Đề tài Tính toàn thiết kế hệ thống lái xe Toyota Corolla Altis 1.8 MT đời 2001 đến 2007

Chương 1 Giới thiệu đề tài• Hệ thống lái thuộc 7 hệ thống cơ bản và đóng vai trò quan trọng nhất trong cấu tạo ô tô • Giữ ô tô chuyển động theo quỹ đạo nhất định hoặc thay đổi phương hướ

Hệ thống

lái

xe Toyota Corolla Altis 1.8 MT đời 2001- 2007

GVHD Nguyễn Mạnh Cường

Thực hiện: nhóm

GIỚI THIỆU THÀNH VIÊN TRONG NHÓM

Cơ sở lý thuyết

Tính toán và kiểm nghiệm bền Giới thiệu đề tài

Chương 1 Giới thiệu đề tài

• Hệ thống lái thuộc 7 hệ thống cơ bản và đóng vai trò quan trọng nhất trong cấu tạo ô tô

• Giữ ô tô chuyển động theo quỹ đạo nhất định hoặc thay đổi phương hướng

• Có cấu tạo vô cùng phức tạp với nhiều cụm cơ cấu, bộ phận và chức năng khác nhau nhưng

lại có sự hỗ trợ với nhau đảm bảo sự an toàn và tiện nghi cho xe khi tham gia thông

• Tạo ra nét riêng chi từng chiếc xe cũng như cá tính của chủ nhân sở hữu chiếc xe với những

1.1 Tính cấp thiết của đề tài.

Chương 1 Giới thiệu đề tài

● Mục tiêu của đề tài hiểu rõ các chi tiết và có kiến thức cơ bản

về thực hiện tính toán thiết kế một hệ thống lái trên xe ô tô

● Kiểm nghiệm, tính toán được độ bền chi tiết của hệ thống lái.

● Xác định được những thông số tối ưu của hình thang lái để

đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng.

1.3 Nội dung nghiên cứu

Chương 1 Giới thiệu đề tài

● Đồ án tập trung nghiên cứu, tính toán, thiết kế, kiểm nghiệm bền các chi tiết có trong hệ thống lái

1.4 Phương pháp nghiên cứu

• Tìm hiểu về các thông số, nguyên lý hoạt động kết hợp cùng mô hình thiết kế hệ thống lái

• Sử dụng những bảng tra kỹ thuật để kiểm nghiệm độ bền chi tiết kết hợp với phần mềm tính toán MATLAB Sử dụng phần mềm AUTOCAD vẽ các bản vẽ

2.2 Tổng quan về hệ thống lái

0 2

• Phiên bản 2007 của Toyota Corolla Altis được đánh giá cao

bởi những cải tiến mới giúp xe trông hiện đại hơn, dù trang bị

an toàn vẫn còn sơ sài

• Toyota Corolla Altis lúc đó bán chạy hơn do phù hợp với đối

tượng khách hàng lớn tuổi, vốn có đủ điều kiện kinh tế để mua ô tô

• Toyota Corolla Altis đời 2007 còn được trang bị một số tiện

ích như gương chiếu hậu chỉnh điện, gập điện hay hệ thống đèn kiểm soát tự động, rèm che nắng phía sau và hệ thống chống trộm cùng chìa khóa điều khiển từ xa

Bán kính quay vòng tối thiểu 5,4 (m)

Trọng lượng không tải 1225 ( Kg)

Trọng lượng toàn tải 1630 (Kg)

Loại động cơ 4 xy lanh thẳng hàng, 16 van DOHC, VVT-i kép, ACIS

Mã động cơ 2ZR-FE

Dung tích công tác 1798 cc

Công suất tối đa 103(138)/6400 (kW, vòng/phút)

Mô men xoắn tối đa 173 / 4000 Nm @ vòng/phút

thống lái

● Là một hệ thống khá phức tạp, nó được chia thành nhiều cụm cơ cấu và bộ phận có chức năng riêng biệt hỗ trợ lẫn nhau

2,2,3 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI

Theo số lượng cầu dẫn hướng

Theo kết cấu của cơ cấu lái

Theo phương pháp cường hóa (trợ lực lái) Theo cách bố trí vành

tay lái (vô lăng)

2,2,4 YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG LÁI

+ Đảm bảo khả năng quay vòng với bán kính quay vòng

3,1 Thông số hệ thống lái của

Corolla Altis 1.8 MT đời

2001 – 2007

.

