Đồ án tốt nghiệp - Công nghiệp ô tô | Đại học Lâm Nghiệp

Đồ án tốt nghiệp - Công nghiệp ô tô | Đại học Lâm Nghiệp  được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn sinh viên cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!

63 32 lượt tải Tải xuống
Chia sẻ Báo cáo tài liệu

Môn: Công nghiệp ô tô

Trường: Đại học Lâm nghiệp

Thông tin:

73 trang 5 tháng trước

Tác giả:

Profile Nguyễn Vân
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
M c L cụ ụ
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI....................................................5
I. Mô tả chung hệ thống lái................................................................................5
1. Tổng quan.......................................................................................................5
2. Các trạng thái quay vòng của xe...................................................................5
3. Phân loại hệ thống lái.....................................................................................6
3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng.............................................6
3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực........................................6
3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái......................................................6
3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái..........................................................7
4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.........................................................................7
II. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô....................................................8
1. Vành lái...........................................................................................................8
2. Trục lái............................................................................................................9
3. Cơ cấu lái........................................................................................................9
3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái.......................................................................9
3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái:....................................................................10
3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái i
d
..............................................................11
3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái i
l
.........................................................11
3.5. Hiệu suất thuận......................................................................................12
3.6. Hiệu suất nghịch.....................................................................................12
3.7 Một số loại cơ cấu lái thường dùng:........................................................12
4. Dẫn động lái..................................................................................................15
5. Các góc đặt bánh xe....................................................................................18
5.1 .Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)............................................18
5.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc........................................19
5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)...................................................20
5.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng)..............................................................22
6. Hệ thống lái có trợ lực.................................................................................23
6.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái................................23
6.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái.................................................................23
6.3. Nguyên lý trợ lực lái...............................................................................24
CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI...................................................26
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
I . Các thông số của xe thiết kế........................................................................26
Xe du lịch 7 chỗ.............................................................................................26
II. Lựa chọn phương án thiết kế ....................................................................27
2.1. Chọn phương án dẫn động lái................................................................27
2.2. Chọn phương án cơ cấu lái....................................................................27
III. Tính toán động học hình thang lái...........................................................27
3.1. Xác dịnh kích thước hình học của hình thang lái và quan hệ động học của
góc quay bánh xe dẫn hướng.........................................................................27
3.2. Xác định mômen cản quay vòng và lực lái lớn nhất...............................31
Sơ đồ xác định tỷ số truyền dẫn động lái.......................................................35
IV. Tính toán thiết kế cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng. 36
4.1 Thông số hình học:..................................................................................36
4.2 Thiết kế bộ truyền trục vít- êcu bi............................................................36
4.3 Thiết kế bộ truyền thanh răng–cung răng................................................41
V. Tính bền các chi tiết còn lại của hệ thống lái.............................................46
5.1 Tính bền trục lái......................................................................................46
5.2. Tính bền đòn quay đứng.........................................................................47
5.3. Tính bền đòn kéo dọc..............................................................................49
5.4. Tính bền đòn kéo ngang.........................................................................50
5.5. Tính bền đòn bên....................................................................................52
5.6. Tính bền khớp cầu (Rotuyl)....................................................................54
CHƯƠNG III:THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI..................................57
I. Đặc điểm của trợ lực lái...............................................................................57
1.1 Các yêu cầu của trợ lực...........................................................................57
1.2 Chọn loại trợ lực.....................................................................................57
II. Lựa chọn phương án bố trí trợ lực lái.......................................................58
2.1. Một số phương án bố trí trợ lực hệ thống lái..........................................58
III: Tính toán trợ lực.......................................................................................65
3.1. Tính toán xylanh lực...............................................................................65
3.2. Tính đường kính ngoài và kiểm tra bền xylanh lực.................................67
3.3. Tính sơ bộ hành trình làm việc của piston..............................................69
3.4 Xác định lưu lượng của bơm dầu...........................................................70
3.5. Tính toán các chi tiết của van phân phối................................................71
CHƯƠNG IV:BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI....................74
I. Những hiện tượng hư hỏng chính của hệ thống lái....................................74
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
II. Một số hư hỏng thường gặp và cách khắc phục.......................................76
III. Bảo dưỡng và sửa chữa bơm dầu.............................................................77
Kết Luận...............................................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................79
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 3
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay ngành công nghiệp ô tô ở nước ta đang phát triển mạnh mẽ và ngày càng
khẳng định vai trò to lớn của mình trong các ngành công nghiệp trọng điểm của quốc
gia. Với tốc độ phát triển mạnh mẽ như vậy càng đòi hỏi nguồn nhân lực trong ngành
công nghiệp ô tô cần phải có trình độ và chuyên môn cao. Điều đó đang được thể hiện
bằng việc ra đời rất nhiều trung tâm chuyên nghiên cứu phát triển công nghệ, thiết kế
tính toán, mô phỏng lắp ráp ô tô… Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của ô
tô là hệ thống lái. Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô,
nó đảm bảo tính.Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng trực tiếp đến
an toàn của người sử dụng, đặc biệt với các loại xe hiện đại có tốc độ cao. Do đó người
ta không ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó.
Là sinh viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội, việc tìm hiểu ứng dụng các công nghệ
tiên tiến trên thế giới để áp dụng vào thực tế nước ta cần phải được chú trọng đặc biệt.
Bởi vậy chúng em đã được giao nhiệm vụ “ ”. Thiết kế tính toán hệ thống lái xe 7 chỗ
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng với hiểu biết cũng như thời gian tìm hiểu hạn chế
nên đồ án của em không tránh khỏi sai sót cũng như còn nhiều vấn đề chưa được đề
cập tới. Em mong các thầy và các bạn góp ý để bản đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Trương Đặng Việt Thắng đã tận tình chỉ bảo
để em có thể hoàn thành đồ án này. Và em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy trong
bộ môn ô tô và xe chuyên dụng - Viện cơ khí động lực- trường Đại Học Bách Khoa Hà
Nội cùng toàn thể các bạn đã giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành đồ
án này.
Hà Nội, ngày 5 tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Việt
Cường
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 4
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI
I. Mô tả chung hệ thống lái.
1. Tổng quan.
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ quay
vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển
động cong của ôtô khi cần thiết .
Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vành lái
tiếp nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen
từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới các thanh dẫn
động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn
hướng. Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe.
Để quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực. Đồng
thời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh xe. Để quay
vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay
vòng.
2. Các trạng thái quay vòng của xe.
Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá trình
phức tạp. Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vị trí
góc quay của vành tay lái nhất định xe sẽ quay vòng với một bán kính quay vòng
vl
R
0
tương ứng. Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quay vòng đủ).
Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay vòng
là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái quay vòng thiếu
và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển động, sự đàn hồi
của lốp và hệ thống treo.
Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R người lái phải
0
tăng góc quay vành lái một lượng . Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vòng xe
vl
theo bán kính R người lái phải giảm góc quay vành lái một lượng .
0
vl
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 5
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm,
làm mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc
quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng). ở những trạng thái này
yêu cầu người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt. Vấn đề chất tải, độ đàn hồi của lốp
cũng có ảnh hưởng tới tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển động của xe, đặc
biệt là những xe có vận tốc lớn.
R qv
O
O1
Tr¹ng th¸i quay vßng
thiªu: Rqv>Ro
Ro
O1
O
Ro
Rqv
Tr¹ng th¸ i quay vßng
thõa: Rqv<Ro
Hình 1.1 - Các trạng thái quay vòng của xe.
3. Phân loại hệ thống lái.
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng.
+Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS).
+Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS).
3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực.
+Hệ thống lái cơ khí.
+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén.
3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
+Cơ cáu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 6
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái.
+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đường bên phải).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).
4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của
ôtô là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh
và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé.
Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái.
Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khi
quay vòng.
Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự
tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái
Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không
ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái.
Giữ chuyển động thẳng ổn định.
Hệ thống lái phải bố trí thụân tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.
II. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô.
B
A
1
2
3
4
5
6
7
9
8
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 7
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1.Vành lái
2.Trục lái
3.Cơ cấu lái
4.Đòn quay đứng
5.Đòn kéo dọc
6.Hình thang lái
7.Đòn quay ngang
8.Trụ xoay đứng
9.Bánh xe
1. Vành lái.
Vành lái có dạng vành tròn. Lực của người lái tác dụng lên vành lái tạo ra mô
men quay để hệ thống lái làm việc. Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người
lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái.
M
vl
=P .r .
l vl
Trong đó:
M : Là mô men vành lái
vl
P
l
: Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái
r
vl
: Là bán kính vành lái.
Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con không
được vượt quá 8.
2. Trục lái.
Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục lái
chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và
ống truc lái để cố định trục lái vào thân xe. Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp thụ va
đập. Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có va đập mạnh hoặc
khi tai nạn xảy ra.
Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi được góc nghiêng và
loại trục lái không thay đổi được góc nghiêng.
Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có thêm một số cơ cấu
điều khiển như : cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái để có thể
điều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái, hệ thống trượt
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 8
c
d
i
d
(1-1) - 2)
: góc quay bánh lái
: góc quay đòn quay đưng quay đứng
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và đạt được vị trí ngồi lái tốt
nhất cho người lái .
3. Cơ cấu lái.
Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến các
bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18 đến 20 đối với xe con
và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải .
3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái.
Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
+ Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.
+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu
suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái
+ Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết.
+ Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái.
+ Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất.
+ Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao.
+ Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp.
Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ măt đường
lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít, nhưng nếu độ
đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của xe. Độ đàn hồi của hệ
thống lái được xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vành lái vô lăng và mô
men đặt trên vành lái. Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào độ đàn hồi của các
phần tử như cơ cấu lái, các đòn dẫn động …
3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái:
Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của
đòn quay đứng.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 9
180360540720 180 360 540 720
5
10
15
20
25
Hình 1.3: Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh xe
dẫn hướng. Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái phải quay vô lăng
nhiều hơn khi quay vòng.
Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ
cấu lái trên
cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quay
của vô lăng thì bánh xe phải quay được
tối đa từ 35 đến 45 từ vị trí trung gian
0 0
trở đi. Quy luật thay đổi tỷ số truyền
thích hợp nhất được thể hiện trên giản
đồ bên:
Trong phạm vi góc quay /2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại
đảm bảo chính xác cao trong khi lái ôtô trên đường thẳng với tốc độ cao và giúp lái nhẹ
nhàng vì đa số thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ quanh vị trí trung gian. Ngoài
việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo qui luật như thế sẽ giảm ảnh
hưởng của những va đập từ bánh dẫn hướng lên vành lái.
Khi > /2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu như không thay đổi. ở
đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hướng quay một góc lớn giúp khả
năng quay vòng của ôtô tốt hơn.
3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái i
d
Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn.
Trong quá trình bánh xe dẫn hướng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay đổi.
Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9 1,2
3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái i
l
Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và lực đặt
lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 10
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
c
l
l
p
i
p
(1 - 2)
,
c l
c l
M M
p p
c r
(1 - 3)
Trong đó:
Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe.
c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến
đường trục đứng kéo dài.
Ml - mômen lái đặt trên vành lái.
r - bán kính vành tay lái.
Như vậy ta có:
.
c
l
l
M r
i
c M
(1 - 4)
Bán kính vành tay lái ở đa số ôtô hiện nay là 200 250mm và tỷ số truyền góc
ig không vượt quá 25 vì vậy il không được lớn quá, il hiện nay chọn trong khoảng từ
10 30.
3.5. Hiệu suất thuận
Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống. Hiệu suất
thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất thuận
cao.
3.6. Hiệu suất nghịch
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trục lái.
Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyển động của
ôtô sẽ không truyền đến bánh lái được vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái.
Nhưng không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì khi đó bánh lái sẽ không tự
trả lại được về vị trí ban đầu dưới tác dụng của mômen ổn định. Bởi vậy để đảm bảo
khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ
đường tác dụng lên hệ thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái được thiết kế
với một hiệu suất nghịch nhất định.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 11
H×nh 1.4: C¬ cÊu l¸i trôc vÝt con l¨n
A
A
A-A
B
Nh×n theo B
11
21
31
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
3.7 Một số loại cơ cấu lái thường dùng:
3.7. 1. Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.
Ưu điểm:
Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho
trước. Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt
quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 12
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
gian. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt
được đặt trong ổ bi.
3.7. 2. Cơ cấu lái trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này được sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít glôbôit 1
ăn khớp với con lăn 2 (có ba tầng ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay
đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ
theo lực truyền qua cơ cấu lái.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 13
10
00
9
8
3
2
1 7
6
54
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
3.7.3. Cơ cấu lái trục vít -êcu bi - thanh răng - cung răng.
Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít và êcu có rãnh
tròn có chứa các viên bi lăn trong rãnh. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đường
hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.
Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này
làm quay răng rẻ quạt. Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng. Khi bánh
răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm quay bánh
xe dẫn hướng.
Hình 1.5- Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.
1. vỏ cơ cấu lái 6. Phớt
2. ổ bi dưới 7. Đai ốc điều chỉnh
3.Trục vít 8. Đai ôc hãm
4. Êcu bi 9. Bánh răng rẻ quạt
5. ổ bi trên 10.Bi
Cơ cấu lái kiểu trục vít- êcu bi – cung răng có ưu điểm lực cản nhỏ, ma sát giữa
trục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn).
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 14
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
4. Dẫn động lái.
Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của
bánh xe. Dẫn động lái phải đảm bảo các chức năng sau:
+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiện
tượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫn
hướng.
+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước, đòn kéo
ngang và đòn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng một góc thì các bánh
xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định. Hình thang lái có thể bố trí trước hoặc sau
cầu dẫn hướng tùy theo bố trí chung.
Quan hệ hình học ACKERMAN.
Quan hệ hình học ACKERMAN biểu thị quan hệ góc quay của các bánh xe dẫn
hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe nằm trên đường kéo dài
của tâm trục cầu sau .
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 15
H
ì
n
h
2
.1
1
S
ơ
đ
ồ
b
iể
u
d
iễ
n
c
á
c
k
íc
h
t
h
ư
ớ
c
c
ủ
a
đ
ò
n
q
u
a
y
đ
ứ
B
L
O
β
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 16
g
.
R
s
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Hình 1.7- Quan hệ hình học của ACKERMAN.
Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu)
phải quay theo các góc , khác nhau và quan hệ hình học được xác định theo biểu
thức sau :
B
Cotg Cotg
L
(1- 5)
Trong đó :
L : chiều dài cơ sở của xe.
B
0
: khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng trong mặt phẳng đi qua tâm
trục bánh xe và song song với mặt đường .
, : Góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong và phía ngoài
Để đảm bảo điểu kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi là
hình thang lái Đantô. Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần đúng điều kiện trên, song
do kết cấu đơn giản nên được dùng rất phổ biến. Mỗi một chủng loại xe, có kích thước
và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ hình học của cơ cấu lái 4
khâu với quan hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc quay bánh xe dẫn hướng lớn.
Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0 đến 1 khi bánh xe dẫn hướng ở vùng quay
0
30
’ 0
vòng gấp.
Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh lái
Đantô như sau:
Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các bánh
xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu (rotuyl lái). Các đòn bên
quay quanh đường tâm trụ đứng (hình 1.8)
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 17
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Hình 1.8 - Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền.
a. Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền.
b. Đòn kéo ngang nằm trước dầm cầu.
Trên hệ thống treo độc lập, số lượng các đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảo
các bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau.
Số lượng các đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố trí cơ
cấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo…nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình học
ACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantô. Hai phương pháp bố trí dẫn
động lái điển hình ở hệ thống treo độc lập được trình bày theo hình 1.9:
Hình1.9 - Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập
a. Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu. b. Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu.
Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn hướng và hai
hình thang lái 4 khâu Đantô.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 18
9
0
0
CAMB
ER
(-) (+)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Hình 1.10:Bố trí hai cầu trước dẫn hướng
Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thường nằm trong khoảng
từ 0,85 đến 1,1.
5. Các góc đặt bánh xe.
Để tránh trường hợp người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe ở
trạng thái chạy thẳng, hoặc người lái phải tác dụng một lực lớn để quay vòng xe, các bánh
xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định . Những góc này được gọi chung là góc đặt
bánh xe. nếu các góc đặt bánh xe không đúng thì có thể dẫn đến các hiện tượng sau:
+ Khó lái.
+ Tính ổn định lái kém.
+ Trả lái trên đường vòng kém.
+ Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh).
5.1 .Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 19
c
Góc
Caster
(-)
(+)
V
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Hình 1.11- Góc CAMBER
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường
tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc Camber, và đo bằng độ.
Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại dưới
tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trục
trước và hệ thống treo trước. Đồng thời giảm cánh tay đòn của phản lực tiếp tuyến với
trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay
lái.
Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe nghiêng
theo hướng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các bánh xe trong
nghiêng ra ngoài so với thân xe. Để các bánh xe lăn gần vuông góc với mặt đường để
tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo độc lập thì góc Camber thường
âm.
5.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster).
Góc nghiêng dọc của trụ đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa trụ xoay
đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Khoảng cách từ giao điểm của đường
tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường được gọi là
khoảng Caster c.
Hình 1.12 – Caster và khoảng Caster.
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe vào
đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi xe đi vào
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 20
90°
(+) (-)
Kingpin
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản
lực bên Y .
b
Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều
tiến của xe (Caster dương) thì phản lực bên Y của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc một
b
mô men ổn định, mô men đó được xác định bằng công thức sau:
M=Y
b
.c (1- 6)
Mômen này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi nó bị lệch
khỏi vị trí này. Nhưng khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực để khắc phục mô
men này. Vì vậy, góc Caster thường không lớn. Mômen này phụ thuộc vào góc quay
vòng của bánh xe dẫn hướng. Đối với các xe hiện đại thì trị số của góc Caster bằng
khoảng từ 0 đến 3 .
0 0
5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin).
Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe. Góc
Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó và
phương thẳng đứng.
Hình 1.13 - Góc KingPin
Tác dụng:
Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm là bán
kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r . Nếu r lớn sẽ sinh ra mô men lớn quanh
0 0
trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh lái. Do vậy giá trị của r
0
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 21
R
0
P
f
R
0
V
P
f
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
có thể được giảm để giảm lực đánh lái, phương pháp để giảm r là tạo Camber dương
0
và làm nghiêng trụ quay đứng (tạo góc KingPin).
Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho các bánh xe tự
động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do có mômen phản lực (gọi là
mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe. Giá trị của mômen ngược phụ
thuộc vào độ lớn của góc KingPin.
5.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng).
Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trước của các bánh xe gần nhau hơn phía sau
thì gọi là độ chụm. Nếu bố trí ngược lại là độ mở.
Độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích thước B, A được đo ở
mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đi thẳng. Độ chụm có ảnh hưởng
lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành lái.
B
A
Hình 1.14 Độ chụm
Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn P ngược chiều chuyển
f
động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Lực P này đặt cách trụ quay
f
đứng một đoạn R và tạo nên một mômen quay với tâm trụ quay đứng. Mômen này tác
0
dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe về phía sau. Để lăn phẳng thì các bánh xe đặt
với độ chụm =B-A dương.
Với góc như thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn định
vành tay lái.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 22
Hình 1.15 - Lực cản lăn và vị trí đặt của
nó.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe về phía
trước. Bởi vậy góc giảm.Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng của lực cản lăn và
lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột (phanh bằng động cơ), thì bố trí
các bánh xe với góc đặt có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng không.
6. Hệ thống lái có trợ lực.
6.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái.
Trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự
cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái. Ngoài ra để cải thiện
tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bản rộng, áp suất thấp
để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường. Kết quả là cần một lực lái lớn hơn.
Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái nhỏ, phải có
một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái.
6.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái.
Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh
Dựa vào vị trí của van phân phối và xi lanh lực:
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ cấu
lái.
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng .
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong đòn kéo
Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phân phối,
xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung. Còn nguồn năng lượng là một bơm cánh gạt được
dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 23
Bom
Khối van điều khiển
Piston
Hình 1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian
Xy lanh lùc
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
6.3. Nguyên lý trợ lực lái.
Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảm nhẹ
lực lái. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm trong xy lanh
lực. Piston trợ giúp cho việc chuyển động của thanh răng. Mức độ trợ giúp phụ thuộc
vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston. Vì vậy nếu cần trợ lực lớn hơn thì phải
tăng áp suất dầu.
6.3.1. Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng).
Dầu từ bơm được đẩy lên van điều khiển. Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả dầu
sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm. Vì áp suất dầu bên trái và bên phải piston là
như nhau nên piston không chuyển động về hướng nào.
6.3.2. Khi quay vòng.
Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hướng nào, giả sử quay sang phải thì van
điều khiển cung di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộng hơn. Vì
vậy làm thay đổi lượng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu được tạo ra. Như vậy
tạo ra sự trênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải của piston. Sự trênh lệch áp
suất đó làm piston dịch chuyển về phía có áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ được
đẩy qua van điều khiển về bơm.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 24
B¬m
Khèi van
®iÒu khiÓn
PistonXy lanh lùc
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Hình 1.17 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 25
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI
I . Các thông số của xe thiết kế
Xe du lịch 7 chỗ
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 26
Thông số Ký hiệu Giá trị
Đơn vị
Chiều rô
•
ng cơ sở B 1820
mm
Khoảng cách giữa 2 trụ quay đứng B
0
1540
mm
Chiều dài cơ sở của xe L 2620
mm
Chiều dài toàn bô
•
xe L
0
4500
mm
Trọng lượng không tải G
0
17050
N
Phân cho cầu trước G
01
8695
N
Phân cho cầu sau G
02
8355
N
Trọng lượng toàn tải G 22400
N
Phân cho cầu trước G
1
10970
N
Phân cho cầu sau G
2
11430
N
Ký hiê
•
u lốp 215/70 R15
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
II. Lựa chọn phương án thiết kế .
2.1. Chọn phương án dẫn động lái.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó được tạo bởi cầu trước,
đòn kéo ngang và các đòn kéo bên. Sự quay vòng của ôtô rất phức tạp,để đảm bảo mối
quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều
khó thực hiện. Hiện nay người ta chỉ đáp ứng gần đúng mối quan hệ động học đó bằng
hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo nên hình thang lái. Với xe thiết kế có hệ thống treo
phụ thuộc, do đó chọn phương án dẫn động lái với hình thang lái Đantô (hình thang lái
4 khâu).
2.2. Chọn phương án cơ cấu lái.
Dựa vào những ưu điểm đã trình bày trong phần tổng quan cơ cấu lái, ta chọn
phương án cho cơ cấu lái là loại trục vít - êcu bi - cung răng.
Cơ cấu lái loại này có ưu điểm là hiệu suất cao (0,65 - 0,7), độ bền cao, dễ
dàng phối hợp với van phân phối và xy lanh của cường hoá thuỷ lực và hệ thống lái 4
khâu.
III. Tính toán động học hình thang lái.
Nhiệm vụ của tính toán động học hình thang lái là xác định những thông số tối
ưu của hình thang lái, đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng.
3.1. Xác dịnh kích thước hình học của hình thang lái và quan hệ động học
của góc quay bánh xe dẫn hướng.
3.1.1 Xây dựng quan hệ lý thuyết.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 27
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Từ lý thuyết quay vòng, hệ thống lái phải đảm bảo gần đúng mối quan hệ giữa
góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng. Theo giáo
trình thiết kế và tính toán ôtô máy kéo mối quan hệ đó được thể hiện ở công thức sau:
(2-1)
Suy ra: cotg=
Với B = 1540 (mm); L= 2370 (mm)
0
: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài.
: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong.
Khi xe đi thẳng các đòn bên tạo với phương dọc một góc . Khi ôtô quay vòng
với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa và vẫn được giữ nguyên
như công thức trên thì hình thang lái Đantô không thể thoả mãn hoàn toàn được. Tuy
nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái sao cho sai lệch với quan hệ lý thuyết
trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lý thuyết cho
phép lớn nhất ở những góc quay lớn không được vượt quá 1,5 độ.
Khi xe quay vòng để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượt
quay thì đường vuông góc với các véc tơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe
phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó là tâm quay vòng tức thời của xe (điểm 0 trên
hình 2.2).
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 28
XL
L
n
m
C
B
Hình 2.1 Sơ đồ động học hình thang lái khi xe đi thẳng.
Hình 2.2 Sơ đồ động học quay vòng xe có hai bánh dẫn hướng phía trước.
B
L
R
s
0
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Thay các giá trị tương ứng ta có bảng sau (đơn vị đo góc là độ):
Bảng 1: Quan hệ giữa và theo lý thuyết
α
lt
0 5 10 15 20 25 30 35 40
β
lt
0 4.76 9.08 13.03 16.69 20.10 23.32 26.38 29.33
3.1.2 Xây dựng các quan hệ thực tế của cơ cấu Đantô.
Hình thang lái Đantô là cơ cấu đảm bảo gần đúng quan hệ của công thức trên.
Khi cho trước các kích thước thì quan hệ được xác định nhờ công thức sau:
(2-2)
Theo quan hệ này khi biết trước một góc nào đó thì ứng với mỗi giá trị của
góc ta sẽ có một giá trị của . Nghĩa là hàm số = f( ) sẽ biểu thị được đường ,
cong đặc tính thực tế của hình thang lái. Vấn đề đặt ra là phải chọn các thông số hình
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 29
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
thang lái sao cho hợp lý để sự sai khác giữa đường cong đặc tính của hình thang lái so
với đường đặc tính lý thuyết là nhỏ nhất.
Dùng phương pháp đồ thị để kiểm tra sự sai khác của đường đặc tính hình
thang lái thực tế so với lý thuyết theo quan hệ = f( , ).
Chọn
Sơ bộ:
Dựa vào công thức (2-2) ta xây dựng các đường đặc tính hình thang lái thực tế
ứng với mỗi giá trị của góc . Đồng thời ta lấy thêm một vài giá trị lân cận với góc
để so sánh. Các giá trị tương ứng được thể hiện trong bảng dưới đây:
α
lt
0 5 10 15 20 25 30 35 40
β
lt
0 4,76 9,08 13,03 16,69 20,10 23,32 26,38 29,33
θ =19
1
β
1
0 4,84 9,37 13,59 17,52 21,12 24,4 27,31 29,83
Δβ
1
0 -0,08 -0,29 -0,56 -0,83 -1,02 -1,08 -0,93 -0,5
θ
2
=20
β
2
0 4,83 9,33 13,51 17,38 20,91 24,1 26,92 29,34
Δβ
2
0 -0,07 -0,25 -0,48 -0,69 -0,81 -0,78 -0,54 -0,01
θ =21
3
β
3
0 4,82 9,29 13,43 17,24 20,7 23,81 26,53 28,84
Δβ
3
0 -0,06 -0,21 -0,4 -0,55 -0,6 -0,49 -0,15 0,49
θ =22
4
β
4
0 4,81 9,25 13,35 17,1 20,49 23,51 26,14 28,35
Δβ
4
0 -0,05 -0,17 -0,32 -0,41 -0,39 -0,19 0,24 0,98
θ =22,77
5
β
5
0 4,8 9,22 13,28 16,99 20,33 23,28 25,84 27,97
Δβ
5
0 -0,04 -0,14 -0,25 -0,3 -0,23 0,04 0,54 1,36
θ =23
6
β
6
0 4,8 9,21 13,26 16,95 20,28 23,22 25,75 27,85
Δβ
6
0 -0,04 -0,13 -0,23 -0,26 -0,18 0,1 0,63 1,48
θ =24
7
β
7
0 4,79 9,17 13,18 16,81 20,06 22,92 25,36 27,36
Δβ
7
0 -0,03 -0,09 -0,15 -0,12 0,04 0,4 1,02 1,97
θ =25
8
β
8
0 4,78 9,13 13,09 16,67 19,84 22,62 24,96 26,87
Δβ
8
0 -0,02 -0,05 -0,06 0,02 0,26 0,7 1,42 2,46
Dựa vào các số liệu trong bảng trên ta vẽ được đồ thị đặc tính động học hình thang lái
lý thuyết và thực tế trên cùng một hệ trục toạ độ.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 30
B
e
n
m
d
c
l
V
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
.000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 45.000
.000
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
Lý
thuyet
teta 1
teta2
teta3
teta4
Hình
2.2: Đồ thị đặc tính động học hình thang lái
Nhận thấy rằng độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và góc quay vòng lý thuyết nhỏ
nhất là giá trị θ=20
Sau khi chọn xong góc θ ta tính n:
(mm)
3.2. Xác định mômen cản quay vòng và lực lái lớn nhất.
Lực đặt lên vành lái được xác định cho trường hợp ôtô quay vòng tại chỗ vì lúc
này lực cản quay vòng đạt giá trị cực đại. Lúc đó mômen cản quay vòng trên một bánh
xe dẫn hướng Mc sẽ bằng tổng số của mômen cản lăn M1, mômen ma sát giữa bánh xe
và mặt đường M2 và mômen ổn định M3 gây nên bởi các góc đặt của các bánh xe và
trụ đứng.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 31
l
0
r
P
r
a
B
B
t
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Hình 2.4: Sơ đồ lực tác dụng lên hệ
thống lái
Hình 2.5: Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng
3.2.1. Mômen cản M
1
Mômen cản quay vòng được xác định theo công thức:
1
. .
bx
M G f a
(2 - 3)
Trong đó:
G
bx
– trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng. Coi tỉ lệ phân bố tải trọng trên
các cầu là 50/50
a – cánh tay đòn.
Ta có:
(2- 4)
Ở đây:
B
t
– chiều rộng vết trước B = 1820 (mm)
t
B – khoảng cách giữa hai trụ đứng cầu dẫn hướng B= 1540 (mm).
Suy ra:
f – hệ số cản lăn ta xét trong trường hợp khi ôtô chạy trên đường xấu như đường
đất, đá sỏi (f = 0,04).
Vậy:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 32
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
3.2.2. Mômen cản M do ma sát giữa bánh xe và mặt đường
2
Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường
sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe. Nguyên nhân lệch này là do sự đàn hồi bên của lốp.
Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu của trục bánh xe một đoạn x về phía sau.
đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảng cách của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài
của nó theo
Công thức sau:
2 2
0,5.
bx
x r r
(2 - 5)
Trong đó:
+ r – bán kính tự do của bánh xe.
.25,4( )
2
d
r B mm
(2 - 6)
B – chiều rộng lốp B = 215 (mm)
d - đường kính vành bánh xe d = 15 (inch).
(mm)
+ r – bán kính làm việc của bánh xe.
Ta thừa nhận:
r = 0,96.r = 0,96.405,5 = 389,3 (mm).
Nên:
Do đó mômen cản do bánh xe trượt lết là:
(2 - 7)
Với là hệ số bám ngang. Lấy = 0,85
Vậy:
Để làm ổn định các bánh xe dẫn hướng người ta làm các góc đặt bánh xe. Tất cả các
góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhưng chúng làm xuất hiện mômen cản M .
3
Việc tính toán mômen này tương đối phức tạp nên giá trị mômen cản M được kể đến
3
bởi hệ số .
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 33
Hình 2.6 Lực ngang Y do
lốp xe có tính đàn hồi khi
chịu mômen quay vòng
x
0
r
bx
r
Y
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
= 1,07 1,15. Ta chọn = 1,1.
Mômen cản quay vòng tại 1 bánh xe dẫn hướng là:
M = (2- 8)
Như vậy mômen cản quay vòng tại cầu dẫn hướng được tính như sau:
(2 - 9)
l –là hiệu suất tính đến tổn hao ma sát tại cam quay và các khớp trong dẫn
động lái,
= 0,50 0,70, lấy = 0,6 :
3.2.3. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái.
3.2.3.1. Tỷ số truyền của dẫn động lái id
Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh
tay đòn
i = 0,85 – 1,1.
d
Chọn sơ bộ i = 1 (cho cầu dẫn hướng).
d
3.2.3.2.Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic
Ta có công thức :
max max
.i
Trong đó :
α : Gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí thẳng.
’
max
Với xe thiết kế là xe du lịch ta chọn α = 1,75vòng.
’
max
α : Góc quay vòng xe lớn nhất của bánh xe dẫn hướng Chọn α = 31
max max
0
Ta có : i =
max
max
1,75.360
20
31
Khi đánh lái trong trường hợp ôtô đứng yên tại chỗ, lực đặt lên vành lái để thắng
lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng là lực lái lớn nhất. Lực này được
xác định theo công thức:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 34
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
max
1
. . .
c
c tr th
P M
R i i
(2 - 10)
Trong đó:
M
c
– mômen cản quay vòng M = 1080,48 (Nm).
c
R – bán kính bánh lái R = 0,2 (m).
i
c
– tỷ số truyền cơ cấu lái i =20.
c
th
– hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái
trục vít- êcu bi hiệu suất thuận = 0,7
th
i
tr
– tỷ số truyền của truyền động lái.
Coi tỷ số truyền của dẫn động lái bằng tỷ số giữa chiều dài các đòn nối với
thanh kéo dọc.
i
tr
=i =
d
n
d
L
L
=1 (2 - 11)
Vậy ta có:
IV. Tính toán thiết kế cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng.
4.1 Thông số hình học:
Vi phân góc quay của vành tay lái:
d = dt (2-16)
Trong đó
p : bước ren trục vít : góc quay vành lái t : thời gian
Vi phân góc quay của trục đòn quay đứng:
d = (2-17)
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 35
l
n
l
d
Hình 2.7: Sơ đồ xác định tỷ số truyền dẫn động lái.
1
0
9
8
321 76
5
4
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
R
c2
: Bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt
do đó: i = = R =
c2
4.2 Thiết kế bộ truyền trục vít- êcu bi.
Tỷ số truyền của hệ thống lái:
(2-18)
Trong đó: M - Mômen cản khi quay vòng tại chỗ, Mc = 1080,48 (Nm)
c
PLmax - Lực lái lớn nhất của người lái, Plmax = 376,47 (N)
R - bán kính vành lái, R = 200 (mm)
η
t
= 0,7– hiệu suất truyền lực thuận của hệ thống lái.
Vậy:
1. vỏ cơ cấu lái 6. Phớt
2. ổ bi dưới 7. Đai ốc điều chỉnh
3.Trục vít 8. Đai ôc hãm
4. Êcu bi 9. Bánh răng rẻ quạt
5. ổ bi trên 10.Bi
Hình 2.8- Hệ thống lái trục vít - êcu- bi-thanh răng, cung răng
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 36
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Tỷ số truyền của cơ cấu lái:
(2-19)
Trong đó: i = L =1 tỷ số truyền của dẫn động lái.(đã tính ở trên)
d n
/L
đ
Suy ra:
Dtb
Dt
d1
/2
/2
rl
rl
db
d1
Dt
Dtb
D
d
B
rl
rl
cc
c
Fa
Hình 2.9- Các thông số của trục vít - êcu- bi
Khi đánh lái, trục vít bị xoay, tạo ra lực vuông góc từ bề mặt rãnh vít qua các
viên bi tác dụng vào bề mặt rãnh bi trên ê cu. Lực này được phân ra thành 2 thành
phần: là lực vòng P và lực dọc trục P . Lực P chính là lực tác dụng làm quay bánh
v d d
răng rẻ quạt.
Lực P có giá trị như sau:
d
(2-20)
Trong đó:
M
c
- mômen cản quay vòng khi xe đứng tại chỗ, M = 1080,48 (Nm)
c
L
d
- Độ dài đòn quay đứng, L = 180 (mm)
d
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 37
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
L
n
- Độ dài đòn quay ngang, đoạn nối giữa trục bánh xe với đòn kéo dọc,
L
n
= 180 (mm).
th
– hiệu suất thuận của cơ cấu lái, = 0,7
th
R
c2
- bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt,
Ta chọn đường kính bi: d = 6 (mm)
b
Bước vít của trục vít: p = d + 5 = 11 (mm)
b
Ta có:
R = = = 36 (mm)
c2
Vậy :
Chọn vật liệu chế tạo trục vít là thép 40Cr. Do đặc điểm cấu tạo, Êcu bi và
thanh răng là một chi tiết và cùng được làm từ thép 40Cr.
Xác định đường kính trong của ren trục vít theo độ bền kéo:
(2-21)
Trong đó:
[ ] = /3 với - giới hạn chảy của vật liệu vít. Với thép 20XH, = 400
K
ch
ch
ch
(MPa). [ ] = 400/3=133 (MPa) = 133 (MN/m)
K
Vậy :
Theo bảng P2.4 (Tính toán thiết kế hệ đẫn động cơ khí Tập 1) chọn
Chọn đường kính bi: d = 6 (mm)
b
Bước vít p = d + (1…5) mm = d + 5 = 11 (mm)
b b
Bán kính rãnh lăn: chọn r = 0,51. d = 0,51.6=3,06(mm)
1 b
Khoảng cách từ tâm rãnh lăn đến tâm bi:
(2-22)
Trong đó - là góc tiếp xúc, nên chọn = 45 thì khả năng tải của trục vít tăng.
o
Vậy:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 38
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Đường kính vòng tròn qua tâm các viên bi:
D
tb
= d + 2.(r –c) = 22+2.(3,06- 0,04) =28,04(mm)
1 1
Đường kính trong của đai ốc:
D
1
= D + 2(r – c) =28,04 + 2.(3,06- 0,04)=34,08(mm)
tb 1
Chiều sâu của profin ren: h = ( 0,3 0,35)
1
Đường kính ngoài của trục vít: d= d + 2h
1
Đường
kính ngoài của ê cu: D =D – 2 h =
1 1
Góc nâng trục vít được xác định như sau:
0
11
( ) arctg( ) 7,1
. .27,04
tb
p
ar g
D
ct
(2-23)
- Góc ma sát lăn thay thế: (2-24)
với = 0,004 0,006 là hệ số ma sát lăn.
Vậy:
Bước vít: t = . tg = .D
tb
Số vòng ren trên ê cu: K = 2,5 vòng.
Số viên bi trên các vòng ren làm việc:
Z
b
=
. .
1
tb
b
b
KD
Z
d
= (viên)
Số viên bi không làm việc phụ thuộc vào chiều dài rãnh hồi bi:
Z = L = 30/6 = 5 (viên)
k k
/d
b
Trong đó: L – chiều dài rãnh hồi bi. L
K K
=30(mm)
Tổng số viên bi: Z = Z + Z = 36+ 5 = 41 (viên)
b k
Xác định khe hở hướng tâm:
= D – (2d +d ) = 34,08 – (2.6+22) =0,08(mm)
1 b 1
Khe hở tương đối: = = 0,08/22 = 0,004 (mm) /d
1
Hiệu suất thuận:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 39
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
0,99
Hiệu suất nghịch:
+) Tính kiểm bền:
Tải trọng riêng dọc trục xác định theo công thức sau:
(2-25)
Trong đó: = 0,8 - hệ số phân bố không đều tải trọng cho các viên bi.
q
a
= =20 (MN/m )
2
Từ khe hở tương đối và tải trọng riêng dọc trục q , theo đồ thị xác định ứng
a
suất lớn nhất , ta xác định được ứng suất lớn nhất =3800 Mpa.
max.
max
[
max
] = 5000 Mpa đối với mặt làm việc của trục vít
Do đó trị số thoả mãn điều kiện: < [
max
max
max
]
4.3 Thiết kế bộ truyền thanh răng–cung răng.
Sơ đồ bộ truyền thanh răng – cung răng:
1
2
1. Thanh răng. 2. Cung răng.
Hình 2.10: Cơ cấu lái liên hợp
4.3.1 Chọn vật liệu.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 40
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Thanh răng và bánh răng rẻ quạt được chế tạo bằng thép 20XH, thường hoá, độ
rắn HRC 50, , phôi rèn.
4.3.2 Xác định các thông số của bộ truyền:
a) Tính bánh răng rẻ quạt theo độ bền tiếp xúc:
Bánh răng rẻ quạt là bánh răng trụ răng thẳng.Tính toán nhằm thoả mãn điều
kiện tiếp xúc lớn nhất sinh ra khi các đôi răng ăn khớp không vượt quá trị số cho
phép .Ứng suất tiếp xúc lớn nhất được tính theo công thức Héc đối với hai hình trụ tiếp
xúc dọc đường sinh.Ta có điều kiện bền:
(2-26)
Trong đó :
q
n
- cường độ tải trọng pháp tuyến(tải trọng riêng)
- bán kính cong tương đương của bề mặt
Z
M
-hệ số xét đến cơ tính của vật liệu
Do bánh răng rẻ quạt chế tạo bằng thép nên Z
M
=275(MPa)
1/2
Vì hiện tượng tróc rỗ xảy ra tại phần chân răng gần vùng tâm ăn khớp,nên ta
tính toán độ bền tiếp xúc của răng tại tâm ăn khớp.
Đối với bánh răng trụ răng thẳng, cường độ tải trọng pháp tuyến, có xét đến
sự phân bố không đều tải trọng theo chiều rộng vành răng và tải trọng động là:
(2-27) Để đơn giản trong tính toán ta
giả thiết có hai răng ăn khớp cùng một lúc.
Do đó tổng chiều dài tiếp xúc l bằng chiều rộng vành răng ;
H
Bán kính cong tương đương
(2-27)
Trong đó -bán kính cong các bề mặt răng của thanh răng và bánh răng rẻ quạt.
Ta có
Do đó
Từ những công thức trên ta suy ra công thức kiểm nghiệm bánh răng rẻ quạt
theo độ bền tiếp xúc :
(2-28) Trong đó :
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 41
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
M
d
-mômen quay trục bánh răng rẻ quạt = M(Nm)
-ứng suất tiếp xúc cho phép (MPa),
Z
H
-hệ số xét đến hình dạng bề mặt tiếp xúc, tính theo công thức
(2-29)
Bánh răng rẻ quạt được thiết kế với độ dịch chỉnh bằng 0,ta có và tính được:
Z
H
=1,76
Hệ số tập trung tải trọng tra theo đồ thị trên hình 10-14(trang 157 –CTM tập I)
Đặt
Lấy Z = 1,76
H
Với bánh răng bằng thép Z = 275( MPa)
M
1/3
Với
Hệ số chiều rộng bánh răng phụ thuộc vào vị trí của bánh răng so với các ổ.
Trong trường hợp thiết kế, bánh răng rẻ quạt bánh răng rẻ quạt đặt ở vị trí đối xứng nên
ta có thể lấy , ta chọn
Bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt đã tính ở trên R = 36 (mm). Suy ra
c2
Do vậy chiều rộng răng .
Hệ số dùng để tra ra các hệ số và (theo hình 10-14–CTM tập I ).
Độ rắn của vật liệu chế tạo HB <350, nên ta tìm được:= 1,01
Chọn sơ bộ hệ số K = 1,2.
Hv
Thay những thông số vào công thức ta tính được ứng suất tác dụng lên bề mặt
răng của bánh răng rẻ quạt:
Thoả mãn ứng suất cho phép .
Chọn mô dun: m = 6(mm)
Đường kính vòng chia: D = 2R
c2 c2
=36.2=72(mm)
Chiều cao răng: h =(1,6 – 1,8).m=1,6.6=9,6(mm)
2
Chiều cao đỉnh răng: h = 0,6.m=0,6.6=3,6(mm)
đ2
Chiều cao chân răng: h = h - h =9,6-3,6=6(mm)
f2 2 đ2
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 42
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Khe hở chân răng: c = ( 0,15- 0,25)m=0,15.6=0,9(mm)
Đường kính vòng đinh răng: D = D + 2h =72+2.3,6=79,2(mm)
đ2 c2 đ2
Đường kính vòng chân răng: D = D – 2.(h +c)=72-2.(6+0,9)=58,2(mm)
f c2 f2
Góc ăn khớp:
Chiều rộng bánh răng: . Chọn
Bước răng: t= .m = .8 = 25,12(mm)
Góc ôm của bánh răng rẻ quạt:
b) Tính bánh răng rẻ quạt theo độ bền uốn :
Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không được
vượt quá một giá trị cho phép :
(2-30)
M
d
-mômen quay trục bánh răng rẻ quạt = M =1080,48(Nm)
c
R bán kính vòng chia bánh răng rẻ quạt R= 36 (mm)
b Bề rộng bánh răng rẻ quạt b = 40 (mm)
Yhệ số trùng khớp của răng, Y
hệ số kể đến độ nghiêng của răng ( bánh răng thẳng)
Y hệ số dạng răng ( tra bảng 6.18 trang 109 TTTK hệ dẫn động CK T1 ). Ta có
Y= 4
hệ số tải trọng khi tính về uốn = 2 - 2,5 chọn = 2,5
Vậy ta có :
=400(MPa)
Thoả mãn điều kiện bền cho phép của loại vật liệu chế tạo.
V. Tính bền các chi tiết còn lại của hệ thống lái.
5.1 Tính bền trục lái
Trục lái làm bằng thép 30 có ứng suất cho phép [ ] = 80(MN/m ). Trục chế tạo
2
đặc có đường kính D = 30 (mm). Dưới tác dụng của mômen đặt lên vành tay lái trục lái
sẽ chịu tác dụng của ứng suất xoắn.
Ứng suất xoắn tác dụng lên trục lái:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 43
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
.
vl
x
P R
W

(2 - 31)
Trong đó:
P
Lmax
– lực cực đại tác dụng lên vánh tay lái P = 376,5 (N).
Lmax
R – bán kính vành tay lái R = 200 (mm).
W
x
– môdun chống xoắn.
3 3 3
0,2. 0,2.30 5400( ).
x
W D mm
Vậy:
Kiểm tra góc xoắn đối với trục lái, góc xoắn trục lái được tính theo công thức:
2. .
.
L
D G
(2 - 32)
Trong đó:
L - chiều dài trục lái L = 940 (mm).
D - đường kính trục lái D = 30 (mm).
G - môdun đàn hồi dịch chuyển G = 8.10 (MN/m
4 2
).
- ứng suất xoắn tác dụng lên trục lái = 13,94 (MN/m
2
).
Vậy:
Góc xoắn tương đối không vượt quá (5,5 7,5 )/m.
0
0
[ ]
=5,5
0
/m . Vậy trục lái đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
5.2. Tính bền đòn quay đứng
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 44
l
1
c
1
b
a
d
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Đòn quay đứng có kết cấu dạng thẳng hoặc cong. Tỷ số giữa chiều dài của đòn
quay đứng và đòn kéo ngang bằng một, nên có thể xem như toàn bộ mômen để khắc
phục lực cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng đều được truyền qua đòn quay
đứng. Những va đập tác động lên một trong hai bánh xe dẫn hướng khi xe chạy trên
mặt đường gồ ghề sẽ được truyền tới vành tay lái. ở trường hợp này trục đòn quay
đứng chịu lực va đập toàn bộ. Đòn quay đứng nối với dẫn động lái bằng một khớp cầu
(Rô-tuyn) và nối với cơ cấu lái bằng then hoa hình tam giác.
Vật liệu làm chế tạo đòn quay đứng là thép 35X, có ứng suất uốn cho phép:
[
u
]
= 700 (MN/m ), theo tài liệu chuyên ngành, ta lấy hệ số an toàn n = 2 ,ứng suất
2
xoắn cho phép [ ] = 60 80 (MN/m
2
).
Kinh nghiệm cho thấy lực cực đại tác dụng lên đòn kéo dọc thường không
vượt quá trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng. Vì vậy khi tính đòn quay
đứng nên chọn lực lớn hơn trong 2 lực tính theo các công thức dưới đây để tính toán:
(2 - 33)
Lực do mômen cản quay vòng lớn nhất tạo ra là:
max
2
. . .
vl ccl l
d
P R i
Q
l
(2 - 34)
Trong đó:
trọng lượng tác dụng lên cầu dẫn hướng, =10970(N)
P
vlmax
– lực lớn nhất tác dụng lên vành tay lái P = 376,5(N).
vlmax
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 45
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
R – bán kính vánh tay lái R = 200 (mm).
i
ccl
– tỷ số truyền cơ cấu lái i = 20.
ccl
l
– hiệu suất thuận cơ cấu lái
l
= 0,7.
l
d
– chiều dài đòn quay đứng l = 180 (mm).
d
Vậy:
Như vậy ta lấy lực Q để tính cho đòn quay đứng. Đòn quay đứng được kiểm tra
2
theo uốn và theo xoắn tại tiết diện nguy hiểm 1-1.
+) Kiểm tra bền đòn quay đứng theo uốn:
Đòn quay đứng bị uốn do mô men Q.l gây nên.
d
Ứng suất uốn:
2
.
.
6
d
u
Q l
b a
(2 - 35)
Trong đó:
b – chiều dày đòn quay đứng b = 20 (mm).
a – chiều rộng đòn quay đứng a = 35 (mm).
Vậy:
Vậy đòn quay đứng thoả mãn điều kiện bền uốn.
+) Kiểm tra bền đòn quay đứng theo xoắn:
Đòn quay đứng bị xoắn do mômen Q.c gây nên.
Ứng suất xoắn:
2
.
. .
x
Q c
b a
(2 - 36)
Trong đó:
c – khoảng cách từ tâm tiết diện tới tâm rôtuyl; c = 46 (mm).
- hệ số phụ thuộc vào tỷ số a/b.
35
1,75
20
a
b
do đó tra bảng ta có = 0,239.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 46
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Vậy:
< [ ]
Vậy đòn quay đứng đảm bảo độ bền xoắn.
Kết luận: Đòn quay đứng đảm bảo độ bền theo uốn và xoắn.
5.3. Tính bền đòn kéo dọc.
Đòn kéo dọc chịu lực kéo nén dưới tác dụng của lực Q đã tính ở phần 5.2 và có
trị số là: 6003,1(N). Đòn kéo dọc được làm từ thép ống 40X có tiết diện tròn rỗng
đường kính ngoài là 30mm đường kính trong là 20mm.
Ứng suất nén được tính theo công thức:
(2 - 37)
Trong đó: F – là diện tích tiết diện của đòn kéo dọc.
Ứng suất uốn của đòn kéo dọc:
(2 - 38)
Trong đó:
E – modun đàn hồi khi kéo E = 2.10 (MN/m
5 2
).
l – chiều dài thanh kéo dọc l = 880 (mm).
J
d
– momen quán tính tiết diện ngang đòn kéo dọc:
(2 - 39)
Ở đây:
D – đường kính ngoài thanh kéo dọc D = 30 (mm).
d – đường kính trong thanh kéo dọc d = 20 (mm).
Vậy:
Hệ số dự trữ tính cho đòn kéo dọc:
n
d
= > [n ] =
d
Như vậy đòn kéo dọc đảm bảo độ bền.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 47
e
n
c
V
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
5.4. Tính bền đòn kéo ngang.
Đòn kéo ngang được tính bền dưói tác dụng của lực N. Lực N là lớn nhất khi
lực phanh sinh ra là lớn nhất. Lực phanh max được tính theo công thức:
(2 -40)
Trong đó: G – tải trọng đặt lên một bánh xe dẫn hướng trong trạng thái tĩnh.
bx
G
bx
= 5485(N).
m
1p
– hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu trước khi phanh m = 1,4.
1p
- hệ số bám giữa lốp và mặt đường = 0,75.
P P
pmax pmax
Lực tác dụng lên đòn ngang được tính theo công thức:
max
.
p
P c
N
e
(2 - 41)
Trong đó: c, e là các kích thước trên hình vẽ.
e = 206 (mm).
.
Vậy:
Đòn ngang được chế tạo bằng thép ống 40X có:
Ứng suất nén của đòn ngang:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 48
Hình 2.11:Sơ đồ lực tác dụng lên đòn kéo ngang hình thang lái.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
(2 - 42)
Đường kính ngoài của đòn ngang D = 35 (mm).
Đường kính trong của đòn ngang d = 25 (mm).
Ứng suất uốn giới hạn khi nén:
(2 - 43)
Trong đó:
E – môdun đàn hồi khi kéo E = 2.10(MN/m) =2.10(N/mm)
J – mômen quán tính của tiết diện ngang đòn kéo ngang.
n
F ).
n
– tiết diện đòn ngang F = 471,2 (mm
n
2
l – chiều dài đòn ngang l = 1313,67 (mm).
Vậy:
Độ dự trữ ổn định của đòn kéo trong kết cấu hoàn thiện:
>[n ] =
n
Vậy đòn kéo ngang đảm bảo độ bền và độ ổn định.
5.5. Tính bền đòn bên
Theo như biểu đồ mômen ta có:
Đòn bên làm bằng thép 45:
2
4000( / )KG cm
=400 (MN/m)
Mômen uốn:
A
u
M
W
(2 - 44)
Biểu đồ mômen:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 49
m
cos
m.cos
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Hình 2.13 Biểu đồ mômen uốn của đòn bên.
Trong đó:
W – mômen cản uốn.
u
ở đây: b – chiều rộng đòn bên b = 35 (mm).
h – chiều cao đòn bên h = 30 (cm).
Vậy:
Hệ số an toàn: .
Như vậy đòn bên đảm bảo điều kiện bền.
5.6. Tính bền khớp cầu (Rotuyl).
Khớp cầu được bố trí trên đòn kéo dọc, đòn ngang hệ thống lái. Chúng là khâu
quan trọng của dẫn động lái. Các khớp cầu được phân loại theo cách thức bù đắp khe
hở của các bề mặt làm việc khi chúng bị mòn. Hiện nay trên ôtô thường sử dụng hai
loại khớp cầu:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 50
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Khớp cầu có lò xo nén đặt hướng kính.
Khớp cầu có lò xo nén đặt hướng trục.
Vật liệu chế tạo khớp cầu là thép 40XH có cơ tính:
Với điều kiện là khớp làm việc ở chế độ tải trọng động và chịu va đập. Khớp
cầu được kiểm nghiệm độ bền theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc và kiểm tra độ
bền cắt tại vị trí có tiết diện nguy hiểm.
5.6.1. Kiểm tra bến khớp cầu.
Như phần tính bền thanh kéo ngang lực tác dụng lên khớp cầu cũng chính là lực
tác dụng lên đòn ngang khi phanh.
N=3914,1(N)
Như phần tính bền đòn kéo dọc, lực tác dụng lên khớp cầu cũng chính là lực tác
dụng lên đòn kéo dọc khi mômen cản quay vòng lớn nhất và không có trợ luc.
Q=6003,1(N)
Sau khi so sánh hai giá trị lực ta lấy trị số Q =6003,1(N) làm số liệu tính toán kiểm bền
khớp cầu.
64
0,63
R4
R2
2x45
o
0,32
1:8

14
18
21
20
2356
34
24
10
10
M16
R15 ±0,05
1:10
R2
4
120
o
4
120
o
cÇu
Hình 2.14 Sơ đồ kết cấu khớp cầu (Rotuyl)
a/Tính ứng suất chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu.
(2 – 45)
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 51
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
F – là diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rôtuyl. Trong thực tế diện tích làm
việc chiếm 2/3 diện tích bề mặt của khớp cầu. Nên mặt chịu lực tiếp xúc chiếm: S =
1/2. 2/3 = 1/3 bề mặt khớp cầu.
Ta có:
Trong đó: D – là đường kính khớp cầu: D = 30 (mm) = 0,03(m).
Hệ số an toàn:
Như vậy khớp cầu thoả mãn điều kiện chèn dập tại bề mặt làm việc của
khớp cầu ở thanh kéo dọc.
b/ Kiểm tra khớp cầu theo điều kiện cắt
Kiểm tra độ bền cắt khớp cầu tại tiết diện nguy hiểm nhất.
Ứng suất cắt được tính theo công thức:
(2 – 46)
Trong đó: F – là tiết diện của rotuyl tại vị trí có tiết diện nguy hiểm nhất (tại
c
chỗ thắt nhỏ của rotuyl như trên hình 2.12)
ở đây: d là đường kính tại chỗ thắt của rô-tuyl : d = 20 (mm) =0,02(m)
Hệ số an toàn: .
Vậy khớp cầu thoả mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 52
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
CHƯƠNG III:THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI
I. Đặc điểm của trợ lực lái.
1.1 Các yêu cầu của trợ lực.
+ Khi hệ thống của trợ lực lái có sự cố thì hệ thống lái vẫn có thể làm việc. Nếu
có hư hỏng xảy ra làm ngưng việc cấp dầu từ bơm đến cơ cấu lái thì người lái vẫn có
thể điều khiển được xe.
+ Đảm bảo lực lái thích hợp : Công dụng chính của trợ lực là giảm lực đánh lái,
mức độ giảm lực lái phải phù hợp với từng điều kiện chuyển động của xe. Nói chung,
cần lực lái lớn khi xe đứng yên hay chay chậm. ở tốc độ trung bình cần lực lái nhỏ hơn
và lực lái giảm dần khi tốc độ tăng. Chỉ cần lực lái nhỏ khi tốc độ xe cao vì ma sát
giữa bánh xe và mặt đường giảm. Nói cách khác phải đạt được lực lái phù hợp ở bất kỳ
dải tốc độ nào và cùng lúc đó “cảm giác đường” phải được truyền tới người lái.
+ Có khả năng trợ lực lúc lốp xe bị hỏng, để khi đó người lái vừa phanh ngặt,
vừa giữ được hướng chuyển động ban đầu của xe.
+ Thời gian tác động của trợ lực phải là tối thiểu.
Như vậy sử dụng hệ thống trợ lực lái phải đảm bảo tính năng vận hành của xe,
giảm được lực đánh lái. Tuy nhiên, hệ thống lái có trợ lực kết cấu phức tạp hơn và khối
lượng bảo dưỡng cũng tăng lên so với hệ thống lái không có trợ lực.
1.2 Chọn loại trợ lực.
Với xe du lịch 7 chỗ ta dùng trợ lực thuỷ lực với các ưu điểm sau:
- Có áp suất trong hệ thống thuỷ lực lớn: p = 4 10 (MN/cm ) nên giảm được
2
kích thước và trọng lượng xilanh lực.
- Tác dụng của bộ trợ lực nhanh, thời gian chậm tác dụng của bộ trợ lực không
chậm quá 0,02 0,04 (giây) nhờ vận tốc truyền áp suất trong chất lỏng nhanh.
- Giảm được va đập trong truyền dẫn thuỷ lực do mặt đường không bằng phẳng
nên người lái đỡ mệt.
- Hiệu suất làm việc của bộ trợ lực thuỷ lực cao và hiệu quả tác dụnglớn.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 53
C
C
B
2
1
4
3
10
6
5
12
11
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
II. Lựa chọn phương án bố trí trợ lực lái.
2.1. Một số phương án bố trí trợ lực hệ thống lái.
Hệ thống trợ lực lái là một hệ thống tự điều khiển, nó bao gồm: nguồn năng
lượng, van phân phối và xilanh lực. Tuỳ thuộc vào việc sắp xếp các bộ phận trên vào
hệ thống lái có thể chia ra các phương án sau:
Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái.
Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái.
Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, tách biệt với xilanh lực
Van phân phối, xilanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau.
2.1.1 Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái.
Với phương án bố trí này, xilanh lực và van phân phối đều nằm trong cơ cấu lái
tạo thành một cụm bao gồm: xilanh lực – van phân phối – cơ cấu lái.
Ưu điểm của phương án này là bố trí gọn gàng, tốn ít đường ống, độ chậm tác
dụng nhỏ, giảm được va đập truyền từ bánh xe lên vành lái. Tránh được khả năng phát
sinh dao động của các bánh xe dẫn hướng do sự không ổn định động lực của trợ lực
gây nên.
Nhược điểm là cơ cấu lái phức tạp, các chi tiết trong dẫn động lái chịu ứng suất
biến dạng lớn. Do đó phải tăng khối lượng của các chi tiết của hệ thống dẫn động lái.
Mặt khác, hầu như tất cả các chi tiết của hệ thống lái phải chịu tác dụng của mômen
cản quay vòng toàn bộ của bánh xe dẫn hướng, điều này làm tăng độ biến dạng đàn hồi
của hệ thống lái và hậu quả là làm tăng khả năng phát sinh dao động của các bánh xe
dẫn hướng với các xe có tải trọng lớn. Do vậy, phương án bố trí này chỉ sử dụng cho
các loại xe ôtô có khối lượng đặt trên các bánh xe dẫn hướng từ 2 đến 4 tấn.
Với xe 7 chỗ dùng cơ cấu lái trục vít - êcu bi- thanh răng bánh răng, ta có thể sử
dụng phương án bố trí trợ lực này.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 54
11
7
8
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 55
1 - Đòn quay đứng.
2 - Thanh kéo dọc.
3 - Đòn quay ngang.
4 - Cơ cấu xilanh lực, van phân
phối, cơ cấu lái.
5 - Cầu dẫn hướng.
6, 9, 10 - Cơ cấu hính thang lái.
7 - Trục lái.
8 - Vành tay lái.
11 - Bánh xe dẫn hướng.
12 – Trụ xoay đứng.
Hình 3.1 Bộ trợ lực lái bố trí cơ cấu lái van
phân phối và xilanh lực thành một cụm.
C
C
B
2
1
4
3
10
11
7
6
5
12
9
11
8
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
2.1.2. Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái.
1 - Cơ cấu lái
2 - Thanh kéo dọc.
3 - Đòn quay ngang.
4 - Cơ cấu xilanh lực và van phân phối.
5 - Cầu trước của bánh xe dẫn hướng.
6, 9, 10 - Cơ cấu hình thang lái.
8 - Vành tay lái.
11 - Bánh xe dẫn hướng.
12 - Trụ xoay đứng.
7 - Trục lái
Trong phương án này van phân phối và xilanh lực được bố trí chung thành một
cụm trên thanh kéo dọc. Kiểu bố trí như thế này cho phép ta ta có thể sử dụng nhiều cơ
cấu lái khác nhau. Tuy nhiên khuynh hướng gây nên sự dao động của các bánh xe dẫn
hướng sẽ cao hơn so với kiểu bố trí cơ cấu lái, van phân phối và xilanh lực thành một
cụm và các đường ống dẫn có chiều dài lớn.
2.1.3. Van phân phối, cơ cấu lái đặt thành một cụm tách biệt với xilanh lực
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 56
Hình 3.2 Bộ trợ lực bố trí cơ cấu lái riêng xilanh lực và
van phân phối thành một cụm.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
11
8
13
7
10
6
9
2
3
5
12
CC
1
4
B
11
1 - Van phân phối.
2 - Thanh kéo dọc.
3 - Đòn quay ngang.
4 - Cơ cấu lái.
5 - Cầu trước của bánh xe dẫn hướng.
6, 9, 10 - Cơ cấu hình thang lái.
7 - Trục lái.
8 - Vành tay lái.
11 - Bánh xe dẫn hướng.
12 – Trụ xoay đứng.
13 - Xilanh lực.
Ở phương án này, van phân phối được bố trí chung trong cơ cấu lái, còn xilanh lực nằm
riêng rẽ. Trong kiểu bố trí này đòi hỏi các đường ống dẫn phải dài nhưng ưu điểm
chính của nó lại là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi tác động của trợ lực
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 57
Hình 3.3: Trợ lực bố trí van phân phối cơ cấu lái
thành cụm tách biệt với xilanh lanh lực
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
lái, công suất của trợ lực lái dễ dàng thay đổi do xilanh lực có thể thay đổi tự do cách
bố trí.
Nhược điểm của phương án này là đòi hỏi phải có chiều dài đường ống lớn, độ
chậm tác dụng lớn hơn phương án 1.
2.1.4. Van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau.
5
7
8
11
10
6
4
3
1
2
CC
B
12
9
11
13
1 - Cơ cấu lái.
2 - Thanh kéo dọc.
3 - Đòn quay ngang.
4 - Vân phân phối.
5 - Cầu trước của bánh xe dẫn hướng.
6, 9, 10 - Cơ cấu hình thang lái.
7 - Trục lái.
8 - Vành tay lái.
11 - Bánh xe dẫn hướng.
12 – Trụ xoay đứng.
13 - Xilanh lực.
Trong phươg án này ta bố trí các cụm cơ cấu lái, van phân phối và xilanh lực
nằm tách biệt với nhau. Nó cũng có đầy đủ những ưu điểm của các phương án bố trí
trước như là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi lực tác động của trợ lực,
công suất của trợ lực dễ dàng thay đổi do xilanh lực có thể thay đổi tự do cách bố trí.
Tuy nhiên lực tác động lên van phân phối thay đổi do cánh tay đòn thay đổi.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 58
Hình 3.4: Bộ trợ lực bố trí van phân phối, cơ cấu lái, xilanh lực nằm
riêng rẽ với nhau
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Vì kết cấu các cụm chi tiết của xe nhỏ gọn, để phù hợp với hình dáng kích thước
của xe ta phải lựa chọn phương án thiết kế cụm trợ lực đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đảm bảo được tính năng trợ lực, nhưng vẫn phải tạo được “cảm giác” lực cản
của mặt đường cho người lái.
- Cách bố trí của phương án phải phù hợp với xe thiết kế.
- Giá thành sản xuất, thay thế phải đảm bảo tính kinh tế.
- Dễ dàng tháo lắp, bảo dưỡng và sửa chữa.
Qua đánh giá và phân tích các ưu, nhược điểm của các phương án bố trí trợ lực.
Ta thấy phương án 1 là phương án thích hợp nhất để tính toán và thiết kế.
2.1.5 Chọn van phân phối:
Van phân phối có hai dạng được dùng phổ biến là loại van trượt và loại van
xoay. Loại van trượt có kết cấu phức tạp. Với cơ cấu lái liên hợp của xe thiết kế, loại
van xoay có kết cấu gọn, không có độ dịch chuyển dọc.
2.1.6 Nguyên lý làm việc của van phân phối kiểu van xoay.
Van ống ngoài( van xoay): D = 40(mm); d = 26(mm).
ng tr
Có đường dầu đến d = 7mm, được khoan thẳng, hai lỗ trợ lực được khoan chéo
góc d = 4mm. Đục mỗi mặt 4 lỗ cách đều nhau, có tất cả 12 lỗ trên mặt van. Mặt ngoài
có khoét rãnh vuông và mặt trong có khoét rãnh êlíp. Van được lắp chặt với trục vít
bằng chốt đường kính 3(mm)
Van ống trong ( trục van phân phối): D = 26(mm); d = 13(mm).
ng tr
Van này chỉ có hai loại lỗ: một lỗ trung gian (khi xe đi thẳng) và một lỗ nằm trên
cao để hồi dầu về. Van làm rỗng bên trong. Thanh xoắn nằm cố định trong van. Cả van
ống trong và thanh xoắn được lắp với trục vít bằng một chốt đường kính 4(mm), đầu
còn lại của thanh xoắn lắp chặt với van ống trong bằng chốt 4(mm). Mặt bên ngoài van
ống trong có rãnh êlíp để dẫn dầu đi trợ lực.
Nguyên lý trợ lực:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 59
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Khi xe đi thẳng: lúc này ba lỗ trung gian trùng nhau. Dầu đi từ bơm qua lỗ trung
gian vào van ống trong rồi qua cửa hồi về bình chứa. Buồng trái và buồng phải xi lanh
bị nén nhẹ nhưng không có sự chênh lệch áp suất giữa chúng nên không có sự trợ lực
lái
Khi xe rẽ về một bên: Van ống trong có phần vỏ nối với các đăng của vành lái.
Khi các đăng xoay, van ống trong cũng xoay, thanh xoắn bị xoắn một góc làm cho van
ống trong và van ống ngoài lệch nhau một góc nhỏ (khoảng gần 3 độ) chỉ đủ để đường
dầu đi thẳng của van ống ngoài có thể đi đến bên đường dầu cần trợ lực, đồng thời
hướng mặt bên không cần trợ lực vào khoang trống để dầu bên không trợ lực có thể đi
về bình chứa.
Khi đang đánh lái mà giữ nguyên vành lái, khi đó thanh xoắn vẫn đang bị xoắn,
dầu trợ lực tiếp tục trợ lực cho một buồng (trái hoặc phải) của xi lanh lực tuỳ theo đang
quay vòng theo hướng nào. Vì giữ nguyên vành lái nên thanh răng đứng yên. Do đó
trục vít bị quay theo chiều ngược lại, tức là thanh xoắn không bị xoắn nữa, các van trở
về vị trí trung gian như khi xe đi thẳng. Khi người lái tiếp tục đánh lái, quá trình lại
diễn ra như khi xe quay vòng về một phía đã trình bày ở trên.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 60
VÒ A
Van èng
Van èng
Thanh
VÒ B
H×nh 3.5: Khi xe ®i
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
III: Tính toán trợ lực.
3.1. Tính toán xylanh lực
Kích thước của xylanh lực cần phải đủ lớn để đảm bảo sinh ra được lực cần thiết trong
khi áp suất chất lỏng trong hệ thống trợ lực lái là có giới hạn. Với hệ thống lái có trợ
lực, để người lái vẫn giữ được cảm giác mặt đường ta chọn lực lớn nhất của người lái
đặt vào vành lái là: P
maxLCH
= 100 (N)
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 61
Van èng trong
Van èng ngoµi
Thanh xo¾n
VÒ B
VÒ A
H×nh 3.6: Khi xe quay
VÒ A
Van èng trong
Van èng ngoµi
Thanh xo¾n
VÒ B
H×nh 3.7: Khi xe quay
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Chọn điểm bắt đầu trợ lực:
P=25(N)
0 0
25 0.20 20,5 1 0.7 71,75( )
c l vl c d th
M P R i i N
Vậy A[71,75; 25]
Đồ thị các đường đặc tính khi chưa trợ lực và được lắp bộ trợ lực được thể hiện ở hình
dưới đây:
Đặc tính khi chưa có trợ lực là đường bậc nhất, đoạn OB.
Đặc tính khi có trợ lực là đường bậc nhất gãy khúc và thấp hơn đường đặc tính khi
chưa có trợ lực.
Đoạn OA: P = f(M ) lực do người lái hoàn toàn đảm nhận. Bộ trợ lực chưa làm việc.
L0 c0
Đoạn AC: P = f(M ) biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt
LCHmax cCH
đường. Chọn P = 90(N), M =1080,48. Điểm C[1080,48; 90]
LCHmax cCHmax
Từ C trở đi: P = f(M ) song song với đường P = f(M
c c L0 c0
).
Momen quay vòng của người lái lớn nhất quy dẫn đến trụ xoay đứng:
max max
. . . .
L LCH v t dd
M P R i i
Trong đó
t
– hiệu suất thuận của cơ cấu lái trục vít - êcu bi – thanh răng – cung răng, = 0,7
t
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 62
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Vậy:
max
100.0,20.20.0,7.1 287
L
M Nm
Momen cản quay vòng tại trục đòn quay đứng được thu nhận bởi xylanh lực:
max max max
max
1080,48 287 793,48
CH C L
CH
M M M
M Nm
Lực cản dọc trục cản chuyển động tịnh tiến của êcu bi được thu nhận bởi xylanh lực:
max
max
2
793, 48
26449
0.03
CH
XL
c
M
P N
R
Đường kính xylanh lực là: D
xl
Ta có diện tích xylanh lực:
2
max
max
4
xl XL
xl
D P
F
p
Trong đó: p - áp suất dầu cực đại p =6 MPa
max max
Thay số vào công thức ta có:
3 2
6
26449
4,4 10
6 10
xl
F m
Ta có đường kính xylanh lực:
D
xl
=
3
4 4 4,4 10
0,075(m) 75( )
xl
F
mm
3.2. Tính đường kính ngoài và kiểm tra bền xylanh lực
3.2.1. Yêu cầu và chọn vật liệu chế tạo
Xylanh lực chịu áp suất p = 60(KG/ nên ta chọn vật liệu chế tạo là gang cầu. Độ bóng
của bề mặt làm việc của xylanh lực, piston thường là cấp 10 và cấp 11.
3.2.2 Tính độ bền của xylanh lực
Khi tính độ bền của xylanh lực thường bỏ qua những tác động ngẫu nhiên lên nó (va
đập từ bên ngoài…) mà chỉ để ý ảnh hưởng của áp suất chất lỏng bên trong xylanh.
Xylanh được xem như một ống thành dày:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 63
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Xi lanhPÝt t«ng
Hình 2.18: Xylanh lực
Chiều dày thành xylanh được xác định theo công thức:
xl
D
. 1
2
P
t
P
Trong đó:
t – chiều dày của thành
D
xl
- đường kính trong của xylanh
Với vật liệu là gang cầu ta có: [ ] = 700 MPa
D
xl
= 75 (mm)
P = 60 MPa
t =
75 700 60
1 16
2 700 60
mm
chọn t = 7,5(mm)
Đường kính ngoài của xylanh lực: d = D + 2.t =75 + 2.7,5 =90 (mm)
n xl
Ứng suất trong xylanh lực được xác định theo công thức:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 64
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
=
2 2
2 2
D
.
D
n xl
n xl
d
P
d
=
2 2
2 2
90 75
.60 332,8
90 75
MPa
[]=700MPa
Kết luận: xilanh đảm bảo độ bền.
3.3. Tính sơ bộ hành trình làm việc của piston
Xét bánh xe dẫn hướng đặt tay đòn ngang:
- Góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng là:
max
=
max
+
max
max
= 23,5 ;
0
max
= 30,8 ;
0
max
= 54,3 ;
0
Với đòn quay đứng quay một góc :
max
1
= =
Với đòn quay đứng quay một góc :
max
2
= =
Góc quay toàn bộ của đòn quay đứng: = 54,3
0
Góc quay lớn nhất của bánh răng rẻ quạt từ vị trí trung gian bằng góc quay
lớn nhất của đòn quay đứng, do đó góc đánh lái lớn nhất của vô lăng từ phía trái sang
phải là:
Hành trình S của piston là chiều dài cung tròn của bánh răng rẻ quạt ứng với
C
góc quay lớn nhất .
3.4 Xác định lưu lượng của bơm dầu
Năng suất của bơm được xác định từ điều kiện sao cho xilanh lực của trợ luc
phải kịp làm quay các bánh xe dẫn hướng nhanh hơn người lái. Nếu không đảm bảo
được điều kiện này thì những trường hợp quay vòng ngoặt, người lái sẽ phải tiêu hao
một lực lớn không những để thắng lực cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hướng mà còn
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 65
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
để đẩy dầu di chuyển từ phần bên này sang phần bên kia của xilanh lực, do bơm không
kịp làm đầy sự tăng thể tích của phần làm việc của xilanh.
Để thoả mãn điều kiện trên ta cần có:
(3-5)
Trong đó:
Q
b
– năng suất định mức của bơm
b
– hiệu suất thể tích của bơm ở áp suất 0,5p = 30 (MN/m ) là
max
2
b
= 0,75.
F – diện tích của piston xilanh lực, F = 4,4.10 (m )
–3 2
- độ hao hụt (lọt) dầu trong hệ thống, = 0,05 0,1 ; lấy = 0,1
- tốc độ của piston xilanh lực (m/s)
Đối với trợ lực có xilanh lực đặt trong cơ cấu lái:
(3-6)
d
t
- đường kính trục vít, d = 22(mm)
t
- góc nghiêng của đường ren vít, = 6,5
0
n
v
– số vòng quay cực đại của vành tay lái do người lái có thể thực hiện trong
một phút, n = 60 (v/p).
v
Thay số vào công thức ta có:
Q
b
5,13. 10 (m
–5 3
/s)
Vậy ta có năng suất định mức của bơm là Q = 51,3 (cm
b
3
/s)
Chọn bơm trợ lực: Bơm cánh gạt kép có kết cấu nhỏ, hiệu suất từ 0.7 0.9, áp
suất có thể đạt 100 (at), lưu lượng từ 5 100 (l/phút).
3.5. Tính toán các chi tiết của van phân phối.
3.5.1. Tính góc xoay của van quay.
(3-6)
a. : Khe hở giữa mép van ống trong và van ống ngoài.
(3-7)
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 66
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Trong đó:
+. Q: lưu lượng dầu cung cấp cho bộ trợ lực làm việc.
Q = 51,3(cm
3
/s).
+ d : Đường kính lõi van, chọn d = 2,6(cm)
1 1
+ h: độ dài chiều dọc rãnh van, chọn h = 2,1(cm)
+ g: Gia tốc trọng trường. g = 10(m/s ) = 100(cm/s
2 2
).
+ : Tổn thất áp suất ở hành trình không tải. .
+ : Trọng lượng riêng của dầu. .
+. : Tổn thất cục bộ. = 3,1.
.
Khi tính đến sự tiết lưu trong các đường rãnh dầu lấy:
=1,3(mm)
b. : Độ trùng khớp cực đại của mép van ống trong và van ống ngoài (độ “chờm”
của van) được xác định từ điều kiện lượng lọt dầu của van xoay (Q
1
).
(3-8)
Do quá nhỏ nên lấy .
Vậy hành trình toàn bộ van xoay về một phía tính theo chu vi van:
.
3.5.2. Các thông số khác.
a,Góc xoắn của thanh xoắn để mở van:
(3-9)
: Hành trình theo chu vi của van xoay khi trợ lực làm việc.
d: Đường kính lõi van, chọn d = 2,6(cm) = 26(mm)
Vậy:
Vậy thanh xoắn sẽ phải xoắn đi một góc là 6,4 thì đường dầu trợ lực mới làm
việc.
b:Góc quay tự do toàn bộ của vành tay lái khi có cường hoá:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 67
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
độ dơ của hệ thống lái khi không có cường hoá,
3.5.3. Tính toán thanh xoắn.
Thanh xoắn có vai trò giống như lò xo định tâm trong kết cấu van trượt. Chọn
vật liệu chế tạo thanh xoắn là thép lò xo G60A có modul đàn hồi:
G = 8.10 N/mm.
4
Đường kính của thanh xoắn phải thoả mãn sao cho khi bắt đầu trợ lực, ứng với
lực đặt lên vành tay lái là P = 25(N) thì thanh xoắn phải xoắn một góc 6,4 .
VL0
0
Ứng suất xoắn của thanh xoắn được xác định theo công thức :
(3-10)
Góc xoắn của thanh xoắn được xác định theo công thức :
Chiều dài của thanh xoắn: L= 92 (mm)
.
Chọn đường kính của thanh xoắn là: D = 5(mm)
5,5
0,63
0,63
Ø12g6
o
1x45
Ø4
+0,2 +0,2
0,01
A
A
A
0,01
11 11
95
148
Ø5
Ø4
1x45
o
Ø12g6
41
42
1,25
1,25
Hình 3.10: Thanh xoắn
Kiểm nghiệm điều kiện bền:
Vậy thanh xoắn thoả mãn điều kiện bền.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 68
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
CHƯƠNG IV:BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI
Thông qua việc trình bày các hư hỏng thường gặp của hệ thống lái cũng như cách sửa
chữa giúp cho chúng ta có thêm các kiến thức cơ bản khi sử dụng xe cũng như chẩn
đoán hư hỏng khi gặp các tình huống bất thường.
I. Những hiện tượng hư hỏng chính của hệ thống lái
Một số hiện tượng hư hỏng trong hệ thống lái, cách phát hiện, nguyên nhân và phương
pháp xử lý được tóm tắt trong bảng dưới đây:
Hiện tượng Nguyên nhân Kiểm tra và sửa chữa
1. Tay lái nặng
a. Hệ thống trợ lực hỏng.
b. Áp suất hơi của các lốp xe dẫn
hướng không đủ hoặc không đều.
Bơm đủ hơi.
c. Các chi tiết ma sát của hệ thống
thiếu dầu .
Bổ sung dầu mỡ bôi trơn
hộp tay lái và các khớp
nối.
d. Chốt khớp chuyển hướng
nghiêng về phía sau quá nhiều.
Điều chỉnh lại cho đúng
quy định.
e. Khung xe bị cong. Sửa chữa, nắn thẳng lại.
2. Độ rơ vành tay
lái quá lớn.
a. Độ rơ quá lớn ở vành tay lái, ở
các khớp nối, mòn các khớp cầu.
Điều chỉnh và thay chi
tiết mòn.
b. Mòn ổ bi bánh xe dẫn hướng. Điều chỉnh lại độ rơ.
3. Xe lạng sang
hai bên.
a. Độ chụm bánh xe âm. Điều chỉnh lại cho đúng.
b. Các thanh nối, khớp cầu và hộp
tay lái có độ rơ lớn.
Điều chỉnh hoặc thay
mới các chi tiết nếu cần.
c. Các thanh nối bị cong. Nắn lại hình dạng ban
đầu.
d. Áp suất lốp bánh xe dẫn hướng
không đủ hoặc không đều.
Bơm đủ áp suất.
a. Áp suất lốp bánh xe dẫn hướng
không đều.
Bơm đủ áp suất.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 69
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
4. Xe luôn lạng
về một bên
b. Độ nghiêng ngang và độ
nghiêng dọc của chốt khớp chuyển
hướng của hai bánh xe không đều.
Điều chỉnh lại cho bằng
nhau và đúng tiêu chuẩn
kỹ thuật.
c. Ổ bi bánh xe chặt. Điều chỉnh lại hoặc thay
chi tiết mòn hỏng.
5. Đầu xe lắc qua
lại
a. Áp suất lốp bánh xe dẫn hướng
không đủ hoặc không. đều. Bơm đủ áp suất.
b. Lỏng, rơ thanh nối, khớp cầu và
hộp tay lái.
Điều chỉnh lại hoặc thay
chi tiết mòn hỏng nếu
cần.
c. Góc nghiêng ngang của chốt
khớp chuyển động hướng hai bánh
xe không đều.
Điều chỉnh lại.
II. Một số hư hỏng thường gặp và cách khắc phục
Những hư hỏng chính của các chi tiết cơ cấu lái là mòn cụm trục răng thanh răng và
ống lót của đòn quay đứng, vòng bi, ổ để lắp vòng bi, mặt bích bắt mặt các te bị sứt mẻ
hoặc nứt, lỗ ở cácte để lắp ống lót trục của đòn quay đứng bị mòn.
STT Hư hỏng Cách khắc phục
1
Bề mặt của trục răng hoặc thanh
răng mòn, rỗ bề mặt, ăn khớp
không đều.
Điều chỉnh lại hoặc thay thế.
2 Mòn trục của đòn quay đứng.
Mạ crôm rồi mài theo kích thước
danh nghĩa.
3 Mòn ống lót bằng đồng. Phải thay thế.
4 Ren của đòn quay đứng bị chờn. Tiện hết ren cũ rồi hàn đắp kim loại
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 70
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
và tiện theo kích thước danh nghĩa,
và cắt ren mới.
5
Rãnh then hoa trên trục quay đứng
bị xoắn, hư hỏng
Thay thế.
6 Sứt mẻ và nứt trên mặt bích cacte. Phục hồi bằng phương pháp hàn.
7
Chốt cầu bị mòn bị nứt mẻ hay có
vết xước, các lò xo yếu.
Thay thế.
8 Các thanh trong hệ thống bị cong. Nắn nguội.
9
Nắp chắn bụi bị rách làm bụi bẩn
cơ cấu lái.
Thay thế nắp chắn bụi.
10
Các phớt chắn dầu bị rách làm
chảy dầu ra ngoài dẫn đến trợ lực
kém.
Thay thế các phớt đó.
11
Kiểm tra xem thanh răng có ăn
khớp đúng không nếu nghe thấy
tiếng ồn khi vận hành.
Điều chỉnh bằng vít điểu chỉnh ở bên
cạnh thanh răng.
III. Bảo dưỡng và sửa chữa bơm dầu
Để sửa chữa cần tháo rời bơm ra, xả hết dầu nhờn, cọ rửa cẩn thận. Sau đó, tháo các
chi tiết phải cọ rửa trong thùng dung dịch rồi rửa bằng nước sau đó thổi sạch bằng
không khí nén, kiểm tra cánh gạt nếu mòn phải thay thế, thân bơm mòn phải thay mới.
Sau khi lắp ráp nên chạy rà bơm trên bệ thử và kiểm tra lưu lượng và áp suất phát huy
được theo đúng yêu cầu kỹ thuật.
Thử nghiệm hệ thống lái trên đường: Để xe đứng yên trên mặt đường tốt và phẳng
đánh lái tới vị trí tận cùng. Dùng lực kế đo giá trị lực tại đó để xác định lực vành lái lớn
nhất.
Kiểm tra mức dầu trong bình dầu trợ lực trong bình dầu có vạch min, max chú ý kiểm
tra khi dầu nguội.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 71
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Kết Luận
Hiện nay kỹ thuật sản xuất và chế tạo ôtô ngày càng được phát triển để có thể thoả mãn
những yêu cầu và đòi hỏi khắt khe về tính năng kinh tế, kỹ thuật môi trường, đặc biệt là
an toàn chuyển động của ôtô ở tốc độ cao cũng như đáp ứng cho nhu cầu ngày càng
cao của con người đối với một sản phẩm cần thiết cho cuộc sống. Một hệ thống trong ô
tô đóng góp không nhỏ vào sự thành công của sản phẩm đó là hệ thống lái.Sau một
thời gian tìm hiểu, tính toán và thiết kế cùng với sự trợ giúp tận tình của thầy Trương
Đặng Việt Thắng và các thầy trong bộ môn và các bạn đến nay em đã hoàn thành đồ án
tốt nghiệp với đề tài
“ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI CHO XE 7 CHỖ ”.
Thông qua đồ án tốt nghiệp đã phần nào nói lên được tác dụng và vai trò quan trọng
của hệ thống lái, và những cải tiến kỹ thuật để việc điều khiển xe được dễ dàng hơn.
Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế
nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em cảm ơn các thầy tận tình chỉ bảo để em
hoàn thành đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn!
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 72
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lý thuyết ôtô máy kéo – Nhà xuất bản giáo dục năm 2005- Nguyễn Hữu Cẩn, Dư
Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài Lê Thị Vàng.,
2. Bài Giảng Thiết Kế Tính Toán Ô Tô – Năm 2012- Nguyễn Trọng Hoan
3. Kết cấu ô tô - Nhà xuất bản bách khoa hà nội năm 2009 - Nguyễn Khắc Trai,
Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải, Phạm Huy Hường, Nguyễn Văn Chưởng, Trịnh
Minh Hoàng.
4. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1 và 2 – Nhà xuất bản bách khoa năm
2006 - Trịnh Chất, Lê Văn Uyển.
5. Dung sai và lắp ghép - Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam - PGS. TS. Ninh Đức Tốn.
6. Chi tiết máy Tập I, tập II – Nhà xuất bản giáo dục năm 1997 - Nguyễn Trọng Hiệp.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ngệ ườ Trang 73
| 1/73
| | Tải xuống

Có thể bạn quan tâm:

Preview text:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ M c L c ụ ụ
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI....................................................5
I. Mô tả chung hệ thống lái................................................................................5
1. Tổng quan.......................................................................................................5
2. Các trạng thái quay vòng của xe...................................................................5
3. Phân loại hệ thống lái.....................................................................................6
3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng.............................................6
3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực........................................6
3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái......................................................6
3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái..........................................................7
4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.........................................................................7
II. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô....................................................8
1. Vành lái...........................................................................................................8
2. Trục lái............................................................................................................9
3. Cơ cấu lái........................................................................................................9
3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái.......................................................................9
3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái:....................................................................10
3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái id..............................................................11
3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái il.........................................................11
3.5. Hiệu suất thuận......................................................................................12
3.6. Hiệu suất nghịch.....................................................................................12
3.7 Một số loại cơ cấu lái thường dùng:........................................................12
4. Dẫn động lái..................................................................................................15
5. Các góc đặt bánh xe....................................................................................18
5.1 .Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)............................................18
5.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc........................................19
5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)...................................................20
5.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng)..............................................................22
6. Hệ thống lái có trợ lực.................................................................................23
6.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái................................23
6.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái.................................................................23
6.3. Nguyên lý trợ lực lái...............................................................................24
CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI...................................................26
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
I . Các thông số của xe thiết kế........................................................................26
Xe du lịch 7 chỗ.............................................................................................26
II. Lựa chọn phương án thiết kế ....................................................................27
2.1. Chọn phương án dẫn động lái................................................................27
2.2. Chọn phương án cơ cấu lái....................................................................27
III. Tính toán động học hình thang lái...........................................................27
3.1. Xác dịnh kích thước hình học của hình thang lái và quan hệ động học của
góc quay bánh xe dẫn hướng.........................................................................27
3.2. Xác định mômen cản quay vòng và lực lái lớn nhất...............................31
Sơ đồ xác định tỷ số truyền dẫn động lái.......................................................35
IV. Tính toán thiết kế cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng. 36
4.1 Thông số hình học:..................................................................................36
4.2 Thiết kế bộ truyền trục vít- êcu bi............................................................36
4.3 Thiết kế bộ truyền thanh răng–cung răng................................................41
V. Tính bền các chi tiết còn lại của hệ thống lái.............................................46
5.1 Tính bền trục lái......................................................................................46
5.2. Tính bền đòn quay đứng.........................................................................47
5.3. Tính bền đòn kéo dọc..............................................................................49
5.4. Tính bền đòn kéo ngang.........................................................................50
5.5. Tính bền đòn bên....................................................................................52
5.6. Tính bền khớp cầu (Rotuyl)....................................................................54
CHƯƠNG III:THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI..................................57
I. Đặc điểm của trợ lực lái...............................................................................57
1.1 Các yêu cầu của trợ lực...........................................................................57
1.2 Chọn loại trợ lực.....................................................................................57
II. Lựa chọn phương án bố trí trợ lực lái.......................................................58
2.1. Một số phương án bố trí trợ lực hệ thống lái..........................................58
III: Tính toán trợ lực.......................................................................................65
3.1. Tính toán xylanh lực...............................................................................65
3.2. Tính đường kính ngoài và kiểm tra bền xylanh lực.................................67
3.3. Tính sơ bộ hành trình làm việc của piston..............................................69
3.4 Xác định lưu lượng của bơm dầu...........................................................70
3.5. Tính toán các chi tiết của van phân phối................................................71
CHƯƠNG IV:BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI....................74
I. Những hiện tượng hư hỏng chính của hệ thống lái....................................74
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
II. Một số hư hỏng thường gặp và cách khắc phục.......................................76
III. Bảo dưỡng và sửa chữa bơm dầu.............................................................77
Kết Luận...............................................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................79
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 3
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay ngành công nghiệp ô tô ở nước ta đang phát triển mạnh mẽ và ngày càng
khẳng định vai trò to lớn của mình trong các ngành công nghiệp trọng điểm của quốc
gia. Với tốc độ phát triển mạnh mẽ như vậy càng đòi hỏi nguồn nhân lực trong ngành
công nghiệp ô tô cần phải có trình độ và chuyên môn cao. Điều đó đang được thể hiện
bằng việc ra đời rất nhiều trung tâm chuyên nghiên cứu phát triển công nghệ, thiết kế
tính toán, mô phỏng lắp ráp ô tô… Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của ô
tô là hệ thống lái. Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô,
nó đảm bảo tính.Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng trực tiếp đến
an toàn của người sử dụng, đặc biệt với các loại xe hiện đại có tốc độ cao. Do đó người
ta không ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó.
Là sinh viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội, việc tìm hiểu ứng dụng các công nghệ
tiên tiến trên thế giới để áp dụng vào thực tế nước ta cần phải được chú trọng đặc biệt.
Bởi vậy chúng em đã được giao nhiệm vụ “Thiết kế tính toán hệ thống lái xe 7 chỗ”.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng với hiểu biết cũng như thời gian tìm hiểu hạn chế
nên đồ án của em không tránh khỏi sai sót cũng như còn nhiều vấn đề chưa được đề
cập tới. Em mong các thầy và các bạn góp ý để bản đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Trương Đặng Việt Thắng đã tận tình chỉ bảo
để em có thể hoàn thành đồ án này. Và em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy trong
bộ môn ô tô và xe chuyên dụng - Viện cơ khí động lực- trường Đại Học Bách Khoa Hà
Nội cùng toàn thể các bạn đã giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 5 tháng 6 năm 2015 Sinh viên thực hiện Nguyễn Việt Cường
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 4
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI
I. Mô tả chung hệ thống lái. 1. Tổng quan.
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ quay
vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển
động cong của ôtô khi cần thiết .
Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vành lái
tiếp nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen
từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới các thanh dẫn
động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn
hướng. Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe.
Để quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực. Đồng
thời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh xe. Để quay
vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay vòng.
2. Các trạng thái quay vòng của xe.
Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá trình
phức tạp. Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vị trí
góc quay của vành tay lái nhất định vl xe sẽ quay vòng với một bán kính quay vòng
R0 tương ứng. Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quay vòng đủ).
Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay vòng
là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái quay vòng thiếu
và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển động, sự đàn hồi
của lốp và hệ thống treo.
Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R0 người lái phải
tăng góc quay vành lái một lượng vl. Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vòng xe
theo bán kính R người lái phải giảm góc qu 0
ay vành lái một lượng vl.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 5
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm,
làm mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc
quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng). ở những trạng thái này
yêu cầu người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt. Vấn đề chất tải, độ đàn hồi của lốp
cũng có ảnh hưởng tới tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển động của xe, đặc
biệt là những xe có vận tốc lớn. o qv o Tr¹ ng th¸i quay vßng R R R qv R thiªu: Rqv>Ro Tr¹ ng th¸ i quay vßng thõa: RqvO1 O O1 O
Hình 1.1 - Các trạng thái quay vòng của xe.
3. Phân loại hệ thống lái.
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng.
+Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS).
+Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS).
3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực. +Hệ thống lái cơ khí.
+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén.
3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
+Cơ cáu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 6
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái.
+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đường bên phải).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).
4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của
ôtô là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh
và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé.
Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái.
Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khi quay vòng.
Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự
tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái
Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không
ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái.
Giữ chuyển động thẳng ổn định.
Hệ thống lái phải bố trí thụân tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.
II. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô. 9 8 7 B A 6 3 5 2 4 1
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 7
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái. 1.Vành lái 6.Hình thang lái 2.Trục lái 7.Đòn quay ngang 3.Cơ cấu lái 8.Trụ xoay đứng 4.Đòn quay đứng 9.Bánh xe 5.Đòn kéo dọc 1. Vành lái.
Vành lái có dạng vành tròn. Lực của người lái tác dụng lên vành lái tạo ra mô
men quay để hệ thống lái làm việc. Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người
lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái. Mvl=Pl.rvl. Trong đó: Mvl : Là mô men vành lái
Pl : Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái
rvl : Là bán kính vành lái.
Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con không được vượt quá 8. 2. Trục lái.
Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục lái
chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và
ống truc lái để cố định trục lái vào thân xe. Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp thụ va
đập. Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có va đập mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra.
Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi được góc nghiêng và
loại trục lái không thay đổi được góc nghiêng.
Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có thêm một số cơ cấu
điều khiển như : cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái để có thể
điều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái, hệ thống trượt
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 8
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và đạt được vị trí ngồi lái tốt nhất cho người lái . 3. Cơ cấu lái.
Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến các
bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18 đến 20 đối với xe con
và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải .
3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái.
Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
+ Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.
+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu
suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái
+ Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết.
+ Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái.
+ Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất.
+ Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao.
+ Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp.
Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ măt đường
lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít, nhưng nếu độ
đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của xe. Độ đàn hồi của hệ
thống lái được xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vành lái vô lăng và mô
men đặt trên vành lái. Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào độ đàn hồi của các
phần tử như cơ cấu lái, các đòn dẫn động …
3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái:
Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng. d ic (1-1) - 2) d : góc quay bánh lái
: góc quay đòn quay đưng quay đứng
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 9
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh xe
dẫn hướng. Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái phải quay vô lăng nhiều hơn khi quay vòng. 25
Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ 20 cấu lái trên 15 10
cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quay 5
của vô lăng thì bánh xe phải quay được
tối đa từ 350 đến 45 từ vị trí trung gian 0 720 540 360 180 180 360 540 720
trở đi. Quy luật thay đổi tỷ số truyền Hình 1.3: Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu
thích hợp nhất được thể hiện trên giản đồ bên:
Trong phạm vi góc quay /2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại
đảm bảo chính xác cao trong khi lái ôtô trên đường thẳng với tốc độ cao và giúp lái nhẹ
nhàng vì đa số thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ quanh vị trí trung gian. Ngoài
việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo qui luật như thế sẽ giảm ảnh
hưởng của những va đập từ bánh dẫn hướng lên vành lái.
Khi > /2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu như không thay đổi. ở
đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hướng quay một góc lớn giúp khả
năng quay vòng của ôtô tốt hơn.
3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái id
Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn.
Trong quá trình bánh xe dẫn hướng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay đổi.
Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9 1,2
3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái il
Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và lực đặt
lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 10
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ pc il pl (1 - 2) M M c p , l p c l c r (1 - 3) Trong đó:
Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe.
c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến
đường trục đứng kéo dài.
Ml - mômen lái đặt trên vành lái.
r - bán kính vành tay lái. Như vậy ta có: M r c i . l c Ml (1 - 4)
Bán kính vành tay lái ở đa số ôtô hiện nay là 200 250mm và tỷ số truyền góc
ig không vượt quá 25 vì vậy il không được lớn quá, il hiện nay chọn trong khoảng từ 10 30. 3.5. Hiệu suất thuận
Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống. Hiệu suất
thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất thuận cao. 3.6. Hiệu suất nghịch
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trục lái.
Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyển động của
ôtô sẽ không truyền đến bánh lái được vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái.
Nhưng không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì khi đó bánh lái sẽ không tự
trả lại được về vị trí ban đầu dưới tác dụng của mômen ổn định. Bởi vậy để đảm bảo
khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ
đường tác dụng lên hệ thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái được thiết kế
với một hiệu suất nghịch nhất định.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 11
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
3.7 Một số loại cơ cấu lái thường dùng:
3.7. 1. Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay. Ưu điểm: A-A 31 11 21 B Nh× n theo B A A
H×nh 1.4: C¬ cÊu l¸i trôc vÝt con l¨n
Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho
trước. Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt
quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 12
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
gian. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi.
3.7. 2. Cơ cấu lái trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này được sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít glôbôit 1
ăn khớp với con lăn 2 (có ba tầng ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay
đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ
theo lực truyền qua cơ cấu lái.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 13
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
3.7.3. Cơ cấu lái trục vít -êcu bi - thanh răng - cung răng.
Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít và êcu có rãnh
tròn có chứa các viên bi lăn trong rãnh. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đường
hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.
Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này
làm quay răng rẻ quạt. Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng. Khi bánh
răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm quay bánh xe dẫn hướng. 1 2 3 4 5 6 7 10 9 8 00
Hình 1.5- Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.
1. vỏ cơ cấu lái 6. Phớt
2. ổ bi dưới 7. Đai ốc điều chỉnh 3.Trục vít 8. Đai ôc hãm
4. Êcu bi 9. Bánh răng rẻ quạt 5. ổ bi trên 10.Bi
Cơ cấu lái kiểu trục vít- êcu bi – cung răng có ưu điểm lực cản nhỏ, ma sát giữa
trục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn).
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 14
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ 4. Dẫn động lái.
Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của
bánh xe. Dẫn động lái phải đảm bảo các chức năng sau:
+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiện
tượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng.
+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước, đòn kéo
ngang và đòn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng một góc thì các bánh
xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định. Hình thang lái có thể bố trí trước hoặc sau
cầu dẫn hướng tùy theo bố trí chung.
Quan hệ hình học ACKERMAN.
Quan hệ hình học ACKERMAN biểu thị quan hệ góc quay của các bánh xe dẫn
hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe nằm trên đường kéo dài của tâm trục cầu sau .
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 15
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ H L ì n β h 2 O .1 B 1 S ơ đ ồ b iể u d iễ n c á c k íc h t h ư ớ c c ủ a đ ò n q u
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ a Trang 16 y đ ứ g . R
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ s
Hình 1.7- Quan hệ hình học của ACKERMAN.
Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu)
phải quay theo các góc , khác nhau và quan hệ hình học được xác định theo biểu thức sau : B Cotg Cotg L (1- 5) Trong đó :
L : chiều dài cơ sở của xe.
B0 : khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng trong mặt phẳng đi qua tâm
trục bánh xe và song song với mặt đường .
, : Góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong và phía ngoài
Để đảm bảo điểu kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi là
hình thang lái Đantô. Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần đúng điều kiện trên, song
do kết cấu đơn giản nên được dùng rất phổ biến. Mỗi một chủng loại xe, có kích thước
và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ hình học của cơ cấu lái 4
khâu với quan hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc quay bánh xe dẫn hướng lớn.
Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0030’ đến 10 khi bánh xe dẫn hướng ở vùng quay vòng gấp.
Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh lái Đantô như sau:
Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các bánh
xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu (rotuyl lái). Các đòn bên
quay quanh đường tâm trụ đứng (hình 1.8)
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 17
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ v v § ßn kÐ o ngang DÇm cÇu liÒ n a) b)
Hình 1.8 - Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền. a.
Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền. b.
Đòn kéo ngang nằm trước dầm cầu.
Trên hệ thống treo độc lập, số lượng các đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảo
các bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau.
Số lượng các đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố trí cơ
cấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo…nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình học
ACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantô. Hai phương pháp bố trí dẫn
động lái điển hình ở hệ thống treo độc lập được trình bày theo hình 1.9:
Hình1.9 - Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập
a. Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu. b. Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu.
Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn hướng và hai
hình thang lái 4 khâu Đantô.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 18
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Hình 1.10:Bố trí hai cầu trước dẫn hướng
Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thường nằm trong khoảng từ 0,85 đến 1,1. 5. Các góc đặt bánh xe.
Để tránh trường hợp người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe ở
trạng thái chạy thẳng, hoặc người lái phải tác dụng một lực lớn để quay vòng xe, các bánh
xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định . Những góc này được gọi chung là góc đặt
bánh xe. nếu các góc đặt bánh xe không đúng thì có thể dẫn đến các hiện tượng sau: + Khó lái.
+ Tính ổn định lái kém.
+ Trả lái trên đường vòng kém.
+ Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh).
5.1 .Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber). (-) (+) CAMB ER 9 0 0
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 19
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ Hình 1.11- Góc CAMBER
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường
tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc Camber, và đo bằng độ.
Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại dưới
tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trục
trước và hệ thống treo trước. Đồng thời giảm cánh tay đòn của phản lực tiếp tuyến với
trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái.
Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe nghiêng
theo hướng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các bánh xe trong
nghiêng ra ngoài so với thân xe. Để các bánh xe lăn gần vuông góc với mặt đường để
tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo độc lập thì góc Camber thường âm.
5.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster).
Góc nghiêng dọc của trụ đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa trụ xoay
đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Khoảng cách từ giao điểm của đường
tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường được gọi là khoảng Caster c. (+) (-)Góc Caster V c
Hình 1.12 – Caster và khoảng Caster.
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe vào
đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi xe đi vào
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 20
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Y .b
Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều
tiến của xe (Caster dương) thì phản lực bên Yb của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc một
mô men ổn định, mô men đó được xác định bằng công thức sau: M=Yb.c (1- 6)
Mômen này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi nó bị lệch
khỏi vị trí này. Nhưng khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực để khắc phục mô
men này. Vì vậy, góc Caster thường không lớn. Mômen này phụ thuộc vào góc quay
vòng của bánh xe dẫn hướng. Đối với các xe hiện đại thì trị số của góc Caster bằng khoảng từ 0 đến 3 0 0.
5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin).
Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe. Góc
Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó và phương thẳng đứng. Kingpin (+) (-) 90°
Hình 1.13 - Góc KingPin Tác dụng:
Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm là bán
kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r0. Nếu r 0lớn sẽ sinh ra mô men lớn quanh
trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh lái. Do vậy giá trị của r0
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 21
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
có thể được giảm để giảm lực đánh lái, phương pháp để giảm r0 là tạo Camber dương
và làm nghiêng trụ quay đứng (tạo góc KingPin).
Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho các bánh xe tự
động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do có mômen phản lực (gọi là
mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe. Giá trị của mômen ngược phụ
thuộc vào độ lớn của góc KingPin.
5.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng).
Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trước của các bánh xe gần nhau hơn phía sau
thì gọi là độ chụm. Nếu bố trí ngược lại là độ mở.
Độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích thước B, A được đo ở
mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đi thẳng. Độ chụm có ảnh hưởng
lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành lái. A B Hình 1.14 Độ chụm
Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn Pf ngược chiều chuyển
động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Lực Pf này đặt cách trụ quay đứng một đoạn R0 và
tạo nên một mômen quay với tâm trụ quay đứng. Mômen này tác
dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe về phía sau. Để lăn phẳng thì các bánh xe đặt
với độ chụm =B-A dương.
Với góc như thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn định vành tay lái. P P V f f
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 22
Hình 1.15 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó. R R 0 0
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe về phía
trước. Bởi vậy góc giảm.Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng của lực cản lăn và
lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột (phanh bằng động cơ), thì bố trí
các bánh xe với góc đặt có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng không.
6. Hệ thống lái có trợ lực.
6.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái.
Trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự
cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái. Ngoài ra để cải thiện
tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bản rộng, áp suất thấp
để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường. Kết quả là cần một lực lái lớn hơn.
Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái nhỏ, phải có
một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái.
6.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái.
Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh
Dựa vào vị trí của van phân phối và xi lanh lực:
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ cấu lái.
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng .
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong đòn kéo
Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phân phối,
xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung. Còn nguồn năng lượng là một bơm cánh gạt được
dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 23
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
6.3. Nguyên lý trợ lực lái.
Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảm nhẹ
lực lái. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm trong xy lanh
lực. Piston trợ giúp cho việc chuyển động của thanh răng. Mức độ trợ giúp phụ thuộc
vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston. Vì vậy nếu cần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu.
6.3.1. Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng).
Dầu từ bơm được đẩy lên van điều khiển. Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả dầu
sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm. Vì áp suất dầu bên trái và bên phải piston là
như nhau nên piston không chuyển động về hướng nào. Khối van điều khiển Bom Piston Xy lanh lùc
Hình 1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian 6.3.2. Khi quay vòng.
Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hướng nào, giả sử quay sang phải thì van
điều khiển cung di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộng hơn. Vì
vậy làm thay đổi lượng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu được tạo ra. Như vậy
tạo ra sự trênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải của piston. Sự trênh lệch áp
suất đó làm piston dịch chuyển về phía có áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ được
đẩy qua van điều khiển về bơm.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 24
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Hình 1.17 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng. Khèi van B¬m ®iÒu khiÓn Xy lanh lùc Piston
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 25
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI
I . Các thông số của xe thiết kế Xe du lịch 7 chỗ Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Chiều rô •ng cơ sở B 1820 mm
Khoảng cách giữa 2 trụ quay đứng B0 1540 mm Chiều dài cơ sở của xe L 2620 mm Chiều dài toàn bô • xe L0 4500 mm Trọng lượng không tải G0 17050 N Phân cho cầu trước G01 8695 N Phân cho cầu sau G02 8355 N Trọng lượng toàn tải G 22400 N Phân cho cầu trước G1 10970 N Phân cho cầu sau G2 11430 N Ký hiê •u lốp 215/70 R15
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 26
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
II. Lựa chọn phương án thiết kế .
2.1. Chọn phương án dẫn động lái.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó được tạo bởi cầu trước,
đòn kéo ngang và các đòn kéo bên. Sự quay vòng của ôtô rất phức tạp,để đảm bảo mối
quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều
khó thực hiện. Hiện nay người ta chỉ đáp ứng gần đúng mối quan hệ động học đó bằng
hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo nên hình thang lái. Với xe thiết kế có hệ thống treo
phụ thuộc, do đó chọn phương án dẫn động lái với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4 khâu).
2.2. Chọn phương án cơ cấu lái.
Dựa vào những ưu điểm đã trình bày trong phần tổng quan cơ cấu lái, ta chọn
phương án cho cơ cấu lái là loại trục vít - êcu bi - cung răng.
Cơ cấu lái loại này có ưu điểm là hiệu suất cao (0,65 - 0,7), độ bền cao, dễ
dàng phối hợp với van phân phối và xy lanh của cường hoá thuỷ lực và hệ thống lái 4 khâu.
III. Tính toán động học hình thang lái.
Nhiệm vụ của tính toán động học hình thang lái là xác định những thông số tối
ưu của hình thang lái, đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng.
3.1. Xác dịnh kích thước hình học của hình thang lái và quan hệ động học
của góc quay bánh xe dẫn hướng.
3.1.1 Xây dựng quan hệ lý thuyết.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 27
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Từ lý thuyết quay vòng, hệ thống lái phải đảm bảo gần đúng mối quan hệ giữa
góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng. Theo giáo
trình thiết kế và tính toán ôtô máy kéo mối quan hệ đó được thể hiện ở công thức sau: (2-1) Suy ra: cotg= Với B = 1540 (mm); 0 L= 2370 (mm)
: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài.
: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong.
Khi xe đi thẳng các đòn bên tạo với phương dọc một góc . Khi ôtô quay vòng
với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa và vẫn được giữ nguyên
như công thức trên thì hình thang lái Đantô không thể thoả mãn hoàn toàn được. Tuy
nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái sao cho sai lệch với quan hệ lý thuyết
trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lý thuyết cho
phép lớn nhất ở những góc quay lớn không được vượt quá 1,5 độ. C n B m XL L
Hình 2.1 Sơ đồ động học hình thang lái khi xe đi thẳng.
Khi xe quay vòng để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượt
quay thì đường vuông góc với các véc tơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe
phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó là tâm quay vòng tức thời của xe (điểm 0 trên hình 2.2).
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 28
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ L 0 B Rs
Hình 2.2 Sơ đồ động học quay vòng xe có hai bánh dẫn hướng phía trước.
Thay các giá trị tương ứng ta có bảng sau (đơn vị đo góc là độ):
Bảng 1: Quan hệ giữa và theo lý thuyết αlt 0 5 10 15 20 25 30 35 40 βlt 0 4.76 9.08 13.03 16.69 20.10 23.32 26.38 29.33
3.1.2 Xây dựng các quan hệ thực tế của cơ cấu Đantô.
Hình thang lái Đantô là cơ cấu đảm bảo gần đúng quan hệ của công thức trên.
Khi cho trước các kích thước thì quan hệ được xác định nhờ công thức sau: (2-2)
Theo quan hệ này khi biết trước một góc nào đó thì ứng với mỗi giá trị của
góc ta sẽ có một giá trị của . Nghĩa là hàm số = f( , ) sẽ biểu thị được đường
cong đặc tính thực tế của hình thang lái. Vấn đề đặt ra là phải chọn các thông số hình
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 29
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
thang lái sao cho hợp lý để sự sai khác giữa đường cong đặc tính của hình thang lái so
với đường đặc tính lý thuyết là nhỏ nhất.
Dùng phương pháp đồ thị để kiểm tra sự sai khác của đường đặc tính hình
thang lái thực tế so với lý thuyết theo quan hệ = f( , ). Chọn Sơ bộ:
Dựa vào công thức (2-2) ta xây dựng các đường đặc tính hình thang lái thực tế
ứng với mỗi giá trị của góc . Đồng thời ta lấy thêm một vài giá trị lân cận với góc
để so sánh. Các giá trị tương ứng được thể hiện trong bảng dưới đây: αlt 0 5 10 15 20 25 30 35 40 βlt 0 4,76 9,08
13,03 16,69 20,10 23,32 26,38 29,33 β θ 1 0 4,84 9,37 13,59 17,52 21,12 24,4 27,31 29,83 1=19 Δβ1 0
-0,08 -0,29 -0,56 -0,83 -1,02 -1,08 -0,93 -0,5 β θ 2 0 4,83 9,33 13,51 17,38 20,91 24,1 26,92 29,34 2=20 Δβ2 0
-0,07 -0,25 -0,48 -0,69 -0,81 -0,78 -0,54 -0,01 β θ 3 0 4,82 9,29 13,43 17,24 20,7 23,81 26,53 28,84 3=21 Δβ3 0 -0,06 -0,21 -0,4 -0,55 -0,6 -0,49 -0,15 0,49 β θ 4 0 4,81 9,25 13,35 17,1 20,49 23,51 26,14 28,35 4=22 Δβ4 0
-0,05 -0,17 -0,32 -0,41 -0,39 -0,19 0,24 0,98 β θ 5 0 4,8 9,22
13,28 16,99 20,33 23,28 25,84 27,97 5=22,77 Δβ5 0 -0,04 -0,14 -0,25 -0,3 -0,23 0,04 0,54 1,36 β θ 6 0 4,8 9,21
13,26 16,95 20,28 23,22 25,75 27,85 6=23 Δβ6 0
-0,04 -0,13 -0,23 -0,26 -0,18 0,1 0,63 1,48 β θ 7 0 4,79 9,17
13,18 16,81 20,06 22,92 25,36 27,36 7=24 Δβ7 0 -0,03 -0,09 -0,15 -0,12 0,04 0,4 1,02 1,97 β θ 8 0 4,78 9,13
13,09 16,67 19,84 22,62 24,96 26,87 8=25 Δβ8 0 -0,02 -0,05 -0,06 0,02 0,26 0,7 1,42 2,46
Dựa vào các số liệu trong bảng trên ta vẽ được đồ thị đặc tính động học hình thang lái
lý thuyết và thực tế trên cùng một hệ trục toạ độ.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 30
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ 35.000 30.000 25.000 Lý thuyet teta 1 20.000 teta2 teta3 teta4 15.000 10.000 5.000 .000 .000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 45.000 Hình
2.2: Đồ thị đặc tính động học hình thang lái
Nhận thấy rằng độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và góc quay vòng lý thuyết nhỏ nhất là giá trị θ=20
Sau khi chọn xong góc θ ta tính n: (mm)
3.2. Xác định mômen cản quay vòng và lực lái lớn nhất.
Lực đặt lên vành lái được xác định cho trường hợp ôtô quay vòng tại chỗ vì lúc
này lực cản quay vòng đạt giá trị cực đại. Lúc đó mômen cản quay vòng trên một bánh
xe dẫn hướng Mc sẽ bằng tổng số của mômen cản lăn M1, mômen ma sát giữa bánh xe
và mặt đường M2 và mômen ổn định M3 gây nên bởi các góc đặt của các bánh xe và trụ đứng. c d V B
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 31 e m l n r l0
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ a B r P Bt
Hình 2.4: Sơ đồ lực tác dụng lên hệ Hình 2.5: Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng thống lái 3.2.1. Mômen cản M1
Mômen cản quay vòng được xác định theo công thức: M G .f .a 1 bx (2 - 3) Trong đó:
Gbx – trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng. Coi tỉ lệ phân bố tải trọng trên các cầu là 50/50 a – cánh tay đòn. Ta có: (2- 4) Ở đây:
Bt – chiều rộng vết trước Bt = 1820 (mm)
B – khoảng cách giữa hai trụ đứng cầu dẫn hướng B= 1540 (mm). Suy ra:
f – hệ số cản lăn ta xét trong trường hợp khi ôtô chạy trên đường xấu như đường
đất, đá sỏi (f = 0,04). Vậy:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 32
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
3.2.2. Mômen cản M2 do ma sát giữa bánh xe và mặt đường
Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường
sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe. Nguyên nhân lệch này là do sự đàn hồi bên của lốp.
Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu của trục bánh xe một đoạn x về phía sau.
đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảng cách của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài của nó theo Công thức sau: 2 2 x 0,5. r r bx (2 - 5) r Trong đó: 0
+ r – bán kính tự do của bánh xe. rbx d x r B .25, 4(mm) 2 (2 - 6) Y
B – chiều rộng lốp B = 215 (mm)
Hình 2.6 Lực ngang Y do
d - đường kính vành bánh xe d = 15 (inch). (mm)
lốp xe có tính đàn hồi khi
+ r – bán kính làm việc của bánh xe.
chịu mômen quay vòng Ta thừa nhận:
r = 0,96.r = 0,96.405,5 = 389,3 (mm). Nên:
Do đó mômen cản do bánh xe trượt lết là: (2 - 7)
Với là hệ số bám ngang. Lấy = 0,85 Vậy:
Để làm ổn định các bánh xe dẫn hướng người ta làm các góc đặt bánh xe. Tất cả các
góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhưng chúng làm xuất hiện mômen cản M3.
Việc tính toán mômen này tương đối phức tạp nên giá trị mômen cản M 3được kể đến bởi hệ số .
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 33
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
= 1,07 1,15. Ta chọn = 1,1.
Mômen cản quay vòng tại 1 bánh xe dẫn hướng là: M = (2- 8)
Như vậy mômen cản quay vòng tại cầu dẫn hướng được tính như sau: (2 - 9)
l –là hiệu suất tính đến tổn hao ma sát tại cam quay và các khớp trong dẫn động lái, = 0,50 0,70, lấy = 0,6 :
3.2.3. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái.
3.2.3.1. Tỷ số truyền của dẫn động lái id
Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn id = 0,85 – 1,1.
Chọn sơ bộ id = 1 (cho cầu dẫn hướng).
3.2.3.2.Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic Ta có công thức : .i max max Trong đó :
α’max: Gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí thẳng.
Với xe thiết kế là xe du lịch ta chọn α’max= 1,75vòng. α 0
max : Góc quay vòng xe lớn nhất của bánh xe dẫn hướng Chọn αmax= 31 1,75.360 max 20 Ta có : i = 31 max
Khi đánh lái trong trường hợp ôtô đứng yên tại chỗ, lực đặt lên vành lái để thắng
lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng là lực lái lớn nhất. Lực này được
xác định theo công thức:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 34
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ 1 P M max
c R.i .i . c tr th (2 - 10) Trong đó:
Mc – mômen cản quay vòng Mc = 1080,48 (Nm).
R – bán kính bánh lái R = 0,2 (m).
ic – tỷ số truyền cơ cấu lái ic =20.
th – hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái
trục vít- êcu bi hiệu suất thuận th = 0,7
itr – tỷ số truyền của truyền động lái. ld ln
Hình 2.7: Sơ đồ xác định tỷ số truyền dẫn động lái.
Coi tỷ số truyền của dẫn động lái bằng tỷ số giữa chiều dài các đòn nối với thanh kéo dọc. Ln i L tr =i = d d =1 (2 - 11) Vậy ta có:
IV. Tính toán thiết kế cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng. 4.1 Thông số hình học:
Vi phân góc quay của vành tay lái: d = dt (2-16) Trong đó
p : bước ren trục vít : góc quay vành lái t : thời gian
Vi phân góc quay của trục đòn quay đứng: d = (2-17)
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 35
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Rc2 : Bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt do đó: i = = Rc2 =
4.2 Thiết kế bộ truyền trục vít- êcu bi.
Tỷ số truyền của hệ thống lái: (2-18)
Trong đó: Mc - Mômen cản khi quay vòng tại chỗ, Mc = 1080,48 (Nm)
PLmax - Lực lái lớn nhất của người lái, Plmax = 376,47 (N)
R - bán kính vành lái, R = 200 (mm)
ηt= 0,7– hiệu suất truyền lực thuận của hệ thống lái. Vậy: 1 2 3 4 5 6 7 1 9 8 0
1. vỏ cơ cấu lái 6. Phớt
2. ổ bi dưới 7. Đai ốc điều chỉnh 3.Trục vít 8. Đai ôc hãm
4. Êcu bi 9. Bánh răng rẻ quạt 5. ổ bi trên 10.Bi
Hình 2.8- Hệ thống lái trục vít - êcu- bi-thanh răng, cung răng
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 36
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Tỷ số truyền của cơ cấu lái: (2-19)
Trong đó: id = Ln/L =1 tỷ số truyền của dẫn động lái.(đã tính ở trên) đ Suy ra: Dtb Dt Fa D Dtb Dt d rl r rl l B db c /2 c c /2 rl d1 d1
Hình 2.9- Các thông số của trục vít - êcu- bi
Khi đánh lái, trục vít bị xoay, tạo ra lực vuông góc từ bề mặt rãnh vít qua các
viên bi tác dụng vào bề mặt rãnh bi trên ê cu. Lực này được phân ra thành 2 thành
phần: là lực vòng Pv và lực dọc trục Pd. Lực Pd chính là lực tác dụng làm quay bánh răng rẻ quạt.
Lực Pd có giá trị như sau: (2-20) Trong đó:
Mc- mômen cản quay vòng khi xe đứng tại chỗ, Mc = 1080,48 (Nm)
Ld - Độ dài đòn quay đứng, Ld = 180 (mm)
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 37
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Ln - Độ dài đòn quay ngang, đoạn nối giữa trục bánh xe với đòn kéo dọc, Ln = 180 (mm).
th – hiệu suất thuận của cơ cấu lái, th = 0,7
Rc2- bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt,
Ta chọn đường kính bi: db = 6 (mm)
Bước vít của trục vít: p = db + 5 = 11 (mm) Ta có: Rc2 = = = 36 (mm) Vậy :
Chọn vật liệu chế tạo trục vít là thép 40Cr. Do đặc điểm cấu tạo, Êcu bi và
thanh răng là một chi tiết và cùng được làm từ thép 40Cr.
Xác định đường kính trong của ren trục vít theo độ bền kéo: (2-21) Trong đó:
[ K] = ch/3 với ch- giới hạn chảy của vật liệu vít. Với thép 20XH, ch = 400
(MPa). [ K] = 400/3=133 (MPa) = 133 (MN/m) Vậy :
Theo bảng P2.4 (Tính toán thiết kế hệ đẫn động cơ khí Tập 1) chọn
Chọn đường kính bi: db = 6 (mm)
Bước vít p = d + (1…5) mm = d b b + 5 = 11 (mm)
Bán kính rãnh lăn: chọn r1 = 0,51. db = 0,51.6=3,06(mm)
Khoảng cách từ tâm rãnh lăn đến tâm bi: (2-22)
Trong đó - là góc tiếp xúc, nên chọn = 45o thì khả năng tải của trục vít tăng. Vậy:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 38
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Đường kính vòng tròn qua tâm các viên bi: Dtb = d + 2.(r 1
1 –c) = 22+2.(3,06- 0,04) =28,04(mm)
Đường kính trong của đai ốc:
D1= Dtb + 2(r – c) =28,04 + 2.(3,06- 0,04)=34,08(mm) 1
Chiều sâu của profin ren: h = ( 0,3 1 0,35)
Đường kính ngoài của trục vít: d= d1 + 2h
Đường kính ngoài của ê cu: D =D1 – 2 h1 =
Góc nâng trục vít được xác định như sau: p 11 0 arctg( ) arctg( ) 7,1 .D .27,04 tb (2-23)
- Góc ma sát lăn thay thế: (2-24)
với = 0,004 0,006 là hệ số ma sát lăn. Vậy: Bước vít: t = .Dtb. tg =
Số vòng ren trên ê cu: K = 2,5 vòng.
Số viên bi trên các vòng ren làm việc: .D .K tb Z 1 b Z d b = b = (viên)
Số viên bi không làm việc phụ thuộc vào chiều dài rãnh hồi bi: Zk = Lk/db = 30/6 = 5 (viên)
Trong đó: LK – chiều dài rãnh hồi bi. LK =30(mm)
Tổng số viên bi: Z = Zb + Z = 36+ 5 = 41 (viên) k
Xác định khe hở hướng tâm: = D – (2d 1
b +d1) = 34,08 – (2.6+22) =0,08(mm)
Khe hở tương đối: = /d = 0,08/22 = 0,004 (mm) 1 Hiệu suất thuận:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 39
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ 0,99 Hiệu suất nghịch: +) Tính kiểm bền:
Tải trọng riêng dọc trục xác định theo công thức sau: (2-25)
Trong đó: = 0,8 - hệ số phân bố không đều tải trọng cho các viên bi. q 2 a = =20 (MN/m )
Từ khe hở tương đối và tải trọng riêng dọc trục qa, theo đồ thị xác định ứng
suất lớn nhất max., ta xác định được ứng suất lớn nhất max=3800 Mpa.
[ max] = 5000 Mpa đối với mặt làm việc của trục vít
Do đó trị số max thoả mãn điều kiện: max < [ max]
4.3 Thiết kế bộ truyền thanh răng–cung răng.
Sơ đồ bộ truyền thanh răng – cung răng: 1 2 1. Thanh răng. 2. Cung răng.
Hình 2.10: Cơ cấu lái liên hợp 4.3.1 Chọn vật liệu.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 40
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Thanh răng và bánh răng rẻ quạt được chế tạo bằng thép 20XH, thường hoá, độ rắn HRC 50, , phôi rèn.
4.3.2 Xác định các thông số của bộ truyền:
a) Tính bánh răng rẻ quạt theo độ bền tiếp xúc:
Bánh răng rẻ quạt là bánh răng trụ răng thẳng.Tính toán nhằm thoả mãn điều
kiện tiếp xúc lớn nhất sinh ra khi các đôi răng ăn khớp không vượt quá trị số cho
phép .Ứng suất tiếp xúc lớn nhất được tính theo công thức Héc đối với hai hình trụ tiếp
xúc dọc đường sinh.Ta có điều kiện bền: (2-26) Trong đó :
qn- cường độ tải trọng pháp tuyến(tải trọng riêng)
- bán kính cong tương đương của bề mặt
ZM-hệ số xét đến cơ tính của vật liệu
Do bánh răng rẻ quạt chế tạo bằng thép nên ZM=275(MPa)1/2
Vì hiện tượng tróc rỗ xảy ra tại phần chân răng gần vùng tâm ăn khớp,nên ta
tính toán độ bền tiếp xúc của răng tại tâm ăn khớp.
Đối với bánh răng trụ răng thẳng, cường độ tải trọng pháp tuyến, có xét đến
sự phân bố không đều tải trọng theo chiều rộng vành răng và tải trọng động là: (2-27)
Để đơn giản trong tính toán ta
giả thiết có hai răng ăn khớp cùng một lúc.
Do đó tổng chiều dài tiếp xúc lH bằng chiều rộng vành răng ;
Bán kính cong tương đương (2-27)
Trong đó -bán kính cong các bề mặt răng của thanh răng và bánh răng rẻ quạt. Ta có Do đó
Từ những công thức trên ta suy ra công thức kiểm nghiệm bánh răng rẻ quạt theo độ bền tiếp xúc : (2-28) Trong đó :
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 41
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Md-mômen quay trục bánh răng rẻ quạt = M(Nm)
-ứng suất tiếp xúc cho phép (MPa),
ZH-hệ số xét đến hình dạng bề mặt tiếp xúc, tính theo công thức (2-29)
Bánh răng rẻ quạt được thiết kế với độ dịch chỉnh bằng 0,ta có và tính được: ZH=1,76
Hệ số tập trung tải trọng tra theo đồ thị trên hình 10-14(trang 157 –CTM tập I) Đặt Lấy ZH = 1,76
Với bánh răng bằng thép Z 1/3 M = 275( MPa) Với
Hệ số chiều rộng bánh răng phụ thuộc vào vị trí của bánh răng so với các ổ.
Trong trường hợp thiết kế, bánh răng rẻ quạt bánh răng rẻ quạt đặt ở vị trí đối xứng nên
ta có thể lấy , ta chọn
Bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt đã tính ở trên Rc2 = 36 (mm). Suy ra
Do vậy chiều rộng răng .
Hệ số dùng để tra ra các hệ số và (theo hình 10-14–CTM tập I ).
Độ rắn của vật liệu chế tạo HB <350, nên ta tìm được:= 1,01 Chọn sơ bộ hệ số KHv= 1,2.
Thay những thông số vào công thức ta tính được ứng suất tác dụng lên bề mặt
răng của bánh răng rẻ quạt:
Thoả mãn ứng suất cho phép . Chọn mô dun: m = 6(mm)
Đường kính vòng chia: Dc2 = 2Rc2=36.2=72(mm)
Chiều cao răng: h2 =(1,6 – 1,8).m=1,6.6=9,6(mm)
Chiều cao đỉnh răng: h = 0,6.m=0,6.6=3,6(mm) đ2
Chiều cao chân răng: hf2 = h - h 2 =9,6-3,6=6(mm) đ2
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 42
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Khe hở chân răng: c = ( 0,15- 0,25)m=0,15.6=0,9(mm)
Đường kính vòng đinh răng: D = D đ2 c2 + 2h =72+2.3,6=79,2(mm) đ2
Đường kính vòng chân răng: Df = Dc2 – 2.(hf2 +c)=72-2.(6+0,9)=58,2(mm) Góc ăn khớp: Chiều rộng bánh răng: . Chọn Bước răng: t= .m = .8 = 25,12(mm)
Góc ôm của bánh răng rẻ quạt:
b) Tính bánh răng rẻ quạt theo độ bền uốn :
Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng không được
vượt quá một giá trị cho phép : (2-30)
Md-mômen quay trục bánh răng rẻ quạt = M =1080,48(Nm) c
R bán kính vòng chia bánh răng rẻ quạt R= 36 (mm)
b Bề rộng bánh răng rẻ quạt b = 40 (mm)
Yhệ số trùng khớp của răng, Y
hệ số kể đến độ nghiêng của răng ( bánh răng thẳng)
Y hệ số dạng răng ( tra bảng 6.18 trang 109 TTTK hệ dẫn động CK T1 ). Ta có Y= 4
hệ số tải trọng khi tính về uốn = 2 - 2,5 chọn = 2,5 Vậy ta có : =400(MPa)
Thoả mãn điều kiện bền cho phép của loại vật liệu chế tạo.
V. Tính bền các chi tiết còn lại của hệ thống lái. 5.1 Tính bền trục lái
Trục lái làm bằng thép 30 có ứng suất cho phép [ ] = 80(MN/m2). Trục chế tạo
đặc có đường kính D = 30 (mm). Dưới tác dụng của mômen đặt lên vành tay lái trục lái
sẽ chịu tác dụng của ứng suất xoắn.
Ứng suất xoắn tác dụng lên trục lái:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 43
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ P .R vl W x (2 - 31) Trong đó:
PLmax – lực cực đại tác dụng lên vánh tay lái PLmax = 376,5 (N).
R – bán kính vành tay lái R = 200 (mm). Wx – môdun chống xoắn. 3 3 3 W D mm x 0, 2. 0,2.30 5400( ). Vậy:
Kiểm tra góc xoắn đối với trục lái, góc xoắn trục lái được tính theo công thức: 2. .L . D G (2 - 32) Trong đó:
L - chiều dài trục lái L = 940 (mm).
D - đường kính trục lái D = 30 (mm).
G - môdun đàn hồi dịch chuyển G = 8.104 (MN/m2).
- ứng suất xoắn tác dụng lên trục lái = 13,94 (MN/m2). Vậy:
Góc xoắn tương đối không vượt quá (5,50 7,50)/m.
[ ] =5,50/m . Vậy trục lái đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
5.2. Tính bền đòn quay đứng
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 44
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ b 1 1 a c ld
Đòn quay đứng có kết cấu dạng thẳng hoặc cong. Tỷ số giữa chiều dài của đòn
quay đứng và đòn kéo ngang bằng một, nên có thể xem như toàn bộ mômen để khắc
phục lực cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng đều được truyền qua đòn quay
đứng. Những va đập tác động lên một trong hai bánh xe dẫn hướng khi xe chạy trên
mặt đường gồ ghề sẽ được truyền tới vành tay lái. ở trường hợp này trục đòn quay
đứng chịu lực va đập toàn bộ. Đòn quay đứng nối với dẫn động lái bằng một khớp cầu
(Rô-tuyn) và nối với cơ cấu lái bằng then hoa hình tam giác.
Vật liệu làm chế tạo đòn quay đứng là thép 35X, có ứng suất uốn cho phép: [ 2
u] = 700 (MN/m ), theo tài liệu chuyên ngành, ta lấy hệ số an toàn n = 2 ,ứng suất
xoắn cho phép [ ] = 60 80 (MN/m2).
Kinh nghiệm cho thấy lực cực đại tác dụng lên đòn kéo dọc thường không
vượt quá trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng. Vì vậy khi tính đòn quay
đứng nên chọn lực lớn hơn trong 2 lực tính theo các công thức dưới đây để tính toán: (2 - 33)
Lực do mômen cản quay vòng lớn nhất tạo ra là: P . . R i . vl max ccl l Q2 l d (2 - 34) Trong đó:
trọng lượng tác dụng lên cầu dẫn hướng, =10970(N)
Pvlmax – lực lớn nhất tác dụng lên vành tay lái Pvlmax = 376,5(N).
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 45
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
R – bán kính vánh tay lái R = 200 (mm).
iccl – tỷ số truyền cơ cấu lái iccl = 20.
l – hiệu suất thuận cơ cấu lái l = 0,7.
ld – chiều dài đòn quay đứng ld = 180 (mm). Vậy:
Như vậy ta lấy lực Q2 để tính cho đòn quay đứng. Đòn quay đứng được kiểm tra
theo uốn và theo xoắn tại tiết diện nguy hiểm 1-1.
+) Kiểm tra bền đòn quay đứng theo uốn:
Đòn quay đứng bị uốn do mô men Q.ld gây nên. Q.ld u 2 . b a Ứng suất uốn: 6 (2 - 35) Trong đó:
b – chiều dày đòn quay đứng b = 20 (mm).
a – chiều rộng đòn quay đứng a = 35 (mm). Vậy:
Vậy đòn quay đứng thoả mãn điều kiện bền uốn.
+) Kiểm tra bền đòn quay đứng theo xoắn:
Đòn quay đứng bị xoắn do mômen Q.c gây nên. Ứng suất xoắn: . Q c x 2 .b.a (2 - 36) Trong đó:
c – khoảng cách từ tâm tiết diện tới tâm rôtuyl; c = 46 (mm).
- hệ số phụ thuộc vào tỷ số a/b. a 35 1,75 b 20
do đó tra bảng ta có = 0,239.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 46
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ Vậy: < [ ]
Vậy đòn quay đứng đảm bảo độ bền xoắn.
Kết luận: Đòn quay đứng đảm bảo độ bền theo uốn và xoắn.
5.3. Tính bền đòn kéo dọc.
Đòn kéo dọc chịu lực kéo nén dưới tác dụng của lực Q đã tính ở phần 5.2 và có
trị số là: 6003,1(N). Đòn kéo dọc được làm từ thép ống 40X có tiết diện tròn rỗng
đường kính ngoài là 30mm đường kính trong là 20mm.
Ứng suất nén được tính theo công thức: (2 - 37)
Trong đó: F – là diện tích tiết diện của đòn kéo dọc.
Ứng suất uốn của đòn kéo dọc: (2 - 38) Trong đó:
E – modun đàn hồi khi kéo E = 2.10 (MN/m 5 2).
l – chiều dài thanh kéo dọc l = 880 (mm).
Jd – momen quán tính tiết diện ngang đòn kéo dọc: (2 - 39) Ở đây:
D – đường kính ngoài thanh kéo dọc D = 30 (mm).
d – đường kính trong thanh kéo dọc d = 20 (mm). Vậy:
Hệ số dự trữ tính cho đòn kéo dọc: nd = > [nd] =
Như vậy đòn kéo dọc đảm bảo độ bền.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 47
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
5.4. Tính bền đòn kéo ngang.
Đòn kéo ngang được tính bền dưói tác dụng của lực N. Lực N là lớn nhất khi
lực phanh sinh ra là lớn nhất. Lực phanh max được tính theo công thức: (2 -40)
Trong đó: G – tải trọng đặt lên một bánh xe dẫn hướng trong trạng thái tĩnh. bx Gbx = 5485(N).
m1p – hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu trước khi phanh m1p = 1,4.
- hệ số bám giữa lốp và mặt đường = 0,75. c V Ppmax Ppmax e n
Hình 2.11:Sơ đồ lực tác dụng lên đòn kéo ngang hình thang lái.
Lực tác dụng lên đòn ngang được tính theo công thức: P .c p max N e (2 - 41)
Trong đó: c, e là các kích thước trên hình vẽ. e = 206 (mm). . Vậy:
Đòn ngang được chế tạo bằng thép ống 40X có:
Ứng suất nén của đòn ngang:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 48
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ (2 - 42)
Đường kính ngoài của đòn ngang D = 35 (mm).
Đường kính trong của đòn ngang d = 25 (mm).
Ứng suất uốn giới hạn khi nén: (2 - 43) Trong đó:
E – môdun đàn hồi khi kéo E = 2.10(MN/m) =2.10(N/mm)
J – mômen quán tính của tiết di n ện ngang đòn kéo ngang. F 2
n – tiết diện đòn ngang Fn = 471,2 (mm ).
l – chiều dài đòn ngang l = 1313,67 (mm). Vậy:
Độ dự trữ ổn định của đòn kéo trong kết cấu hoàn thiện: >[n ] = n
Vậy đòn kéo ngang đảm bảo độ bền và độ ổn định. 5.5. Tính bền đòn bên
Theo như biểu đồ mômen ta có: 2 4000(KG / cm )
Đòn bên làm bằng thép 45: =400 (MN/m) M A Mômen uốn: Wu (2 - 44) Biểu đồ mômen:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 49
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ m cos m.cos
Hình 2.13 Biểu đồ mômen uốn của đòn bên. Trong đó: W – mômen cản uốn. u
ở đây: b – chiều rộng đòn bên b = 35 (mm).
h – chiều cao đòn bên h = 30 (cm). Vậy: Hệ số an toàn: .
Như vậy đòn bên đảm bảo điều kiện bền.
5.6. Tính bền khớp cầu (Rotuyl).
Khớp cầu được bố trí trên đòn kéo dọc, đòn ngang hệ thống lái. Chúng là khâu
quan trọng của dẫn động lái. Các khớp cầu được phân loại theo cách thức bù đắp khe
hở của các bề mặt làm việc khi chúng bị mòn. Hiện nay trên ôtô thường sử dụng hai loại khớp cầu:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 50
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Khớp cầu có lò xo nén đặt hướng kính.
Khớp cầu có lò xo nén đặt hướng trục.
Vật liệu chế tạo khớp cầu là thép 40XH có cơ tính:
Với điều kiện là khớp làm việc ở chế độ tải trọng động và chịu va đập. Khớp
cầu được kiểm nghiệm độ bền theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc và kiểm tra độ
bền cắt tại vị trí có tiết diện nguy hiểm.
5.6.1. Kiểm tra bến khớp cầu.
Như phần tính bền thanh kéo ngang lực tác dụng lên khớp cầu cũng chính là lực
tác dụng lên đòn ngang khi phanh. N=3914,1(N)
Như phần tính bền đòn kéo dọc, lực tác dụng lên khớp cầu cũng chính là lực tác
dụng lên đòn kéo dọc khi mômen cản quay vòng lớn nhất và không có trợ luc. Q=6003,1(N)
Sau khi so sánh hai giá trị lực ta lấy trị số Q =6003,1(N) làm số liệu tính toán kiểm bền khớp cầu. 56 23 34 24 10 10 0,32 1:10 1:8 0,63 R2 o 6 o 4 14 18 21 20 4 120 M1 120 o 2x45 R2 R4 R15 ±0,05 64 cÇu
Hình 2.14 Sơ đồ kết cấu khớp cầu (Rotuyl)
a/Tính ứng suất chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu. (2 – 45)
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 51
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
F – là diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rôtuyl. Trong thực tế diện tích làm
việc chiếm 2/3 diện tích bề mặt của khớp cầu. Nên mặt chịu lực tiếp xúc chiếm: S =
1/2. 2/3 = 1/3 bề mặt khớp cầu. Ta có:
Trong đó: D – là đường kính khớp cầu: D = 30 (mm) = 0,03(m). Hệ số an toàn:
Như vậy khớp cầu thoả mãn điều kiện chèn dập tại bề mặt làm việc của
khớp cầu ở thanh kéo dọc.
b/ Kiểm tra khớp cầu theo điều kiện cắt
Kiểm tra độ bền cắt khớp cầu tại tiết diện nguy hiểm nhất.
Ứng suất cắt được tính theo công thức: (2 – 46)
Trong đó: Fc – là tiết diện của rotuyl tại vị trí có tiết diện nguy hiểm nhất (tại
chỗ thắt nhỏ của rotuyl như trên hình 2.12)
ở đây: d là đường kính tại chỗ thắt của rô-tuyl : d = 20 (mm) =0,02(m) Hệ số an toàn: .
Vậy khớp cầu thoả mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 52
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
CHƯƠNG III:THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI
I. Đặc điểm của trợ lực lái.
1.1 Các yêu cầu của trợ lực.
+ Khi hệ thống của trợ lực lái có sự cố thì hệ thống lái vẫn có thể làm việc. Nếu
có hư hỏng xảy ra làm ngưng việc cấp dầu từ bơm đến cơ cấu lái thì người lái vẫn có
thể điều khiển được xe.
+ Đảm bảo lực lái thích hợp : Công dụng chính của trợ lực là giảm lực đánh lái,
mức độ giảm lực lái phải phù hợp với từng điều kiện chuyển động của xe. Nói chung,
cần lực lái lớn khi xe đứng yên hay chay chậm. ở tốc độ trung bình cần lực lái nhỏ hơn
và lực lái giảm dần khi tốc độ tăng. Chỉ cần lực lái nhỏ khi tốc độ xe cao vì ma sát
giữa bánh xe và mặt đường giảm. Nói cách khác phải đạt được lực lái phù hợp ở bất kỳ
dải tốc độ nào và cùng lúc đó “cảm giác đường” phải được truyền tới người lái.
+ Có khả năng trợ lực lúc lốp xe bị hỏng, để khi đó người lái vừa phanh ngặt,
vừa giữ được hướng chuyển động ban đầu của xe.
+ Thời gian tác động của trợ lực phải là tối thiểu.
Như vậy sử dụng hệ thống trợ lực lái phải đảm bảo tính năng vận hành của xe,
giảm được lực đánh lái. Tuy nhiên, hệ thống lái có trợ lực kết cấu phức tạp hơn và khối
lượng bảo dưỡng cũng tăng lên so với hệ thống lái không có trợ lực. 1.2 Chọn loại trợ lực.
Với xe du lịch 7 chỗ ta dùng trợ lực thuỷ lực với các ưu điểm sau:
- Có áp suất trong hệ thống thuỷ lực lớn: p = 4 10 (MN/cm2) nên giảm được
kích thước và trọng lượng xilanh lực.
- Tác dụng của bộ trợ lực nhanh, thời gian chậm tác dụng của bộ trợ lực không
chậm quá 0,02 0,04 (giây) nhờ vận tốc truyền áp suất trong chất lỏng nhanh.
- Giảm được va đập trong truyền dẫn thuỷ lực do mặt đường không bằng phẳng
nên người lái đỡ mệt.
- Hiệu suất làm việc của bộ trợ lực thuỷ lực cao và hiệu quả tác dụnglớn.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 53
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
II. Lựa chọn phương án bố trí trợ lực lái.
2.1. Một số phương án bố trí trợ lực hệ thống lái.
Hệ thống trợ lực lái là một hệ thống tự điều khiển, nó bao gồm: nguồn năng
lượng, van phân phối và xilanh lực. Tuỳ thuộc vào việc sắp xếp các bộ phận trên vào
hệ thống lái có thể chia ra các phương án sau:
Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái.
Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái.
Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, tách biệt với xilanh lực
Van phân phối, xilanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau.
2.1.1 Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái.
Với phương án bố trí này, xilanh lực và van phân phối đều nằm trong cơ cấu lái
tạo thành một cụm bao gồm: xilanh lực – van phân phối – cơ cấu lái.
Ưu điểm của phương án này là bố trí gọn gàng, tốn ít đường ống, độ chậm tác
dụng nhỏ, giảm được va đập truyền từ bánh xe lên vành lái. Tránh được khả năng phát
sinh dao động của các bánh xe dẫn hướng do sự không ổn định động lực của trợ lực gây nên.
Nhược điểm là cơ cấu lái phức tạp, các chi tiết trong dẫn động lái chịu ứng suất
biến dạng lớn. Do đó phải tăng khối lượng của các chi tiết của hệ thống dẫn động lái.
Mặt khác, hầu như tất cả các chi tiết của hệ thống lái phải chịu tác dụng của mômen
cản quay vòng toàn bộ của bánh xe dẫn hướng, điều này làm tăng độ biến dạng đàn hồi
của hệ thống lái và hậu quả là làm tăng khả năng phát sinh dao động của các bánh xe
dẫn hướng với các xe có tải trọng lớn. Do vậy, phương án bố trí này chỉ sử dụng cho
các loại xe ôtô có khối lượng đặt trên các bánh xe dẫn hướng từ 2 đến 4 tấn.
Với xe 7 chỗ dùng cơ cấu lái trục vít - êcu bi- thanh răng bánh răng, ta có thể sử
dụng phương án bố trí trợ lực này. C CB 1 4 SVTH: Nguyễễn 2 Vi t C ệ ng ườ Trang 54 3 12 5 11 10 6 11 7
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ 8 1 - Đòn quay đứng. 2 - Thanh kéo dọc. 3 - Đòn quay ngang.
4 - Cơ cấu xilanh lực, van phân phối, cơ cấu lái.
5 - Cầu dẫn hướng.
6, 9, 10 - Cơ cấu hính thang lái. 7 - Trục lái.
Hình 3.1 Bộ trợ lực lái bố trí cơ cấu lái van 8 - Vành tay lái.
phân phối và xilanh lực thành một cụm.
11 - Bánh xe dẫn hướng.
12 – Trụ xoay đứng.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 55
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
2.1.2. Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái. C CB 4 1 2 3 12 5 11 10 6 11 9 7 8
Hình 3.2 Bộ trợ lực bố trí cơ cấu lái riêng xilanh lực và
van phân phối thành một cụm. 1 - Cơ cấu lái 8 - Vành tay lái. 2 - Thanh kéo dọc.
11 - Bánh xe dẫn hướng. 3 - Đòn quay ngang.
12 - Trụ xoay đứng.
4 - Cơ cấu xilanh lực và van phân phối. 7 - Trục lái
5 - Cầu trước của bánh xe dẫn hướng.
6, 9, 10 - Cơ cấu hình thang lái.
Trong phương án này van phân phối và xilanh lực được bố trí chung thành một
cụm trên thanh kéo dọc. Kiểu bố trí như thế này cho phép ta ta có thể sử dụng nhiều cơ
cấu lái khác nhau. Tuy nhiên khuynh hướng gây nên sự dao động của các bánh xe dẫn
hướng sẽ cao hơn so với kiểu bố trí cơ cấu lái, van phân phối và xilanh lực thành một
cụm và các đường ống dẫn có chiều dài lớn.
2.1.3. Van phân phối, cơ cấu lái đặt thành một cụm tách biệt với xilanh lực
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 56
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ CC 1 B 2 4 3 12 5 11 10 11 9 13 6 7 8
Hình 3.3: Trợ lực bố trí van phân phối cơ cấu lái
thành cụm tách biệt với xilanh lanh lực 1 - Van phân phối. 7 - Trục lái. 2 - Thanh kéo dọc. 8 - Vành tay lái. 3 - Đòn quay ngang.
11 - Bánh xe dẫn hướng. 4 - Cơ cấu lái.
12 – Trụ xoay đứng.
5 - Cầu trước của bánh xe dẫn hướng. 13 - Xilanh lực.
6, 9, 10 - Cơ cấu hình thang lái.
Ở phương án này, van phân phối được bố trí chung trong cơ cấu lái, còn xilanh lực nằm
riêng rẽ. Trong kiểu bố trí này đòi hỏi các đường ống dẫn phải dài nhưng ưu điểm
chính của nó lại là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi tác động của trợ lực
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 57
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
lái, công suất của trợ lực lái dễ dàng thay đổi do xilanh lực có thể thay đổi tự do cách bố trí.
Nhược điểm của phương án này là đòi hỏi phải có chiều dài đường ống lớn, độ
chậm tác dụng lớn hơn phương án 1.
2.1.4. Van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau. CC B 4 1 2 3 12 5 11 10 11 9 13 6 7 8 1 - Cơ cấu lái. 7 - Trục lái. 2 - Thanh kéo dọc. 8 - Vành tay lái.
Hình 3.4: Bộ trợ lực bố trí van phân phối, cơ cấu lái, xilanh lực nằm 3 - Đòn quay ngang.
riêng rẽ với nhau11 - Bánh xe dẫn hướng. 4 - Vân phân phối.
12 – Trụ xoay đứng.
5 - Cầu trước của bánh xe dẫn hướng. 13 - Xilanh lực.
6, 9, 10 - Cơ cấu hình thang lái.
Trong phươg án này ta bố trí các cụm cơ cấu lái, van phân phối và xilanh lực
nằm tách biệt với nhau. Nó cũng có đầy đủ những ưu điểm của các phương án bố trí
trước như là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi lực tác động của trợ lực,
công suất của trợ lực dễ dàng thay đổi do xilanh lực có thể thay đổi tự do cách bố trí.
Tuy nhiên lực tác động lên van phân phối thay đổi do cánh tay đòn thay đổi.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 58
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Vì kết cấu các cụm chi tiết của xe nhỏ gọn, để phù hợp với hình dáng kích thước
của xe ta phải lựa chọn phương án thiết kế cụm trợ lực đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đảm bảo được tính năng trợ lực, nhưng vẫn phải tạo được “cảm giác” lực cản
của mặt đường cho người lái.
- Cách bố trí của phương án phải phù hợp với xe thiết kế.
- Giá thành sản xuất, thay thế phải đảm bảo tính kinh tế.
- Dễ dàng tháo lắp, bảo dưỡng và sửa chữa.
Qua đánh giá và phân tích các ưu, nhược điểm của các phương án bố trí trợ lực.
Ta thấy phương án 1 là phương án thích hợp nhất để tính toán và thiết kế. 2.1.5 Chọn van phân phối:
Van phân phối có hai dạng được dùng phổ biến là loại van trượt và loại van
xoay. Loại van trượt có kết cấu phức tạp. Với cơ cấu lái liên hợp của xe thiết kế, loại
van xoay có kết cấu gọn, không có độ dịch chuyển dọc.
2.1.6 Nguyên lý làm việc của van phân phối kiểu van xoay.
Van ống ngoài( van xoay): Dng = 40(mm); dtr = 26(mm).
Có đường dầu đến d = 7mm, được khoan thẳng, hai lỗ trợ lực được khoan chéo
góc d = 4mm. Đục mỗi mặt 4 lỗ cách đều nhau, có tất cả 12 lỗ trên mặt van. Mặt ngoài
có khoét rãnh vuông và mặt trong có khoét rãnh êlíp. Van được lắp chặt với trục vít
bằng chốt đường kính 3(mm)
Van ống trong ( trục van phân phối): D = 26(mm); d ng tr = 13(mm).
Van này chỉ có hai loại lỗ: một lỗ trung gian (khi xe đi thẳng) và một lỗ nằm trên
cao để hồi dầu về. Van làm rỗng bên trong. Thanh xoắn nằm cố định trong van. Cả van
ống trong và thanh xoắn được lắp với trục vít bằng một chốt đường kính 4(mm), đầu
còn lại của thanh xoắn lắp chặt với van ống trong bằng chốt 4(mm). Mặt bên ngoài van
ống trong có rãnh êlíp để dẫn dầu đi trợ lực. Nguyên lý trợ lực:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 59
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ Van èng VÒ A Van èng VÒ B Thanh H×nh 3.5: Khi xe ®i
Khi xe đi thẳng: lúc này ba lỗ trung gian trùng nhau. Dầu đi từ bơm qua lỗ trung
gian vào van ống trong rồi qua cửa hồi về bình chứa. Buồng trái và buồng phải xi lanh
bị nén nhẹ nhưng không có sự chênh lệch áp suất giữa chúng nên không có sự trợ lực lái
Khi xe rẽ về một bên: Van ống trong có phần vỏ nối với các đăng của vành lái.
Khi các đăng xoay, van ống trong cũng xoay, thanh xoắn bị xoắn một góc làm cho van
ống trong và van ống ngoài lệch nhau một góc nhỏ (khoảng gần 3 độ) chỉ đủ để đường
dầu đi thẳng của van ống ngoài có thể đi đến bên đường dầu cần trợ lực, đồng thời
hướng mặt bên không cần trợ lực vào khoang trống để dầu bên không trợ lực có thể đi về bình chứa.
Khi đang đánh lái mà giữ nguyên vành lái, khi đó thanh xoắn vẫn đang bị xoắn,
dầu trợ lực tiếp tục trợ lực cho một buồng (trái hoặc phải) của xi lanh lực tuỳ theo đang
quay vòng theo hướng nào. Vì giữ nguyên vành lái nên thanh răng đứng yên. Do đó
trục vít bị quay theo chiều ngược lại, tức là thanh xoắn không bị xoắn nữa, các van trở
về vị trí trung gian như khi xe đi thẳng. Khi người lái tiếp tục đánh lái, quá trình lại
diễn ra như khi xe quay vòng về một phía đã trình bày ở trên.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 60
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ Van èng trong VÒ A Van èng ngoµi VÒ B Thanh xo¾n H×nh 3.6: Khi xe quay Van èng trong VÒ A Van èng ngoµi VÒ B Thanh xo¾n H×nh 3.7: Khi xe quay III: Tính toán trợ lực. 3.1. Tính toán xylanh lực
Kích thước của xylanh lực cần phải đủ lớn để đảm bảo sinh ra được lực cần thiết trong
khi áp suất chất lỏng trong hệ thống trợ lực lái là có giới hạn. Với hệ thống lái có trợ
lực, để người lái vẫn giữ được cảm giác mặt đường ta chọn lực lớn nhất của người lái
đặt vào vành lái là: P LCH max = 100 (N)
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 61
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
Chọn điểm bắt đầu trợ lực: P=25(N) M P R i i
25 0.20 20,5 1 0.7 71,75(N ) c0 l0 vl c d th Vậy A[71,75; 25]
Đồ thị các đường đặc tính khi chưa trợ lực và được lắp bộ trợ lực được thể hiện ở hình dưới đây:
Đặc tính khi chưa có trợ lực là đường bậc nhất, đoạn OB.
Đặc tính khi có trợ lực là đường bậc nhất gãy khúc và thấp hơn đường đặc tính khi chưa có trợ lực.
Đoạn OA: PL0 = f(Mc0) lực do người lái hoàn toàn đảm nhận. Bộ trợ lực chưa làm việc.
Đoạn AC: PLCHmax = f(McCH) biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt
đường. Chọn PLCHmax = 90(N), M
=1080,48. Điểm C[1080,48; 90] cCHmax
Từ C trở đi: Pc = f(Mc) song song với đường PL0 = f(Mc0).
Momen quay vòng của người lái lớn nhất quy dẫn đến trụ xoay đứng: M P
.R .i . .i Lmax LCH max v t dd Trong đó
t – hiệu suất thuận của cơ cấu lái trục vít - êcu bi – thanh răng – cung răng, t = 0,7
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 62
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ Vậy: M Nm L 100.0,20.20.0,7.1 287 max
Momen cản quay vòng tại trục đòn quay đứng được thu nhận bởi xylanh lực: M M M CH max C max L max M 1080,48 287 793,48 Nm CH max
Lực cản dọc trục cản chuyển động tịnh tiến của êcu bi được thu nhận bởi xylanh lực: M 793, 48 CH max P N XL 26449 max R 0.03 c 2
Đường kính xylanh lực là: Dxl 2 D P xl X m L ax Fxl
Ta có diện tích xylanh lực: 4 pmax
Trong đó: pmax- áp suất dầu cực đại pmax =6 MPa 26449 3 2 F 4,4 10 m xl 6
Thay số vào công thức ta có: 6 10
Ta có đường kính xylanh lực: 3 4F 4 4,4 10 xl 0,075(m) 75( ) mm Dxl =
3.2. Tính đường kính ngoài và kiểm tra bền xylanh lực
3.2.1. Yêu cầu và chọn vật liệu chế tạo
Xylanh lực chịu áp suất p = 60(KG/ nên ta chọn vật liệu chế tạo là gang cầu. Độ bóng
của bề mặt làm việc của xylanh lực, piston thường là cấp 10 và cấp 11.
3.2.2 Tính độ bền của xylanh lực
Khi tính độ bền của xylanh lực thường bỏ qua những tác động ngẫu nhiên lên nó (va
đập từ bên ngoài…) mà chỉ để ý ảnh hưởng của áp suất chất lỏng bên trong xylanh.
Xylanh được xem như một ống thành dày:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 63
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ PÝt t«ng Xi lanh
Hình 2.18: Xylanh lực
Chiều dày thành xylanh được xác định theo công thức: D P xl t . 1 2 P Trong đó:
t – chiều dày của thành
Dxl - đường kính trong của xylanh
Với vật liệu là gang cầu ta có: [ ] = 700 MPa Dxl = 75 (mm) P = 60 MPa 75 700 60 1 16mm t = 2 700 60 chọn t = 7,5(mm)
Đường kính ngoài của xylanh lực: dn = Dxl + 2.t =75 + 2.7,5 =90 (mm)
Ứng suất trong xylanh lực được xác định theo công thức:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 64
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ 2 2 d D n xl .P 2 2 = dn Dxl 2 2 90 75 .60 332,8MPa 2 2 = 90 75 [ ]=700MPa
Kết luận: xilanh đảm bảo độ bền.
3.3. Tính sơ bộ hành trình làm việc của piston
Xét bánh xe dẫn hướng đặt tay đòn ngang:
- Góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng là: max = max + max 0 max = 23,5 ; 0 max = 30,8 ; max = 54,3 ; 0
Với max đòn quay đứng quay một góc : 1 = =
Với max đòn quay đứng quay một góc : 2 = =
Góc quay toàn bộ của đòn quay đứng: = 54,30
Góc quay lớn nhất của bánh răng rẻ quạt từ vị trí trung gian bằng góc quay
lớn nhất của đòn quay đứng, do đó góc đánh lái lớn nhất của vô lăng từ phía trái sang phải là: Hành trình SC của
piston là chiều dài cung tròn của bánh răng rẻ quạt ứng với góc quay lớn nhất .
3.4 Xác định lưu lượng của bơm dầu
Năng suất của bơm được xác định từ điều kiện sao cho xilanh lực của trợ luc
phải kịp làm quay các bánh xe dẫn hướng nhanh hơn người lái. Nếu không đảm bảo
được điều kiện này thì những trường hợp quay vòng ngoặt, người lái sẽ phải tiêu hao
một lực lớn không những để thắng lực cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hướng mà còn
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 65
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
để đẩy dầu di chuyển từ phần bên này sang phần bên kia của xilanh lực, do bơm không
kịp làm đầy sự tăng thể tích của phần làm việc của xilanh.
Để thoả mãn điều kiện trên ta cần có: (3-5) Trong đó:
Qb – năng suất định mức của bơm 2
b – hiệu suất thể tích của bơm ở áp suất 0,5pmax = 30 (MN/m ) là b = 0,75.
F – diện tích của piston xilanh lực, F = 4,4.10 (m –3 2)
- độ hao hụt (lọt) dầu trong hệ thống, = 0,05 0,1 ; lấy = 0,1
- tốc độ của piston xilanh lực (m/s)
Đối với trợ lực có xilanh lực đặt trong cơ cấu lái: (3-6)
dt - đường kính trục vít, dt = 22(mm)
- góc nghiêng của đường ren vít, = 6,50
nv – số vòng quay cực đại của vành tay lái do người lái có thể thực hiện trong một phút, n = 60 (v/p). v
Thay số vào công thức ta có: Qb 5,13. 10 (m –5 3/s)
Vậy ta có năng suất định mức của bơm là Q = 51,3 (cm3 b /s)
Chọn bơm trợ lực: Bơm cánh gạt kép có kết cấu nhỏ, hiệu suất từ 0.7 0.9, áp
suất có thể đạt 100 (at), lưu lượng từ 5 100 (l/phút).
3.5. Tính toán các chi tiết của van phân phối.
3.5.1. Tính góc xoay của van quay. (3-6)
a. : Khe hở giữa mép van ống trong và van ống ngoài. (3-7)
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 66
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ Trong đó:
+. Q: lưu lượng dầu cung cấp cho bộ trợ lực làm việc. Q = 51,3(cm3/s).
+ d : Đường kính lõi van, chọn d 1 = 2,6(cm) 1
+ h: độ dài chiều dọc rãnh van, chọn h = 2,1(cm)
+ g: Gia tốc trọng trường. g = 10(m/s2) = 100(cm/s2).
+ : Tổn thất áp suất ở hành trình không tải. .
+ : Trọng lượng riêng của dầu. .
+. : Tổn thất cục bộ. = 3,1. .
Khi tính đến sự tiết lưu trong các đường rãnh dầu lấy: =1,3(mm)
b. : Độ trùng khớp cực đại của mép van ống trong và van ống ngoài (độ “chờm”
của van) được xác định từ điều kiện lượng lọt dầu của van xoay (Q1). (3-8) Do quá nhỏ nên lấy .
Vậy hành trình toàn bộ van xoay về một phía tính theo chu vi van: . 3.5.2. Các thông số khác.
a,Góc xoắn của thanh xoắn để mở van: (3-9)
: Hành trình theo chu vi của van xoay khi trợ lực làm việc.
d: Đường kính lõi van, chọn d = 2,6(cm) = 26(mm) Vậy:
Vậy thanh xoắn sẽ phải xoắn đi một góc là 6,4 thì đường dầu trợ lực mới làm việc.
b:Góc quay tự do toàn bộ của vành tay lái khi có cường hoá:
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 67
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
độ dơ của hệ thống lái khi không có cường hoá,
3.5.3. Tính toán thanh xoắn.
Thanh xoắn có vai trò giống như lò xo định tâm trong kết cấu van trượt. Chọn
vật liệu chế tạo thanh xoắn là thép lò xo G60A có modul đàn hồi: G = 8.10 N/mm. 4
Đường kính của thanh xoắn phải thoả mãn sao cho khi bắt đầu trợ lực, ứng với
lực đặt lên vành tay lái là P 0
VL0 = 25(N) thì thanh xoắn phải xoắn một góc 6,4 .
Ứng suất xoắn của thanh xoắn được xác định theo công thức : (3-10)
Góc xoắn của thanh xoắn được xác định theo công thức :
Chiều dài của thanh xoắn: L= 92 (mm) .
Chọn đường kính của thanh xoắn là: D = 5(mm) 0,63 0,63 0,01 A o o 0,01 1x45 A 1x45 1,25 1,25 A 12g6 12g6 Ø Ø 5 Ø +0,2 +0,2 Ø4 Ø4 11 11 41 95 5,5 42 148
Hình 3.10: Thanh xoắn
Kiểm nghiệm điều kiện bền:
Vậy thanh xoắn thoả mãn điều kiện bền.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 68
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
CHƯƠNG IV:BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI
Thông qua việc trình bày các hư hỏng thường gặp của hệ thống lái cũng như cách sửa
chữa giúp cho chúng ta có thêm các kiến thức cơ bản khi sử dụng xe cũng như chẩn
đoán hư hỏng khi gặp các tình huống bất thường.
I. Những hiện tượng hư hỏng chính của hệ thống lái
Một số hiện tượng hư hỏng trong hệ thống lái, cách phát hiện, nguyên nhân và phương
pháp xử lý được tóm tắt trong bảng dưới đây: Hiện tượng Nguyên nhân
Kiểm tra và sửa chữa
a. Hệ thống trợ lực hỏng.
b. Áp suất hơi của các lốp xe dẫn Bơm đủ hơi.
hướng không đủ hoặc không đều.
c. Các chi tiết ma sát của hệ thống Bổ sung dầu mỡ bôi trơn thiếu dầu . hộp tay lái và các khớp nối. 1. Tay lái nặng
d. Chốt khớp chuyển hướng Điều chỉnh lại cho đúng
nghiêng về phía sau quá nhiều. quy định. e. Khung xe bị cong.
Sửa chữa, nắn thẳng lại.
a. Độ rơ quá lớn ở vành tay lái, ở Điều chỉnh và thay chi 2. Độ rơ vành tay
các khớp nối, mòn các khớp cầu. tiết mòn. lái quá lớn.
b. Mòn ổ bi bánh xe dẫn hướng.
Điều chỉnh lại độ rơ. a. Độ chụm bánh xe âm.
Điều chỉnh lại cho đúng.
b. Các thanh nối, khớp cầu và hộp Điều chỉnh hoặc thay tay lái có độ rơ lớn.
mới các chi tiết nếu cần.
3. Xe lạng sang c. Các thanh nối bị cong. Nắn lại hình dạng ban hai bên. đầu.
d. Áp suất lốp bánh xe dẫn hướng Bơm đủ áp suất.
không đủ hoặc không đều.
a. Áp suất lốp bánh xe dẫn hướng Bơm đủ áp suất. không đều.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 69
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
b. Độ nghiêng ngang và độ Điều chỉnh lại cho bằng
nghiêng dọc của chốt khớp chuyển nhau và đúng tiêu chuẩn
4. Xe luôn lạng hướng của hai bánh xe không đều. kỹ thuật. về một bên c. Ổ bi bánh xe chặt.
Điều chỉnh lại hoặc thay chi tiết mòn hỏng.
a. Áp suất lốp bánh xe dẫn hướng
không đủ hoặc không. đều. Bơm đủ áp suất.
b. Lỏng, rơ thanh nối, khớp cầu và Điều chỉnh lại hoặc thay hộp tay lái. chi tiết mòn hỏng nếu 5. Đầu xe lắc qua cần. lại
c. Góc nghiêng ngang của chốt Điều chỉnh lại.
khớp chuyển động hướng hai bánh xe không đều.
II. Một số hư hỏng thường gặp và cách khắc phục
Những hư hỏng chính của các chi tiết cơ cấu lái là mòn cụm trục răng thanh răng và
ống lót của đòn quay đứng, vòng bi, ổ để lắp vòng bi, mặt bích bắt mặt các te bị sứt mẻ
hoặc nứt, lỗ ở cácte để lắp ống lót trục của đòn quay đứng bị mòn. STT Hư hỏng Cách khắc phục
Bề mặt của trục răng hoặc thanh 1
răng mòn, rỗ bề mặt, ăn khớp Điều chỉnh lại hoặc thay thế. không đều.
Mạ crôm rồi mài theo kích thước 2
Mòn trục của đòn quay đứng. danh nghĩa. 3
Mòn ống lót bằng đồng. Phải thay thế. 4
Ren của đòn quay đứng bị chờn.
Tiện hết ren cũ rồi hàn đắp kim loại
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 70
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ
và tiện theo kích thước danh nghĩa, và cắt ren mới.
Rãnh then hoa trên trục quay đứng 5 Thay thế. bị xoắn, hư hỏng 6
Sứt mẻ và nứt trên mặt bích cacte. Phục hồi bằng phương pháp hàn.
Chốt cầu bị mòn bị nứt mẻ hay có 7 Thay thế.
vết xước, các lò xo yếu. 8
Các thanh trong hệ thống bị cong. Nắn nguội.
Nắp chắn bụi bị rách làm bụi bẩn 9 Thay thế nắp chắn bụi. cơ cấu lái.
Các phớt chắn dầu bị rách làm 10
chảy dầu ra ngoài dẫn đến trợ lực Thay thế các phớt đó. kém.
Kiểm tra xem thanh răng có ăn Điều chỉnh bằng vít điểu chỉnh ở bên 11
khớp đúng không nếu nghe thấy cạnh thanh răng. tiếng ồn khi vận hành.
III. Bảo dưỡng và sửa chữa bơm dầu
Để sửa chữa cần tháo rời bơm ra, xả hết dầu nhờn, cọ rửa cẩn thận. Sau đó, tháo các
chi tiết phải cọ rửa trong thùng dung dịch rồi rửa bằng nước sau đó thổi sạch bằng
không khí nén, kiểm tra cánh gạt nếu mòn phải thay thế, thân bơm mòn phải thay mới.
Sau khi lắp ráp nên chạy rà bơm trên bệ thử và kiểm tra lưu lượng và áp suất phát huy
được theo đúng yêu cầu kỹ thuật.
Thử nghiệm hệ thống lái trên đường: Để xe đứng yên trên mặt đường tốt và phẳng
đánh lái tới vị trí tận cùng. Dùng lực kế đo giá trị lực tại đó để xác định lực vành lái lớn nhất.
Kiểm tra mức dầu trong bình dầu trợ lực trong bình dầu có vạch min, max chú ý kiểm tra khi dầu nguội.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 71
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ Kết Luận
Hiện nay kỹ thuật sản xuất và chế tạo ôtô ngày càng được phát triển để có thể thoả mãn
những yêu cầu và đòi hỏi khắt khe về tính năng kinh tế, kỹ thuật môi trường, đặc biệt là
an toàn chuyển động của ôtô ở tốc độ cao cũng như đáp ứng cho nhu cầu ngày càng
cao của con người đối với một sản phẩm cần thiết cho cuộc sống. Một hệ thống trong ô
tô đóng góp không nhỏ vào sự thành công của sản phẩm đó là hệ thống lái.Sau một
thời gian tìm hiểu, tính toán và thiết kế cùng với sự trợ giúp tận tình của thầy Trương
Đặng Việt Thắng và các thầy trong bộ môn và các bạn đến nay em đã hoàn thành đồ án
tốt nghiệp với đề tài
“ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI CHO XE 7 CHỖ ”.
Thông qua đồ án tốt nghiệp đã phần nào nói lên được tác dụng và vai trò quan trọng
của hệ thống lái, và những cải tiến kỹ thuật để việc điều khiển xe được dễ dàng hơn.
Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế
nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em cảm ơn các thầy tận tình chỉ bảo để em hoàn thành đồ án. Em xin chân thành cảm ơn!
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 72
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 7 chỗ TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lý thuyết ôtô máy kéo – Nhà xuất bản giáo dục năm 2005- Nguyễn Hữu Cẩn, Dư
Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài Lê Thị Vàng. ,
2. Bài Giảng Thiết Kế Tính Toán Ô Tô – Năm 2012- Nguyễn Trọng Hoan
3. Kết cấu ô tô - Nhà xuất bản bách khoa hà nội năm 2009 - Nguyễn Khắc Trai,
Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải, Phạm Huy Hường, Nguyễn Văn Chưởng, Trịnh Minh Hoàng.
4. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1 và 2 – Nhà xuất bản bách khoa năm
2006 - Trịnh Chất, Lê Văn Uyển.
5. Dung sai và lắp ghép - Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam - PGS. TS. Ninh Đức Tốn.
6. Chi tiết máy Tập I, tập II – Nhà xuất bản giáo dục năm 1997 - Nguyễn Trọng Hiệp.
SVTH: Nguyễễn Vi t C ệ ng ườ Trang 73