ĐỒ ÁN HỆ THỐNG LÁI XE LAND CRUISE 2003

- KÈM BẢN VẼ NẾU GIAO DỊCH QUA ZALO 0985655837 Công Dụng 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. 1.1.2. 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 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).

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

Mục lục

Lời nói đầu ……….04

Chương I: Tổng quan về hệ thống lái

I Tổng quan hệ thống lái ôtô ……….05

II Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô ………….08 Chương II: Tính toán hệ thống lái

I. Các thông số của xe thiết kế……… 26

II Chọn phương án thiết kế……… 26 III Tính toán động học hình thang lái……… 27

IV TT-TK cơ cấu lái Trục vít-Êcu bi-thanh răng cung răng 38

V Tính bền các chi tiết còn lại của hệ thống lái…….49

Chương III: Thiết kế hệ thống cường hoá lái

I Đặc điểm của cường hoá lái……… 60

II Lựa chọn phương án bố trí cường hoá lái………….61III Tính toán cường hoá lái……… 69Chương IV: Quy trình công nghệ gia công khớp cầu…… 81

Chương V: Bảo dưỡng - sửa chữa hệ thống lái………… 91

Kết luận……… 94

Tài liệu tham khảo………95

Lời nói đầu

Trong nền kinh tế đang tăng trưởng mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu về giao

thông vận tải ngày càng lớn Vai trò quan trọng của ôtô ngày càng được khẳngđịnh vì ôtô có khả năng cơ động cao, vận chuyển được người và hàng hoá trênnhiều loại địa hình khác nhau

Những năm gần đây, lượng xe du lịch có xu hướng tăng lên, đặc biệt là cácloại xe 7 chỗ với ưu điểm về khả năng cơ động, tính kinh tế và thích hợp vớinhiều mục đích sử dụng khác nhau

Với ôtô nói chung và xe du lịch nói riêng, an toàn chuyển động là chỉ tiêuhàng 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 hệthống lái đặc biệt là ở tốc độ cao Với đồ án môn học của mình, em đã cơ bảnhoàn thành việc thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch 7 chỗ

Trong quá trình làm đồ án, được sự hướng dẫn tận tình của thầy Chu Văn Huỳnh và sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp, em đã cơ bản hoàn thành đồ án môn

học Trong quá trình thực hiện, chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót

Do đó, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI

1.1 CÔNG DỤNG,PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU

1.1.1 Công Dụng

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ quayvòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng haychuyển động cong của ôtô khi cần thiết

Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vànhlái tiếp nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyềnmômen từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới cácthanh dẫn động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đếncác bánh xe dẫn hướng Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và củatừng 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 tâmquay tức thời khi quay vòng

1.1.2 Các trạng thái quay vòng của xe

Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quátrình phức tạp Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng vớimỗi vị trí góc quay của vành tay lái nhất định vl xe sẽ quay vòng với một bánkính quay vòng R0 tương ứng Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quayvòng đủ)

Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quayvòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái quayvòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyểnđộng, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo.

Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R0 người láiphải tăng góc quay vành lái một lượng vl Khi quay vòng thừa, để thực hiệnquay vòng xe theo bán kính R0 người lái phải giảm góc quay vành lái một lượng

vl

Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguyhiểm, 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) Ởnhững trạng thái này yêu cầu người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt Vấn đềchất 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

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

1.1.3 Phân loại hệ thống lái

Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:

1.1.3.1 Phân loại theo phương pháp chuyển hướng

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

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

1.1.3.2 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

1.1.3.3 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

1.1.3.4 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)

1.1.4 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 chẽgiữa 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

4 5 6

7

9 8

Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.

1.2.1 Vành lái

Vành lái có dạng vành tròn Lực của người lái tác dụng lên vành lái tạo ra mômen quay để hệ thống lái làm việc Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

Mvl=Pl.rvl

Trong đó:

Mvl : Là mô men vành lái

Pl : Là lực mà người lái tạo ra trên vành 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 cấuhấp thụ va đập Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có vađập mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra

Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi được góc nghiêng vàloại 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 cơcấu điều khiển như : cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trụclái để có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với ngườilái, hệ thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và đạtđược vị trí ngồi lái tốt nhất cho người lái

1.2.3 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đếncác bánh xe dẫn hướng Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18 đến 20 đốivới xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải

1.2.3.1 Các yêu cầu của cơ cấu lái

Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

+ Có thể quayđược 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 hiệusuất 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 mătđường 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 trênvành lái vô lăng và mô men đặt trên vành lái Độ đàn hồi của hệ thống lái phụthuộc vào độ đàn hồi của các phần tử như cơ cấu lái, các đòn dẫn động …

1.2.3.2 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 quaycủa đòn quay đứng

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh xedẫn hướng Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái phải quay vôlăng nhiều hơn khi quay vòng

Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quaycủa 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 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 củanhững 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 thayđổi Ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hướng quay một góclớn giúp khả năng quay vòng của ôtô tốt hơn

1 2 3.3 Tỷ số truyền của dẫn động lái i d

180 360 540

5 10 15 20 25

Hình 1.3: Quy luật thay đổi

tỷ số truyền ic của cơ cấu

lái

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 sẽthay đổi Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9  1,2

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 lựcđặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng

c l l

p i

p



(1 - 2) ,

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 đườngtrục đứng kéo dài

Ml - mômen lái đặt trên vành lái

r - bán kính vành tay lái

Như vậy ta có:

.

c l

ig không vượt quá 25 vì vậy il không được lớn quá, il hiện nay chọn trongkhoảng từ 10  30

1.2.3.5 Hiệu suất thuận

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống Hiệusuất thuận càng cao thì lái càng nhẹ Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệusuất thuận cao

1.2.3.6 Hiệu suất nghịch

Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trụclái Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyểnđộng của ôtô sẽ không truyền đến bánh lái được vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sáttrong cơ cấu lái Nhưng không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì khi đóbánh lái xẽ không tự trả lại được về vị trí ban đầu dưới tác dụng của mômen ổnđịnh Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí banđầu 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

1.2.3.7 Một số loại cơ cấu lái thường dùng:

a) 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 1.4: Cơ cấu lái trục vít chốt quay

chốt được đặt trong ổ bi

b) 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

c)Cơ cấu lái trục vít êcu bi

-thanh răng - cung răng

2 1

3 1

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động nàylàm quay răng rẻ quạt Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng Khibánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làmquay bánh xe dẫn hướng

Hình 1.6- Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.

1 Vỏ cơ cấu lái 6 Phớt

2 ổ bi dưới 7 Đai ốc điều chỉnh

+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiệntượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa cácbánh xe dẫn hướng.

+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước, đònkéo ngang và đòn kéo bên Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng mộtgóc thì các bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định Hình thanglái 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 xedẫn hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe nằm trênđường kéo dài của tâm trục cầu sau

Hì n

h 2.

1

1 S

ơ đ

ồ bi ể

u di ễ

n cá

c kí c

h th ư ớ

c c ủ

a đ ò

n q u a

y đ ứ n

B

O

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

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 theobiểu thức sau :

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 làhình 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, cókích thước và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ hìnhhọc của cơ cấu lái 4 khâu với quan hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ở gócquay bánh xe dẫn hướng lớn Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0030’ đến 10 khibánh xe dẫn hướng ở vùng quay vòng gấp

Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh láiĐantô như sau:

Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động cácbánh 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)

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

v

b) a)

v

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 bảocác 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 cơcấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo…nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình họcACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantô Hai phương pháp bố trídẫn 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 dẫnhướng và hai hình thang lái 4 khâu Đantô

Hình 1.10 Bố trí hai cầu trước dẫn hướng

Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thường nằmtrong khoảng từ 0,85 đến 1,1

1.2.5 Các góc đặt bánh xe

Để tránh trường hợp người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe ởtrạng 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 Những góc này được gọi chung

là góc đặt bánh xe Nếu các góc đặt bánh xe không đúng thì có thể dẫn đến cáchiện tượng sau:

+ Khó lái

+ Tính ổn định lái kém

+ Trả lái trên đường vòng kém

+ Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh)

1.2.5.1 Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)

Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng vớiđường tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc Camber, và đo bằng

độ

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

Hình 1.11- Góc CAMBER.