― Irene M Pepperberg

Thông số Kí hiệu Giá trị

Khoảng cách giữa hai trụ

Chiều dài thang nối bên

Thông số hệ thống lái

ngoài bánh xe dẫn hướng

● Góc nghiêng ngang của bánh xe( góc camber)

● Góc nghiêng dọc trục đứng và chế độ lệch dọc

(caster và khoảng caster)

● Góc nghiêng ngang trụ đứng (góc Kingpin)

● độ chụm và độ mở (góc doãng)

• Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh

xe dẫn hướng không bị trượt nết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm.

• Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly

tâm.

• Lực hướng tâm sinh ra bởi sự biến dạng

và sự trượt bên của lốp do ma sát giữa lốp và mặt đường

3,3,2 Bán kính quay

vòng

• Dưới tác động của các phản lực bên, bánh xe sẽ bị

lệch bên và vết tiếp xúc của lốp với mặt đường sẽ bị lệch so với mặt phẳng giữa của bánh xe một góc

• Phần trước của vết tiếp xúc, lốp chịu biến dạng không

lớn và độ biến dạng này tăng dần cho tới mép sau cùng của vết.

• Do độ đàn hồi bên của lốp, momen ổn định được tạo

: Góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên ngoài so với tâm quay

: Góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên trong so với tâm quay

B: Khoảng cách giữa 2 trụ đứng của cầu dẫn hướngL: Chiều dài cơ sở của xe

• Bán kính quay vòng R của ôtô được xác định theo bánh

xe dẫn hướng bên ngoài phụ thuộc vào góc quay vòng và chiều dài cơ sở L

Hình 11 Quan hệ giữa các góc quay mặt phẳng bánh xe

bên trong và bên ngoài

THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI

THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG LÁI VÀ TRỢ LỰC LÁI

Gbx : là trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng

a : là cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng với xe thiết kế ta đo

được ( a= 0,03 0,06)

f : là hệ số cản lăn theo lý thuyết ô tô ứng với loại đường nhựa

tốt, ta chọn f= 0,015

Do đó momen cản do bánh xe trượt lê là :

=201.6 Nm: là hệ số bám ngang, theo lý thuyết ô tô ứng với đường nhựa tốt ta chọn

4,2 Tính tóan động học hình thang lái

Theo giáo trình thiết kế và tính toán ô tô máy kéo mối quan hệ đó được thể hiện bởi công thức sau:

Trong đó:

: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong

: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài

B : là khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng

L : là chiều dài cơ sở của ô tô

4,2,2 Trường hợp khi xe quay vòng

Ta có mối quan hệ của các góc quay bánh xe dẫn hướng như sau:

Với Bo= 1390 mm,

L=2600 mm Cho các giá trị khác nhau từ 0-40 theo các góc tương ứng theo bảng sau:

4,2,2 Trường hợp khi xe quay vòng

Từ bảng ta thu được quan hệ lý thuyết

Đường đặc tính lý thuyết

–

4,3 Kiểm tra các thông số hình

học của cơ cấu lái

4,3 Xác định các thông số hình học của cơ cấu lái

4,3,1 Xác định bán kinh vòng lăn của bánh răng:

Số vòng quay của vành lái ứng với bánh xe quay là n =1,89 vòng

Ta có:

= 7,74 mm

4.3.2 Xác định các thông số của bánh răng

+ đường kính vòng đỉnh =+ đường kính chân răng+ Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy   200 + Đường kính cơ sở của bánh răng:

+ Chiều cao răng: h=(hf’ +hf”).m = 5,63 mm+ Chiều dày của răng trên vòng chia: = 5,1mm 

4,3 Xác định các thông số hình học của cơ cấu lái

4.3.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng

-Đường kính của thanh răng được cắt tại mặt cắt nguy hiểm nhất:

= 20,97 mmTrong đó:

-Ứng suất tiếp xúc cho phép tại tiết diện nguy hiểm nhất, lấy -Mô mem xoắn gây lên sự nguy hiểm ở thanh răng, bằng mô mem cản quay vòng ở bánh xe:

Mx=Mc=646.33(Nm)Mặt khác ta có

+Hệ số dịch chỉnh thanh răng:  tr  |  br | = 0,647

+ Đường kính vòng chia của thanh răng: = 21 mm

+ Đường kính vòng đỉnh của thanh răng: D=26mm

+ Chiều cao của thanh răng: = 5,63 mm

Pmax: là lực cực đại tác dụng lên vành tay lái.

