LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền kinh tế đang tăng trưởng mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu về giao
thông vận tải ngày càng lớn. Vai trò quan trọng của ôtô ngày càng được khẳng định
vì ôtô có khả năng cơ động cao, vận chuyển được người và hàng hoá trên nhiều loại
địa hình khác nhau. Những năm gần đây, lượng xe du lịch có xu hướng tăng lên đặc
biệt là loại xe Toyota Vios với ưu điểm về khả năng cơ động tính kinh tế và thích
hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau.Với ôtô nói chung và xe Toyota Vios nói
riêng an toàn, êm dịu chuyển động là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất
lượng khai thác và sử dụng của phương tiện. Một trong các hệ thống quyết định đến
tính an toàn, êm dịu và ổn định chuyển động là sự kết hợp hoàn hảo của hệ thống lái
và hệ thống treo đặc biệt là ở tốc độ cao. Chính vì vậy em rất muốn tìm hiểu sâu
hơn nữa về hai hệ thống này và cũng rất may cho em vì các thầy giáo trong bộ môn
cơ khí ôtô đã đồng ý cho em được nhận đồ án tốt nghiệp của mình là thiết kế hệ
thống treo trên xe du lịch 5 chỗ nên em đã lựa chọn thiết kế dựa trên thông số cơ
bản của xe Toyota Vios. Sau hơn ba tháng làm việc nghiêm túc cùng với sự hướng
dẫn tận tình của thầy giáo Vũ Thế Truyền cùng các thầy giáo trong bộ môn cơ khí
và của các bạn sinh viên cùng lớp, em đã cơ bản hoàn thành đồ án tốt nghiệp của
mình. Trong quá trình thực hiện, chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót do
đó em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyênngày tháng năm 2019
Sinh viên thực hiện
Cao Văn Quang



Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO
1.1.

Công dụng, yêu cầu của hệ thống treo

a.
Bộ phận đàn hồi

1


+ Chức năng: là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, nhằm biến đổi tần số
dao động cho phù hợp với cơ thể con người (60-80 lần/ph). Bộ phận đàn hồi có thể bố trí
khác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương thẳng
đứng.
Các bộ phận đàn hồi thường được sử dụng:

1. Bộ phận đàn hồi nhíp lá
2. Bộ phận đàn hồi lò xo trụ
3. Bộ phận đàn hồi thanh xoắn.
Hình 1.1. Bộ phận đàn hồi
• Nhíp
Nhíp được làm từ các lá thép mỏng, có độ đàn hồi cao, các lá thép có kích thước
chiều dài nhỏ dần từ lá lớn nhất gọi là lá nhíp chính. Hai đầu của nhíp chính được uốn lại
thành hai tai nhíp dùng để nối với khung xe. Giữa bộ nhíp có các lỗ dùng để bắt bulông
siết các lá nhíp lại với nhau. Quang nhíp dùng để giữ cho các lá nhíp không bị sô lệch về
hai bên, các lá nhíp có thể dịch chuyển tương đối với nhau theo chiều dọc. Khi dịch
chuyển tương đối theo chiều dọc, giữa các lá nhíp có lực ma sát, lực ma sát này dùng để
dập tắt dao động theo phương thẳng đứng của ôtô. Khi làm việc, mặt trên của lá nhíp sẽ
chịu kéo, còn mặt dưới sẽ chịu nén.
• Lò xo
Lò xo chỉ có chức năng là một cơ cấu đàn hồi khi bộ phận chịu lực theo phương
thẳng đứng. Còn các chức năng khác của hệ thống treo sẽ do bộ phận khác đảm nhiêm.
Lò xo chủ yếu được sử dụng trong hệ thống treo độc lập, nó có thể đặt ở đòn trên hay đòn
dưới của bộ phận dẫn hướng.

phương thẳng đứng (z).Mối quan hệ động lực học được biểu thị qua khả năng truyền các
lực và các mô men khi bánh xe ở các vị trí khác nhau.
c. Bộ phận giảm chấn

3


Đây là bộ phận hấp thụ năng lượng dao động cơ học giữa bánh xe và thân xe. Bộ
phận giảm chấn có ảnh hưởng tới biên độ dao động. Trên các xe hiện đại chỉ dùng loại
giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều trả và nén. Trong hành trình trả (bánh xe đi
xa khung và vỏ) giảm chấn có nhiệm vụ giảm bớt xung lực va đập truyền từ bánh xe lên
khung.
Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với mục đích sau:
- Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đường
không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho người sử
dụng .
- Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm
làm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.
-Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc ,
khả năng an toàn khi chuyển động.
d. Thanh ổn định

Hình1.3. Thanh ổn định
Trên xe con thanh ổn định hầu như đều có. Trong trường hợp xe chạy trên nền
đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới tác dụng của lực li tâm phản lực thẳng
đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng độ nghiêng thùng xe và làm
giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với mặt đường. Thanh ổn định có tác
dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải
trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu chịu tải ít hơn. Cấu tạo chung của nó có
dạng chữ U. Các đầu chữ U nối với bánh xe còn thân nối với vỏ nhờ các ổ đỡ cao su.


Hình 1.4. Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp
Nếu bộ phận đàn hồi là nhíp lá thì nhíp đóng vai trò là bộ phận dẫn hướng, có thể
dùng thêm giảm chấn hoặc không.
2

1
6

5

5

3


Hình 1.5. Treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc
2 xoắn ốc 3. Giảm chấn 4.Đòn dọc dưới
1.Dầm cầu 2.Lò xo
5.Đòn dọc trên 6. Thanh giằng Panhada
Nếu như bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn phải dùng thêm hai đòn dọc dưới và một
hoặc hai đòn dọc trên. Đòn dọc dưới được nối với cầu, đòn dọc trên được nối với khớp
trụ (hình ). Để đảm bảo truyền được lực ngang và ổn định vị trí thùng xe so với cầu người
3
ta cũng phải dùng thêm “đòn Panhada”, một đầu nối với cầu còn đầu kia nối với thùng
xe.
Lò xo xoắn ốc trong trường hợp này có thể đặt trên đòn dọc hoặc đặt ngay trên cầu.
Giảm chấn thường được đặt trong lòng lò xo xoắn ốc để chiếm ít không gian.
4
*Cấu tạo của hệ thống treo phụ thuộc có những ưu nhược điểm:

chỉ được sử dụng ở những xe có tốc độ trung bình trở xuống và những xe có tính năng
việt dã cao.
1.5. Hệ thống treo độc lập
• Đặc điểm :
- Trên hệ thống treo độc lập dầm cầu được chế tạo rời, giữa chúng liên kết với nhau
bằng khớp nối, bộ phận đàn hồi là lò xo trụ, bộ giảm chấn là giảm chấn ống. Trong hệ
thống treo độc lập hai bánh xe tráI và phảI không quan hệ trực tiếp với nhau vì vậy khi
chúng ta dịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng ngang bánh xe còn lại vẫn giữ
nguyên. Do đó động lực học của bánh xe dẫn hướng sẽ giữ đúng hơn hệ then treo phụ
thuộc.

a. Khi oto chuyển động trên đường
không bằng phẳng

b. Khi một bánh xe trong hệ thống treo độc lập

Hình 1.7. Hệ thống treo độc lập của ôtô hoạt động trên đường không bằng phẳng.
•
Ưu điểm của hệ thống treo độc lập:
+ Khối lượng phần không được treo nhỏ, đặc tính bám đường của bánh xe tốt vì
vậy sẽ em dịu khi chuyển động và có tính ổn định tốt.
+ Các lò xo chỉ làm nhiệm vụ đỡ thân ôtô mà không phải làm nhiệm vụ dẫn hướng
nên có thể làm lò xo mềm hơn nghĩa là tính êm dịu tốt hơn.
+ Do không có sự nối cứng giữa các bánh xe bên trái và bên phải nên có thể hạ
thấp sàn ôtô và vị trí lắp động cơ. Do đó mà có thể hạ thấp trọng tâm ôtô.

7


• Nhược điểm:

1.5.2. Dạng treo Mc.Pherson

1. Lò xo trụ
2. Đòn ngang chữ A.
3,4. Khớp trụ liên kết đòn ngang với khung
5. Khớp cầu
6. Giảm chấn
Hình 1.9. Hệ thống treo Mc.Pherson
*Đặc điểm:
Hệ treo này chính là biến dạng của hệ treo 2 đòn ngang. Coi đòn ngang trên có
chiều dài bằng 0 và đòn ngang dưới có chiều dài khác 0. Chính nhờ cấu trúc này mà ta có
thể có được khoảng không gian phía trong để bố trí hệ thống truyền lực hoặc khoang
hành lý. Sơ đồ cấu tạo của hệ treo bao gồm : một đòn ngang dưới, giảm chấn đặt theo
phương thẳng đứng, một đầu được gối ở khớp cầu B. đầu còn lại được bắt vào khung xe.
Bánh xe được nối cứng với vỏ giảm chấn. Lò xo có thể được đặt lồng giữa vỏ giảm chấn
và trục giảm trấn.
Nếu ta so sánh với hệ treo 2 đòn ngang thì hệ treo Mc.Pherson kết cấu ít chi tiết
hơn, không chiếm nhiều khoảng không và có thể giảm nhẹ được trọng lượng kết cấu.
Nhưng nhược điểm chủ yếu của hệ treo Mc.Pherson là do giảm chấn vừa phải làm chức
năng của giảm chấn lại vừa làm nhiệm vụ của trụ đứng nên trục giảm chấn chịu tải lớn
nên giảm trấn cần phải có độ cứng vững và độ bền cao hơn do đó kết cấu của giảm chấn
phải có những thay đổi cần thiết.
1.5.3 Hệ treo đòn dọc
*Đặc điểm:
Hệ treo hai đòn dọc ( Hình 1.13) là hệ treo độc lập mà mỗi bên có một đòn dọc. Mỗi
đầu của đòn dọc được gắn cứng với trục quay của bánh xe, một đầu liên kết với khung vỏ
bởi khớp trụ. Lò xo và giảm chấn đặt giữa đòn dọc và khung. Đòn dọc vừa là nơi tiếp

9




Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết.
1.Bánh xe 2. Khớp quay trụ cầu đòn dọc 3. Đòn dọc 4. Thùng xe
5. Lò xo 6. Giản chấn
Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết
có đặc điểm là hai đòn dọc được nối cứng với nhau bởi một thanh ngang. Thanh
ngang liên kết đóng vai trò như một thanh ổn định như đối với các hệ treo độc lập khác.
Thanh ngang liên kết có độ cứng chống xoắn vừa nhỏ để tăng khả năng chống lật của xe
vừa có khả năng truyền lực ngang tốt. Đòn dọc vừa là nơi tiếp nhận lực ngang, lực dọc
vừa là bộ phận hướng nên nó cần thiết có độ cứng vững tốt còn khớp trụ ở đầu đòn dọc
thường có độ dài vừa đủ để tăng khả năng ổn định
gang của hệ treo.
Theo cấu trúc của nó có thể phân chia thành loại treo nửa độc lập và treo nửa phụ
thuộc. Theo khả năng làm việc của hệ treo, tuỳ thuộc vào độ cứng vững của đòn liên kết
mà có thể xếp là loại phụ thuộc hay độc lập. ở đây hệ treo được phân loại là treo độc lập
tức là đòn liên kết có độ cứng nhỏ hơn nhiều so với độ cứng của dầm cầu phụ thuộc.
Hệ treo đòn dọc có thanh liên kết hiện nay cũng dược dùng rộng rãi trên một số ôtô
có vận tốc cao vì nó có những ưu điểm sau:
-Kết cấu của hệ treo khá gọn, khối lượng nhỏ, có thể sản xuất hàng loạt và khả năng
lắp rắp nhanh, chính xác, điều này có lợi cho việc làm giảm giá thành, đặc biệt đối với hệ
treo có bộ phận đàn hồi là thanh xoắn.
-Giảm nhẹ được lực tác dụng lên đòn ngang và các khớp quay do có thanh liên kết nên
có thể san bớt lực tác dụng ngang cho cả hai khớp trụ ở hai bên, do đó mỗi bên khớp trụ
sẽ chịu một lực nhỏ hơn, các khớp trụ sẽ có độ bền cao hơn.
-Không gây nên sự thay đổi góc nghiêng ngang bánh xe, vết của bánh xe.
-Tuỳ theo vị trí đặt đòn ngang mà người ta có thể không cần dùng đến thanh ổn định
của hệ treo độc lập ( đòn ngang đảm nhận chức năng của thanh ổn định).
Bên cạnh những ưu điểm đó hệ treo này còn tồn tại một số nhược điểm như là đòi
hỏi công nghệ hàn cao, tải trọng đặt lên cầu xe hạn chế và có thể làm quay trục cầu xe

- Tải trọng toàn xe khi không tải
G0 = 12800 N.
- Tải trọng toàn xe khi đầy tải
GT = 17300 N.
- Tải trọng đặt lên cầu trước khi không tải G10 = 7000 N.
- Tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải G1T = 8500 N.
- Tải trọng đặt lên cầu sau khi không tải G20 = 5800 N.
- Tải trọng đặt lên cầu sau khi đầy tải
G2T = 8800 N.
- Chiều dài cơ sở : L = 2630 (mm).
- Chiều rộng cơ sở : B = 1480 (mm).
- Dài× Rộng× Cao : 4490× 1710× 1425.
- Kích thước bánh xe : Kí hiệu lốp 185/65 R14 H.
- Khoảng sáng gầm xe khi đầy tải : Hmin = 100 (mm).
- Khối lượng phần không treo :
mkt = 11x2 = 22 Kg .
- Khối lượng phần bánh xe :
mbx = 16 Kg.
- Vết bánh xe:
trước =1300(mm).
sau = 1310(mm).
Ne max = 110 (ml) / 6000 (v/ph).
vmax = 195 (km/h).
Me max = 145 (N.m) / 4800 (v/ph).
2.2. Lựa chọn phương án thiết kế
Hiện nay trên thị trường trong nước và thế giới đang sử dụng nhiều loại HTT rất đa
dạng và phong phú , với đủ kiểu mẫu và chủng loại .Nhưng đối với ôtô con hiện đại ngày
nay người ta thường hay sử dụng các loại hệ thống treo độc lập như:
- HTT hai đòn ngang
- HTT Mc.Pherson

tốc cao và khi xe quay vòng trong quá trình hoạt động phản lực từ mặt đường sẽ tác dụng
trực tiếp lên bánh xe truyền đến hệ thống treo, lên vỏ xe và đến hành khách ngồi trên xe.
Hệ thống treo có nhiệm vụ tạo cảm giác an toàn và thoải mái cho người lái và hành khách
trên xe thông qua kết cấu của nó. Lò xo trụ có tác dụng tạo cảm giác êm ái không bị xóc
nhưng nó không tự giảm được chu kỳ dao động của chính nó sau mỗi va chạm vì vậy cần
có thêm bộ phận hấp thụ những dao đồng này đó chính là giảm chấn. Giảm chấn có tác
dụng hấp thụ toàn bộ năng lượng dao động từ mặt đường truyền lên nhờ kết cấu của các

14


van thông qua cùng áp lực của chất lỏng, giảm chấn biến năng lượng dao động thành
nhiệt năng tỏa ra ngoài môi trường. Đi cùng với hệ thống treo là các thanh cân bằng
ngang và các tay đòn biên làm tăng tính ổn định, an toàn cho xe khi quay vòng.
2.3.2 Kết cấu, nguyên lý làm việc của một số phần tử trên hệ thống treo
2.3.2.1 Lò xo trụ
- Kết cấu

a

a) lò xo trụ phía trước;

b

b) lò xo trụ phía sau

Hình 2.2 Kết cấu của lò xo trụ
- Hoạt động : Khi chịu tác dụng của tải trong thẳng đứng, do tính chất đàn hồi của
thép lò xo mà lò xo bị nén lại, khi tải trọng thôi không tác dụng thì lò xo lại giãn ra quá
trình đó cứ lặp đi lặp lại trọng quá trình ôtô chuyển động. Lò xo trước có dạng hình côn

3 Xylanh công tác

4 Cần Pít tông

5 Lỗ van trả

6 Lỗ van nén.

Hình 2.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của giảm chấn
- Nguyên lý hoạt động của giảm chấn
- Nén nhẹ (bánh xe và thân xe tiến lại gần nhau) áp suất dầu trong buồng C tăng lên
một chút sẽ có một phần dầu từ C đi qua những lỗ van không bị bịt kín ở hàng L để về
buồng B. Đồng thời cũng có một lượng dầu nhỏ qua van nén F về khoang D gọi là
khoang bù (lúc nén nhẹ van nén E chưa mở được vì không thắng được lực căng của lò
xo) lượng dầu lưu thông ít dập tắt chậm những dao động nhỏ.
- Trả nhẹ (bánh xe và thân xe tách xa nhau) áp suất trong buồng C giảm không
nhiều nên chưa mở được van trả L chỉ có một lượng dầu nhỏ từ khoang B qua những lỗ
nhỏ L không bị bịt kín, dầu từ khoang bù qua một phần van K về buồng C.
- Nén mạnh (bánh xe và thân xe tiến vào nhau mạnh đột ngột) dầu ở khoang C áp
suất tăng đột ngột mở toàn bộ hàng van E và qua một số lỗ nhỏ ở hàng L không bịt kín để
lên khoang B. Đồng thời mở toàn bộ van F để sang khoang bù D. Lượng dầu lưu thông
nhiều dập tắt nhanh dao động.
- Trả mạnh (bánh xe tách khỏi thân xe đột ngột) áp suất trong buồng C giảm nhiều,
lúc đó dầu từ khoang B đẩy mở toàn bộ van trả L để về buồng C. Dầu từ khoang bù D mở
toàn bộ van trả (hàng lỗ) K để về khoang C dầu lưu thông nhiều dập tắt nhanh dao động.

17


Hình 2.5. Tay đòn dưới


10
= 7.45 (rad/s).
0.18

-

Khối lượng phần không treo :
mkt = 22 kg .
Khối lượng phần treo ở trạng thái không tải : MT0 = m10 - mkt - mbx
⇔ MT0 = 700 -22 - 16x2 = 646 Kg.
m10 _ tải trọng đặt lên cầu trước khi không tải m10 = 700 Kg.
- Khối lượng phần treo ở trạng thái đầy tải : MT1 = m1T - mkt - mbx
⇔ MT1 = 850 - 22 - 16x2 = 796 Kg.
m1T _ tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải m1T = 850 Kg.

19


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

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

-

M T 0 2 646
.ω =


- Kiểm nghiệm lại độ võng tĩnh vói C T = 20008 N/m.
Từ công thức : f T0 =

M .g
2.CT

+ Ở chế độ không tải : f T0 =
Mà : f T0 =

g

ω

2
ot

M T 0 .g
646 x9,81
=
= 158 (mm).
2.CT
2 x 20008

⇒ ωt 0 =
2

9,81
= 62.08
0,158

=50.3
0,195

⇒ ω t1 = 50.3 = 7.09 (rad/s).
30.ω1t
30x7.09
Từ công thức : n 1t =
=
= 67.7 (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 trong khoảng 60 ÷ 90 (l/ph) đảm bảo được yêu cầu đặt ra . Do đó với bộ phận đàn
hồi có độ cứng C T = 20.008 (N/mm) thoả mãn được yêu cầu tính toán thiết kế .
• Xác định hành trình tĩnh của bánh xe: hay chính là độ võng tĩnh của hệ treo
ft =

g
9.81
= 0.18 (m).
2 =
ω
7.45 2

c. Xác định hành trình động của bánh xe (độ võng động của hệ treo )
Ta có:
fđ = (0.7 ÷ 1.0) ft
Chọn:
fđ = 0,8 ft = 0,8 . 180 = 144 (mm).


- Chiều dài cơ sở xe L = 2630 mm.
- Chiều cao cơ sở xe hg = 500 mm.

Pj

L
G

a

G
hg

Pp
Z1

b

a

(Hình 3.1)
⇒ fđ ≥ 180 x 0.7x

500
= 46.68 mm.
1446

Thỏa mãn.
* Xác định độ võng tĩnh của hệ treo ở trạng thái không tải tĩnh :


796
1
xDx
=
x 2.98 x
= 120.9 (Ns/m).
g
2
2
9.81

Số liệu cơ sở để tính toán
Chiều rộng cơ sở của xe ở cầu trước BT = 1480 mm.
Bán kính bánh xe : Kí hiệu lốp 185/65 R14 H. Rbx=298 mm.
Góc nghiêng ngang trụ xoay đứng(góc Kingpin): δ0= 10o.
Sự thay đổi góc nghiêng ngang trụ đứng ∆δ = 2o.
Góc nghiêng ngang bánh xe(góc Camber): γ o=0o.
Bán kính bánh xe quay quanh trụ đứng ro = -15 mm.
Khoảng sáng gầm xe: Hmin =110 mm.
Độ võng tĩnh
fT = 180 mm.
Độ võng động fđ = 144 mm.
Độ võng của hệ treo ở trạng thái không tải f0T = 146 mm .
Chiều dài trụ đứng
Kr = 150 mm.
Chiều cao tai xe lớn nhất
Ht max = 800 mm.
Tâm quay tức thời của thùng xe nằm dưới mặt đường
hs = 50 mm.


2
2

C1, C2 là tâm quay ngoài của hai đòn ngang ở vị trí không tải
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 B1.

23