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 lêndẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái

Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xenghiêng theo hướng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, cácbánh xe trong nghiêng ra ngoài so với thân xe Để các bánh xe lăn gần vuônggóc với mặt đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treođộc lập thì góc Camber thường âm

1.2.5.2.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 xoayđứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe Khoảng cách từ giao điểm củađường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặtđường được gọi là khoảng Caster c

Hình 1.12 – Caster và khoảng Caster.

c

Góc Caster (-)

(+)

V

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 trọnglượng xe khi xe đi vào đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xevới 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 xúcmột 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 đểkhắc phục mô men này Vì vậy, góc Caster thường không lớn Mômen này phụthuộc 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

1.2.5.3 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 cắtngang đó và phương thẳng đứng

(+) (-) Kingpin

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

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 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 đánhlái, phương pháp để giảm r0 là tạo Camber dương và làm nghiêng trụ quayđứng (tạo góc KingPin)

Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho cácbánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do có mômenphản lực (gọi là mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe Giá trịcủa mômen ngược phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin

1.2.5.4 Độ chụm và độ mở (góc doãng)

Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trước của các bánh xe gần nhau hơnphía 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 Độchụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành lái

Với góc  như thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổnđịnh vành tay lái.

Hình 1.15 - 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 ảnhhưởng của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ độtngột (phanh bằng động cơ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt  có giá trịnhỏ hơn hoặc bằng không

R 0

P f

R 0

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

1.2.6 Hệ thống lái có trợ lực

1.2.6.1 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 lốpbản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường Kết quả là cầnmột 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

1 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 xi lanh lực:

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơcấu 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 phânphối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung Còn nguồn năng lượng là một bơmcánh gạt được dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai

Bơm Khối van điều khiển

a) 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

b)Khi quay vòng

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

Hình 1.17 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI 2.1 CÁC THÔNG SỐ CỦA XE THIẾT KẾ XE LAND CRUISE-2003

6 Khoảng cách giữa hai trụ quay đứng B0 1445 mm

d

3020

mmmm

Piston

Xy lanh lực

2.2.2 Chọn phương án cơ cấu lái

Dựa vào những ưu điểm đã trình bày trong phần tổng quan cơ cấu lái, ta chọnphương 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, dễdàng phối hợp với van phân phối và xy lanh của cường hoá thuỷ lực và hệ thốnglái 4 khâu

2.3 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HÌNH THANG LÁI

Nhiệm vụ của tính toán động học hình thang lái là xác định những thông sốtối ưu của hình thang lái, đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

2.3.1 Xác định kích thước hình học của hình thang lái và quan hệ động học của góc quay bánh xe dẫn hướng

2.3.1.1 Xây dựng quan hệ lý thuyết

Từ lý thuyết quay vòng, hệ thống lái phải đảm bảo gần đúng mối quan hệgiữa 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 ởcông thức sau:

L

B g

g  cot   o

cot

(2-1)suy ra: cotg= L g

B

cot 0



Với B0= 1480 (mm); L= 2850 (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 quayvòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa  và  vẫn đượcgiữ nguyên như công thức trên thì hình thang lái Đantô không thể thoả mãn hoàntoàn được Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái sao cho sai lệchvới quan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quayvòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn không đượcvượt quá 1,5 độ

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

Bảng 2.2: Quan hệ giữa  và  theo lý thuyết

lt

 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

lt

 0.00 4.74 9.03 12.95 16.53 19.85 23.05 26.00 28.92

2.3.1.2 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 B0,L,m,n, thì quan hệ , được xác định nhờcông thức sau:

2

0

2 0

sin 2 sin 2 sin

arcsin

sin

cos

B m

B m m

B

m artg

(2-2) Theo quan hệ này khi biết trước một góc  nào đó thì ứng với mỗi giá trị củagóc  ta sẽ có một giá trị của  Nghĩa là hàm số  = f(,) sẽ biểu thị đượcđường cong đặc tính thực tế của hình thang lái Vấn đề đặt ra là phải chọn cácthông số hình thang lái sao cho hợp lý để sự sai khác giữa đường cong đặc tínhcủa 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 hìnhthang lái thực tế so với lý thuyết theo quan hệ  = f(,)

Chọn m(0,140,16)B o 0,15.1480222(mm)

Sơ bộ:

0 0

tế ứng với mỗi giá trị của góc 

Bảng 2.3: Bảng giá trị quan hệ giữa  và  phụ thuộc vào góc 

Đồng thời ta lấy thêm một vài giá trị lân cận với góc  để so sánh Các giá trịtương ứng được thể hiện trong bảng dưới đây:

Với:    lt  tt

Dựa vào các số liệu trong bảng trên ta vẽ được đồ thị đặc tính động học hìnhthang lái lý thuyết và thực tế trên cùng một hệ trục toạ độ

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 0.00

sin 222 2 1480 sin

.