R : là bán kính vành tay lái.

ic : là tỷ số truyền cơ cấu tay lái

th : là hiệu suất thuận cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái loại trục vít thanh răng.

id : là tỷ số truyền của truyền động lái.

4,5 Thiết kế cơ cấu lái

4,5,1 Kiểm tra vật liệu

• Để đảm bảo những yêu cầu làm việc của cơ cấu lái thì vật liệu chế

tạo thanh răng – bánh răng thường là thép 40 tôi cải thiện

Có: =550 MPa.

=850 MPa.

HB=260 – 290.

4,5 Thiết kế cơ cấu lái

4,5,1 Kiểm tra vật liệu

*Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Giới hạn bền tiếp xúc cảu bánh răng: = 650 MPa

- Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng: = 617,5 MPaTrong đó:

4,5 Thiết kế cơ cấu lái

4,5,1 Kiểm tra vật liệu

*Kiểm nghiệm độ bền

- kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

theo công thức 6.33, trang 105, [4], ta có:

Do đó thỏa mãn điều kiện bền tiếp xúc

- Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

ứng suất uốn được tính theo công thức:

Vậy điều kiện được thỏa mãn, bộ truyền bánh răng – thanh răng đảm bảo đủ bền trong quá trình làm việc 

Tính bền đòn bên hình thang

lái

Tính bền thanh nối bên của dẫn động

lái

Tính bền trục lái

Tính bền khớp cầu

4,5,2 Thiết kế cơ cấu lái trục vít thanh răng

4.5.2.3 Tính bền đòn bên hình thang lái

Để đảm bảo an toàn và tính ổn định trong quá trình làm việc, đòn bên được làm bằng thép 40X Đòn bên của dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn

Do vậy ta tính bền theo điều kiện uốn:

Vậy , thỏa mãn điều kiện bền uốn

4.5.2.4 Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái

Do ở hai đầu là khớp nên chỉ chịu kéo nén đường tâm Ta tính đòn nối trong trường hợp chịu phanh cực đại như trên:

Thanh nối được làm vật liệu thép 40X có

Vậy Do đó đòn nối bên của dẫn động lái đủ bền trong quá trình làm việc

Vật liệu chế tạo khớp cầu là thép 40XH có cơ tính:

*Kiểm tra bền khớp cầu

Hệ số an toàn:

Như vậy khớp cầu thỏa mãn điều kiện chèn dập tại bề mặt làm việc

*Kiểm tra khớp cầu theo điều kiện cắt Kiểm tra độ bền cắt khớp cầu tại tiết diện nguy hiểm nhất

9,12

Hệ số an toàn:

Như vậy khớp cầu thỏa mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm

Mặt khác đối với xe du lịch công trung bình giới hạn

Vậy thỏa mãn điều kiện

• Chỉ số hiệu quả tác dụng: là tỷ số giữa lực đặt vào vành tay lái khi không có trợ lực và khi có trợ lực

= 250,13/160 = 1.56

Với Pv =160N, là lực lớn nhất đặt vào vành tay lái khi có trợ lực

Chỉ số H thường lấy < 4 Do đó H = 1,56 là hợp lý

• Áp suất dầu là do bơm dầu sinh ra, nó có giới hạn, còn kích thước xi lanh phải vừa

Hình 21 Kết cấu xi lanh

: là lực mà xilanh sinh ra+ P: là lực tác dụng lên vành tay lái ứng với phần trăm của mô men cản thu nhận bởi cường hóa P=P vmax - Pv=235160=75N

+ ic: là tỷ số tỷ số truyền của cơ cấu lái, ic = 20,4

+ hiệu suất thuận của cơ cấu lái = 0,8

Thay số:Px = 75.20,4.0,8 = 1224N

Thay số vào ta được: D x =26 mm

4,6 Thiết kế dẫn động lái và trợ lực lái

 Chọn đường kính ngoài và kiểm bền xi lanh lực :

Lấy chiều dày của xi lanh lực là 4mm, thì đường kính ngoài của xi lanh lực là:

Dn = Dx + 2.4 = 26 + 8 = 34mmTính bền: