ĐATN tính toán thiết kế hệ thống lái xe tải 3 tấn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 2 1 1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 2 1 2 Kết cấu hệ thống lái 3 1 3 Các thông số cơ bản hệ thống lái 11 1 4 Lựa chọn phương án thiết kế 15 CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI 3 TẤN 19 2 1 Giới thiệu về xe tải Porter H150 1 5 Tấn 19 2 2 Tính mô men cản quay vòng max 22 2 3 Tỷ số truyền của hệ thống lái 25 2 4 Tính các thông số hình học của dẫn động lái 26 2 5 Kiểm tra các thông.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 2

1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 2

1.2 Kết cấu hệ thống lái 3

1.3 Các thông số cơ bản hệ thống lái 11

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế 15

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI 3 TẤN 19

2.1 Giới thiệu về xe tải Porter H150 1.5 Tấn 19

2.2 Tính mô men cản quay vòng max 22

2.3 Tỷ số truyền của hệ thống lái 25

2.4 Tính các thông số hình học của dẫn động lái 26

2.5 Kiểm tra các thông số hình học của cơ cấu lái 30

2.6 Tính bền cơ cấu lái bánh răng - thanh răng: 34

2.7 Thiết kế cường hóa lái 44

CHƯƠNG 3: CHẨN ĐOÁN BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI 58

3.1 Chẩn đoán hệ thống lái 58

3.2 Bảo dưỡng hệ thống lái 61

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

LỜI NÓI ĐẦU

Trên nền tảng đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế đó là sựthay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và sự hội nhậpcủa các ngành công nghiệp công nghiệp, kĩ thuật ô tô ở nước ta ngày càng chú trọng

và phát triển Một số vấn đề lớn đặt ra đó là sự hội nhập, tiếp thu những công nghệphát triển vào việc lắp ráp sản xuất cũng như sử dụng bảo dưỡng trên xe ô tô

Hệ thống lái là một hệ thống quan trọng của ô tô dùng để thay đổi hướngchuyển động của ô tô hoặc giữ cho ô tô chuyển động xác định theo một hướng nào đó.Một hệ thống lái hoàn thiện về kết cấu, điều khiển dễ dàng sẽ giúp ta điều khiển xe dễdàng, thoải mái đảm bảo an toàn của xe trong quá trình vận hành khai thác Đồng thời

nó còn nâng cao tính tiện nghi, hiện đại của xe

Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kĩ thuật hiện

đại Em đã được giao nhiệm vụ “ Tính toán thiết kế hệ thống lái xe tải 3 tấn ”

Sau khi được nhận đề tài này, được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy

Đỗ Thành Phương nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Tuy nhiên, do

trình độ và thời gian tìm hiểu còn nhiều hạn chế, kính mong nhận được sự đóng góp ýkiến của các thầy để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019

Sinh viên thực hiện Minh

Dương Văn Minh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại

1.1.1 Công dụng của hệ thống lái

Hệ thống lái của ô tô để thay đổi hướng chuyển động của ô tô nhờ quya vòng các bánh

xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thằng hay chuyển động cong của

ô tô khi cần

Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vành lái tiếp nhậnlực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền momen từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng momen 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 từng chủng loạixe

1.2.1 Yêu cầu của hệ thống lái

+ Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển dễ dàng ,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 nên các dao động và va đập trong hệ thống lái

+ Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng thì cần đặt lực lên vành tay lái nhỏ hơn khi xe đi vào đường vòng

+ Hệ thống lái không được có độ dơ lớn Với xe có tốc dộ lớn hơn 100Km/h độ dơ vành tay lái cho phép không vượt quá 18 độ Với xe có tốc độ lớn nhất nằm trong khoảng ( 25 – 100 )Km/h độ dơ vành tay lái cho phép không vượt quá 27 độ

+ Với hệ thống lái không có trợ lực ,số vòng quay toàn bộ của vành tay lái không đựợc quá 5 vòng, tương ứng với góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong về cả hai phía kể từ vị trí trung gian là 35 độ Ở vị trí biên phải có vấu tỳ hạn chế quay của bánhxe

+ Khi di trên đường cong có bán kính không đổi bằng 12m với tốc độ 10 Km/h, lực đặt lên vành tay lái tối đa không vượt quá 250N Ngoài các yêu cầu trên còn có các yêu cầu cụ thể cho từng hệ thống lái như sau:

+ Với hệ thống lái có trợ lực: Khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn có thể điều khiển được xe Đảm bảo an toàn bị động của xe, không gây nên tổn thương cho người

sử dụng khi bị đâm chính diện

1.2.2 Phân loại

Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:

- Phân loại theo phương pháp chuyển hướng.

