ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ TẢI 2,5 TẤN

- KÈM BẢN VẼ CAD (nếu giao dịch qua zalo 0985655837) ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ TẢI 2,5 TẤNCông dụng, phân loại và yêu cầu1.1. Công dụng Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô nhờ quayvòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng haychuyển động cong của ô tô khi cần thiết. Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vành lái tiếpnhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mô mentừ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mô men truyền từ vành lái tới các thanhdẫn động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánhxe dẫn hướng. Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủngloại xe. Để quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực. Đồngthời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh xe. Đểquay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thờikhi quay vòng.1.2. Các trạng thái quay vòng của xe Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá trìnhphức tạp. Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vịtrí góc quay của vành tay lái nhất định v1 xe sẽ quay vòng với một bán kính quayvòng 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 vònglà động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái quay vòngthiếu 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 phảităng góc quay vành lái một lượng

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I 5

TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI 5

1 Công dụng, phân loại và yêu cầu 5

1.1 Công dụng 5

1.2 Các trạng thái quay vòng của xe 5

1.3 Phân loại hệ thống lái 6

2 Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ô tô 7

2.1 Vành lái 7

2.2 Trục lái 8

2.3 Cơ cấu lái 8

2.4 Góc đặt bánh xe 16

2.5 Dẫn động lái 21

2.6 Hệ thống lái có trợ lực 23

CHƯƠNG II 25

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 25

1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái 25

1.1 Bánh răng – thanh răng 25

1.2 Trục vít – ê cubi – thanh răng – cung răng 25

2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế dẫn động lái 25

2.1 Dẫn động lái với hình thang lái 4 khâu 25

2.2 Dẫn động lái với hình thang lái 6 khâu 26

3 Phân tích lựa chọn phương án cường hóa lái 26

3.1 Cường hóa điện 26

3.2 Cường hóa khí nén 26

3.3 Cường hóa thủy lực 27

CHƯƠNG III 28

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE TẢI 2,5 TẤN – XE THAM KHẢO: HUYNDAI 2,5 TẤN HD65 28

Các số liệu thiết kế 28

I TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA HỆ THỐNG LÁI 29

1 Tính toán động học hình thang lái 29

2 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết 31

3 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế 31

4 Xác định mô men cản quay vòng tại chỗ 34

5 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái 37

6 Xác định góc quay vành lái và bán kính quay vòng ô tô 38

II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI TRỤC VÍT – Ê CUBI – THANH RĂNG – CUNG RĂNG 39

1 Thông số hình học 39

2 Thiết kế bộ truyền trục vít – ê cubi 39

3 Thiết kế bộ truyền thanh răng - cung răng 43

3.1 Chọn vật liệu 44

3.2 Xác định các thông số của bộ truyền 44

III TÍNH BỀN HỆ THỐNG LÁI 47

1 Tính bền trục lái 47

2 Tính bền đòn quay đứng 48

3 Tính bền đòn kéo dọc 50

4 Tính bền đòn kéo ngang 51

5 Tính bền đòn bên 53

6 Tính bền khớp cầu (Rô tuyn) 54

CHƯƠNG IV 56

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƯỜNG HÓA LÁI 56

I CÁC YÊU CẦU CỦA CƯỜNG HÓA LÁI 56

II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CƯỜNG HÓA LÁI 56

1 Một số phương án bố trí cường hóa hệ thống lái 56

2 Chọn van phân phối 60

3 Nguyên lý làm việc của van phân phối kiểu van xoay 60

III TÍNH TOÁN CƯỜNG HÓA LÁI 61

1 Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái 61

2 Xây dựng đặc tính cường hóa lái 61

3 Xác định lực tính toán 63

4 Tính toán xilanh lực 64

5 Tính chọn bơm trợ lực 66

6 Tính toán các chi tiết của van phân phối 67

CHƯƠNG V 70

BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI 70

I BẢO DƯỠNG KỸ THUẬT HỆ THỐNG LÁI 70

1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống 70

2 Sửa chữa chi tiết hệ thống lái 70

II SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI 71

• Những hiện tượng hư hỏng chính của hệ thống lái 71

• Kiểm tra điều chỉnh cơ cấu lái 73

• Kiểm tra dẫn động lái và khắc phục khe hở 74

• Kiểm tra trợ lực lái 74

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

LỜI NÓI ĐẦU Trong nền kính tế đang tăng trưởng mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu về giao thông vận tải ngày càng lớn Vai trò quan trọng của ô tô ngày càng được khẳng định vì ô

tô có khả năng cơ động cao, vận chuyển được người và hàng hóa trên nhiều loại địa hình khác nhau

