MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO.......................................4
1.1. Nhiệm vụ, công dụng, yêu cầu, phân loại,....................................................4
1.1.1. Nhiệm vụ........................................................................................................4
1.1.2. Công dụng......................................................................................................4
1.1.3. Yêu cầu...........................................................................................................5
1.1.4. Phân loại........................................................................................................6
1.2. Cấu tạo chung của hệ thống treo...................................................................7
1.2.1. Bộ phận đàn hồi............................................................................................7
1.2.2. Bộ phận dẫn hướng....................................................................................10
1.2.3. Bộ phận giảm chấn.....................................................................................11
1.3. Lưa chọn phương án thiết kế.......................................................................12
1.4. Nội dung, phương pháp nghiên cứu............................................................12
1.3.1. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................12
1.3.2. Nội dung.....................................................................................................12
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO.........................13
2.1. Tính toán các thông số cơ bản.....................................................................13
2.1.1. Các thông số ban đầu..................................................................................13
2.1.2. Tính các thông số cơ bản............................................................................14
2.2.Tính toán thiết kế hệ thống treo trước.........................................................21
2.2.1. Xây dựng đường đặc tính của hệ thống treo trước...................................21
2.2.2 .Chọn và kiểm bền các bộ phận chính........................................................22
2.2.3. Động học hệ treo hai đòn ngang................................................................34
2.3 Tính toán hệ thống treo sau..........................................................................51
2.3.1.Xây dựng đường đặc tính của hệ thống treo sau.......................................51
2.3.2. Tính toán nhíp.............................................................................................51
2.3.3.Chọn và tính bền một số bộ phận chính.....................................................62
1


trình chuyển động của xe. Chúng làm quá trình chuyển động của xe mất ổn định, gây mệt
mỏi cho người sử dụng, làm giảm tuổi thọ của xe và đặc biệt là gây mất an toàn tính
mạng cho người ngồi trên xe. Hệ thống treo trên ôtô có vai trò hết sức quan trọng, nó góp
phần nâng cao độ êm dịu và an toàn chuyển động của ôtô. Có rất nhiều hệ thống treo với
cấu tạo, chức năng và công dụng khác nhau, mỗi loại lại có các ưu, nhược điểm riêng.
Việc thiết kế một hệ thống treo phù hợp với các thông số kết cấu của xe sẽ nâng cao tính
tiện nghi và độ êm dịu cho xe.Với các lý do trên em chọn đề tài“Tính toán thiết kế hệ
thống treo trên cơ sở xe FORD EVEREST” với mục đích xây dựng quy trình tính toán
thiết kế cho một xe cụ thể để phục vụ cho ngành công nghiệp ô tô trong nước ngày càng
phát triển.
Trong quá trình nghiên cứu đồ án, em nhận được sự giúp đỡ của các thầy trong bộ
môn, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Công Tuấn đã giúp em thực hiện đồ
án của mình nhưng do trình độ và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót.
Em mong các thầy thông cảm và đóng góp ý kiến để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 02 tháng 11 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Xuân Sinh
3


CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO
1.1 .Nhiệm vụ, công dụng, yêu cầu, phân loại
1.1.1. Nhiệm vụ
- Tiếp nhận và dập tắt các dao động của mặt đường với ô tô;
- Truyền lực dẫn động và truyền lực phanh;
- Đỡ thân xe và duy trì mối quan hệ hình học giữa thân xe và bánh xe trong mọi
điều kiện chuyển động.