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

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

- 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

- Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái

+Cơ cấu 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

- 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)

1.2 Kết cấu hệ thống lái

Mặc dù hệ thống lái của các loại ô tô ngày nay hết sức đa dạng và phong phú về nguyên lý cũng như về kết cấu, từ hệ thống lái của xe con, xe tải, hệ thống lái trên các loại xe có hệ thống treo độc lập đến các xe có hệ thống treo phụ thuộc tuy nhiên về cơ bản chúng đều có 4 bộ phận chính sau đây: Vành lái, trục lái, cơ cấu lái (hộp số lái), dẫn động lái

1.2.2 Trụ lái

- Chức năng: truyền momen lái từ volang đến hộp số lái Ngoài ra trụ lái là nơi lắp đặt nhiều bộ phân khác: cần điều khiển hệ thống đèn, cần điều khiển gạt nước, cần điều khiển hộp số, hệ thống dây điện và các đầu nối điện,

- Cấu tạo: trục lái là bộ phận đặt trong vỏ trục lái có chức năng truyền chuyển động quay của vành lái đến hộp số lái Đầu trên của trục lái thường có ren và then hoa để liên kết và cố định vành tay lái trên trục lái, đầu dưới của trục lái liên kết với trục đầu vào của hộp số lá

1.2.3 Hộp số lái

+Chức năng : hộp số lái hay còn gọi là cơ cấu lái có chức năng :

-Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động ngang của dẫn động lái

-Tăng lực tác động của người lái lên vành tay lái để thực hiện quay vòng xe nhẹ nhànghơn

+ Các kiểu hộp số lái :

Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cặp truyền động trục trục lắc có thể phân biệt các kiểu hộp số lái sau:

quay-* Kiểu bánh răng-thanh răng:

* Kiểu trục vít - cung răng

Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn Trục vít và êcu có rãnhtròn có chứa các viên bi lăn trong rãnh Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đườnghồi bi quay trở lại vị trí ban đầu

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

Hộp số lái kiểu trục vít -con lăn được sử dụng phổ biến nhất hiện nay

- Ưu điểm của hộp số lái kiểu này là có kết cấu gọn, trục vít và con lăn có độ bền cao

do ma sát giữa chúng là ma sát lăn và ứng suất nhỏ nhờ có nhiều ren của con lăn và trục vít tiếp xúc với nhau, hiệu suất cao, dễ điều chỉnh khe hở giữa các bộ phận liên kết trong hộp số lái

* Kiểu trục vít - đòn quay

Hộp số lái kiểu trục vít-đòn quay có trục quay của nó hoạt động tương tự như một trụcvít nhưng có mặt cắt ngang giống một trục cam do các rãnh có độ sâu thay đổi theo chu vi, bởi vậy hộp số lái kiểu này còn gọi là kiểu cam-đòn lắc.Trên trục lắc của hộp

số lái có gắn chi tiết gọi là đòn lắc, trên đòn lắc có các chốt Trục quay và trục lắc liên kết với nhau thông qua các chốt Khi trục vít quay theo trục lái, các chốt sẽ trượt lên, xuống trong rãnh của trục vít và làm cho đòn lắc xoay trái ,phải

Cơ cấu lái kiểu trục vít-đòn quay cho phép dễ dàng thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu , nhưng có hiệu suất thấp và các chốt của kiểu hộp số lái này thường mòn nhanh Kiểu hộp số lái này ngày càng ít được sử dụng trên các loại ôtô đời mới

* Kiểu trục vít- ê cu bi

dẫn để quay trở lại rãnh, đồng thời làm cho ecu dịch chuyển dọc theo trục vít Thông qua các răng của ecu và cung răng, chuyển động tĩnh tiến của ecu được biến đổi thành chuyển động xoay của trục lắc.