Những năm gần đây, lượng ô tô tải có xu hướng tăng lên, đặc biệt là loại ô tô tải 2,5 tấn với ưu điểm về khả năng cơ động, tính kinh tế và thích hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau

Với ô tô nói chung và ô tô tải nói riêng, an toàn chuyển động là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng của phương tiện Một trong các

hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động là hệ thống lái Với

đồ án tốt nghiệp của em, em đã cơ bản hoàn thành việc thiết kế hệ thống lái cho

xe ô tô tải 2,5 tấn

Sau nhiều ngày dưới sự chỉ bảo hướng dẫn tận tình của thầy NGUYỄN TRỌNG HOAN và sự tìm hiểu của em, em đã cơ bản hoàn thành đồ án tốt nghiệp Trong quá trình thực hiện, chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót Do đó em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện đầy đủ

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày……tháng……năm 2015 Sinh viên

NGUYỄN TƯỜNG HƯNG

CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI

1 Công dụng, phân loại và yêu cầu

1.1 Công dụng

Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ô tô 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 mô men

từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mô men 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

1.2 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 v1 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 𝛿v1 Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vòng

xe theo bán kính R0 người lái phải giảm góc quay vành lái một lượng 𝜕v1

Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm, làm mất tính ổn định và 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

Hình 1: Các trạng thái quay vòng của xe

1.2 Phân loại hệ thống lái

Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ô tô:

1.2.1 Phân loại theo phương pháp chuyển hướng

+ Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS);

+ Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS)

1.2.2 Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực

+ Hệ thống lái cơ khí;

+ Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thủy lực;

+ Hệ thống lái trợ lực bằng khí nén hoặc chân không;

+ Hệ thống lái trợ lực điện

1.2.3 Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít glôbôit – con lăn;

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít – ê cubi – thanh răng- cung răng;

+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng;

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít- cung răng

Ngoài ra còn có cơ cấu lái: trục vít – chốt quay, bánh răng- cung răng…

1.2.4 Phân loại theo cách bố trí vành lái

+ Bố trí vành lái bên trái ( theo luật đi đường bên phải);

+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái)

O1

O

Ro Rqv

Tr¹ ng th¸ i quay vßng thõa: Rqv<Ro

1.3 Yêu cầu của hệ thống lái ô tô

Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của

ô tô là hệ thống lái Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:

• Đảm bảo tính năng vận hành cao của ô tô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé;

• Lực tác dụng 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 tùy 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 ổ định;

• Hệ thống lái phải được bố trí thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa

2 Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ô tô

Hình 2: Sơ đồ tổng quát hệ thống lái

1 Vành lái 5 Đòn kéo dọc 9 Bánh xe

2 Trục lái 6 Hình thang lái

3 Cơ cấu lái 7 Đòn quay ngang

4 Đòn quay đứng 8 Trụ xoay đứng

2.1 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

Mv1=P1.rv1

1 2 3

4 5 6

7

9 8

Trong đó:

Mv1: mô men vành lái

P1: lực mà người lái tạo ra trên vành lái

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 khóa lái để khóa 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 trục lái để có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái, hệ thống trượt 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

2.3 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

2.3.1 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 rơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất;

• Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thấp nhất 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 mặt 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

2.3.2 Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng

𝑖𝑐 = 𝑑

𝑑Ω =

𝑤

𝑤Ω𝑑, 𝑤: góc quay của vô lăng

𝑑Ω, 𝑤Ω:góc quay của trục đòn quay đứng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mô men 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

Hình 3: Quy luật thay đổi tỷ số truyền i c của cơ cấu lái

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 350 đến 450 từ vị trí trung gian trở đi Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất được thể hiện trên giản đồ hình 3 Trong phạm vi góc quay 𝜃 ≤ 𝜋 2⁄ thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại đảm bảo chính xác cao trong khi lái ô tô 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 quy luật như thế sẽ giảm ảnh hưởng của những va đập từ bánh dẫn hướng lên vành lái

