Ứng dụng mathlab và catia
Đồ án môn học tính toán thiết kế hệ thống lái, ứng dụng mathlab và catia. Tài liệu tổng hợp được sưu tầm. Mời các bạn tham khảo.
Môn: Tài liệu Tổng hợp 3.6 K tài liệu
Trường: Tài liệu khác 3.9 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
lOMoARcPSD|38247993
DO AN HUY Khanh - Ứng dụng MATLAB và CATIA tính toán
thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch
Nhập môn cơ khí (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) Scan to open on Studeersnel
Studocu is not sponsored or endorsed by any college or university
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp 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. Nhận thấy tiềm năng của công nghiệp ô tô lên nước ta đã chủ động
mở cửa cho các nhà đầu tư nước ngoài xây dựng các nhà máy lắp ráp cũng như sản
xuất linh kiện ô tô trong nước góp phần giải quyết vấn đề nhân lực cũng như thúc
đẩy kinh tế, đóng góp không nhỏ vào nguồn thu của chính phủ.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… trong các trường đại học việc khuyến khích sinh viên nghiên
cứu các công nghệ mới trên ô tô hiện đại cũng đang được sinh viên nhiệt tình tham gia.
Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của Ôtô là hệ thống lái. Hệ thống
này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của Ôtô, nó đảm bảo tính năng ổn
định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng. 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, trường đại học hàng đầu của cả
nước, 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 “Ứng dụng MATLAB và CATIA tính toán thiết kế hệ thống lái cho
xe du lịch”.Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến quá trình điều khiển làm tăng tính
năng an toàn chuyển động và giúp cho người lái giảm mệt mỏi.
Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề còn khá mới mẻ đòi
hỏi phải có thời gian dài nghiên cứu tìm hiểu. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng
với hiểu biết cũng như thời gian tìm hiểu hạn chế nên đồ án của chúng em không
tránh khỏi sai sót cũng như còn nhiều vấn đề không được đề cập tới. Em mong các
Tính toán thiết kế hệ thống lái 6
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
thầy và các bạn đồng nghiệp góp ý để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Qua đó cũng
mở ra một hướng nghiên cứu mới đối với thiết kế tính toán các hệ thống trên ô tô
song song với tính toán thiết kế truyền thống.
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy: Trịnh Minh Hoàng đã tận
tình chỉ bảo để chúng em có thể hoàn thành đồ án này. Và chúng em cũng xin chân
thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Ôtô và xe chuyên dụng - Viện cơ khí động
lực- trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng toàn thể các bạn đã giúp đỡ chúng em
trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 1 tháng 6 năm 2010 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Khanh Nguyễn Quang Huy
Tính toán thiết kế hệ thống lái 7
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan hệ thống lái 1.1.1. Công dụng
Hệ thống lái là một hệ thống an toàn dùng để thay đổi hướng chuyển động của
xe. Nó có thể giữ nguyên hướng chuyển động thẳng cũng như quay vòng xe khi cần thiết. Cấu tạo chung
Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực. Gồm có vành tay lái, trục lái, và dẫn động lái:
Hình1.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
Vành tay lái. 5- Thanh kéo dọc.
Trục lái. 6- Đòn quay đứng.
Cơ cấu lái. 7- Hình thang lái. Đòn quay đứng.
Tính toán thiết kế hệ thống lái 8
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp Vành tay lái:
Vành tay lái có nhiệm vụ tạo ra mô men quay cần thiết khi người lái tác dụng
một lực vào vành tay lái. Vành tay lái có dạng vành tròn, có nan hoa bố trí đều hay
không đều quanh vành trong của vành lái.
Mô men tạo ra trên vành tay lái là tích số của lực lái do người lái tác dụng vào và
bán kính của vành tay lái.
Vành lái (vô lăng) của bất kỳ hệ thống ô tô nào cũng có độ dơ nhất định. Khi xe
dừng, các bánh dẫn hướng ở vị trí thẳng, lắc nhẹ vô lăng về phía trước hoặc phía
sau với lực lái nhẹ bằng ngón tay thì độ dơ cực đại của vô lăng đối với vô lăng
không được vượt quá 30 mm.
