|
HỆ THỐNG TREO
1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU
1.1. Công dụng
Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung hoặc vỏ của ôtô với hệ thống chuyển động. Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống treo là giảm các va đập làm ôtô chuyển động êm dịu khi đi qua các mặt đường gồ ghề không bằng phẳng.
1.2. Phân loại
Tuỳ theo các yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống treo được phân chia như sau:
* Theo mối liên hệ giữa bánh xe bên trái và bên phải:
- Hệ thống treo phụ thuộc;
- Hệ thống treo độc lập.
* Theo phần tử đàn hồi:
- Hệ thống treo loại nhíp;
- Hệ thống treo loại lò xo;
- Hệ thống treo loại thanh xoắn;
- Hệ thống treo loại khí;
- Hệ thống treo loại thuỷ khí kết hợp.
1.3. Yêu cầu
- Có tần số dao động riêng thích hợp với từng loại ôtô để đảm bảo độ êm dịu cần thiết;
- Có độ võng động đủ để không sinh ra va đập lên các ụ đỡ;
- Có hệ số cản thích hợp để dập tắt dao động giữa vỏ xe và cầu xe;
- Khi quay vòng hoặc khi phanh thì vỏ ôtô không bị nghiêng quá giới hạn cho phép;
- Đảm bảo sự tương ứng giữa động học của các bánh xe với động học của dẫn động lái.
2. CẤU TẠO CHUNG
Cấu tạo và bố trí chung của hệ thống treo được thể hiện trên hình 9.1.
Mặc dù có nhiều chi tiết, nhưng cấu tạo chung của hệ thống treo được quy thành ba bộ phận chính sau:
- Bộ phận hướng: dùng để xác định động học và tính chất dịch chuyển tương đối của các bánh xe với khung hay vỏ ôtô. Bộ phận hướng dùng để truyền các lực dọc, lực ngang cũng như các mômen từ bánh xe lên khung hay vỏ ôtô.
Đối với sơ đồ bố trí chung ở hình 9.1 thì bộ phận hướng bao gồm đòn treo, thanh giằng.
- Bộ phận đàn hồi: dùng để truyền các lực thẳng đứng và giảm tải trọng động khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng nhằm đảm bảo độ êm dịu cần thiết.
Ở hình 9.1 bộ phận đàn hồi là các lò xo trụ.
- Bộ phận giảm chấn: cùng với ma sát ở hệ thống treo (gồm ma sát giữa các lá nhíp và các khớp nối) sinh ra lực cản để dập tắt dao động của ôtô.
Ở hình 9.1 bộ phận giảm chấn là các giảm chấn ống thuỷ lực đặt trong lò xo trụ.
3. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ DAO ĐỘNG VÀ TÍNH ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG
3.1. Khối lượng được treo và khối lượng không được treo
Qua hình 9.2 chúng ta thấy thân ôtô và các cầu mang bánh xe được liên kết với nhau bởi các lò xo. Khối lượng của thân ôtô, được đỡ bởi các lò xo gọi là khối lượng được treo. Khối lượng của cầu mang bánh xe và một số chi tiết khác không được đỡ bởi các lò xo gọi là khối lượng không được treo.
Thông thường người ta mong muốn khối lượng được treo lớn còn khối lượng không được treo phải nhỏ. Bởi vì khi khối lượng được treo lớn và khối lượng không được treo nhỏ thì va đập giảm và độ êm dịu tăng khi ôtô chuyển động qua mặt đường gồ ghề. Ngược lại nếu khối lượng được treo nhỏ còn khối lượng không được treo lớn thì độ êm dịu của thân ôtô kém (hình 9.3)
3.2. Sự dao động của khối lượng được treo
Khi chuyển động, thân ôtô có thể có các dao động theo các trục toạ độ như mô tả trên hình 9.4.
Các dao động đó là:
- Dao động lên xuống (sự nhún) theo trục thẳng đứng.
Là sự chuyển động lên xuống của toàn bộ thân xe, xuất hiện khi ôtô chuyển động trên mặt đường không bằng phẳng.
- Dao động xoay quanh trục thẳng đứng (sự xoay đứng).
Là sự di chuyển xoay của thân xe sang bên trái hoặc bên phải quanh trục thẳng đứng khi ôtô chuyển động.
- Dao động xoay quanh trục dọc (sự lắc ngang).
là chuyển động lắc của ôtô quanh trục dọc khi ôtô đi qua mặt đường mà một bên bánh xe bị rơi xuống ổ gà hoặc qua những mấp mô.
- Dao động xoay quanh trục ngang (sự lắc dọc).
Là dao động lên xuống của phần trước hay sau ôtô quanh trục ngang đi qua trọng tâm của nó. Dao động này xảy ra khi cả hai bánh xe của ôtô cùng đi qua vết lõm hay chỗ lồi trên đường.
4. BÔ PHẬN ĐÀN HỒI
4.1. Đặc điểm chung
4.1.1. Tính đàn hồi
Khi tác dụng một lực lên một vật làm bằng những vật liệu như cao su nó sẽ tạo ra biến dạng của vật đó (tạo ra ứng suất trong vật đó). Khi thôi tác dụng lực, ứng suất sẽ mất và vật sẽ trở lại hình dạng ban đầu. Người ta gọi tính chất đó là tính chất đàn hồi của vật. Các phần tử đàn hồi trong hệ thống treo của ôtô cũng sử dụng nguyên lý đàn hồi để giảm va đập từ mặt đường tác dụng lên, bảo đảm sự êm dịu cho hành khách và hàng hoá trên thân ôtô. Các phần tử đàn hồi này sẽ bị biến dạng uốn (đối với nhíp) hoặc biến dạng xoắn (đối với lò xo trụ và thanh xoắn) khi chịu tải. Năng lượng đàn hồi sẽ được giải phóng khi thôi tác dụng lực và các phần tử đàn hồi trở lại trạng thái bình thường.
4.1.2. Độ cứng của phần tử đàn hồi
Độ cứng của phần tử đàn hồi có tính chất và công thức xác định giống nhau. Vì vậy để đơn giản ở đây chúng ta sẽ dùng phần tử đàn hồi là lò xo trụ làm ví dụ.
Sự biến dạng của lò xo tỉ lệ với lực (tải) tác dụng lên nó (hình 9.5). Do đó tỉ số giữa lực (w) với biến dạng của lò xo (a) là không đổi và được gọi là độ cứng (k) của lò xo: .
Trong đó:
w - ngoại lực (N)
a - biến dạng của lò xo (mm)
k - độ cứng của lò xo (N/mm)
4.1.3. Sự dao động của phần tử đàn hồi
Ta lấy ví dụ sự dao động của phần tử đàn hồi là lò xo trụ được mô tả trên hình 9.6.
Khi bánh xe đi qua mấp mô, lò xo của hệ thống treo bị nén lại rất nhanh. Do lò xo có xu hướng ngay lập tức trở về chiều dài có tải ban đầu của nó nên nó sẽ giãn ra, nâng thân ôtô lên phía trên. Tuy nhiên, do lò xo tích luỹ năng lượng trong quá trình nén nên nó phải giãn ra vượt quá chiều dài bình thường của nó để giải phóng năng lượng. Chuyển động lên phía trên của thân ôtô cũng giúp lò xo vượt quá chiều dài ban đầu của nó. Khi thân ôtô dịch chuyển xuống nó ấn lò xo nén lại quá chiều cao chịu tải bình thường, vì vậy lò xo tác dụng trở lại bằng cách đẩy thân ôtô lên phía trên.
Quá trình này lặp đi lặp lại và được gọi là sự dao động của lò xo. Biên độ của mỗi lần dao động đều nhỏ hơn lần trước, cuối cùng dập tắt hẳn dao động lên xuống của ôtô (hình 9.6).
4.2. các dạng phần tử đàn hồi
Trong hệ thống treo của ôtô, gười ta có thể sử dụng các phần tử đàn hồi sau:
- Lò xo lá dạng nhíp;
- Lò xo trụ;
- Thanh xoắn;
- Vấu cao su;
- Đệm khí.
4.2.1. Nhíp
4.2.1.1. Nhíp chính
Nhíp được làm từ các lá thép cong, gọi là nhíp, sắp xếp lại với nhau theo thứ tự từ ngắn đến dài. Cụm nhíp được kẹp chặt lại với nhau ở vị trí giữa bằng một bulông định tâm. Để giữ các lá nhíp không bị trượt ra khỏi vị trí người ta dùng tấm kẹp ở một vài điểm để kẹp chúng lại với nhau. ở hai đầu của lá nhíp dài nhất (lá nhíp chính) được uốn cong tạo thành tai nhíp (mắt nhíp), được sử dụng để gắn nhíp vào khung hay vào một dầm nào đó thông qua mõ nhíp và chốt nhíp.
Độ cong của mỗi lá nhíp được gọi là độ võng. Do lá nhíp ngắn có độ võng lớn hơn, nên độ cong của nó lớn hơn các lá nhíp dài. Khi bulông định tâm được xiết chặt các lá nhíp bị giảm độ võng một chút (hình 9.7.a) làm cho hai đầu lá phía dưới ép chặt vào lá phía trên.
Đặc tính của phần tử đàn hồi là nhíp được thể hiện trên hình 9.7.c. Khi tải trọng tác dụng lên nhíp tăng thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính.