là luôn biến động, có lúc ô tô đủ tải, có lúc ô tô non tải, do vậy cần thiết phải có phần tử
đàn hồi thay đổi độ cứng theo tải trọng). Chuyển dịch của phần tử được treo không quá
lớn. Kết cấu nhỏ gọn, đảm bảo trọng tâm xe thấp. Làm việc tin cậy an toàn, tuổi thọ cao,
chăm sóc bảo dưỡng đơn giản, thuận tiện, quá trình làm việc êm dịu không có sự va đập
cứng.
b. Phần tử dẫn hướng
Phần tử dẫn hướng có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và mô men từ mặt đường
lên khung xe (hay vỏ xe). Động học của phần tử dẫn hướng xác định đặc tính dịch
chuyển của bánh xe đối với khung xe và ảnh hưởng tới tính ổn định và tính quay vòng
của ô tô. Để thực hiện chức năng, nhiệm vụ trên, phần tử dẫn hướng cần đảm bảo các yêu
cầu cơ bản sau:
+ Giữ nguyên động học bánh xe khi ô tô chuyển động;
+ Với các bánh xe dẫn hướng nên tránh sự thay đổi góc nghiêng γ vì khi γ thay đổi
làm trụ đứng nghiêng về sau, nên độ ổn định của xe kém đi. Khi bánh xe dịch chuyển
thẳng đứng cũng làm thay đổi độ chụm bánh xe (thay đổi góc δ ), làm thay đổi quĩ đạo
chuyển động của ô tô làm cho ô tô không bám đúng đường;
+ Đảm bảo truyền lực ngang, lực dọc, mô men từ bánh xe lên khung xe mà không
gây biến dạng rõ rệt, không làm dịch chuyển các chi tiết của bánh treo;
+ Giữ được đúng động học của dẫn động lái, nghĩa là sự dịch chuyển thẳng đứng và
sự quay quanh trụ đứng của bánh xe không phụ thuộc vào nhau;
+ Độ nghiêng của thùng xe trong mặt phẳng ngang phải bé. Bộ phận hướng có ảnh
hưởng đến khoảng cách giữa các phần tử đàn hồi (khoảng cách nhíp), tuỳ theo bộ phận
hướng mà ta có khoảng cách này lớn hay bé, bộ phận nhíp còn ảnh hưởng đến vị trí tâm
của độ nghiêng bên;
+ Bộ phận hướng phải đảm bảo bố trí hệ thống treo trên ô tô thuận tiện;
+ Kết cấu bộ phận hướng đơn giản dễ sử dụng, chăm sóc, bảo dưỡng;
+ Trọng lượng phải nhỏ, đặc biệt là phần không được treo.
5



-Loại dầm xoắn;
-Loại 4 thanh nối;
6


-Loại lò xo (lá nhíp).
*Hệ thống treo độc lập
Hệ thống treo độc lập là hệ thống treo co chuyển vị của các bánh xe trên cùng 1 cầu
là độc lập đối với thùng xe (Khi một bánh xe chuển vị không xảy ra chuyển vị liên kết
của bánh xe còn lại). Trong hệ thống treo độc lập còn được phân ra các loại sau:
-Dạng treo 2 đòn ngang;
-Dạng treo Mc.Pherson;
-Hệ treo 2 đòn dọc;
-Hệ treo đòn chéo.

1

1

5

2

34

5 2

a) Hệ thống treo phụ thuộc

3

6
3
4
5

Hình 1.2. Bộ phận đàn hồi loại nhíp
1. Khung xe ; 2. Vấu chống va đập; 3. Chốt
4. Lá nhíp; 5.Quang nhíp; 6 .Quang treo.
*Lò xo trụ
Lò xo trụ chủ yếu sử dụng trong ô tô du lịch làm bộ phận đàn hồi. Lò xo trụ có thể
có tiết diện tròn hay vuông.

Hình 1.3. Lò xo trụ.
1. Dầm cầu; 2. Đòn dưới; 3.Lò xo trụ.
Lò xo trụ được làm từ dây thép lò xo đặc biệt, quấn thành hình ống. Khi đặt tải lên
lò xo, dây lò xo sẽ bị xoắn do nó bị nén. Lúc này, năng lượng ngoại lực được dự trữ và va
đập bị giảm bớt. Lò xo được dùng nhiều ở xe du lịch với hệ thống treo độc lập.
*Thanh xoắn
Thanh xoắn được dùng ở một số ô tô du lịch, có kết cấu đơn giản nhưng bố trí khó
khăn vì thanh xoắn có chiều dài khá lớn. Nó là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn
8


hồi xoắn của nó cản lại “sự lắc” của xe. Một đầu thanh xoắn được cố định vào khung,
đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn.Thanh xoắn cũng có thể được dùng làm thanh ổn
định.
*Đàn hồi loại khí
1

2

Trên xe con các vấu cao su thường được đặt kết hợp trong vỏ của giảm chấn. Vấu
cao su vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình của bánh xe nhằm hạn chế hành trình làm
việc của bánh xe. Vấu cao su hấp thụ dao động nhờ sinh ra nội ma sát khi nó bị biến dạng
dưới tác dụng của ngoại lực.
1.2.2. Bộ phận dẫn hướng
Bộ phận dẫn hướng dùng để xác định động học và tính chất dịch chuyển của các bánh xe
tương đối với khung hay vỏ xe. Nó còn được dùng để truyền lực dọc (lực kéo hoặc lực
phanh), lực ngang cũng như các mô men phản lực và mô men phanh.
Bộ phận dẫn hướng phải có kết cấu đơn giản và dễ sử dụng. Điều này phụ thuộc
vào số khớp, số điểm phải bôi trơn của hệ thống treo và số các đăng ( đối với bánh xe chủ
động ).Trọng lượng bộ phận dẫn hướng và đặc biệt là phần không được treo phải nhỏ.
Khi giảm được trọng lượng phần không được treo sẽ làm tăng độ êm dịu của xe.

