíp được tính theo công thức sau:  

Trong đó: E là mô đun đàn hồi của vật liệu, E=2,1.10⁵ N/mm²;

       α = 0,83÷0,87 Chọn α= 0,85 ; a_k = l_k – l_k+1;

       Y_k = 1/I_k;I_k = J₁ + J₂ + J₃ +… J_k ;

Chương V: CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

Như đã phân tích ở trên, hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp lá là hệ thống khá đơn giản nhưng trong quá trình sử dụng vẫn không tránh khỏi nhưng hư hỏng.

5.1. Hư hỏng thường gặp

5.1.1. Bộ phận đàn hồi

Khi hỏng bộ phận đàn hồi thì tần số dao động riêng của ô tô sẽ thay đổi vì vậy sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của ô tô như độ ồn, độ êm dịu… Các hư hỏng thường gặp trên hệ thống treo sử dụng nhíp lá:

• Giảm độ cứng: hậu quả của nó là làm giảm chiều cao của thân xe, tăng khả năng va đập cứng khi phanh hay tăng tốc, đồng thời làm tăng gia tốc động thân xe, làm xầu khả năng dao động êm dịu của thân xe khi di chuyển trên đường xấu.
• Bó kẹt nhíp: làm tăng độ cứng do hết mỡ bôi trơn, hậu quả của việc bó cứng nhíp là làm ô tô rung động mạnh khi di chuyển trên đường xấu, mất êm dịu khi chuyển động, tăng lực tác dụng lên thân xe, giảm khả năng bám dính, làm giảm tuổi thọ của giảm chấn .
• Gãy nhíp: do quá tải khi làm việc hoặc do mỏi của vật liệu. Khi gãy một số lá nhíp trung gian sẽ làm tăng độ cứng của bộ nhíp. Nếu gãy lá nhíp chính sẽ mất khả năng dẫn hướng của hệ thống treo.
• Vỡ ụ tì hạn chế hành trình: làm tăng tải trọng tác dung lên bộ phận dàn hồi, gây va đập, tăng ồn trong hệ thống treo. Các tiếng ồn của hệ thống treo sẽ làm thân xe hay vỏ xe phát tiếng ồn lớn, làm xấu môi trường hoạt động của ô tô.
• Rơ lỏng các liên kết: liên kết quang nhíp, đai kẹp… khi bị rơ lỏng đều gây ồn, xo lệch cầu ô tô, khó điều khiển, nặng tay lái, dễ gây tai nạn giao thông.

5.1.2. Bộ phận giảm chấn

Bộ phận giảm chấn cần thiết phải làm việc với lực cản hợp lí nhằm nhanh chóng dập tắt dao động thân xe. Hư hỏng giảm chấn dẫn đến thay đổi lực cản này, tức là làm giảm khả năng dập tắt dao động của thân xe, đặc biệt gây nên giảm mạnh độ bám dính với nền đường. Các hư hỏng thường gặp là:

• Mòn bộ đôi xylanh, piston: piston xylanh đóng vai trò dẫn hướng và cùng với xéc măng hay phớt làm nhiệm vụ bao kín các khoang dầu. Trong quá trình làm việc cảu giảm chấn piston và xylanh dịch chuyển tương đối, gây mòn nhiều trên piston, làm xấu khả năng dẫn hướng và bao kín. Khi đó, sự thay đổi thể tích khoang dầu, ngoài việc dầu lưu thông qua các lỗ tiết lưu, còn chảy qua khe hở của piston và xylanh, gây giảm lực cản giảm chấn trong cả hai hành trình nén và trả, mất dần tác dụng dập tắt dao động nhanh.
• Hở phớt bao kín và chảy dầu của giảm chấn: do điều kiện bôi trơn của phớt bao kín và cần piston hạn chế, nên sự mòn là không thể tránh được sau thời gian dài sử dụng, cần piston cũng có thể bị xước, dầu có thể bị chảy ra ngoài làm mất tác dụng của giảm chấn. Sự thiếu dầu ở giảm chấn 2 lớp dẫn tới lọt khí vào buồng bù, giảm tính ổn định làm việc. Ngoài ra sự hở phớt còn kéo theo bụi bẩn bên ngoài vào làm tăng nhanh tốc độ mài mòn.
• Dầu biến chất sau một thời gian sử dụng: thông thường dầu trong giảm chấn được pha thêm phụ gia đặc biệt để tăng tuổi thọ khi làm việc ở nhiệt độ và áp suất thay đổi, giữ được độ nhớt trong khoảng thời gian dài. Khi có nước hay tạp chất hóa học lẫn vào dễ làm dầu biến chất. Các tính chất cơ lý thay đổi làm cho tác dụng của giảm chấn mất đi, có khi làm bó kẹt giảm chấn.
• Kẹt van giảm chấn: có thể xảy ra ở hai dạng luôn mở hoặc luôn đóng. Nếu các van kẹt mở thì lực giảm chấn bị giảm nhỏ. Nếu van giảm chấn bị kẹt đóng thì lực cản giảm chấn không được điều chỉnh, làm tăng lực cản giảm chấn. Sự kẹt van giảm chấn chỉ xảy ra khi dầu thiếu hay bị bẩn, phớt ba kín bị hở. Các biều hiện của hư hỏng này phụ thuộc vào các trạng thái kẹt của hành trình trả hay van làm việc ở hành trình nén, van giảm tải…
• Thiếu dầu, hết dầu: xuất phát từ các hư hỏng của phớt bao kín. Khi thiếu dầu hay hết dầu giảm chấn vẫn có khả năng dịch chuyển thì nhiệt phát sinh trên vỏ rất lớn, tuy nhiên khi đó độ cứng của giảm chấn thay đổi, làm xấu chức năng của nó. Có nhiều trường hợp hết dầu có thể gây kẹt giảm chấn, cong trục.
• Cần piston giảm chấn bị cong: do quá tải trong làm việc, gây kẹt hoàn toàn giảm chấn.
• Nát cao su chỗ liên kết có thể phát hiện thông qua quan sát các đầu liên kết, khi bị vỡ nát ô tô chạy trên đường xấu gây nên va chạm mạnh, kèm theo tiếng ồn.
• Các hư hỏng của giảm chấn kể trên có thể phát hiện thông qua cảm nhận về độ êm dịu chuyển động, nhiệt độ vỏ ngoài giảm chấn, sự chảy dầu hay đo trên bệ kiểm tra hệ thống treo.

5.2. Kiểm tra, điều chỉnh hệ thống treo

- Quan sát sự rạn nứt của nhíp, vặn chặt các mối ghép: quang nhíp, các đầu cố định, di động của nhíp…

- Bôi trơn cho ắc nhíp

- Đo đọ võng tĩnh của nhíp, so sánh với tiêu chuẩn, nếu không đảm bảo phải thay mới.

- Kiểm tra độ mòn của ắc nhíp, bạc ắc nhíp.

- Đối với giảm chấn cần kiểm tra rò rỉ dầu, xiết chặt các mối ghép. Nếu phát hiện hư hỏng phải thay.

5.3. Ứng dụng phần mềm 3D để tính bền bó nhíp

1. Giới thiệu phần mềm 3D Solidworks

    Phần mềm Solidworks được biết đến rộng rãi và tính phổ biến của nó hiện nay, là một trong những phần mềm chuyên về thiết kế 3D do hãng Dassault System phát hành dành cho những xí nghiệp vừa và nhỏ, đáp ứng hầu hết các nhu cầu thiết kế cơ khí hiện nay. Solidworks được biết đến từ phiên bản Solidworks 1998 và được du nhập vào nước ta với phiên bản 2003 và cho đến nay với phiên bản 2010 và phần mềm này đã phát triển đồ sộ về thư viện cơ khí và phần mềm này không những dành cho những xí nghiệp cơ khí nữa mà còn dành cho các ngành khác như: đường ống, kiến trúc, trang trí nội thất, mỹ thuật,…

2. Một số chức năng cơ bản trong Solidworks
3. Chức năng CAD

+ Các khối được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật parametric, mô hình hóa

+ Chức năng báo lỗi giúp người sử dụng dễ dàng biết được lỗi khi thực hiện lệnh

+ Bảng Feature Manager design tree cho phép ta xem các đối tượng vừa tạo và có thể thay đổi thứ tự thực hiện các lệnh

+ Các lệnh mang tính trực quan làm cho người sử dụng dễ nhớ

+ Dữ liệu được liên thông giữa các môi trường giúp cập nhật nhanh sự thay đổi của các môi trường

+ Với các tính năng thiết kế tiện ích giúp người sử dụng thiết kế một cách có hiệu quả một bản vẽ kỹ thuật