2.3.2 Xác định mômen cản quay vòng và lực lái lớn nhất

Lực đặt lên vành lái được xác định cho trương hợp ôtô quay vòng tại chỗ vìlúc này lực cản quay vòng đạt giá trị cực đại Lúc đó mômen cản quay vòng trênmột bánh xe dẫn hướng Mc sẽ bằng tổng số của mômen cản lăn M1, mômen masát giữa bánh xe và mặt đường M2 và mômen ổn định M3 gây nên bởi các gócđặt của các bánh xe và trụ đứng

Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 31

B

e n

Hình2.4: Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái Hình 2.5: Sơ đồ đặt bánh

Gbx – trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng

2.3.2.2 Mômen cản M 2 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 vàđường sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe Nguyên nhân lệch này là do sự đàn hồi

0

r

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

bên của lốp Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu của trục bánh xe mộtđoạn x về phía sau

đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảng cách

của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài

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 mômencản M3 được kể đến bởi hệ số 

 = 1,07  1,15 Ta chọn  = 1,1

Mômen cản quay vòng tại 1 bánh xe dẫn hướng là:

Hình 2.6 Lực ngang Y do lốp xe có tính đàn hồi khi chịu mômen quay vòng

M =(M 1 M2)  (2- 8) Như vậy mômen cản quay vòng tại cầu dẫn hướng được tính như sau:

l c

M M M



 ).

.(



(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  = 0,7 :

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

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:

max

1

Mc – mômen cản quay vòng Mc = 1475(Nm)

R – bán kính bánh lái R = 0,2 (m)

ic – tỷ số truyền cơ cấu lái ic =20,5

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

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

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

itr = Ln/Lđ =1 (2 - 11)Vậy ta có: max

Góc quay vành lái lớn nhất khi tính từ vị trí trung gian

8 , 1 5 , 635 5 , 20 31

1 max

Hình 2.8: Bán kính quay vòng ôtô

Bán kính nhỏ nhấtRtmincủa hành lang quét phía trong:

) ( 3743 2

215 125 8

, 30

215 125 5

, 23 sin

2370 2

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

2.4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI TRỤC VÍT - ÊCU BI - THANH RĂNG - CUNG RĂNG

2.4.1 Thông số hình học:

Vi phân góc quay của vành tay lái:

d = p

 2

= p

R c2

2

 Rc2 = 

 2

.p

i

2.4.2 Thiết kế bộ truyền trục vít- êcu bi

Tỷ số truyền của hệ thống lái:

t L

c

P R

M i

Trong đó: Mc - Mômen cản khi quay vòng tại chỗ, Mc = 1475 (Nm)

PLmax - Lực lái lớn nhất của người lái, Plmax = 513.9 (N)

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 2.9- Hệ thống lái trục vít - êcu- bi-thanh răng, cung răng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái:

GVHD: Chu Văn Huỳnh SV: Đặng Phi Hoàn

Dtb Dt

d1

Dt Dtb D

Hình 2.10- 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 quacác viên bi tác dụng vào bề mặt rãnh bi trên ê cu Lực này được phân ra thành 2thành phần: là lực vòng Pv và lực dọc trục Pd Lực Pd chính là lực tác dụng làmquay bánh răng rẻ quạt

Lực Pd có giá trị như sau:

n c

t d c

d R L

L M P

.

.

2





(2-20) Trong đó:

Mc- mômen cản quay vòng khi xe đứng tại chỗ, Mc = 1475 (Nm)

Ld - Độ dài đòn quay đứng, Ld = 180 (mm)

Ln - Độ dài đòn quay ngang, đoạn nối giữa trục bánh xe với đòn kéo dọc,

Ld = 180 (mm)

th – hiệu suất thuận của cơ cấu lái, th = 0,7

Rc2- bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt,

.p

i

= 2.3,14

11 5 , 20

= 36 (mm)Vậy :

1475.0,18.0.7

28680.55( ) 0,036.0,18.





3 , 1 4

1 

(2-21) Trong đó: [ K] = ch/3 với ch- giới hạn chảy của vật liệu vít Với thép20XH, ch = 400 (MPa) [ K] = 400/3=133 (MPa) = 133 (MN/m2)