Kiểu hộp số lái này có ma sát trượt giữa các chi tiết chuyển động đã được thay thế bằng ma sát lăn giữa các cặp trục vít-bi và bi- ecu nên có thể đảm bảo tỷ số truyền lớn

và hiệu suất cao Điều này rất có lợi cho hệ thống lái không có trợ lực

1.2.4 Hình thang lái

- Chức năng: Hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho bánh

xe dẫn hướng Mục đích làm cho các bánh xe khỏi bị trượt lết khi quay vòng làm giảm

sự mài mòn lốp ,giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn định của xe

Khi muốn thực hiện quay vòng ôtô phải tác động qua vành lái, để điều khiển hai bánh

xe dẫn hướng quay một góc nào đó theo hướng quay vòng Hai bánh xe dẫn hướng được liên kết với nhau bằng một thanh nối ngang (thanh ba ngang)

Ta xét hai trường hợp sau:

- Trường hợp 1: Khi thanh nối ngang, hai đòn cam lái và dầm cầu tạo thành hình chữ

nhật (hình a)

Do đặc điểm này nên khi quay vòng hai bánh xe dẫn hướng quay cùng một góc như nhau (a = b) Khi đó bánh xe phía ngoài có xu hướng quay quanh tâm O1 còn bánh xe phía trong có xu hướng quay quanh tâm O2 Như vậy quỹ đạo của bánh xe phía ngoài

sẽ theo đường cong 1 còn quỹ đạo của bánh xe phía trong sẽ theo đường cong 2 Mặt khác nếu bảo đảm động học quay vòng đúng thì bốn bánh xe phải quay quanh một tâm quay tức thời Nghĩa là bánh xe phía trong cũng phải quay quanh tâm O1 và quỹ đạo của nó phải là đường cong 3 Giả sử bánh xe dẫn hướng phía ngoài bám tốt không

bị trượt thì bánh xe phía trong sẽ bị trượt mà vệt trượt của nó tạo thành diện tích bôi đen giữa hai đường cong 2 và 3 Điều này gây mài mòn lốp và khó điều khiển bánh lái

-Trường hợp 2: Khi thanh nối ngang, hai đòn cam lái và dầm cầu tạo thành hình

thang (hình b)

Trong trường hợp này khi quay vòng, hai bánh xe dẫn hướng sẽ quay các góc a và b

khác nhau Để động học quay vòng đúng thì người ta phải thiết kế hình thang phù hợpsao cho khi quay vòng tất cả bánh xe của ôtô cùng quay trên một tâm quay tức thời O (hình 9.12b) Nếu bảo đảm được điều kiện này thì các bánh xe sẽ chuyển động lăn mà không có sự trượt xảy ra.

- Cấu tạo:

* Đòn lắc chuyển hướng là chi tiết liên kết với trục lắc của hộp số lái và truyền chuyển động của trục lắc dến phần còn lại cuả dẫn động lái Thông thường đòn lắc liên kết với trục lắc của cơ cấu lái bằng then hoa, đầu còn lại liên kết với một đầu của thanh nối giữa bằng khớp cầu

* Đòn lắc phụ: một đầu liên kết với thanh nối giưa bằng khớp nối cầu, đầu còn lại được lắp trên khung ô tô qua trục Đòn lắc phụ cũng thực hiện chuyển động lắc hoàn toàn giống chuyển động của đòn lắc chuyển hướng nhưng không truyền chuyển động

đó cho bất cứ bộ phận nào Nó có chức năng đỡ thanh nối giữa ở độ cao như tại đòn lắc chuyển hướng để đảm bảo động học của hệ thống lái

* Thanh nối giữa: có chức năng liên kết tấc cả các bộ phận khác của của dẫn động lái với nhau Hai đầu của thanh nối giữa là hai ổ đỡ chốt cầu để liên kết với đòn lắc chuyển hướng và đòn lắc phụ Phía giữa thanh nối giữa có hai lỗ để liên kết với hai thanh nối bên bằng các khớp cầu

* Thanh nối bên là bộ phận trực tiếp truyền chuyển động cho đòn chuyển hướng Thông thường mỗi cơcấu dẫn động lái có hai thanh nối bên, mỗi thanh nối bên được cấu thành từ ba đoạn được gọi là đầu trong , đầu ngoài, và đoạn điều chỉnh

+ Đầu ngoài liên kết với đòn chuyển hướng trên ngỗng quay

+ Đầu trong liên kết với thanh nối giữa ,thanh răng hoặc một bộ phận khác của ôtô tuỳthuộc vào kiểu dẫn động lái

+ Đoạn điều chỉnh dùng để thay đổi chiều dài toàn bộ của thanh nối bên để điều chỉnh hình học lái trong quá trình kiểm tra, bảo trì gầm ôtô mà không cần phải tháo rời dẫn động lái

1.3 Các thông số cơ bản hệ thống lái

+ Tỷ số truyền của dẫn động lái (i L 2 )