Nhưng khi diễn biến ngược lại thì đường đặc tính không trùng với đường cũ. Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là trong bó nhíp tồn tại nội ma sát giữa các lá nhíp với nhau. Khi nội ma sát tăng thì tính êm dịu chuyển động của ôtô giảm. Vì vậy trong thực tế để giảm ma sát giữa các lá nhíp người ta thường sử dụng một số biện pháp sau:
- Bôi mỡ chì lên các lá nhíp trước khi lắp ghép với nhau;
- Đặt các tấm đệm vào đầu mỗi lá nhíp để giảm ma sát trượt khi chúng chuyển động tương đối với nhau;
- Ở mỗi đầu của một lá nhíp được vuốt thon để chúng tạo ra một áp suất thích hợp khi tiếp xúc với nhau.
4.2.1.2. Nhíp phụ
Nhíp phụ thường được sử dụng ở xe tải và một số xe khác khi có sự thay đổi lớn về tải trọng. Với mục đích vừa bảo đảm cả tính êm dịu và độ bền của nhíp. Khi không tải hoặc tải nhỏ thì chỉ có nhíp chính làm việc như vậy độ êm dịu sẽ tăng. Khi đủ tải lúc đó nhíp phụ mới làm việc cùng nhíp chính. Khi này do tải trọng lơn hơn nên cả nhíp chính và nhíp phụ cùng làm việc để giảm ứng suất trên mỗi lá nhíp bảo đảm độ bền của nhíp.
Cấu tạo của nhíp chính kết hợp với nhíp phụ và đặc tính của nó được mô tả trên hình 9.8.
4.2.1.3. Đặc điểm
- Do bản thân nhíp đủ độ cứng vững để giữ cầu xe ở vị trí xác định nên không cần sử dụng các thanh nối (đảm nhiệm luôn chức năng bộ phận hướng);
- Do nội ma sát trong nhíp lớn nên nhíp khó hấp thụ những dao động nhỏ từ mặt đường. Vì vậy, nhíp thường đướcử dụng cho những ôtô thương mại lớn, tải nặng và cần độ bền cao.
4.2.2. Lò xo
4.2.2.1 Lò xo thường
Lò xo được là từ dây thép lò xo, là một loại thép đặc biệt, được quấn thành hình ống (hình 9.9). Khi đặt tải lên lò xo, dây lò xo sẽ bị xoắn do ống lò xo bị nén. Lúc này năng lượng ngoại lực được dự trữ trong lò xo và va đập được giảm bớt.
4.2.2.2. Lò xo cải tiến
Khi lò xo được làm từ dây thép có đường kính không đổi thì biến dạng của lò xo sẽ thay đổi tỉ lệ thuận với lực tác dụng. Điều đó có nghĩa là nếu dùng lò xo mềm, nó sẽ không đủ cứng để chịu tải lớn và ngược lại nếu dùng lò xo cứng để chịu tải lớn thì nó lại giảm tính êm dịu chuyển động khi tải nhỏ.
Để khắc phục nhược điểm này người ta có thể sản xuất các loại lò xo cải tiến (hình 9.10)
Ví dụ đối với loại lò xo có đường kính dây ở hai đầu nhỏ thì độ cứng ở hai phần đầu lò xo sẽ thấp hơn ở phần giữa. Do đó khi tải nhẹ thì hai đầu lò xo sẽ bị nén lại và hấp thụ năng lượng va đập. Mặt khác phần giữa lò xo có độ cứng lớn hơn sẽ đủ cứng để chịu tải lớn.
Các lò xo bước không đều hoặc lò xo côn cũng có hiệu quả tương tự.
Đặc tính của lò xo thường và lò xo cải tiến được mô tả trên hình 9.11.
4.2.2.3. Đặc điểm
- Mức độ hấp thụ năng lượng trên một đơn vị khối lượng là lớn hơn so với nhíp;
- Do không có nội ma sát như trong nhíp nên lò xo thường phải bố trí giảm chấn kèm theo để dập tắt nhanh dao động;
- Do không có khả năng chịu lực ngang nên cần phải có các thanh liên kết (đòn treo, thanh ngang, thanh giằng, ...) để đỡ cầu xe.
4.2.3. Thanh xoắn
4.2.3.1. Cấu tạo và nguyên lý
Thanh xoắn là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó để cản lại sự xoắn. Một đầu thanh xoắn được ngàm chặt vào khung hay một dầm nào đó của thân ôtô, đầu kia được gắn vào một kết cấu chịu tải xoắn của hệ thống treo (hình 9.12).
4.2.3.2. Đặc điểm
- Do mức độ hấp thụ năng lượng trên một dơn vị khối lượng lớn hơn so với nhíp và lò xo nên hệ thống treo loại thanh xoắn có kết cấu nhỏ gọn;
- Cách bố trí hệ thống treo đơn giản, thuận tiện;
- Thanh xoắn cũng không có nội ma sát nên cũng thường phải lắp kèm giảm chấn để dập tắt nhanh dao động.
4.2.4. Vấu cao su
Vấu cao su hấp thụ năng lượng dao động nhờ sinh ra nội ma sát khi nó bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.