a

a

L3
L2

a
h
L
1

a
h
Z

z

chiều, các van tiết lưu và đường dẫn dầu nối các không gian A và B. Bên trong xi lanh
chứa dầu.
2

3
4

B

A

5

8
12
11

9

10

7 6

Hình 1.7. Bộ phận giảm chấn đòn
1.Cam quay; 2. Mức dầu; 3. Cần lắc; 4. Đòn dọc; 5. Gắn với dầm cầu;
6. Van tiết lưu 2; 7. Đường dầu 2;8. Van 1 chiều;9. Đường dầu 1;
10. Van tiết lưu 1; 11. Lò xo yếu; 12. Lò xo van mạnh
*Bộ phận giảm chấn ống
- Bộ phận giảm chấn ống 1 lớp vỏ


FORD EVEREST”. Sinh viên chọn phương án thiết kế treo cầu trước là hệ thống treo
độc lập dùng đòn kép thanh xoắn, hệ treo cầu sau loại nhíp với ống giảm chấn.
1.4. Nội dung, phương pháp nghiên cứu
1.4.1. Phương pháp nghiên cứu
Đồ án được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, thông qua việc tính
toán thiết kế theo các tài liệu tiêu chuẩn đã được công bố, cùng với đó là kết hợp nghiên
cứu tham quan thực tế đối với loại xe cơ sở thiết kế.
1.4.2. Nội dung
Đồ án gồm ba chương:
-Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo;
-Chương 2: Tính toán thiết kế hệ thống treo;
-Chương 3:Chẩn đoán và bảo dưỡng sửa chửa hệ thống treo.
12


CHƯƠNG 2:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO
2.1. Tính toán các thông số cơ bản
2.1.1. Các thông số ban đầu
TT

Tên thông số

Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

1


Khoảng sáng gầm xe

hs

mm

210

5

Trọng lượng không tải

G0

kg

1650

Phân bố lên cầu trước

G01

775.5

Phân bố lên cầu sau

G02

874.5


kw/vg

81/3900

9

Góc nghiêng ngang trụ xoay đứng

δ0

Độ

11

10

Sự thay đổi góc nghiêng ngang trụ đứng

∆δ

Độ

3

11

Góc nghiêng ngang bánh xe

γo


mm

50

6

7

mặt đường
2.1.2. Tính các thông số cơ bản
13

kg

kg

2210

103,4
116,6


a.Chế độ tải tĩnh
Khối lượng phần treo trước ở trạng thái không tải : MT0 = G01 -Mkt
⇔ MT0 = 775,5 -103,4= 672,1kg.
Khối lượng phần treo trước ở trạng thái đầy tải : MT1 = Ga1 -Mkt
⇔ MT1 = 994,5 -103,4 = 891,1kg.
Trọng lượng phân bố lên cầu sau khi không tải:
Zos = Goa.9,81= 874,5. 9,81= 8578,85 (N)

Độ cứng của lò xo Ct được tính toán theo điều kiện kết quả tính được phải phù hợp
với tần số dao động trong khoảng n = 60 ÷ 90 l/ph .chọn sơ bộ n=80
Độ cứng của hệ thống treo được tính toán theo công thức :
Ct =