Trong quá trình các bánh dẫn hướng xoay thì độ dài cánh tay đòn của các thanh và đòn thuộc dẫn động lái sẽ thay đổi Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào sơ đồ động học của nó, nhưng thường thay đổi không nhiều lắm trong các kiểu dẫn động lái hiện nay

+ Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái (i L 3 )

Là tỷ số truyền của góc quay vành tay lái chia cho góc quay của bánh dẫn hướng

1.3.2.1 Góc Camber

Các bánh xe trước (hoặc sau) với phía trên được nghiêng vào trong hoặc nghiêng ra ngoài (xem hình) Góc này được gọi là góc Camber, và được xác định bằng góc nghiêng so với phương thẳng đứng Phần bánh xe được nghiêng ra ngoài gọi là

Camber Dương (+), phần bánh xe nghiêng vào trong gọi là Camber Âm (-)

+ Tác dụng của góc doãng dương :

-Giảm tải theo phương thẳng đứng : Nếu góc doãng bằng không tải trọng tác

dụng lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường tâm lốp và trục Nó dễ làm trục hay cam quay bị cong Việc đặt góc doãng dương sẽ làm tải tác dụng vào phía trong của trục, ký hiệu F, giảm lực tác dụng lên trục và cam quay

- Giảm lực đánh tay lái :

Khi bánh xe quay sang phải hay trái quanh trục quay đứng với khoảng lệch là bán kính Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra momen lớn quanh trục quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh tay lái Do đó khi khoảng cách này nhỏ thì giảm lực đánh tay lái

+ Tác dụng của góc doãng âm :

Khi tải thẳng đứng tác dụng lên lốp có đặt góc doãng, lốp có xu hướng lún xuống Tuynhiên do bị chặn bởi mặt đường nên gai lốp sẽ bị biến dạng lúc đó tính đàn hồi của lốp sẽ chống lại sự biến dạng này và vì vậy tác dụng lên mặt đường theo hướng A Kết quả là đường sinh ra phản lực B gọi là lực camber Lực camber tăng cùng với sự tăng góc nghiêng với mặt đường cũng như khi tăng tải

- Góc doãng cũng có thể bằng không Lý do chính để đặt góc doãng bằng không là để ngăn cản sự mòn không đều của lốp Cả góc doãng dương hay âm đều làm mòn lốp nhanh Điều này dễ hiểu khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tập trung một bên lốp

1.3.2.2 Góc Caster

- Góc Caster là góc nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục xoay đứng

- Góc Caster được xác định bằng góc nghiêng giữa trục xoay đứng và đường thẳng đứng nhìn từ cạnh xe Khi trục xoay đứng nghiêng về phía sau thì được gọi là góc Caster Dương (+), còn trục nghiêng về phía trước được gọi là góc Caster Âm (-)

- Khoảng cách từ giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng và mặt đường đến tâm điểm tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường được gọi là khoảng caster của trục đứng.+ Ảnh hưởng của góc nghiêng dọc :

- Ổn định chạy thẳng : góc nghiêng dọc dương có khả năng giữ cho hai bánh xe dẫn hướng tiến thẳng ổn định Nó giúp chống trả lại các khuynh hướng làm cho xe bị dạt qua phía này hay phiá kia ,lệch ra khỏi vị trí hướng thẳng trong khi di chuyển

- Góc nghiêng dọc dương đến bánh xe và thân xe : Với góc nghiêng dọc dương cho cảhai bánh xe trước, thân sẽ dạt ra ngoài khúc quanh Đối với trường hợp nghiêng dọc dương, khi lái xe về bên phải, mé trái của xe sụm xuống trong lúc mé bên phải của xe lại nhấc lên cao làm cho xe dạt ra ngoài vòng quay

- Góc nghiêng dọc âm đến bánh xe và thân xe : Nếu cả hai bánh trước đều có góc nghiêng dọc âm thì thân xe sẽ dạt vào phía trong vòng quay Đối với trường hợp nghiêng dọc âm, khi lái xe về bên phải ,mé trái của xe được nâng lên trong lúc mé bênphải của xe sụm xuống

1.3.2.3 Góc nghiêng của trục lái – Góc kingpin

Trục mà trên đó bánh xe xoay về phía phải hoặc trái được gọi là “trục xoay đứng” Trục này được xác định bằng cách vạch một đường thẳng tưởng tượng đi qua tâm ổ bi

đỡ trên của bộ giảm chấn và khớp cầu của đòn treo dưới (đối với trường hợp hệ thống treo kiểu thanh giằng) Nhìn từ phía trước xe, đường thẳng này nghiêng về phía trong; góc nghiêng này được gọi là “góc nghiêng trục lái/góc kingpin”, và được đo bằng độ Khoảng cách L từ giao điểm giữa trục xoay đứng và mặt đường đến giao điểm giữa đường tâm bánh xe và mặt đường được gọi là “độ lệch, độ lệch kingpin”

+ Tác dụng của góc nghiêng ngang :

- Giảm lực đánh tay lái : Khi bánh xe quay sang phải và sang trái quanh trục xoay đứng với khoảng lệch là bán kính Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra momen lớn quanh trục xoay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực tay lái

- Cải thiện tính ổn định chạy thẳng: Khi quay bánh xe sang trái hoặc phải bánh xe có

xu hướng dìm xuống dưới (bởi vì nó quay xung quanh trục quay đứng đặt nghiêng ) Sau khi qua khúc quanh ta buông vành tay lái,chính trọng lượng đầu xe sẽ kéo hai bánh trước trở lại vị trí hướng thẳng

hệ thống treo khi phóng tới Độ võng này phát sinh do lực cản của mặt đường Nói tóm lại mặc dầu hai bánh xe trước được chỉnh túm đầu, nhưng đến khi lăn,bánh chúng

sẽ trở nên song song với nhau

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế

1.4.1 Lựa chọn cơ cấu lái

Cơ cấu lái thanh răng bánh răng là chi tiết máy được sử dụng phổ biến trong nhiều hệ thống máy móc nên bộ truyền bánh răng được thiết kế với kích thước khá nhỏ nhưng lại có khả năng vận tải lớn để đảm bảo sự hoạt động của toàn bộ hệ thống máy móc Không có hiện tượng trượt trơn nên tỷ suất truyền không đổi và cho hiệu suất cao Được chế tạo bởi kim loại nguyên chất nên bộ truyền có tuổi thọ rất cao

Tuy nhiên một nhược điểm lớn của sản phẩm này là quy trình chế tạo khá phức tạp, đòi hỏi độ chính xác gần như tuyệt đối, và khi vận hành với vận tốc lớn sẽ gây tiếng

ồn khó chịu

Qua quá trình phân tích ưu, nhược điểm của cơ cấu thanh răng bánh răng, em chọn cơ cấu thanh răng bánh răng cho xe

1.4.2 Lựa chọn phương pháp dẫn động lái

Có hai phương pháp bố trí dẫn động lái điển hình

+ 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) Cácđòn bên quay quanh đường tâm trụ đứng

+ 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 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( xe sử dụng cơ cấu tháng lái 4 khâu)

 Quan hệ hình học của ACKERMAN là biểu thị quan hệ góc quay của cácbánh xe dẫn hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay vòng tức thời của

xe nằm trên đường kéo dài của tâm trục cầu sau

Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn kéo bên Sự quay vòng của ôtô rất phức tạp, để đảm

bảo mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện Hiện nay người ta chỉ đáp ứng gần đúng mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo nên hình thang lái Với xe thiết kế có

hệ thống treo phụ thuộc, do đó chọn phương án dẫn động lái với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4 khâu)

-Công dụng của hình thang lái :

+ Hình thang lái có tác dụng đảm bảo sự quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng Khi đó các bánh xe dẫn hướng không có sự trượt khi xe chuyển động

+ Đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trái và bên phải sao cho các bánh xe lăn trên các đường tròn khác nhau nhưng đồng tâm

1.4.3 Lựa chọn phương án cường hóa lái

- Công dụng

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 ởbánh 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 đểtăng 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 cómột vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái

-Các yêu cầu của cường hoá:

+ Khi hệ thống của trợ lực lái có sự cố thì hệ thống lái vẫn có thể làm việc Nếu có

hư hỏng xảy ra làm ngưng việc cấp dầu từ bơm đến cơ cấu lái thì người lái vẫn cóthể điều khiển được xe