+ Hệ thống quản lý kích thước và ràng buộc trong môi trường vẽ phát giúp người sử dụng tạo các biên dạng một cách dễ dàng và tránh được các lỗi khi tạo biên dạng

+ Công cụ hiệu chỉnh sử dụng rất dễ dàng giúp ta có thể hiệu chỉnh các đối tượng một cách nhanh chóng

+ Trong môi trường Drawing cho phép ta tạo các hình chiếu các chi tiết hoặc các bản lắp với tỉ lệ và vị trí do người sử dụng quy định mà không ảnh hưởng đến kích thước

+ Chuyển đổi ngôn ngữ Text với các thứ tiếng khác nhau

+ Công cụ tạo kích thước tự động và kích thước theo quy định của người sử dụng

+ Tạo các chú thích cho các lỗ một cách nhanh chống

+ Chức năng ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học được sử dụng dễ dàng

+ Các công cụ thiết kế bản vẽ lắp

+ Các chi tiết 3D sau khi thiết kế xong có thể lắp ráp lại với nhau tạo thành một bộ phận máy hoặc một máy hoàn chỉnh

+ Xây dựng các đường dẫn thể hiện quy trình lắp ghép

+ Xác định các bậc tự do cho chi tiết lắp ghép

1. Chức năng CAE

+ Phân tích thuỷ khí động học (thông qua bài toán phân tích lượng nước chảy qua cái robine và bố trí quạt thông gió cho CPU máy tính nhằm tản nhiệt tốt hơn).       

+ Phân tích quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn và mức độ gia nhiệt cần thiết cho quá trình đó

+ Bên cạnh những modul phân tích này thì Cosmos còn cho phép thực hiện nhiều bài toán khác nữa, nhưng do điều kiện thời gian không cho phép nên mình cũng chưa học được. Nói chung là chương trình tính toán nhanh và cho phép thực hiện phân tích cụm rất nhiều chi tiết, với các thông số kết quả là: ứng suất, sức căng, chuyển vị, hệ số an toàn kết cấu,…

3. Ứng dụng tính bền bó nhíp

Các bước thực hiện trong quá trình tính bền chi tiết:

+ Bước 1: Thiết kế mô hình 3D 1/2 bó nhíp

                Mô phỏng 3D bó nhíp với kích thước lấy trong bản vẽ:

Hình 5.1: Mô hình 3D 1/2 bó nhíp

+ Bước 2: Tính toán các chế độ tải và đặt lực

Hình 5.2: Đặt lực vào bó nhíp ngàm, lực tác dụng

    + Bước 3: Tính bền các chi tiết

Sử dụng công cụ simulation trên Solidworks với các thông số đầu vào như trên tính toán nhíp chọn vật liệu thép đàn hồi sau đó chọn RUN ta thu được kết quả như sau:

+ Dựa trên kết quả tính toán của phần mềm Solidworks ta có thể thấy được sự phân bố ứng suất của chi tiết, qua đó có thể nhận biết chi tiết vùng có ứng suất nguy hiểm và giá trị ứng suất tại khu vực đó.

+ Công cụ này cho chúng ta một phương pháp mới tính bền trực quan hơn các phương pháp truyền thống, tuy nhiên phải lưu ý mô phỏng chính xác chi tiết cần tính toán, các chế độ đặt tải cũng như ngàm để có thể có kết quả chính xác nhất.

+ Phương pháp này chỉ đưa ra kết quả mang tính tham khảo và thể hiện một cách tương đối chính xác. Vẫn cần thiết phải có thực nghiệm để có kết quả cuối cùng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp mà Em đã trình bày “Thiết kế hệ thống treo cho xe tải 7 tấn” đã giải quyết được vấn đề cơ bản của hệ thống treo đặt ra, đó là về tính êm dịu (đặc trưng bởi tần số dao động), khả năng dập tắt các dao động (đặc trưng bởi hệ số cản giảm chấn) và đảm bảo được động học bánh xe (hướng chuyển động). Việc thiết kế được tập trung vào tiêu chí tăng tỷ lệ nội địa hóa trong ngành ôtô trong nước thông qua việc thiết kế chế tạo bộ phận đàn hồi là nhíp và quá trình gia công piston giảm chấn.

Qua việc tính toán đồ án tốt nghiệp này đã giúp em hiểu rõ về bản chất, hoạt động của hệ thông treo, và hình thành được cách tư duy thiết kế một cụm chi tiết trên ôtô, trang bị thêm kiến thức phục vụ cho công việc sau này.