Khi 𝜃 ≥ 𝜋 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 ô tô tốt hơn

2.3.3 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

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

Mc: mô men 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: mô men lái đặt lên vành lái;

r: bán kính vành tay lái

Như vậy ta có: 𝑖𝑙 = 𝑀𝑐

𝑀𝑙

Bán kính vành tay lái ở đa số ô tô hiện nay là 200 ÷ 250 (mm) và tỷ số truyền góc

ig không vượt quá 25 vì vậy il không được lớn quá, il hiện nay chọn trong khoảng

10 ÷ 30

2.3.5 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

2.3.6 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 ô tô 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 lái được về 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

2.3.7 Một số loại cơ cấu lái thường dùng

2.3.7.1 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

Hình 4: Cơ cấu lái trục vít chốt quay

bi

Nếu bước của trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:

2

2

c

r

i Cos t

Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít được sử dụng vì

áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thân chốt có độ chịu mài mòn kém

Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay đứng theo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái

2.3.7.2 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 tùy theo lực truyền qua cơ cấu lái

Hình 5: Cơ cấu lái trục vít con lăn

Ưu điểm:

• Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm con lăn có hai đến bốn vòng ren;

• Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn;

• Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng Đường trục của con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn  = 5  7(mm), điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá trình sử dụng

Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác định theo công thức:

2 1

2

c

r i

t: Bước của trục vít;

z1: Số đường ren của truc vít

Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng 5  7% nhưng sự tăng này không đáng kể coi như tỷ số truyền của loại trục vít con lăn

là không thay đổi Hiệu suất thuận th = 0,65, hiệu suất nghịch ng = 0,5

2.3.7.3 Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng

Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính

ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng được lắp trên các ổ bi Điều chỉnh các ổ này dùng êcu lớn ép chặt ổ bi, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm bảo trục răng quay nhẹ nhàng

Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn Khi vô lăng quay, bánh răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt

Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên qua các đầu thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng, trục răng

đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn, do đó làm việc êm và phù hợp với việc bố trí vành lái trên xe

• Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp;

• Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ

Hình 6: Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng

2.3.7.4 Cơ cấu lái trục vít cung răng

Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung răng

là hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đường nên toàn bộ chiều dài của cung răng đều truyền tải trọng Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ mòn của trục vít và cung răng đều giảm Để đạt độ cứng vững tốt người ta đặt trục đòn quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng

Khe hở ăn khớp thay đổi từ 0,03 mm (ở vị trí trung gian), 0,25  0,6 mm ở vị trí hai bên rìa Điều chỉnh khe hở ăn khớp nhờ thay đổi chiều dày của đệm đồng 2 Khắc phục khoảng hở trong các ổ, thanh lăn nhờ giảm bớt các đệm điều chỉnh 1 từ nắp trên của vỏ

Ưu điểm:

• Cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng và kích thước so với loại trục vít bánh răng Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của cung răng nên áp suất trên răng bé, giảm được ứng suất tiếp xúc và hao mòn

Tuy nhiên loại này có nhược điểm là có hiệu suất thấp

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng được xác định theo công thức:

0

2

c

r i

2.3.7.5 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 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

Tỷ số truyền của cơ cấu lái này có giá trị không đổi và được xác định theo công thức:

2 .0

c

r i

Hình 8: Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi – thanh răng – cung răng

1 Vỏ cơ cấu lái 6 Phớt

2 Ổ bi dưới 7 Đai ốc điều chỉnh

3 Trục vít 8 Đai ốc hãm

4 Êcu bi 9 Bánh răng rẻ quạt

5 Ổ bi trên 10 Bi

Cơ cấu lái kiểu trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng có đặc điểm nổi bật là

có khả năng làm việc dự trữ rất lớn, vì vậy nó được dùng chủ yếu trên các loại ôtô

cỡ lớn

Cơ cấu lái kiểu trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng có ưu điểm lực cản nhỏ,

ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn)

2.4 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)

2.4.1 Góc nghiêng ngang của bánh xe (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 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)

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;

Hình 9: Góc nghiêng ngang của bánh xe

• 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 là giảm mô men 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

2.4.2 Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster)

Hình 10: Góc nghiêng 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

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 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

• Mô men 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 Mô men 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 00 đến 30

2.4.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)

Góc nghiêng ngang 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

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 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;

Hình 11: Góc nghiêng ngang trụ đứng

• 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 mô men 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 lại;

• 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

2.4.4 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

Hình 12: 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 mô men quay với tâm trụ quay đứng

Mô men 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

Hình 13: Lực cản lăn và vị trí đặt của nó

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 của 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

2.4.5 Bán kính quay vòng (góc bánh xe, bán kính quay vòng)

Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết 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

Hình 14: Sự trượt bên khi 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

Hình 15: Sơ đồ quay vòng

2.5 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 vô lăng quay vòng một góc thì các bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định Hình thang lái có thề 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

Hình 16: Quan hệ hình học của ACKERMAN

Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu) phải quay vòng theo các góc α, β khác nhau và quan hệ hình học được xác định theo biểu thức sau:

Cotgβ – Cotgα = 𝐵0

𝐿

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;

α, β: góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong và phía ngoài

Để đảm bảo điều kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu lái hình thang lái 4 khâu gọi là hình thang lái Đantô Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần đúng điều kiện trên, xong 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 thang 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 17)

v

b) a)

v

Hình 17: 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 tùy 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 18

Hình 18: 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

Hình 19: 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

2.6 Hệ thống lái có trợ lực

2.6.1 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

2.6.2 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 xy 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

2.6.3 Nguyên lý trợ lực lái

Trợ lực lái là một thiết bị thủy lực sử dụng công xuất 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

2.6.3.1 Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng)

Hình 20: Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian

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

2.6.3.2 Khi quay vòng

Hình 21: Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng

Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hướng nào, giả sử quay sang phải thì van điều khiển cũng 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 chênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải của piston Sự chênh 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

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái

1.1 Bánh răng – thanh răng

Ưu điểm:

• Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang như các cơ cấu lái khác;

• Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp;

• Sự cản trượt,cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ;

• Có khả năng tự động triệt tiêu khe hở tại chỗ ăn khớp Tỉ số truyền thuận

Kết luận: Với đặc điểm của xe thiết kế là tải xe tải.Ta chọn cơ cấu lái loại trục

vít – ê cubi – thanh răng – cung răng

2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế dẫn động lái

2.1 Dẫn động lái với hình thang lái 4 khâu

Hình 22: Hình thang lái 4 khâu

2.2 Dẫn động lái với hình thang lái 6 khâu

Số lượng đòn và khâu khớp tăng lên nhằm đảm bảo các bánh xe chuyển động độc lập

Hình 23: Hình thang lái 6 khâu

Kết luận: Đối với xe tải sử dụng treo phụ thuộc Nên ta sử dụng hệ thống dẫn

động lái với hình thang lái 4 khâu

3 Phân tích lựa chọn phương án cường hóa lái

3.1 Cường hóa điện

Ưu điểm:

• Hệ thống cho phép có khả năng sử lí rộng rãi nhiều thông tin liên quan tới khả năng quay vòng của ô tô, hoàn thiện chất lượng điều khiển và quay vòng

Nhược điểm:

• Hệ thống với nhiều cảm biến phức tạp, các chương trình điều khiển mô

tơ DC, bộ kiểm soát tốc độ Dẫn đến giá thành cao

3.2 Cường hóa khí nén

Trợ lực khí nén sử dụng năng lượng trợ lực là khí nén trên ô tô Nguồn khí nén trên xe có áp suất tối đa là 10 bar Do đó kích thước xi lanh lực và van điều khiển thường lớn, khó bố trí trên xe và chủ yếu là sự chậm tác dụng của kết cấu Do vậy, hiện nay hệ thống trợ lực bằng khí nén ít được sử dụng

3.3 Cường hóa thủy lực

Cơ cấu lái, van phân phối, xi lanh lực bố trí trên cùng một khối

Ưu điểm:

• Có cấu tạo khá đơn giản, tác động nhanh, hiệu suất cao.Với công nghệ chế tạo hiện đại cho phép thiết kế được những bộ trợ lực thủy lực có kết cấu nhỏ gọn Nên được sử dụng nhiều trên xe con và xe du lịch

• Có áp suất trong hệ thống thủy lực lớn: p = 4 ÷ 10 (MN/cm2) nên giảm được kích thước và trọng lượng xilanh lực

• Giảm được va đập trong truyền dẫn thủy lực do mặt đường không bằng phẳng nên người lái đỡ mệt

Nhược điểm:

• Có nhiều chỗ tiếp xúc cơ khí dẫn đến mài mòn

Kết luận: Chọn hệ thống lái có cơ cấu lái kiểu trục vít ê cubi – thanh răng –

cung răng, dẫn động lái với hình thang lái 4 khâu, cường hóa lái thủy lực

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE TẢI 2,5 TẤN – XE

THAM KHẢO: HUYNDAI 2,5 TẤN HD65

4 Tải trọng phân cho cầu trước G1 13500 N

5 Tải trọng phân cho cầu sau G2 46600 N

I TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA HỆ THỐNG LÁI

1 Tính toán động học hình thang lái

Nhiệm vụ của tính toán động học dẫn động lái là xác định những thông số tối ưu của hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng một cách chính xác nhất và động học đúng của đòn quay đứng khi có sự biến dạng của

bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của hệ thống truyền dẫn động lái

Từ lý thuyết quay vòng ta thấy để nhận được sự lăn tinh của các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quan hệ sau đây của góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng Theo giáo trình thiết kế và tính toán ô tô máy kéo mối quan hệ đó được thể hiện ở công thức sau:

Cotgβ – Cotgα = 𝐵0

𝐿 (1) Trong đó:

β: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài;

α: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong;

B0: là khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng;

L: là chiều dài cơ sở của ô tô

Từ biểu thức trên để bánh xe dẫn hướng lăn tinh mà không bị trượt lết trong quá trình quay vòng thì hiệu số Cotg góc quay của bánh xe bên ngoài và bên trong phải luôn là một hằng số và bằng 𝐵0

𝐿

Hình thang lái phải đảm bảo động học quay vòng của bánh xe dẫn hướng Nó bao gồm các khâu được nối với nhau bởi các khớp cầu và các đòn bên được bố trí nghiêng một góc so với tâm dầm cầu trước

a) Trường hợp xe đi thẳng

Hình 24: Sơ đồ động học hình thang lái khi xe đi thẳng

Các đòn bên tạo với phương dọc một góc 𝜃

Khi ô tô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa α và

β vẫn được giữ nguyên như công thức trên thì hình thang lái Đantô không thể thỏa mãn hoàn toàn được

Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho sai lệch với quan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn, nhưng cũng không được vượt quá 1,50

b) Trường hợp khi xe quay vòng

Với kích thước cơ bản của xe ta có chiều dài đòn ngang hình thang lái m = 1290 (mm) từ đó ta chọn được chiều dài đòn bên hình thang lái l = 190 (mm) với (l = (0.14 ÷ 0.16)m)

Trong trường hợp 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 vec 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 25)

Hình 25: Sơ đồ động học quay vòng của ô tô có hai bánh dẫn hướng phía

Theo quan hệ này khi biết trước một góc 𝜃 nào đó thì ứng với mỗi giá trị của góc

α ta sẽ có một giá trị của β Nghĩa là hàm số β = f(𝜃,α) sẽ biểu thị được đường cong đặc tính thực tế của hình thang lái Vấn đề đặt ra là phải chọn các thông số của

hình 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

Trên thực tế có nhiều phương pháp để kiểm tra động học của hình thang lái xong để đơn giản ta 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 β= f(𝜃,α)

2 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết

Trên hệ trục tọa độ đề các α0β ta xác định được đường cong đặc tính lý thuyết qua quan hệ β = f(𝜃,α)

Theo công thức (1) ta có:

0

B Cotg Cotg

L

Trong đó:

L: chiều dài cơ sở của xe L = 3375 (mm);

B0: khoảng cách giữa hai trục đứng của cầu dẫn hướng B0 = 1450 (mm)

Hay:

Cotgβ = Cotgα + 𝐵0

𝐿 = Cotgα + 1450

3375 (3) Ứng với các giá trị của góc α từ 00, 50, …, 450 ta lần lượt có các giá trị tương ứng của góc β Các giá trị này được lập trong bảng 1

Bảng 1: Quan hệ giữa β và α theo lý thuyết

3 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế

Với kích thước cơ bản của xe ta có chiều dài đòn ngang hình thang lái m = 1290 (mm) từ đó ta chọn được chiều dài đòn bên hình thang lái l = 190 (mm) với (l = (0.14 ÷ 0.16)m)

Để xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế ta phải xây dựng được

đường cong biểu thị hàm số β = f(𝜃, α) Theo mối quan hệ này thì nếu biết trước

một góc 𝜃 nào đó ứng với một giá trị của góc α thì ta có một giá trị của góc β Mối

quan hệ giữa góc 𝜃, α và β theo giáo trình thiết kế tính toán ô tô được thể hiện như

β: góc quay của trục dẫn hướng bên ngoài;

α: góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên trong;

𝜃: góc tạo bởi đòn bên hình thang lái và phương dọc;

l: chiều dài đòn bên hình thang lái l = 190 (mm);

m: chiều dài đòn ngang hình thang lái m = 1290 (mm)

Dựa vào công thức (2) ta xây dựng các đường đặc tính hình thang lái thực tế ứng

với mỗi giá trị của góc α = (00, 50, …, 450) ta lấy góc 𝜃 theo xe thiết kế 𝜃 = 160

Đồng thời ta lấy thêm một vài giá trị lân cận với góc 𝜃 để so sánh Các giá trị tương

ứng được thể hiện trong bảng 2

Bảng 2: Bảng giá trị quan hệ giữa β và α phụ thuộc vào góc 𝛉

𝜃=180 ∆𝛽 0.001 0.02 0.09 0.17 0.15 0.1 0.14 0.6 0.33 1.33

𝛽 0.993 4.84 9.4 13.67 17.65 21.33 24.7 27.7 30.34 33.57 𝜃=170 ∆𝛽 0.002 0.03 0.13 0.25 0.3 0.31 0.16 0.2 0.83 1.29

𝛽 0.994 4.85 9.44 13.75 17.8 21.54 25 28.1 30.84 33.2 𝜃=160 ∆𝛽 0.002 0.04 0.16 0.33 0.42 0.52 0.54 0.2 0.33 1.1

𝛽 0.994 4.86 9.47 13.83 17.92 21.75 25.3 28.5 31.34 33.8 𝜃=150 ∆𝛽 0.003 0.05 0.2 0.4 0.55 0.72 0.73 0.57 0.17 0.47

𝛽 0.995 4.87 9.51 13.9 18.05 21.95 25.57 28.87 31.84 34.43

𝛽𝑙𝑡 0.992 4.82 9.31 13.5 17.5 21.23 24.84 28.3 31.67 34.9

𝜃 α=10 α=50 α=100 α=150 α=200 α=250 α=300 α=350 α=400 α=450

Dựa vào các số liệu trên ta vẽ được đồ thị đặc tính động học hình thang lái lý thuyết và thực tế trên cùng một hệ trục tọa độ

Nhận thấy rằng độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và góc quay vòng lý thuyết đều nhỏ hơn 1,50 trong phạm vi có thể quay vòng của bánh xe dẫn hướng do đó các thông số của hình thang lái xe thiết kế là thỏa mãn

Với xe thiết kế là xe tải cho nên tỷ số truyền góc nằm trong khoảng 16 ÷ 32 Vì

ta chọn idđ = 1 cho nên ig = 20,5 tức là khi góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng là 370 thì góc quay của vành tay lái là 7600

Thời gian quay vòng tay lái là thời gian mà người lái phải quay vành tay lái từ vị trí tận cùng bên trái sang vị trí tận cùng bên phải tức là phải quay vành tay lái đi một góc 760 x 2 = 15200

Nếu người lái đánh lái với vận tốc 1,5 (v/s) thì thời gian quay vòng là:

4 Xác định mô men cản quay vòng tại chỗ

Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái:

Hình 26: Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái

Lực tác động lên vành tay lái của ô tô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ô tô tại chỗ Lúc đó mô men cản quay vòng trên bánh xe dẫn hướng Mc sẽ bằng tổng

số của mô men cản chuyển động M1, mô men cản M2 do sự trượt lê bánh xe trên mặt đường và mô men cản M3 gây nên bởi các góc đặt của bánh xe và trụ đứng nhằm làm ổn định các bánh xe dẫn hướng

Mc = 2( M1 + M2 + M3)1

𝜂 Với η là hiệu suất tính đến tổn hao ma sát tại cam quay và các khớp trong dẫn động lái η = 0,5 ÷ 0,7 chọn η = 0,7

a) Mô men cản M1

Mô men cản lăn được xác định theo công thức:

M1 = Gbx f a (6) Trong đó:

Gbx: Trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng

Ta có:

B + 2(r.tgβ + a) = Bt nên ta có: a = Bt −B−2.r.tgβ

2 Trong đó:

Bt: chiều rộng vết trước Bt = 1665 (mm);

B: khoảng cách giữa hai trụ đứng cầu dẫn hướng B = 1450 (mm);

r: bán kính tự do của bánh xe

r = (B + 𝑑

2 ) 25,4 (mm) (7) B: chiều rộng lốp B = 7 (inch);

M1 = 6750.0,04.0,0674 = 18,2 (Nm)

b) Mô men cản M2 do sự trượt lê của bánh xe trên 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:

x = 0,5 √𝑟2− 𝑟𝑏𝑥2 (8) Trong đó:

r: bán kính tự do của bánh xe r = 381(mm);

rbx bán kính làm việc của bánh xe;

Ta thừa nhận:

rbx = 0,96.r = 0,96.381 = 365,8 (mm) Nên:

x = 0,5.√3812− 365,82 = 53,27 (mm)

Hình 28: Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi xe quay vòng

Mô men cản do bánh xe trượt lê là:

M2 = Gbx 𝜑 x (Nm) (9) Với 𝜑 là hệ số bám ngang Lấy 𝜑 = 0,85

Vậy ta có:

M2 = 6750.0,85.0,05327 =305,6 (Nmm) Để làm ổn định các bánh xe dẫn hướng người ta làm các góc đặt bánh xe:

β: góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe;

𝛾: góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe;

𝛿: góc lệch của vết tiếp xúc của lốp với mặt đường so với mặt phẳng giữa của bánh xe;

α: góc doãng của bánh xe dẫn hướng;

𝛾𝑐: góc chụm của bánh xe dẫn hướng

Tất cả các góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhưng chúng làm xuất hiện

mô men cản M3, việc tính toán mô men này tương đối phức tạp Trong tính toán giá trị mô men cản M3 được kể đến bởi hệ số χ

χ: hệ số tính đến ảnh hưởng của M3 do cầu trước của ô tô bị nâng lên

5 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái

Khi đánh lái trong trường hợp ô tô đứng yên tại chỗ thì lực đặt lên vành tay lái để thắng được lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng là lớn nhất Lực lớn nhất đặt lên vành tay lái được xác định theo công thức:

PLmax = Mc 1

𝑅𝑙.𝑖𝑐.𝑖𝑑.𝜂𝑡ℎ (11) Trong đó:

Mc: Mô men cản quay vòng Mc = 1020 (Nm);

Rl: bán kính bánh lái Rl = 0,2 (m);

ic: tỷ số truyền của cơ cấu lái ic = 20,5;

ηth: hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái trục vít – ê cubi hiệu suất thuận ηth = 0,7;

id: tỷ số truyền của dẫn động lái

Coi tỷ số truyền của dẫn động lái bằng tỷ số giữa chiều dài các đòn nối với thanh kéo dọc:

Rtmin = 𝐿

2 = 3375

𝑡𝑔28,50 – 90 − 1782 = 5482 (mm) (14) Bán kính nhỏ nhất Rnmin của hành lang quét phía ngoài:

Rnmin = 𝐿

2 = 3375

𝑠𝑖𝑛350 – 90 − 1782 = 8285 (mm) (15)