+ Đảm bảo lực lái thích hợp : Công dụng chính của trợ lực là giảm lực đánh lái, mức độ giảm lực lái phải phù hợp với từng điều kiện chuyển động của xe Nói chung, cần lực lái lớn khi xe đứng yên hay chay chậm Ở tốc độ trung bình cần lực lái nhỏ hơn và lực lái giảm dần khi tốc độ tăng Chỉ cần lực lái nhỏ khi tốc độ xe cao vì ma sát giữa bánh xe và mặt đường giảm Nói cách khác phải đạt được lực lái phù hợp ở bất kỳ dải tốc độ nào và cùng lúc đó “cảm giác đường” phải được truyền tới người lái + Khắc phục hiện tượng tự cường hoá khi ôtô vượt qua chỗ lõm, đường xấu Có khả năng cường hoá lúc lốp xe bị hỏng, để khi đó người lái vừa phanh ngặt, vừa giữ được hướng chuyển động ban đầu của xe

+ Thời gian tác động của cường hoá phải là tối thiểu

Như vậy sử dụng hệ thống trợ lực lái phải đảm bảo tính năng vận hành của xe, giảm được lực đánh lái Tuy nhiên, hệ thống lái có trợ lực kết cấu phức tạp hơn và khối lượng bảo dưỡng cũng tăng lên so với hệ thống lái không có trợ lực

1.4.3.1 Phân loại hệ thống trợ lực lái.

a Cường hóa điện

Ưu điểm:Hệ thống cho phép có khả năng sử lí rộng rãi nhiều thông tin lien 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 trương trình điều khiển

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

b 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.Do vậy,hiện nay hệ thống trợ lực bằng khí nén ít được sửdụng

c 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 tạohiện 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 hoặc xe tải có tải trọng thấp

Nhược điểm:Có nhiều chỗ tiếp xúc cơ khí dẫn đến mài mòn

Kết luận: Chọn hệ thống lái có cơ cấu lái kiểu bánh răng-thanh răng, dẫn động lái với hình thang lai 4 khâu, cường hóa lái thủy lực

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI 3 TẤN

2.1 Giới thiệu về xe tải Porter H150 1.5 Tấn

Vào đầu năm 2018, Thành Công Group sẽ chính thức ra mắt hàng loạt dòng xe tải baogồm xe tải nhẹ, xe hạng trung, xe hạng nặng, xe chuyên dụng tới thị trường xe tải ViệtNam.Điểm đặc biệt là sản phẩm của Thành Công là sự kết hợp giữa Hyundai Hàn Quốc và Thành Công Group để sản xuất xe tải Hyundai ngay tại Việt Nam

Hyundai Thành Công đặc biệt chú trọng vào mẫu xe tải nhỏ, nhẹ này bằng cách tung

ra sản phẩm xe tải nhẹ hoàn toàn mới với tên gọi là Hyundai H150 Porter Thành

Công Đây là chiếc xe tải nhẹ có tải trọng 1.5 Tấn, rất thích hợp để lưu thông trong

thành phố và đô thị

Ngoại thất

Xe tải Hyundai H150 1.5 Tấn vẫn mang dáng dấp của người tiền nhiệm Hyundai H100 với dáng vẻ nhỏ gọn, bắt mắt với 2 màu cơ bản của xe là xanh và trắng Vẫn là kiểu thiết kế đầy tính khí động học của Hyundai với cặp đèn pha nổi bật, khả năng

chiếu sáng mạnh, cùng với cặp đèn xi nhan xếp chồng lên màu hổ phách, Đèn sương

mù phía dưới mang đến khả năng quan sát rõ nét trong bất kỳ điều kiện thời tiết nào.Lớp sơn bóng được sơn tĩnh điện trên dây chuyền tiêu chuẩn của Hyundai Motor Hàn Quốc mang tới cho H150 vẻ thanh lịch của chiếc xe tải đi trong phố Quý khách có thểhoàn toàn với yên tâm với lớp sơn này, không bong, tróc, ố màu theo thời gian, khác

xa với các dòng xe tải nhẹ lắp ráp tại việt nam với linh kiện trung quốc như hiện nay

Nội thất

Nội thất của H150 có thể sánh ngang với một chiếc xe du lịch nhỏ và không khác gì so

với xe nhập khẩu Cabin rộng rãi, thoáng với 3 ghế ngồi, thiết bị tiện nghi hiện đại, điều hòa công suất lớn, kính chỉnh điện, hệ thống giải trí đa dạng với AM/FM/MP3 cùng với cổng kết nối USB, màn hình hiển thị thông tin… mang tới cho bác tài cảm giác thoải mái khi di chuyển

Đặc biệt là ghế lái có thể chỉnh điện , cùng với dây an toàn 3 điểm, kính lái có góc quan sát rộng kết hợp với gương chiếu hậu có khả năng quan sát tới đuôi xe