Mt 2
.ω
2

với ω = (

2π n 2
)
60

Độ cứng của một bên hệ treo ở trạng thái không tải:
C T0 =

M T 0 2 672,1 π .80 2
.ω =
(
) = 23561,38 ( N/m).
2
2
30

Độ cứng của một bên hệ treo ở trạng thái đầy tải:
C 1T =

M T 1 2 891,1 π .80 2

2 CT

Kiểm nghiệm lại độ võng tĩnh với C T = 27400,05 (N/m).
M .g
2.CT

Từ công thức: f T0 =
+ Ở chế độ không tải: f T0 =
Mà: f T0 =

g

ω

2
ot

M T 0 .g
672,1.9,81
=
= 120 (mm).
2.CT
2.27400,05

⇒ ωt20 =

9,81
=81,75
0,12


=61,31
0,16

⇒ ω t1 = 61,31 = 7,8 (rad/s).
Từ công thức: n 1t =

30.ω1t
30.7,8
=
= 74,52 (l/ph) .
π
π

Qua kiểm nghiệm ta thấy ở cả hai chế độ không tải và đầy tải tần số dao động đều
nằm trongkhoảng 60÷90 (l/ph) đảm bảo được yêu cầu đặt ra. Do đố với bộ phận đàn hồi
cố độ cứng C T = 27400,05(N/m) thoả mãn được yêu cầu tính toán thiết kế.
• Xác định hành trình động của bánh xe (độ võng động của hệ treo):
fđ = (0.7 ÷1.0)ftChọn fđ = 0,8ft = 0,8.160 = 128(mm)
Sử dụng kết quả này để đặt ụ cao su hạn chế hành trình trên và dưới của bánh xe.
Với ụ hạn chế bằng cao su lấy đoạn biến dạng bằng 0,1÷0,2 của toàn bộ chiều dài ụ.

15


• Kiểm tra hành trình động của bánh xe: theo điều kiện đảm bảo khoảng sáng gầm xe tối
thiểu Hmin
Theo điều kiện: fđ≤ H0 - Hmin
Trong đó: - H0: Khoảng sáng gầm xe ở trạng thái chịu tải tĩnh
- Hmin: Khoảng sáng gầm xe tối thiểuHmin = 210 (mm)
⇒ H0 ≥ fđ + Hmin = 128+ 210 = 338(mm).


Pp
Z1

b

a

b

Hình 2.1. Sơ đồ phân bố lực
*Xác định độ võng tĩnh của hệ treo ở trạng thái không tải tĩnh:
fOT =

M T 0. . fT 672,1
=
.160 = 120 (mm).
M T1
891,1

•Xác định hệ số cản trung bình của giảm chấn: KTB
16

Z2


Hệ số dập tắt dao động của hệ treo:
D = 2.ψ.ω(rad/s).
Trong đó: -ψ : Hệ số cản tương đối ψ = 0,2.
2π .n 2.π .80

 30   30 
Vậy độ võng tĩnh: ft =  ÷ =  ÷ = 0,16(m) = 16(cm)
 ntr   75 

Độ cứng sơ bộ của hệ thống treo:

Ct =

Gtt 5390,1
=
= 336,88( N / cm)
f ts
16

*Xác định độ võng tĩnh của hệ treo ở trạng thái không tải tĩnh:
fOS =

M 0 S . . fT 874,5 − 116, 6
=
.160 = 110 (mm).
M S1
1215,5 − 116, 6

Độ võng động (fđ): fđ=0.75ft = 0.75.16 = 12 (cm)
Độ võng tổng cộng: f0 = fđ + ft = 16 + 12 = 28 (cm)
- Kđ: hệ số tải trọng động Kđ=

f d + f t 120 + 160
=
= 1, 75

*Trường hợp tải trọng động theo phương thẳng đứng
Tải trọng động tác dụng lên một bánh xe cầu trước khi đầy tải
1
2

Từ công thức:Z1= G1t.g.Kđ

(1.1)

Trong đó:- Ga1=994,5(kg): Trọng lượng đặt lên cầu trước khi đầy tải
18


- g: Gia tốc trọng trường g=9,81
- Kđ: Hệ số tải trọng động Kđ=

f d + ft 128 + 160
=
= 1,8
ft
160

Thay vào (1.1) ta được:
1
2

Z1= .994,5.9,81.1,8= 8780,44(N)
* Trường hợp có lực kéo hoặc lực phanh lớn nhất
•


b
(1 +
)
L
b.g

Trong đó: - G=GT1.g Trọng lượng đặt lên cầu
- Ga1: Khối lượng đặt lên cầu trước khi xe đầy tải Ga1 =994,5 kg
- Z2: Phản lực thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe phía sau khi đầy tải
Z2=0,5. Z1P=0,5.m1P.G=0,5.m1P.Ga1.g
Z2=0,5.

b
J .hg
(1 + m· ) .994,5.9,81
L
b.g

19


- h g : Chiều cao trọng tâm xe h g =550mm
- ϕ: Hệ số bám dọc ϕx=0,8
⇒Jma x=0,8.9,81=7,85(m/s2)
Thay vào (2.2)⇒Z2=0,5.

55.L
7,85.550
(1 +
) .994,5.9,81.=3484 (N)(Ký hiệu Zx)

2.φy .hg
1
B
1
(G. + G.φy .hg ) = .G (1 +
)
B
2
2
B

1
2

= .994,5.9,81.(1 +
•

2.1.550
) = 8503,58
1480

Tính lực bên
Y=Zy.ϕy=8503,58(N)
Bảng giá trị các lực tác dụng trong 3 trường hợp trên:
20


Trường hợp
Lực


2.2. Tính toán thiết kế hệ thống treo trước
2.2.1. Xây dựng đường đặc tính của hệ thống treo trước
Đặc tính đàn hồi là quan hệ giữa phản lực pháp tuyến (Z) tác dụng lên bánh xe và
độ biến dạng của hệ thống treo (f) đo ngay tại trục bánh xe, tức là quan hệ hàm Z = g(f).
Đường đặc tính đàn hồi là cơ sở đánh giá và thiết kế về mặt êm dịu,do đó tính toán,
thiết kế cần xây dựng đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo.
Đặc tính đàn hồi thường được xây dựng với các giả thiết:
- Bỏ qua ma sát và khối lượng phần không được treo. Nếu có số liệu về khối lượng phần
không được treo thì có thể trừ đi phần khối lượng này khi tính phản lực Z;
- Xem như đặc tính có dạng tuyến tính;
- Tải trọng lớn nhất có thể truyền qua hệ thống treo trước:
Zmax =kđ.Ztt
Trong đó Ztt=

891,1.9,81
=4371 (N)
2

→Zmaxt = 1,8.4371 = 7868 (N).
- Hành trình làm việc của hệ thống treo trước khi phần tử đàn hồi phụ làm việc:
Khi lò xo biến dạng đến chạm ụ cao su thì lúc này độ cứng của hệ thống tăng lên
(C = Cc +Cp). Nhờ đó đảm bảo được Z max trong giới hạn fđ cho phép. Do phần tử đàn hồi
phụ là cao su nên có độ Cp cứng thay đổi theo tải trọng có nghĩa là đường đặc tính phi
tuyến. Độ biến dạng được thừa nhận khi tính toán là 1/3 chiều cao làm việc của ụ cao su.
Đối với xe du lịch fcst = (0,2 ÷ 0,3).fđ = (0,2 ÷ 0,3).128 = (25,6 ÷ 38,4) (mm).
Ta chọn fcst = 35 (mm).
Mặt khác độ biến dạng cao su được xác định qua công thức sau: fcst = 2/3.hcst
21



- Trên Boz đặt BoB1=rbx=351,5 (mm);
- Tại B1 dựng đường vuông góc với Boz cắt Con tại C3. C3là điểm nối cứng của trụ bánh
xe với trụ xoay đứng;
- Trên Con từ C3 đặt về phía trên và phía dưới các đoạn:
C3C2 = C3C1 =

Kr
160
=
= 80 (mm).
2
2

C1, C2 là tâm quay ngoài của hai đòn ngang ở vị trí không tải.Đoạn C 1C2 là chiều dài
trụ đứng.
Bằng cách tương tự ta sẽ tìm được vị trí khớp ngoài của đòn ngang ở vị trí đầy tải
như sau: Khi hệ treo biến dạng lớn nhất, nếu coi thùng xe đứng yên thì bánh xe sẽ dịch
chuyển tịnh tiến lên tới điểm B2 (Nếu coi khảng cách giữa hai vết bánh xe ở trạng thái
này là không đổi so với trạng thái khi không tải ).
Khi đó BoB2 = fđ + ft
- Từ B2 kẻ đường B2q //dd.
- Trên B2q đặt B2D1 = BoC0.
- Từ D1 dựng D1n’ tạo với phương thẳng đứng một góc δ’ = δo + ∆δ = 14o.
- Trên D1n’ đặt D1D2 = CoCvà D2D3 = C1C2.

23


P
bx


Η
min

®

2

1

A

A

f

f

t

4

A

3

A

0


gầm xe trong giới hạn cho phép.Nối BoA5 và kéo dài cắt đường kéo dài O2C2 tại P (tâm
quay tức thời của bánh xe).Nối PC 1 và kéo dài cắt kk tại O1(Khớp trụ trong của đòn
ngang trên );
- Đo khoảng cách O1C1 và O2C2 rồi nhân tỉ lệ ta đựơc độ dài đòn trên và đòn dưới của hệ
treo: Ld = 376(mm). Lt = 290(mm).
b.Xác định các phản lực và lực tác dụng lên cơ cấu
• Trường hợp chỉ có lực Z(vắng lực X,Y )

A

AMz
Cy

m
rbx

O1

O
BMz

B

r0

ZAB

Zlx

Ld

t1

Llx

C
Cz

MZ

Dy

DCz

Lt

Lt
290
= 8780, 44.
= 10609, 7( N )
Llx
240

Mômen Mz tại đầu A và B các phản lực cân bằng
25

d1
d2
HFy