Vấu cao su có những ưu điểm sau:
- Nó có thể được làm với mọi hình dạng khác nhau;
- Không có tiếng ồn khi làm việc;
- Không cần phải bôi trơn.
Tuy nhiên vấu cao su không thích hợp khi tải trọng lớn. Vì vậy vấu cao su chủ yếu được sử dụng như một bộ phận đàn hồi phụ hay một bạc đệm, vấu giảm chấn, vấu chặn hay một số cơ cấu khác trong hệ thống treo (hình 9.13).
4.2.5. Đệm khí
Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí dựa trên nguyên tắc không khí có tính đàn hồi khi bị nén. Trong hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi là đệm khí thường được kết hợp với giảm chấn thuỷ lực trong một kết cấu (hình 9.14).
Trong hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi là đệm khí thì áp suất khí nén được tự động điều chỉnh cho phù hợp với mức tải nên phần tử đàn hồi có đặc tính rất tốt. Đệm khí có những ưu điểm sau:
- Nó khá mềm khi ôtô không có tải nhưng độ cứng có thể tăng khi tăng tải bằng cách tăng áp suất không khí bên trong khoang khí. Nó tạo ra độ êm dịu chuyển động tối ưu nhất với bất kỳ mức tải nào;
- Độ cao gầm xe cũng được giữ không đổi ngay cả khi tải thay đổi bằng cách điều chỉnh áp suất không khí.
Tuy nhiên hệ thống treo dùng đệm khí cần một số những thiết bị như máy nén khí, cơ cấu điều khiển áp suất, ... nên hệ thống trở nên phức tạp do đó phạm vi sử dụng còn hẹp.
5. BỘ PHẬN DẪN HƯỚNG
Bộ phận dẫn hướng có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và các mômen từ bánh xe lên khung hoặc thân ôtô. Nó có thể có những chi tiết khác nhau tuỳ thuộc hệ thống treo phụ thuộc hay độc lập, phần tử đàn hồi là nhíp, lò xo hay thanh xoắn. Nó gắn liền với các dạng hệ thống treo nên ở đây chúng ta sẽ xem xét bộ phận dẫn hướng gắn liền với các dạng hệ thống treo cụ thể mà không nghiên cứu bộ phận dẫn hướng một cách riêng rẽ.
5.1. Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi là nhíp
Hệ thống treo phụ thuộc phần từ đàn hồi là nhíp có thể được bố trí ở cầu bị động (cầu dẫn hướng) như trên hình 9.15.a hoặc bố trí ở cầu chủ động như trên hình 9.15.b.
Trong cả hai trường hợp trên nhíp vừa là phần tử đàn hồi đồng thời làm luôn bộ phận dẫn hướng. Với chức năng là bộ phận dẫn hướng, nhíp có thể truyền được lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh) và lực ngang từ bánh xe qua cầu xe lên khung. Ngoài ra nhíp cũng có khả năng truyền các mômen từ bánh xe lên khung đó là mômen kéo hoặc mômen phanh. Vì nhíp làm luôn bộ phận hướng nên ở các sơ đồ này chúng ta không thấy các đòn treo và thanh giằng.
Trong quá trình biến dạng, chiều dài của nhíp thay đổi nên hai tai nhíp bắt lên khung hoặc dầm có một đầu cố định còn một đầu di động. Đối với nhíp sau thường đầu cố định ở phía trước còn đầu di động ở phía sau để phù hợp với khả năng chịu lực đẩy (lực kéo tiếp tuyến) và lực kéo (lực phanh) tác dụng từ bánh xe qua cầu xe lên nửa nhíp phía trước có đầu cố định. Đối với nhíp trước đầu cố định ở phía trước hay phía sau còn phụ thuộc vào vị trí đặt cơ cấu lái để phối hợp đúng động học giữa hệ thống treo và hệ thống lái.
5.2. Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi là lò xo trụ
Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi là lò xo trụ cũng có thể được bố trí ở cầu bị động (hình 9.16.a) hoặc ở cầu chủ động (hình 9.16.b). Vì lò xo trụ chỉ có khả năng chịu lực theo phương thẳng đứng nên ngoài lò xo trụ phải bố trí các phần tử của bộ phận dẫn hướng.
Đối với kết cấu ở hình 9.16.a hai đòn treo dọc cùng với thanh giằng ngang là các phần tử của bộ phận dẫn hướng. Nó có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và các mômen từ bánh xe qua dầm cầu, qua các phần tử của bộ phận hướng lên khung ôtô.
Đối với kết cấu ở hình 9.16.b là loại sử dụng bốn thanh giằng dọc và một thanh giằng ngang làm các phần tử của bộ phận dẫn hướng. Các thanh giằng này đều có một đầu bắt với cầu xe bằng các khớp bản lề có cao su và một đầu còn lại bắt với khung cũng bằng các khớp bản lề có cao su.
Ngoài các thanh giằng của bộ phận hướng nói trên còn bố trí thanh ổn định với mục đích giảm sự biến dạng chênh lệch lớn giữa các phần tử đàn hồi hai bên bánh xe bảo đảm ổn định cho thân ôtô.
5.3. Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn treo dọc
Hệ thống treo đòn dọc có nghĩa là các thanh liên kết của phần tử dẫn hướng giữa bánh xe (hoặc cầu xe) với khung ôtô bằng các đòn dọc. Các đòn dọc thường được bố trí song song sát hai bên bánh xe. Số lượng đòn dọc có thể là hai hoặc bốn và có thể bố trí cả ở hệ thống treo phụ thuộc (hình 9.16) hoặc hệ thống treo độc lập (hình 9.17).
Nếu đòn dọc là những thanh nhỏ chỉ có khả năng chịu kéo hoặc nén thì trong bộ phận hướng phải có thêm một đòn ngang (hình 9.16).
Trên hình 9.17 là sơ đồ và cấu tạo của hệ thống treo độc lập phần tử đàn hồi là lò xo với đòn treo dọc. Loại này chỉ bố trí hai đòn treo dọc phía dưới. Để các đòn treo có thể chịu được các lực dọc, lực ngang và mômen thì các đòn treo này phải có cấu tạo sao cho độ cứng vững lớn. Thường thì đòn treo loại này có kết cấu dạng hộp với tiết diện tương đối lớn. Một đầu đòn treo được cố định với moayơ bánh xe, đầu còn lại được liên kết bản lề với khung hoặc dầm ôtô. Khớp bản lề có chiều dài tương đối lớn nhằm mục đích để các đòn dọc có thể chịu được lực ngang hoặc mômen theo các hướng khác nhau.
Vì lò xo có dạng hình trụ rỗng nên người ta tận dụng không gian bên trong lò xo để bố trí giảm chấn. Do những đặc điểm cấu tạo trên nên hệ thống treo đòn dọc có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng phần không được treo nhỏ.
5.4. Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, hai đòn ngang
Hệ thống treo với hai đòn ngang có cấu tạo như sau:
Một đòn phía trên và một đòn phía dưới (hình 9.18.a). Mỗi một đòn không phải chỉ là một thanh mà thường có cấu tạo dạng khung hình tam giác hoặc hình thang. Cấu tạo như vậy cho phép các đòn ngang làm được chức năng của bộ phận hướng. Đầu trong của mỗi đòn ngang được liên kết bản lề với khung hoặc dầm ôtô. Đầu còn lại được liên kết với đòn đứng bởi các khớp cầu. Bánh xe được cố định với đòn đứng. Nếu là bánh xe dẫn hướng thì bánh xe cùng đòn đứng có thể quay quanh một trụ để quay bánh xe khi ôtô quay vòng.
Nếu chiều dài của đòn ngang trên và đòn ngang dưới bằng nhau thì hai đòn ngang như hai cạnh của một hình bình hành. Do đó khi bánh xe dao động lên xuống thì bánh xe còn bị trượt ngang do khoảng cách giữa hai bánh xe thay đổi (hình 9.18.a), điều này sẽ làm lốp bánh xe chóng mòn. Vì vậy để khắc phục nhược điểm này thì người ta thường bố trí đòn ngang trên có kích thước ngắn hơn đòn ngang dưới và khi đó hai đòn ngang như hai cạnh của một hình thang vuông (hình 9.18.b). Nhờ bố trí như vậy nên khi bánh xe dao động lên xuống thì khoảng cách giữa hai bánh xe thay đổi không dáng kể, hạn chế mài mòn lốp bánh xe.
Cấu tạo cụ thể của hệ thống treo hai đòn ngang được mô tả trên hình 9.18.c.
Đòn treo trên có dạng hình tam giác hai đầu phía trong được liên kết bản lề hoặc cầu với khung hoặc dầm ôtô. Đầu ngoài được liên kết bằng khớp cầu với đòn xoay đứng trên đó lắp bánh dẫn hướng. Đòn dưới dạng thanh đơn có một đầu liên kết bản lề hoặc khớp cầu với khung hoặc dầm ôtô, đầu còn lại liên kết với trụ xoay đứng. Để tăng cường khả năng truyền lực dọc, lực ngang và mômen trong bộ phận hướng còn bố trí thêm thanh giằng. Thực chất thanh giằng cùng với đòn treo dưới cũng hợp thành một hình tam giác.
Phần tử đàn hồi là lò xo trụ bố trí kết hợp với giảm chấn ống thuỷ lực có đầu trên liên kết với gối tựa trên khung hoặc vỏ ôtô, đầu dưới liên kết bản lề hoặc cầu với đòn treo dưới. Một thanh ổn định hai đầu liên kết với hai giá bánh xe và được giữ trên khung hoặc dầm ôtô bằng hai khớp bản lề. Thanh ổn định có tác dụng hạn chế biến dạng quá mức của một bên bánh xe nhằm giữ cho thân ôtô được ổn định.
5.5. Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo loại Macpherson
Nếu kích thước đòn trên của hệ thống treo độc lập hai đòn ngang giảm về bằng 0 thì ta có kết cấu mới được gọi là hệ thống treo loại Macpherson (hình 9.19.a).
Cấu tạo của hệ thống treo loại Macpherson bao gồm một đòn treo dưới 3. Đầu trong của đòn treo dưới được liên kết bản lề với khung hoặc dầm ôtô, đầu ngoài liên kết với thanh xoay đứng đồng thời là vỏ của giảm chấn ống thuỷ lực. Đầu trên của giảm chấn ống thuỷ lực được liên kết với gối tựa trên khung hoặc vỏ ôtô. Phần tử đàn hồi là lò xo 4 được đặt một đầu tì vào tấm chặn trên vỏ giảm chấn còn một dầu tì vào gối tựa trên khung hoặc vỏ ôtô. Trục bánh xe được lắp cố định với trụ xoay đứng (vỏ giảm chấn).
Cấu tạo cụ thể của hệ thống treo Macpherson được mô tả chi tiết trên hình 9.19.b.
Trong kết cấu cụ thể này vì đòn treo dưới chỉ gồm một thanh nên có bố trí thêm một thanh giằng. Ngoài ra đây là bánh xe dẫn hướng nên trụ xoay đứng là vỏ giảm chấn có thể quay quanh trục của nó khi bánh xe quay vòng. Để tăng ổn định của phần thân vỏ ôtô trong hệ thống treo này cũng bố trí một thanh ổn định.
5.5. Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn chéo
Đây là loại hệ thống treo độc lập được thiết kế với mục đích tăng độ cứng vững để tăng khả năng chịu lực ngang đồng thời giảm thiểu sự thay đổi của góc đặt bánh xe (độ chụm, vết bánh xe và góc nghiêng ngang của trụ đứng) xảy ra do bánh xe dao động trong phương thẳng đứng. Do kết cấu đơn giản và chiếm ít không gian nên thường được sử dụng trên hệ thống treo sau của ôtô du lịch.
Cấu tạo và bố trí chung của hệ thống treo đòn chéo được mô tả trên hình 9.20.
Để dễ hình dung chúng ta có thể phân tích kết cấu của đòn chéo trên hình 9.20.a.
Đòn treo dưới của hệ thống treo loại này có vai trò như đòn treo ngang dưới của hệ thống treo Macpherson. Tuy nhiên kết cấu của đòn treo có dạng tấm với kích thước khá lớn; mặt khác đầu trong của đòn treo được liên kết với khung hoặc dầm ôtô bằng hai khớp bản lề với khoảng cách xa nhau nhằm tăng khả năng chịu lực. Đòn treo dưới không song song với trục dọc của ôtô như ở loại đòn treo dọc và cũng không vuông góc với trục dọc ôtô như ở loại đòn treo ngang mà được bố trí ở vị trí trung gian giữa hai phương này tạo với trục dọc của ôtô một góc nào đó vì vậy gọi là loại đòn chéo.
Cấu tạo cụ thể của hệ thống treo đòn chéo lắp trên ôtô có cầu sau chủ động được mô tả chi tiết trên hình 9.20.b.
5.6. Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi thanh xoắn
Trong hệ thống treo với phần tử đàn hồi là thanh xoắn có ưu điểm là kết cấu, kích thước và trọng lượng của phần tử đàn hồi nhỏ, không gian chiếm chỗ ít, bố trí thuận tiện. Vì vậy loại hệ thống treo phần tử đàn hồi thanh xoắn được sử dụng không những ôtô du lịch mà cả trên ôtô tải.
Đối với hệ thống treo độc lập hai đòn ngang thì thanh xoắn thường được bố trí dọc theo thân ôtô. Một đầu của thanh xoắn được ngàm cố định trên khung hoặc dầm, đầu còn lại được liên kết cố định bằng then hoa với đầu trong của đòn treo trên (hình 9.21) hoặc đòn treo dưới.
Như vậy khi chịu tải, thông qua các đòn treo, thanh xoắn sẽ chịu một mômen xoắn và biến dạng góc.
Qua cấu tạo của hệ thống treo loại thanh xoắn thể hiện trên hình 9.21, một lần nữa cho chúng ta thấy bộ phận hướng của hệ thống treo loại này cũng là loại hai đòn treo ngang.
6. BỘ PHẬN GIẢM CHẤN
6.1. Công dụng của giảm chấn
Để thấy rõ được công dụng của giảm chấn chúng ta hãy nghiên cứu mô hình dao động của ôtô và đặc tính của nó trên hình 9.22.
Trên hình 9.22.a khi ôtô đi qua đường mấp mô, lò xo bị nén lại và năng lượng đàn hồi được tích luỹ trong lò xo. Sau khi ra khỏi mấp mô năng lượng lò xo sẽ được giải phóng. Có nghĩa là thân ôtô sẽ dao động với một tần số và biên độ nào đấy. Nếu năng lượng dao động không bị dập tắt bởi bất kỳ sức cản nào thì nó sẽ dao động với thời gian rất dài. Điều này là không mong muốn bởi nó làm giảm tính êm dịu chuyển động của ôtô. Muốn ôtô chuyển động được êm dịu thì sau khi qua mấp mô thân ôtô bị dao động thì dao động này phải nhanh chóng được dập tắt. Giảm chấn trong hệ thống treo của ôtô có chức năng tạo ra sức cản để dập tắt nhanh chóng dao động của ôtô. Đặc tính dao động của hệ thống treo không có giảm chấn và có giảm chấn được thể hiện trên hình 9.22.b.
6.2. Nguyên tắc hoạt động của 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. Nguyên lý đó được thể hiện qua sơ đồ hình 9.23.
Để thực hiện nguyên lý này, cấu tạo của giảm chấn gồm một ống xi lanh và một pittông. Trên thân pittông có làm các lỗ nhỏ để thông hai khoang ở hai phía pittông với nhau. Trong các khoang chứa của xi lanh người ta đổ dầu đặc biệt gọi là dầu giảm chấn. Trong hệ thống treo một đầu của vỏ xi lanh được nối với phần không được treo (cầu ôtô), một đầu của cần pittông được nối với phần được treo (thân ôtô). Khi thân ôtô dao động khoảng cách giữa cầu và thân ôtô thay đổi do đó pittông của giảm chấn sẽ dịch chuyển tương đối trong xi lanh với tần số và biên độ của dao động. Khi pittông dịch chuyển sẽ nén dầu ở một khoang và dầu có áp suất sẽ phải đi qua lỗ tiết lưu để sang khoang bên kia. Do có sức cản ở lỗ tiết lưu nên năng lượng dao động của hệ thống treo được giảm chấn hấp thụ biến thành nhiệt năng và toả ra môi trường xung quanh.
6.3. Các loại giảm chấn
Giảm chấn được phân loại tuỳ thuộc vào kết cấu, chiều hoạt động của giảm chấn và dung môi làm việc của giảm chấn.
6.3.1. Phân loại theo hoạt động
6.3.1.1. Giảm chấn tác dụng đơn (hình 9.24)
Giảm chấn tác dụng đơn có nghĩa là trong hai hành trình (nén và trả) thì chỉ có một hành trình giảm chấn có tác dụng. Thông thường nếu giảm chấn tác dụng đơn thì người ta thiết kế để giảm chấn có tác dụng ở hành trình trả. Để đạt được mục đích trên, cấu tạo của pittông giảm chấn gồm hai lỗ. Một lỗ nhỏ đóng vai trò là lỗ tiết lưu, còn một lỗ lớn với van một chiều để loại bỏ tác dụng của giảm chấn ở hành trình nén.
6.3.1.2. Giảm chấn tác dụng hai chiều (hình 9.25)
Giảm chấn hai chiều có tác dụng cả ở hành trình nén và hành trình trả. 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.
Hiện nay hầu hết trên ôtô sử dụng loại giảm chấn tác dụng hai chiều.
6.3.2. Phân loại theo kết cấu
6.3.2.1. Giảm chấn loại một ống lồng (hình 9.26.a)
Loại giảm chấn này chỉ có một xi lanh với khoang làm việc mà không có khoang chứa
6.3.2.2. Giảm chấn loại hai ống lồng (hình 9.26.b)
Ở loại giảm chấn này xi lanh được chia làm hai khoang: xi lanh trong (khoang làm việc) và xi lanh ngoài (khoang chứa).
6.3.3. Phân loại theo dung môi làm việc
6.3.3.1. Giảm chấn loại thuỷ lực (hình 9.27.a)
Đây là loại giảm chấn sử dụng dung môi công tác là loại dầu thuỷ lực, nó có cấu tạo và nguyên lý làm việc thông thường như các giảm chấn đã trình bày ở trên.
6.3.3.2. Giảm chấn loại thuỷ lực có nạp khí (hình 9.27.b)
Đây là loại giảm chấn sử dụng hai loại dung môi công tác: một là dầu thuỷ lực còn một là chất khí. Loại khí thường sử dụng là khí nitơ được nén lại dưới áp suất thấp 3-6 KG/cm2 hoặc cao 20-30 KG/cm2.
6.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một loại giảm chấn cụ thể
6.4.1. Cấu tạo
Cấu tạo chung của giảm chấn ống thuỷ lực hai ống xi lanh, tác dụng hai chiều và chỉ dẫn các chi tiết được mô tả trên hình 9.28.a.
Ố ng xi lanh trong với khoang làm việc chính có bố trí một pittông 14 nối liền với cần pittông giảm chấn 19. Trên pittông 14 có hai dãy lỗ tiết lưu ứng với các hành trình nén và trả. Trong đó dãy lỗ ngoài 6 là các lỗ tiết lưu hành trình nén; còn dãy lỗ trong 15 là các lỗ tiết lưu hành trình trả. Các dãy lỗ này đều có nắp van lá có tác dụng như van một chiều. Ở pittông giảm chấn còn bố trí lò xo van trả mạnh. Giữa khoang làm việc của xi lanh trong với khoang chứa của xi lanh ngoài cũng có bố trí một đế ngăn. Ở đế ngăn cũng có bố trí một dãy lỗ tiết lưu và một van nén mạnh. Cần 19 mang pittông giảm chấn 14 được cố định với tai trên của giảm chấn. Còn lại ống xi lanh trong, ngoài cùng với đế ngăn cách được nối cố định với tai dưới của giảm chấn. Do tai trên và tai dưới được nối với phần được treo và không được treo nên khi hệ thống treo làm việc khoảng cách giữa hai tai giảm chấn sẽ thay đổi. Có nghĩa là có sự chuyển động tương đối giữa pittông với xi lanh trong của giảm chấn.
6.4.2. Nguyên lý làm việc
6.4.2.1. Hành trình nén (hình 9.28.b)
* Nén nhẹ:
Hành trình nén nhẹ tương ứng với khi pittông giảm chấn đi xuống. Khi pittông giảm chấn đi xuống, áp suất dầu trong khoang làm việc phía dưới pittông sẽ tăng còn áp suất dầu trong khoang phía trên pittông sẽ giảm. Do đó dầu sẽ lưu thông từ khoang dưới lên khoang trên qua dãy lỗ tiết lưu 6. Khi này nắp van lá 5 kênh lên để dầu đi qua. Khi pittông đi xuống, cần pittông chiếm chỗ một phần thể tích của khoang bên dưới nên lượng dầu ở khoang bên dưới nếu chỉ lưu thông lên khoang trên sẽ bị thừa ra một lượng (bằng thể tích cần pittông đi xuống). Do vậy một phần dầu sẽ đi qua lỗ tiết lưu trong van nén mạnh để đi sang khoang chứa nằm giữa ống xi lanh trong và ống xi lanh ngoài.
* Nén mạnh:
Khi vận tốc tương đối của pittông ở hành trình nén tăng đến một giá trị giới hạn, thì áp suất ở khoang dưới pittông cũng tăng đến giá trị giới hạn. Điều này không có lợi cho giảm chấn nói riêng và đặc tính của hệ thống treo nói chung. Vì vậy khi đạt giá trị áp suất tới hạn van giảm tải khi nén sẽ ép lò xo van để mở rộng cửa lưu thông của dầu từ khoang làm việc phía dưới pittông sang khoang chứa. Kết quả làm giảm tốc độ gia tăng của áp suất dầu có nghĩa là làm giảm tốc độ gia tăng lực cản nén khi nén mạnh.
6.4.2.2. Hành trình trả (hình 9.28.c)
* Trả nhẹ:
Hành trình trả nhẹ tương ứng với khi pittông giảm chấn đi lên. Khi pittông giảm chấn đi lên, áp suất dầu trong khoang làm việc phía trên pittông sẽ tăng còn áp suất dầu trong khoang phía dưới pittông sẽ giảm. Do đó dầu sẽ lưu thông từ khoang trên xuống khoang dưới qua dãy lỗ tiết lưu 15. Khi này nắp van lá của van giảm tải khi trả kênh lên để dầu đi qua. Khi pittông đi lên, cần pittông chiếm chỗ sẽ đi ra khỏi khoang phía dưới pittông, nên phải có lượng dầu bù vào thể tích này. Điều đó được thực hiện bằng một phần dầu từ khoang chứa đi qua dãy lỗ tiết lưu ở đế ngăn cách để bù vào khoang phía dưới pittông.
* Trả mạnh:
Khi vận tốc tương đối của pittông ở hành trình trả tăng đến một giá trị giới hạn, thì áp suất ở khoang trên pittông cũng tăng đến giá trị giới hạn. Điều này không có lợi cho giảm chấn nói riêng và đặc tính của hệ thống treo nói chung. Vì vậy khi đạt giá trị áp suất tới hạn van giảm tải khi trả sẽ ép lò xo van để mở rộng cửa lưu thông của dầu từ khoang làm việc phía trên pittông sang khoang phía dưới pittông. Kết quả làm giảm tốc độ gia tăng của áp suất dầu có nghĩa là làm giảm tốc độ gia tăng lực cản trả khi trả mạnh.
| 