Động cơ

Trang bị sức mạnh cho Hyundai H150 Porter là động cơ 2.6L mạnh mẽ, dung tích xi lanh 2607cc, tạo ra công suất 79ps giúp xe vận hành êm ái , mạnh mẽ Xe sử dụng hộp

số sàn với 5 số tiến và 1 số lùi Hệ thống Phanh thủy lực khẩn cấp với phanh đĩa trước

và tang trống phía sau

Thông số kỹ thuật xe tải HYUNDAI H150 1.5 tấn Thành Công

Chiều dài đòn bên hình thang lái m 180mm

Khoảng cách giữa đòn ngang và trụ

Hệ thống phanh

Kiểu Phanh thủy lực khẩn cấp, kết hợp hệ thốngphanh chính

Hệ thống treo

Thông số lốp - Lazang

Lazang trước Thép, 5.5L x 15 inch

2.2 Tính mô men cản quay vòng max

Mômen cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hướng được xác định ở trạng thái xe quayvòng và chở đủ tải Mômen cản quay vòng được tính toán khi xuất hiện lực cản lăn ởhai bánh xe ngược chiều nhau, có một lực bên Y, mô men ổn định của bánh xe dẫnhướng MC = M1+M2+M3 (2.1)

 Mô men cản quay vòng gây nên do lực cản lăn:

M1 = Gbx f.a (2.2)

= 1050/2 0,02 0,07 = 0,735KG.mVới a : cánh tay đòn xung quanh trụ đứng

Theo kinh nghiệm: xe tải và xe khách a = 60-200mm

Ta chọn sơ bộ a = 70mm

- f : hệ số cản lăn xét cho trường hợp ô tô chạy trên đường nhựa và khô, f = 0,02

a



Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang

+ Giá trị mômen do Y gây lên M2 được tính cho một bánh xe, phản lực bên lùi sau mộtđoạn x Giá trị của x thừa nhận bằng 1/4 chiều dài của vết tiếp xúc và gây lên mômenquay cùng chiều M1

M2 = Y x ≈ 0,14 G bx φ y r bx (2.3) Trong đó:

d

rB  

  (mm) (2.5)Với bánh xe có ký hiệu 195/70R15C:

B – chiều rộng lốp B = 195mm

d - đường kính vành bánh xe d = 15

Ta tính được:

Mômen ổn định M3 có giá trị nhỏ nên khi tính có thể dùng hệ số 

Mômen cản tổng cộng trên cầu trước dẫn hướng được tính toán như sau:

l – hiệu suất tính đến tiêu hao do ma sát ở cam quay và các khớp nối trong truyềnđộng lái Với xe thiết kế có một cầu dẫn hướng và ở đằng trước cho nên

 = 0,50  0,70, ta chọn l = 0,6

2.3 Tỷ số truyền của hệ thống lái

2.3.1 Tỷ số truyền của dẫn động lái i d

Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của cáccánh tay đòn id = 0,85-1,1

Chọn sơ bộ id=1 ( cho cầu dẫn hướng)

2.3.2 Tỷ số truyền của cơ cấu lái i c

Ta có công thức: α ’max= α max.i (2.9)

Ta lấy sơ bộ tỷ số truyền của hệ thống lái i =16

Tính lại α ’max, ta có: α maz

B 0

+ Mc: là mô men cản quay vòng Mc=85,85KGm

+ Pmax là lực tác dụng lớn nhất lên vành tay lái

+ il: là tỷ số truyền của hệ thống lái

+ R: là bán kính vành lái, R=190 mm

+ : là hiệu suất của hệ thống lái =0,8

thay số ta được Pvlmax = 85,85/(16.0,8.0,19) = 35,3 KG

Với Pvl này, sẽ làm cho người lái mệt mỏi khi điều khiển một khoảng thời gian,cho nên ta phải sử dụng hệ thống trợ lực lái, tạo sự thoải mái cho người lái

2.4 Tính các thông số hình học của dẫn động lái

2.4.1 Tính động học hình thang lái.

Nhiệm vụ của tính động học dẫn động lái là xác định những thông số tối ưu của hìnhthang lái để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng một cách chínhxác nhất và động học đúng của đòn quay đứng khi có sự biến dạng của bộ phận đànhồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của hệ thống dẫn động lái

Sơ đồ động học khi quay vòng

Từ lý thuyết quay vòng ta thấy để nhận được sự lăn tinh của các bánh xe dẫn hướngkhi 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 biểu hiện ở

công thức sau: cot gα−cot gβ=

B0

L (2.11)

Trong đó:

