Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái sử dụng cơ cấu lái bánh răng thanh răng môn Chi tiết máy | Trường đại học kinh doanh và công nghệ Hà Nội

lOMoAR cPSD| 48302938
CHƯƠNG II. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CỦA HỆ THỐNG LÁI SỬ DỤNG CƠ CẤU LÁI
BÁNH RĂNG THANH RĂNG 2.1 . CẤU TẠO :
Hệ thống lái sử dụng cơ cấu lái bánh răng thanh răng có cấu tạo của hệ
thống lái gồm các bộ phận như hình sau:
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống lái sử dụng cơ cấu lái bánh răng thanh răng. 2.1.1 . Vành lái :
Vành tay lái hay còn gọi là vô lăng là bộ phận được đặt trên buồng lái,
có nhiệm vụ là tiếp nhận mô men quay của người lái và truyền lực xuống trục lái của hệ thống lái. lOMoAR cPSD| 48302938
Vành tay lái trên ô tô có cấu tạo khá giống nhau bao gồm một vành hình
tròn có lõi bằng thép, bên ngoài được bọc bằng vật liệu nhựa hoặc da và được
lắp ghép với trục lái bằng then hoa. Vành lái được cố định với trục lái bằng ren và đai ốc.
Trên trục lái được bố trí thêm một số cơ cấu như các cụm công tắc, còi, túi khí, …
Hình 2.2. Vành lái trên ô tô. 2.1.2 . Trục lái :
Trục lái là một bộ phận của hệ thống lái, trục lái không phải là một chi
tiết dạng trục đồng nhất mà nó được tạo thành từ nhiều chi tiết khác nhau với nhau. lOMoAR cPSD| 48302938 Hình 2.3. Trục lái.
1- Trục lái chính; 2- Khớp các đăng;
3- Trục lái phụ; 4- Khớp nối mềm; 5- Cơ cấu bánh răng thanh răng;
Trục lái chính là một trục đồng nhất, cả hai đầu trục đều được gia công
mối ghép then hoa, một đầu được lắp với nạng trục các đăng và một đầu được
lắp vào vành lái. Ở đầu lắp vào vành lái thì phần trục sau khi gia công then
hoa được hạ bậc để gia công ren. Sau khi lắp vào vành lái thì vành lái và trục
sẽ được chống trượt dọc bằng đai ốc. lOMoAR cPSD| 48302938
Hình 2.4. Cấu tạo vị trí trục lái lắp với vành lái.
1- Vành lái; 2- Đai ốc; 3- Trục lái.
Khớp các đăng cho phép truyền lực trên các trục mà tâm của các trục
không nằm trên một đường thẳng. Do cần phải thay đổi góc nâng của vành lái
để phù hợp với người lái nên ở đây cần phải sử dụng một khớp các đăng để
truyền lực. Trên nạng trục của khớp các đăng có lỗ bắt chốt định vị trục, không
cho phép trục trượt trên mối ghép then hoa.
Hình 2.5. Khớp các đăng trên trục lái. lOMoAR cPSD| 48302938
Khớp các đăng một đầu được lắp vào trục lái chính và một đầu được lắp
vào trục lái phụ 4. Trục lái phụ 4 được lắp với đầu vào của cơ cấu lái bởi một khớp nối mềm.
2.1.3 . Cơ cấu lái :
Cơ cấu lái có chức năng là biến chuyển động quay của trục lái thành
chuyển động thẳng dẫn đến các đòn kéo dẫn hướng.
Cơ cấu lái bánh răng thanh răng có cấu tạo như hình sau:
Hình 2.6. Cấu tạo cơ cấu lái bánh răng thanh răng.
Bánh răng sẽ tiếp xúc với một thanh ngang có răng được gọi
là thước lái. Khi bánh răng xoay, thước lái xe di chuyển tịnh tiến qua lại và từ
đó làm cho xe có thể chuyển hướng.
Thước lái được bắt vào khớp bánh và cố định với bánh xe thông qua thanh
rôtuyn. Thiết kế này khắc phục được các nhược điểm của hệ thống lái trục vít
bởi vì nó nhẹ, di chuyển tự do và không có điểm chết khi ở vị trí trung tâm. lOMoAR cPSD| 48302938
Tỷ số truyền lái có thể biến thiên dựa vào số răng trên thước lái. Một số thước
lái có các răng gần nhau ở vị trí trung tâm và dãn ra về phía ngoài. Việc biến
thiên tỉ số lái của thế giúp người lái có cảm giác nhàn hơn khi xe chạy ở những
đoạn đường thẳng hoặc có cảm giác xe đi nhanh hơn khi vào cua.
Đối với hệ thống trợ lực cơ được lắp đặt ở một bên của thước lái sẽ có một
piston thủy lực. Sẽ có một van quay điều hướng trợ lực sang bên trái hoặc
phải của piston. Còn đối với hệ thống trợ lực điện thì người ta sẽ thay van
quay và piston thủy lực bằng mô tơ điện.
2.1.4 . Dẫn động lái :
Dẫn động lái có chức năng truyền chuyển động điều khiển từ hộp số lái
đến hai ngõng quay của hai bánh xe. Đảm bảo mối quan hệ cần thiết về góc
quay của các bánh xe dẫn hướng có động học đúng khi thực hiện quay vòng.
Mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo
bằng kết cấu của hình thang lái.
Đối với cơ cấu lái trục vít – ecu bi, phần dẫn động lái là các thanh dẫn
động và các khớp liên kết gồm có: đòn kéo dọc, đòn quay, tay chuyển hướng và hình thang lái.
Cấu trúc hình thang lái đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng có thể quay
với các góc quay khác nhau khi xe đi vào đường vòng. lOMoAR cPSD| 48302938
Hình 2.9. Các cơ cấu dẫn động lái.
Hình 2.10. Cấu trúc cơ cấu hình thang lái.
B- Chiều rộng cơ sở của xe; n- Chiều dài thanh đòn ngang;
m- Chiều dài thanh đòn bên; α- Góc quay bánh xe phía trong;
β- Góc quay bánh xe phía ngoài lOMoAR cPSD| 48302938
2.2 . NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG :
Dựa vào hình 2.1, khi người lái xoay vành lái 1, mô men quay từ vành
lái sẽ được truyền xuống trục lái 2. Thông qua các cơ cấu dẫn động của trục
lái, mô men được truyền tới cơ cấu lái 3.
Dựa vào hình 2.6, khi trục vít quay 2 thì nó sẽ khiến ecu 3 không quay
mà chuyển động tịnh tiến dọc theo trục vít. Trục vít và ecu không ăn khớp trực
tiếp với nhau mà sẽ ăn khớp với nhau thông qua các viên bi 8. Nhờ sự ăn khớp
như thế này mà lực ma sát trượt giữa trục vít và ecu được giảm đáng kể. Trên
thân của ecu 3 được bố trí một hàng răng và ăn khớp với cung răng của trục
vành rẻ quạt 6. Nhờ sự ăn khớp giữa phần răng của ecu và cung răng của trục
vành rẻ quạt, khi ecu chuyển động tịnh tiến thì trục vành rẻ quạt sẽ quay quanh tâm của nó.
Tại hình 2.9, khi trục vành rẻ quạt quay nó sẽ khiến cho tay chuyển hướng
1 quay đồng tâm với trục vành rẻ quạt trong cơ cấu lái. Đầu còn lại của tay
chuyển hướng lắp với một khớp quay dạng khớp cầu, khớp cầu sẽ được lắp với
một đầu đòn kéo dọc 2. Đòn kéo dọc được lắp với đòn quay 3 cũng bời một khớp cầu.
Khi trục chuyển hướng quay thì phần khớp tại vị trí nối giữa tay chuyển
hướng và đòn kéo dọc sẽ quay quanh trục của tay chuyển hướng, phần khớp
của đòn kéo dọc được lắp với đòn quay sẽ quay quanh tâm quay của đòn quay ( hình 2.11). lOMoAR cPSD| 48302938
Hình 2.11. Sơ đồ động học của dẫn động lái.
1- Tay chuyển hướng; 2- Đòn kéo dọc; 3- Đòn quay
Khi đòn quay quay quanh tâm của nó sẽ khiến cho các thanh đòn của cơ
cấu hình thang lái (hình 2.10) quay.
Hình 2.12. Sơ đồ động học cơ cấu hình thang lái.
1- Đòn quay; 2- Tâm quay; 3- Đòn kéo ngang; 4- Đòn kéo dọc lOMoAR cPSD| 48302938
Theo hình 2.12, khi đòn quay 1 quay một góc α thì đòn kéo ngang 3 cũng
quay một góc bằng α. Đòn kéo dọc bên trái kéo đòn kéo ngang và khiến cho
đòn kéo dọc 4 của bên phải quay, tuy nhiên góc quay giữa đòn kéo dọc bên phải
và bên trái là khác nhau. Sự khác nhau về góc quay phụ thuộc vào các thông số
của cơ cấu hình thang lái, các thông số này được trình bày tại hình 2.10.
Cơ cấu hình thang lái được xây dựng với mong muốn làm giảm sự trượt
của các bánh xe dẫn hướng khi xe đi vào đường vòng hoặc khi xe quay vòng
nhờ vào việc cho các bánh xe dẫn hướng quay với góc quay khác nhau và đường
vuông góc với hướng vector vận tốc giữa các bánh xe gặp nhau tại một điểm (hình 2.13).
Hình 2.13. Sơ đồ động học quay vòng của ô tô.
L- Chiều dài cơ sở của xe; B- Chiều rộng cơ sở của xe; lOMoAR cPSD| 48302938
R- Bán kính quay vòng; α1- Góc
quay của bánh xe dẫn hướng phía ngoài;
α1- Góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong; α- Góc quay vòng của xe;