Bản thân vành lái có thể được làm bằng chất dẻo, cao su nhân tạo hoặc bằng gỗ,
và nó có thể được bọc bằng da thật hoặc da nhân tạo. Trục lái:
Trục lái có nhiệm vụ truyền mô men lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có : Trục
lái chính có thể truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và ống trục
lái để cố định trục lái chính vào thân xe. Đầu phía trên của trục lái chính được gia
công ren và then hoa để lắp vô lăng lên đó và được giữ chặt bằng một đai ốc. Cơ cấu lái:
Cơ cấu lái có tác dụng biến chuyển động quay truyền đến từ vành lái thành
chuyển động lắc. Các loại cơ cấu lái thường gặp nhất là: Cơ cấu lái trục vít ê cu bi,
Cơ cấu lái trục răng thanh răng, cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn. . Đòn quay đứng:
Đòn quay đứng có tác dụng truyền momen từ trục đòn quay của cơ cấu lái tới các
đòn kéo dọc hoặc kéo ngang được nối với cam quay của ánh xe dẫn hướng. Đòn kéo:
Đòn kéo được dùng để truyền lực từ đòn quay của cơ cấu lái đến cam quay của
bánh xe đẫn hướng. Tuỳ theo phương đặt đòn mà người ta có thể gọi là đòn kéo dọc hoặc đòn kéo ngang.
Tính toán thiết kế hệ thống lái 9
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp Hình thang lái:
Hình thang lái thực chất là một hình tứ giác gồm 4 khâu: dầm cầu, thanh lái
ngang và hai thanh bên. Hình thang lái sẽ đảm bảo động học quay vòng của các
bánh xe đẫn hướng nhờ vào các kích thước của các thanh lái ngang, cánh bản lề và
các góc đặt phải xác định.
1.1.2. Phân loại
- Theo bố trí bánh lái chia ra hệ thống lái với bánh lái bố trí bên phải hoặc bên
trái (tính theo chiều chuyển động của xe). Bánh lái bố trí bên trái dùng cho những
nước thừa nhận luật đi đường theo phía phải như ở các nước xã hội chủ nghĩa. Bánh
lái bố trí bên phải dùng cho những nước thừa nhận luật đi đường theo phía bên trái
như ở Anh, Hồng Kông, Thụy Điển…
- Theo số lượng bánh dẫn hướng chia ra hệ thống lái với các bánh dẫn hướng
ở cầu trước, ở hai cầu và ở tất cả các cầu.
- Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra loại trục vít loại liên hợp (gồm trục vít,
êcu, thanh khía, quạt răng). Loại thanh răng …
- Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chia ra loại trợ lực thuỷ
lực, loại cường hoá khí nén, loại cường hoá liên hợp (kết hợp cả thuỷ lực và điện).
1.1.3. Yêu cầu
An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêu hàng đầu trong
việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng phương tiện này. Một trong các hệ
thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô là hệ thống lái.
Để giảm nhẹ lao động cho người lái cũng như tăng thêm độ an toàn cho ôtô, ngày
nay trên ôtô thường sử dụng cường hoá lái. Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động
trên mọi loại đường từ giải tốc độ thấp tới giải tốc độ cao, hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Đảm bảo được động học quay vòng: các bánh xe lăn không trượt.
+ Đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an toàn. Các cơ cấu điều khiển
bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảo không gây
lên các dao động và va đập trong hệ thống lái.Trục lái kết hợp với cơ cấu hấp thụ va
Tính toán thiết kế hệ thống lái 10
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
đập, cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có tai nạn. Trục lái
được gắn lên thân xe qua một giá đỡ dễ vỡ để trục lái đễ dàng tụt xuống khi có va đập.
+ Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng: các bánh xe dẫn hướng sau khi thực
hiện quay vòng cần có khả năng tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng hoặc
là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng chỉ cần đặt lực trên vành lái nhỏ
hơn khi xe đi đường vòng.
+ Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng trên đường
hẹp, đường gấp khúc, hệ thống lái có thể quay ngặt các bánh xe trước một cách dễ
dàng. Quay vòng ngặt là trạng thái quay vòng với thời gian quay vòng ngắn và bán kính quay vòng nhỏ.
+ Đảm bảo lực lái thích hợp: Lực người lái đặt lên vành lái khi quay vòng phải
nhỏ, lực lái cần thiết sẽ lớn khi xe đứng yên và sẽ giảm khi tốc độ xe tăng. Vì vậy
cần phải đảm bảo lực lái nhỏ nhưng vẫn gây được cảm giác về trạng thái mặt đường.
+ Hệ thống lái không được có độ dơ lớn: Với xe có vận tốc lớn nhất trên
100Km/h, thì độ dơ vành lái không vượt quá 100, với xe có vận tốc lớn nhất từ 25
km/h đến 100km/h thì độ dơ vành lái không vượt quá 200.
+ Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây tổn thương cho người
lái khi xảy ra tai nạn. Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch để
giảm tác động từ mặt đường qua kết cấu lái lên vô lăng.
+ Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa góc quay vô lăng với góc quay bánh xe dẫn hướng.
Không đòi hỏi người lái xe một cường độ lao động quá lớn khi điều khiển ôtô.
+ Độ tin cậy cao, dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa.
- Các góc đặt bánh xe
Việc bố trí các bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới tính điều khiển xe, tính
ổn định chuyển động của ôtô. Các yêu cầu chính của việc bố trí là điều khiển
chuyển động nhẹ nhàng, chính xác đảm bảo ổn định khi đi thẳng cũng như khi
quay vòng, kể cả khi có sự cố ở các hệ thống khác. Đối với xe con yêu cầu này ngày
Tính toán thiết kế hệ thống lái 11
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
càng được quan tâm và được nâng cao hơn vì vận tốc của xe không ngừng được
nâng lên. Trên cầu dẫn hướng các bánh xe dẫn hướng được bố trí và quan tâm thích
đáng. Ở các bánh xe không dẫn hướng thì việc bố trí cũng đã được chú ý, song bị
hạn chế bởi giá thành chế tạo và sự phức tạp của kết cấu nên việc bố trí vẫn được
tuân thủ theo các điều kiện truyền thống.
Ô tô có thể chuyển động mọi hướng bằng sự tác động của người lái quanh vô lăng.
Tuy nhiên, nếu ôtô ở trạng thái đi thẳng mà người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô
lăng để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hay người lái phải tác dụng một lực lớn để quay
vòng xe thì sẽ gây sự mệt mỏi và căng thẳng về cả cơ bắp lẫn tinh thần khi điều khiển
xe. Đó là điều không mong muốn, vì vậy để khắc phục được các vấn đề nêu trên thì
các bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định tuỳ theo yêu cầu nhất định đối
với từng loại xe và tính năng sử dụng của từng loại. Những góc này được gọi chung là góc đặt bánh xe.
Việc điều khiển xe sẽ trở lên dễ dàng hơn nếu các bánh xe được đặt theo một góc
một cách chính xác theo yêu cầu thiết kế. Các góc đặt bánh xe đúng sẽ ngăn cản
việc mài mòn lốp. Nếu như 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).
Góc đặt bánh xe gồm các góc sau:
+Góc Camber (góc nghiêng ngang của bánh xe).
+Góc Caster và khoảng Caster (Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ lệch dọc).
+Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng).
+Độ chụm và độ mở (góc doãng).
Tính toán thiết kế hệ thống lái 12
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
- Góc Camber (góc nghiêng ngang của bánh xe)
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. Khi bánh
xe dẫn hướng nghiêng ra ngoài thì gọi là góc “Camber dương”, và ngược lại gọi là
góc” Camber âm”. Bánh xe không nghiêng thì Camber bằng không (bánh xe thẳng đứng). (-) (+) CAMBER 90 0 Hình 1.2. Góc Camber. Chức năng của góc Camber
+ Những năm về trước bánh xe được đặt với góc Camber dương để cải thiện
độ bền của cầu trước và để các lốp tiếp xúc vuông góc với mặt đường (do trọng
lượng của xe) nhằm ngăn ngừa sự mòn không đều của lốp trên đường, do có phần giữa cao hơn hai bên.
+ Góc camber còn đảm bảo sự lăn thẳng của các bánh xe, giảm va đập của
mép lốp với mặt đường. Khi góc Camber bằng không hoặc gần bằng không có ưu
điểm là khi đi trên đường vòng bánh xe nằm trong vùng có khả năng truyền lực dọc và lực bên tốt nhất.
+ 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
Tính toán thiết kế hệ thống lái 13
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
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.
- Góc Caster và khoảng Caster (Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ lệch dọc)
Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trụ
đứng. Nó được đo bằng độ, và được xác định bằng góc giữa trụ xoay đứng và
phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Nếu trụ xoay đứng nghiêng về phía sau thì
gọi là góc nghiêng dương và ngược lại gọi là góc nghiêng âm.
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 và khoảng Caster được thể hiện ở hình sau: (+) (-) Góc Caster V c
Hình 1.3. Caster và khoảng Caster.
Chức năng của góc 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
Tính toán thiết kế hệ thống lái 14
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
vào đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb.
+ 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
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 00đến 30.
- Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng)
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 1.4. Góc KingPin
Chức năng của góc KingPin:
+ Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay sang phải hoặc quay quanh trụ đứng
với khoảng lệch tâm là bán kính r0, r0 là bán kính quay của bánh xe quanh trụ đứng,
nó là khoảng cách đo trên bề mặt của đường cong mặt phẳng nằm ngang của bánh
xe giữa đường kéo dài đường tâm trụ quay đứng với tâm của vết tiếp xúc của bánh
xe với mặt đường. Nếu r0 lớn sẽ sinh ra mô men lớn quanh trụ quay đứng do sự cản
Tính toán thiết kế hệ thống lái 15
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh lái. Do vậy giá trị của r0 có thể được giảm để
giảm lực đánh lái, phương pháp để giảm r0 là tạo Camber dương và làm nghiêng trụ
quay đứng tức là tạo góc KingPin.
+ Giảm sự đẩy ngược và kéo lệch sang một phía: Nếu khoảng cách lệch r0
quá lớn, phản lực tác dụng lên các bánh xe khi chuyển động thẳng hay khi phanh sẽ
sinh ra một mômen quay quanh trụ đứng, do vậy sẽ làm các bánh xe bị kéo sang
một phía có phản lực lớn hơn. Các va đập từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe
làm cho vô lăng dao động mạnh và bị đẩy ngược.
+ 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. Tức là khi quay vòng, quay vô
lăng để quay vòng xe, người lái phải tăng lực đánh lái, nếu bỏ lực tác dụng lên vô
lăng thì bánh xe tự trả về vị trí trung gian (vị tri đi thẳng). Để giữ cho xe quay vòng
thì cần thiết phải giữ vành lái với một lực nhất định nào đó. Vấn đề trở về vị trí
thẳng sau khi quay vòng là 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.
- Độ chụm và độ mở (góc doãng):
Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm của 2 bánh xe dẫn hướng
(hoặc hai bánh xe trên cùng một cầu xe), góc chụm là góc xác định trên một mặt
phẳng đi qua tâm trục nối hai bánh xe và song song với mặt phẳng đường tạo bởi
hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai bánh xe lên mặt phẳng đó và hướng chuyển động của xe.
Thông thường 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 là dương nếu B - A > 0, là âm nếu B - A < 0.
Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành tay lái.
Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xe lăn phẳng hoàn toàn.
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.
Tính toán thiết kế hệ thống lái 16
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
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. v a b
Hình 1.5. Độ chụm bánh xe
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.
Trên xe con độ chụm thường có giá trị từ 2 3 mm. -
Bán kính quay vòng (góc bánh xe, bán kính quay vòng) O O'
Hình 1.6. Sự trượt bên khi quay vòng
Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt nết
hoặc trượt quay thì đường vuông góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất cả
các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó gọi là tâm quay tức thời của
xe. Để đạt được góc lái chính xác của bánh dẫn hướng bên phải và bên trái thì
các thanh dẫn động lái thực hiện chức năng này cũng đồng thời đạt được bán kính quay vòng mong muốn.
Tính toán thiết kế hệ thống lái 17
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp O
Hình 1.7- Sơ đồ quay vòng
Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu hướng bắt xe quay với
bán kính lớn hơn bán kính dự định của người lái trừ khi xe có thể sinh ra một lực
ngược lại đủ lớn để cân bằng với lực ly tâm, lực này là lực hướng tâm. Lực hướng
tâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trượt bên của lốp do ma sát giữa lốp và mặt
đường, lực này là lực quay vòng và làm ổn định xe khi quay vòng.
- Độ đàn hồi của lốp theo hướng ngang
Đối với các bánh xe lắp lốp đàn hồi, dưới tác động của các phản lực bên, bánh
xe sẽ bị lệch bên và vết tiếp xúc của lốp với mặt đường sẽ bị lệch so với mặt phẳng
giữa của bánh xe một góc . ChiÒu l¨n Yb a b d o o1 c
Hình 1.8.Sơ đồ bánh xe lăn khi
lốp bị biến dạng dưới tác động của lực bên.
Tính toán thiết kế hệ thống lái 18
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
Phần trước của vết tiếp xúc, lốp chịu biến dạng không lớn và độ biến dạng này
tăng dần cho tới mép sau cùng của vết. Các phản lực riêng phần bên được phân bố
tương ứng với khoảng biến dạng nói trên. Biểu đồ phân bố các phản lực riêng phần
theo chiều dài của vết có dạng hình tam giác, do đó điểm đặt 01 của hợp lực sẽ lùi
về phía sau so với tâm tiếp xúc 0 của vết và nằm ở khoảng cách chừng một phần ba
chiều dài của vết tính từ mép sau cùng của nó.
Như vậy, do độ đàn hồi bên của lốp, mômen ổn định được tạo nên ở bánh xe là:
Trong đó: S là khoảng cách 0 – 01.
Mômen này sẽ tăng lên cùng với sự tăng độ đàn hồi bên của lốp. Vì vậy với
những lốp có độ đàn hồi lớn ta có thể giảm bớt góc nghiêng dọc của trụ đứng. Tác
dụng ổn định của góc nghiêng ngang của trụ đứng lớn hơn nhiều làn tác dụng ổn
định của góc nghiêng dọc trụ đứng. Sự ổn định do góc nghiêng ngang 10 tạo ra cũng
bằng góc nghiêng dọc 5 6 0.
- Quan hệ động học của góc quay trong và ngoài bánh xe dẫn hướng
Để thực hiện quay vòng ôtô người ta có thể quay vòng các bánh xe dẫn hướng
phía trước hoặc quay vòng đồng thời cả các bánh xe dẫn hướng phía trước và phía
sau, tuy nhiên biện pháp quay vòng hai bánh xe dẫn hướng phía trước được dùng
phổ biến hơn do nó có hệ thống lái đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo được động học quay vòng của ôtô.
Khi xe vào đường 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 chính là tâm quay tức thời của
xe (điểm 0 trên hình 1.9).
Tính toán thiết kế hệ thống lái 19
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp L 0 B Rs
Hình 1.9. Sơ đồ động học quay vòng của ôtô có hai bánh dẫn hướng phía trước.
Từ sơ đồ trên ta rút ra được biểu thức về mối quan hệ giữa các góc quay vòng
của hai bánh xe dẫn hướng để đảm bảo cho chúng không bị trượt lết khi xe vào đường vòng: (1.1) Trong đó:
- Góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên ngoài so với tâm quay.
- Góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên trong so với tâm quay.
B - Khoảng cách giữa hai trụ đứng của cầu dẫn hướng.
L - Chiều dài cơ sở của xe.
Trong thực tế, để duy trì được mối quan hệ động học quay vòng giữa các bánh xe
dẫn hướng, trên ôtô hiện nay người ta thường phải sử dụng một hệ thống các khâu
khớp tạo nên hình thang lái. Hình thang lái đơn giản về mặt kết cấu nhưng không
đảm bảo được mối quan hệ chính xác giữa những góc quay vòng của các bánh xe
dẫn hướng như nêu trong biểu thức (1.1). Mức độ sai khác này phụ thuộc vào việc
chọn lựa các khâu tạo nên hình thang lái. Độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và
lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn, nhưng cũng không được vượt
quá 1.50. Bán kính quay vòng R của ôtô được xác định bằng công thức
Tính toán thiết kế hệ thống lái 20
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
Như vậy bán kính quay vòng càng nhỏ khi chiều dài cơ sở L càng nhỏ hoặc
góc càng lớn, trị số góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng đạt đến 280 380.
1.2. Tổng quan về thiết kế hệ thống lái
Ngày nay việc sử dụng máy tính và các phần mềm thiết kế mô phỏng đã được sử
dụng rộng rãi, giúp cho người thiết kế tiết kiệm được thời gian công sức mà vẫn đạt
được những kết quả chính xác và nhanh chóng. Từ những công thức tính toán cơ
bản chúng ta đã phát triển và đưa ra được nhiều phuơng án tính toán mới.
Matlab là một phần mềm tính toán rất mạnh cho phép người sử dụng lập các biểu
thức tính toán phức tạp và hiển thị kết quả một cách nhanh chóng. Thông qua đó
người thiết kế dễ dàng điều chỉnh được các thông số để được kết quả tính toán mong muốn.
Catia là một phần mềm thiết kế 3D, mô phỏng chuyển động của hệ thống, tính
bền các chi tiết thông dụng hiện nay. Catia tạo được các bản vẽ 3D chính xác về
hình dạng kích thước của chi tiết và hệ thống, sau đó lắp ráp các chi tiết lại rồi mô
phỏng sự chuyển động của chi tiết. Ngoài ra chúng ta có thể tạo ra các đoạn phim
mô phỏng, mô tả được việc tháo lắp chi tiết và hệ thống để thể hiện trực quan hơn ý
tưởng thiết kế. Một ứng dụng quan trọng nữa của phần mềm Catia là có thể gia
công ảo CNC, như chúng ta đã biết CNC là phương pháp gia công rất hiện đại, nó
tạo ra cho chi tiết có chất lượng và độ chính xác cao. Từ kết quả mô phỏng tính toán
ở trên chúng ta chọn vật liệu gia công ảo CNC sẽ tự động chọn dao và tiến hành gia
công chi tiết theo bản vẽ mà ta đã thiết kế với đầy đủ các nguyên công.
1.2.1. Thiết kế tính toán thông dụng
Sau khi đã lựa chọn được phương án thiết kế khả thi cho từng cụm chi tiết của hệ
thống lái, ta tiến hành tính toán các thông số của từng chi tiết.
+ Xác định thông số cơ bản của hình thang lái
+ Xác định thông số cơ bản của cơ cấu lái
+ Tính bền một số chi tiết trong hình thang lái và cớ cấu lái
Tính toán thiết kế hệ thống lái 21
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp + Tính toán trợ lực lái
Việc tính toán thông thường có một nhược điểm rất lớn là khi tính ra được các
thông số cơ bản, nếu kết quả tính toán muốn tối ưu để sử dụng hàng loạt cho nhiều
loại xe thì ta cần tính toán nhiều lần. Bởi vậy để có được kết quả hợp lý mất rất nhiều thời gian.
1.2.2. Thiết kế tính toán với phần mềm Matlab và Catia
1.2.2.1. Tính toán kết quả bằng phần mềm Matlab dựa trên cơ sở lý thuyết
Matlab là một phần mềm hỗ trợ tính toán rất mạnh, nó cho phép tính toán các
biểu thức tính phức tạp một cách nhanh chóng và chính xác. Các công thức lý
thuyết của hệ thống lái được xây dựng trong Matlab, chương trình sẽ tự động tính
toán và xuất ra kết quả một cách nhanh chóng. Các kết quả này vẫn đáp ứng đầy đủ
yêu cầu về trình tự tính toán thiết kế như khi sử dụng phương pháp tính toán cổ
điển. Nhưng ưu điểm nổi bật của việc áp dụng tính toán bằng Matlab là ta có thể
nhanh chóng có được các kết quả chính xác khi thay đổi một vài thông số, qua đó
có thể tối ưu hóa hệ thống dễ dàng.
Chương trình được xây dựng có giao diện tiếng Việt dễ hiểu và dễ sử dụng. Các
thông số nhập vào cũng như kết quả xuất ra được hiển thị đầy đủ và có ghi chú đầy đủ.
1.2.2.2. Thiết kế 3D hệ thống lái
Trước đây công việc của nhà thiết kế ta có thể hình dung như sau: thể hiện ý
tưởng bằng một mô hình ba chiều phác hoạ trên giấy, vẽ các bản vẽ kỹ thuật với
một số thông số ban đầu (thiết kế sơ bộ), sau đó tiến hành thiết kế thực sự trên bản
vẽ kỹ thuật, bổ sung hiệu chỉnh các bản vẽ với các quy trình quy phạm…Tóm lại
đây là một quy trình đòi hỏi rất nhiều thời gian, công sức và sự nhẫn nại của nhà
thiết kế vì các bản vẽ luôn phải sửa đổi, bổ sung, hiệu chỉnh,…và dụng cụ hay phải
dùng nhất có lẽ là viên tẩy thước kẻ. Sản phẩm được thiết kế thủ công như vậy rất
có thể sẽ không đủ bền hoặc quá thừa bền, cơ cấu có thể sẽ không hoạt động hay
không đạt được các chỉ tiêu động học và động lực học đề ra, thậm chí kết cấu có thể
sẽ phải làm việc trong miền cộng hưởng,…Khi đó quy trình thiết kế sẽ phải tiến
Tính toán thiết kế hệ thống lái 22
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
hành lại từ đầu và có thể không chỉ một lần.Ngày nay công nghệ thông tin đã xâm
nhập vào các lĩnh vực khoa học công nghệ, và trong lĩnh vực thiết kế chế tạo các
phần mềm đã trở thành một công cụ đắc lực. Có rất nhiều phần mềm thiết kế 3D,
nhưng Catia nổi lên là bộ sản phẩm hoàn chỉnh, kiểm tra động học, cung cấp thông
tin về vật liệu. . Hơn thế nữa, tính mở và tính tương thích của Catia cho phép nhiều
phần mềm ứng dụng nổi tiếng khác chạy trực tiếp trên môi trường của nó, Catia
cũng xuất ra các file dữ liệu định dạng chuẩn để người sử dụng có thể khai thác mô
hình trong môi trường các phần mềm phân tích khác.Ví dụ: các phần mềm phân tích
Ansys, MSC,. . có thể kiểm tra mô hình về phương diện ứng suất, biến dạng, nhiệt;
xác định tần số dao động riêng; mô phỏng tương tác các dòng chảy khí (hoặc chất
lỏng) với mô hình,. .Các phần mềm Cosmos, Adam,. .có thể kiểm tra các thông số
động học hay động lực học của mô hình, các phần mềm Z- Casting, Pro- Casting,. .
có thể mô phỏng quá trình đúc sản phẩm. Chỉnh nhất của hãng Dassault systemes
do IBM chiu trách nhiệm phân phối, nó cho phép người sử dụng xây dựng mô hình
3D cho các chi tiết, lắp ghép chúng thành sản phẩm hoàn thiện.
1.3. Mục đích phương pháp thực hiện đề tài
Dựa trên các nghiên cứu tổng quan về cấu tạo, các phương pháp và sản phẩm
thiết kế trong nước trong thời gian qua chúng em đã lựa chọn đề tài “Ứng dụng
MATLAB và CATIA tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch”.
Đề tài được thực hiện để giải quyết những mục tiêu sau:
+ Thiết kế các thông số cơ bản của hệ thống lái dựa trên phần mềm MATLAB
có giao diện tiếng Việt dễ sử dụng. Tạo ra một chương trình hữu ích trong tính toán hệ thống lái.
+ Thiết kế 3D các chi tiết trong hệ thống lái, mô tả quy trình tháo lắp, nguyên lý hoạt động.
+ Xây dựng quy trình công nghệ gia công chi tiết và thực hiện gia công chi tiết trên máy CNC ảo.
+ Tính bền một số chi tiết điền hình bằng phương pháp phần tử hữu hạn trong Catia.
Tính toán thiết kế hệ thống lái 23
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn) lOMoARcPSD|38247993
Đồ án tốt nghiệp
Để giải quyết các mục tiêu trên, nhóm chúng em đã thực hiện và có được các kết quả:
+ Ứng dụng Matlab xây dựng chương trình tính toán, thiết kế các thông số
cơ bản của hệ thống lái
+ Ứng dụng Catia thiết kế 3D các chi tiết của các cụm như: cơ cấu lái,
hình thang lái, trục lái. . Mô tả lắp giáp, nguyên lý hoạt động, kiểm bền và gia công chi tiết.
Kết luâ ̣n: Chương I đã giới thiệu tổng quát nhất về hệ thống lái: công dụng, yêu
cầu, phân loại… Qua đó rút ra được mục đích và phương pháp thực hiện đề tài.
Những nội dung thiết kế, tính toán, mô phỏng cụ thể sẽ được trình bày ở các chương tiếp theo.
Tính toán thiết kế hệ thống lái 24
Downloaded by ??t Hu?nh Thành (2420210084@caolanh1.edu.vn)
Tài liệu liên quan:
-
Ung dung game hoa trong cac chien dich MKT
30 15 -
Bao cao Chi so TMDT Viet Nam 2025
32 16 -
Thông tư quy định về việc phân quyền, phân cấp và phân định thẩm quyền quản lý nhà nước về giáo dục cho chính quyền địa phương
34 17 -
Nghị quyết về phát huy các giá trị di sản văn hóa gắn với phát triên du lịch bền vững tỉnh Khánh Hòa đến năm 2025, định hướng đến năm 2030
35 18 -
Quyết định phê duyệt Chiến lược phát triển du lịch Việt Nam đến năm 2030
22 11