 : Là góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài của cầu dẫn hướng

: Là góc quay của bánh xe dẫn hướng trong của cầu dẫn hướng

L : là chiều dài cơ sở của xe

Bo : là khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng

Khi xe đi thẳng các đòn bên tạo với phương dọc một góc  Khi ôtô quay vòng vớicác bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa  và  vẫn được giữ nguyên nhưcông thức trên thì hình thang lái Đantô không thể thoả mãn hoàn toàn được Tuy nhiên

ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái sao cho sai lệch với quan hệ lý thuyết tronggiới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lý thuyết cho phéplớn nhất ở những góc quay lớn không được vượt quá 1,5 độ

Khi xe quay vòng để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặctrượt quay thì đường vuông góc với các véc tơ vận tốc chuyển động của tất cả cácbánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó là tâm quay vòng tức thời của xe (điểm

Thay các giá trị tương ứng ta có bảng sau (đơn vị đo góc là độ):

Bảng 1: Quan hệ giữa  và  theo lý thuyết

α lt 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

β lt 0.00 4.77 9.16 13.21 17.00 20.53 23.86 27.14 30.17

2.4.1.1 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 Khicho trước các kích thước B0, L.,m,n,θ thì quan hệ α , β được xác định nhờ công

 - góc nghiêng của đòn bên hình thang lái so với dầm cầu trước

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

sẽ có một giá trị của  Nghĩa là hàm số  = f(,) sẽ biểu thị được đường cong đặctính thực tế của hình thang lái Vấn đề đặt ra là phải chọn các thông số hình thang láisao cho hợp lý để sự sai khác giữa đường cong đặc tính của hình thang lái so vớiđường đặc tính lý thuyết là nhỏ nhất





B L

Dùng phương pháp đồ thị để kiểm tra sự sai khác của đường đặc tính hình thang láithực tế so với lý thuyết theo quan hệ  = f(,).

Chọn sơ bộ góc ố ban đầu theo công thức của E.A Υyδyδ aKob :

cot g(90−θ)= B0

2.0,7 L=

17602.0,7 2640=0,35

Giá trị của  được chọn xung quang giá trị 1

Bảng 2: Bảng giá trị quan hệ giữa  và  phụ thuộc vào góc 

Dựa vào các số liệu trong bảng trên ta vẽ được đồ thị đặc tính động học hình thang lái

lý thuyết và thực tế trên cùng một hệ trục toạ độ

Đồ thị đặc tính động học hình thang lái

Nhận thấy rằng độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và góc quay vòng lý thuyết

Δβ nhỏ nhất là giá trị  =18 0

,  = 40 0 , β = 28,34 0 Sau khi chọn xong góc  ta tính n:

n=B0−2 m sin θ=1760−2 180 sin180≈1342, 80 (mm)

n - chiều dài đòn ngang hình thang lái

2.5 Kiểm tra các thông số hình học của cơ cấu lái

Theo sơ đồ dẫn động lái, khi bánh xe dẫn hướng quay được một góc βmax = 40o

thì thanh răng dịch chuyển một đoạn X1.

X1= m.cos(θ−β )+ √ p2−( y−m.sin(θ−β))2− m cos θ− √ p2−( y−m.sin θ)2

Do thanh răng quay về cả hai bên nên chiều dài làm việc của thanh răng

L > 2.X1=175,72mm

Do đó ta chọn chiều dài làm việc của thanh răng là L=190 (mm), để đảm bảokhi xe quay vòng hết thì thanh răng vẫn không bị chạm

2.5.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng.

Số vòng quay của vành lái ứng với bánh xe quay là n =1,78 vòng

Tính số răng theo tài liệu chi tiết máy

D c=m n Z

cos β (2.27)

Trong đó:

- Đường kính vòng chia Dc=2.R=15,7mm

- mn : mô đun pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn mn=2,5

- Góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ β=12o

Ta có số răng của bánh răng là:

m t= m n

cos β=

2,5 cos 17o=2, 614

Số răng tối thiểu:

+ Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy α=20 o

+ Đường kính cơ sở của bánh răng:

D0=D c cosα=15 , 7 cos20 o=14, 75 mm

+ Chiều cao răng:

h=(h’+h”

f).m=(1+1,25).2,5=5,63mm+ Chiều dày của răng trên vòng chia:

S=π m/2+2.m.ζ tg α=3,14 2,5/2+2.2,5.0,647.tg 20o=5,1mm.

2.5.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng.