Thiết kế hệ thống lái trên xe tham khảo toyota camry 2 5g

của hệ thống lái phải đảm bảo không gây nên các dao động và va đậptrong hệ thống lái.Trục lái kết hợp với cơ cấu hấp thụ va đập, cơ cấu này hấp thụ lựcdọc trục tác dụng lên người lái khi

TOYOTA CAMRY 2.5G

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI CHƯƠNG 3: CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG

LÁI

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE THAM KHẢO TOYOTA CAMRY 2.5G Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hưng Lớp: 70DCOT31 Mã SV: 70DCOT31008 a) Về ý thức, thái độ thực hiện đồ án của sinh viên:

b) Những kết quả đạt được của đồ án:

c) Những hạn chế của đồ án:

d) Đề nghị:

Được bảo vệ ¨ Không được bảo vệ ¨

Thái nguyên, ngày … tháng … năm 2023

Gi ảng viên hướng dẫn

KHOA CƠ KHÍ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 4

1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 4

1.1.1 Công dụng: 4

1.1.2 Yêu cầu 4

1.1.3 Phân loại 5

1.2 Cấu tạo hệ thống lái 5

1.2.1 Cấu tạo chung 5

1.2.3 Dẫn động lái 7

1.2.4 Trợ lực lái 7

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 9

2.1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế 9

2.1.2 Phương án thiết kế cơ cấu lái 10

2.2: Tính toán thiết kế hệ thống lái 15

2.2.1 Các thông số tham khảo xe Toyota Camry 2.5G 15

2.2.2 Tính động học hình thang lái 16

2.2.3 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết 19

2.2.4 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế 20

2.2.5 Tính toán động lực học hệ thống lái 22

2.2.6 Tính toán thiết kế trợ lực lái 37

CHƯƠNG 3: BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG LÁI 56

3.1 Những hư hỏng thường gặp: 56

3.2 Bảo dưỡng kĩ thuật hệ thống lái 59

3.2.1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 59

3.2.2 Sửa chữa chi tiết hệ thống lái 59

3.3 Quy trình bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 60

3.3.1 Quy trình tháo lắp, bảo dưỡng cơ cấu lái 60

3.3.2 Kiểm tra, bảo dưỡng dẫn động lái và khắc phục khe hở 64

3.3.3 Kiểm tra, bảo dưỡng trợ lực lái 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

LỜI NÓI ĐẦU

Trên nền tảng của đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh vềkinh tế đó là sự thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hoá hiện đạihoá đất nước và sự hội nhập của các nghành công nghiệp, kỹ thuật Ôtôở nước ta ngày càng được chú trọng và phát triển Thể hiện bởi các liêndoanh lắp ráp Ôtô giữa nước ta với nước ngoài ngày càng phát triểnrộng lớn trên hầu hết các tỉnh của cả nước như: FORD, TOYOTA, NISAN,DAEWOO, KIA, Một vấn đề lớn đặt ra đó là sự hội nhập, tiếp thunhững công nghệ kỹ thuật tiên tiến của các nước có nền công nghiệpphát triển vào việc lắp ráp sản xuất cũng như sử dụng bảo dưỡng trên

Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kỹ

thuật hiện đại Em đã được giao nhiệm vụ “Thiết kế hệ thống lái trên

xe tham khảo Toyota camry 2.5G ” với hệ thống lái có trợ lực cải tiến

quá trình điều khiển làm tăng tính năng an toàn chuyển động và giúpcho người lái giảm mệt mỏi

Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề đòi hỏiphải có thời gian dài nghiên cứu và thực nghiệm Mặc dù đã có nhiều

cố gắng nhưng với khả năng và thời gian hạn chế nên bản đồ án của

em không tránh khỏi sai sót cũng như còn nhiều vấn đề không được đềcập tới Em mong các thầy và các bạn đồng nghiệp góp ý để bản đồ ánđược hoàn thiện hơn

Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo hướng dẫn: Vũ Thế Truyền đã tận tình chỉ bảo để em có thể hoàn thành được bản đồ án

này

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Ôtô - Khoa cơ

khí trường Đại Học Công Nghệ Giao Thông Vận Tải cùng các bạn đã

giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu và

hoàn thành đồ án

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ

HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ

1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại.

1.1.1 Công dụng:

Được phát minh từ những năm 50 của thế kỷ XIX, cho đến nay, hệthống lái ô tô vẫn không ngừng được cải tiến nhằm mang lại cảm giáclái tốt hơn cho người dùng

Hệ thống lái ô tô có vai trò rất quan trọng trong việc điều khiểnhướng di chuyển của xe Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thốnglái ô tô rất phức tạp, chia thành nhiều cụm thành phần và bộ phậnnhưng vẫn có sự liên kết và hỗ trợ lẫn nhau

Công dụng của hệ thống lái xe ô tô có vai trò giữ cho ô tô chuyểnđộng theo quỹ đạo nhất định hoặc thay đổi hướng di chuyển của ô tôtheo mong muốn của người lái

1.1.2 Yêu cầu.

An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêuhàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng phươngtiện này Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổnđịnh chuyển động của ôtô là hệ thống lái Để giảm nhẹ lao động chongười lái cũng như tăng thêm độ an toàn cho ôtô, ngày nay trên ôtôthường sử dụng trợ lực lái Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động trênmọi loại đường từ giải tốc độ thấp tới giải tốc độ cao, hệ thống lái cầnđảm bảo các yêu cầu sau:

Đảm bảo được động học quay vòng: các bánh xe lăn không trượt

Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và antoàn Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Hưng

của hệ thống lái phải đảm bảo không gây nên các dao động và va đậptrong hệ thống lái.

Trục lái kết hợp với cơ cấu hấp thụ va đập, cơ cấu này hấp thụ lựcdọc trục tác dụng lên người lái khi có tai nạn Trục lái được gắn lênthân xe qua một giá đỡ dễ vỡ để trục lái đễ dàng tụt xuống khi có vađập

Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng: các bánh xe dẫn hướng saukhi thực hiện quay vòng cần có khả năng tự động quay về trạng tháichuyển động thẳng hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển độngthẳng chỉ cần đặt lực trên vành lái nhỏ hơn khi xe đi đường vòng

Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng trênđường hẹp, đường gấp khúc, hệ thống lái có thể quay ngoặt các bánh

xe trước một cách dễ dàng Quay vòng ngoặt là trạng thái quay vòngvới thời gian quay vòng ngắn và bán kính quay vòng nhỏ

Đảm bảo lực lái thích hợp: Lực người lái đặt lên vành lai khi quayvòng phải nhỏ, lực lái cần thiết sẽ lớn khi xe đứng yên và sẽ giảm khitốc độ xe tăng Vì vậy cần phải đảm bảo lực lái nhỏ nhưng vẫn gâyđược cảm giác về trạng thái mặt đường

Hệ thống lái không được có độ rơ lớn: Với xe có vận tốc lớn nhấttrên 100Km/h, thì độ rơ vành lái không vượt quá 180, với xe có vận tốclớn nhất từ 25 km/h đến 100km/h thì độ rơ vành lái không vượt quá

270

Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây tổn thươngcho người lái khi xảy ra tai nạn Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơnhiệu suất nghịch để giảm tác động từ mặt đường qua kết cấu lái lên vôlăng

Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa góc quay vô lăng với góc quay bánh xe dẫnhướng Không đòi hỏi người lái xe một cường độ lao động quá lớn khiđiều khiển ôtô

Độ tin cậy cao

Dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa

1.1.3 Phân loại.

- Theo bố trí bánh lái chia ra hệ thống lái với bánh lái bố trí bênphải hoặc bên trái (tính theo chiều chuyển động của xe) Bánh lái bố tríbên trái dùng cho những nước thừa nhận luật đi đường theo phía phảinhư ở các nước xã hội chủ nghĩa Bánh lái bố trí bên phải dùng chonhững nước thừa nhận luật đi đường theo phía bên trái như ở Anh,Nhật, Thụy Điển…

- Theo số lượng bánh dẫn hướng chia ra hệ thống lái với các bánhdẫn hướng ở cầu trước, ở hai cầu và ở tất cả các cầu

- Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra loại trục vít loại liên hợp (gồmtrục vít, êcu, thanh khía, quạt răng) Loại thanh răng…

1.2 Cấu tạo hệ thống lái.

1.2.1 Cấu tạo chung.

1 Vành tay lái (vô lăng)

trong của vành lái

Mô men tạo ra trên vành tay

lái là tích số của lực lái do người lái

tác dụng vào và bán kính của vành

tay lái

Vành lái (vô lăng) của bất kỳ

hệ thống ô tô nào cũng có độ rơ

nhất định Khi xe dừng, các bánh

dẫn hướng ở vị trí thẳng, lắc nhẹ vô lăng về phía trước hoặc phía sau

Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo hệ

thống lái

với lực lái nhẹ bằng ngón tay thì độ rơ cực đại của vô lăng đối với vôlăng không được vượt quá 30 mm.

Bản thân vành lái có thể được làm bằng chất dẻo, cao su nhân tạohoặc bằng gỗ, và nó có thể được bọc bằng da thật hoặc da nhân tạo

- Trục lái:

Trục lái có nhiệm vụ truyền mô men lái xuống cơ cấu lái Trục láigồm có: Trục lái chính có thể truyền chuyển động quay của vô lăngxuống cơ cấu lái và ống trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe.Đầu phía trên của trục lái chính được gia công ren và then hoa để lắp

vô lăng lên đó và được giữ chặt bằng một đai ốc

- Đòn quay đứng:

Đòn quay đứng có tác dụng truyền mô men từ trục đòn quay của

cơ cấu lái tới các đòn kéo dọc hoặc kéo ngang được nối với cam quaycủa bánh xe dẫn hướng

1.2.2 Cơ cấu lái.

Cơ cấu lái có tác dụng biến chuyển động quay truyền đến từ vànhlái thành chuyển động lắc Các loại cơ cấu lái thường gặp nhất là: Cơcấu lái trục vít ê cu bi, Cơ cấu lái trục răng thanh răng, Cơ cấu lái kiểu

bi tuần hoàn

- Cơ cấu bánh răng-thanh răng:

Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng gồm một bánh răng nối trực tiếpvới một ống kim loại và một thanh răng được gắn trên ống kim loạikhác Thanh nối có nhiệm vụ nối hai đầu mút của thanh răng Kết cấu

cơ khí này khá đơn giản, phù hợp với những dòng xe du lịch, ô tô tảinhỏ và xe SUV

- Cơ cấu lái trục vít-con lăn:

Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất Trênphần lớn các ôtô Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đềuđặt loại cơ cấu này

- Cơ cấu lái trục vít chốt quay:

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 mònnhanh, bản thân chốt có độ chịu mài mòn kém

- Cơ cấu lái trục vít-cung răng:

Cơ cấu này hiện đang được sử dụng trên hầu hết các xe tải vàSUV

- Cơ cấu lái loại liên hợp:

Loại cơ cấu lái này gần đây được sử dụng rộng rãi trên các loại ôtôtải GMC, không có cường hoá thuỷ lực và trên ôtô ZIN - 130, ZIN - 131với cường hoá thuỷ lực Cơ cấu lái loại liên hợp hay dùng nhất là loạitrục vít - êcu - cung răng Sự nối tiếp giữa trục vít và êcu bằng dãy binằm theo rãnh của trục vít Nhờ có dãy bi mà trục vít ăn khớp với êcutheo kiểu ma sát lăn

và đòn kéo tạo lên hình thang lái

1.2.4 Trợ lực lái.

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao độngcủa người lái, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đường dài Đặc biệt

trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nhằm nâng cao tính an toànchuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe như nổ lốp, hết khí nén tronglốp và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái.

Để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đạiđều dùng lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặtđường Kết quả là cần một lực lái lớn hơn

Lực lái có thể giảm bằng cách tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái Tuynhiên việc đó lại đòi hỏi phải quay vô lăng nhiều hơn khi xe quay vòngdân đến không thể thực hiện được việc ngoặt gấp

Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi vẫn chỉ cần lựclái nhỏ, cần phải có một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợlực hệ thống lái Trợ lực lái đựơc sử dụng chủ yếu ở những xe hạngnặng, ngày nay cũng dùng trên các xe du lịch gọn nhẹ

- Hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS-Hydraulic Power Steering)

- Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử (EHPS-ElectronicHydraulic Power Steering)

- Hệ thống lái trợ lực điện tử (EPS-Electronic Power Steering)

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI2.1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế.

2.1.1 Phương án dẫn động lái:

2.1.1.1 Dẫn động lái bốn khâu (hình thang lái Đan tô).

Hình thang lái bốn khâu đơn giản dễ chế tạo đảm bảo được độnghọc và động lực học quay vòng các bánh xe Nhưng cơ cấu này chỉdùng trên xe có hệ thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng )

Do đó chỉ được áp dụng cho các xe tải và những xe có hệ thống treo

phụ thuộc, còn trên xe du lịch ngày nay có hệ thống treo độc lập thìkhông dùng được

khâu.

Hình 2.1-Dẫn động lái bốn

khâu

Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có

hệ thống treo độc lập lắp trên cầu dẫn hướng Ưu điểm của dẫn độnglái sáu khâu là dễ lắp đặt cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc, bốtrí cường hoá lái thuận tiện ngay trên dẫn động lái, Hiện nay dẫn độnglái sáu khâu được dùng rất thông dụng trên các loại xe du lịch như:Toyota, Nisan, Mercedes,…

Kết luận:

Với đề tài “Thiết kế hệ thống lái cho xe tham khảo Toyota camry2.5G”, hệ thống treo độc lập do đó ta chọn dẫn động lái sáu khâu Đặcđiểm của dẫn động lái sáu khâu là có thêm thanh nối nên ngăn ngừađược ảnh hưởng sự dịch chuyển của bánh xe dẫn hướng này lên bánh

xe dẫn hướng khác

2.1.2 Phương án thiết kế cơ cấu lái.

Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảmbảo.Vì vậy cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

- Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiếtcủa xe

- Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớnhơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớnở 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

- Lực dùng để quay vô lăng được gọi là lực lái, giá trị của lực nàyđạt giá trị max khi xe đứng yên tại chỗ, và giảm dần khi tốc độ của xetăng lên và đạt nhỏ nhất khi tốc độ của xe lớn nhất

- Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các vađập từ măt đường lên vô lăng Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đậptruyền 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 đượcxác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vành lái vô lăng và mômen đặt trên vành lái Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào độđàn hồi của các phần tử như cơ cấu lái, các đòn dẫn động…

- Hiện nay cơ cấu lái thường dùng trên ôtô có những loại: trục răng

– thanh răng, trục vít cung răng, trục vít con lăn, trục vít chốt quay vàloại liên hợp

2.1.2.1 Kiểu trục răng thanh răng.

Cơ cấu lái kiểu trục răng – thanh răng gồm bánh răng ở phía dướitrục 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 cóphớt che bụi đảm bảo trục răng quay nhẹ nhàng

Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng củathanh răng nằm ở phía giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn Khi vôlăng quay, bánh răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sangphải hoặc sang trái trên hai bạc trượt Sự dịch chuyển của thanh răngđược truyền tới đòn bên qua các đầu thanh răng, sau đó làm quay

bánh xe dẫn hướng quanh trụ xuay đứng

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyềnrăng nghiêng, trục răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêngcủa 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

- Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng có các ưu điểm sau:

- Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanhrăng tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéongang như các cơ cấu lái khác

- 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 láinhẹ

2.1.2.2 Cơ cấu lái trục vít con lăn.

Trên hình 2.4 trình bày cơ cấu lái loại trục vít con lăn Cơ cấu gồm trụcvít gơbôlôit (1) ăn khớp với con lăn (2) đặt trên các ổ bi kim của trục(3) của đòn quay đứng, số lượng ren của loại cơ cấu lái này có thể là

một, hai, hoặc ba tùy theo lực truyền qua cơ cấu lái

Ưu điểm:

Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít khônglớn nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộnghơn, 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 cỡôtô mà làm con lăn có hai đến bốn vòng ren

1

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPMất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sátlăn.

Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng Đườngtrục của con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn  = 5 7mm, điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cáchđiều 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:

Trong đó:

r2 - bán kính vòng tròn ban đầu của hình glô-bô-it của trục vít

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 rìakhoảng 5  7% nhưng sự tăng này không đáng kể coi như tỷ số truyềncủa loại trục vít con lăn là không thay đổi Hiệu suất thuận th = 0,65,hiệu suất nghịch ng = 0,5

2.1.2.3 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

Ưu điểm:

Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theoyêu cầu cho trước Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo khi chế tạotrục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền khôngđổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian Khi gắnchặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hay đòn quay

và trục vít phát sinh ma sát trượt Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái vàgiảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi.Nếu bước của trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác địnhtheo công thức:

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

răng.

Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răngcủa cung răng là hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theođường nên toàn bộ chiều dài của cung răng đều truyền tải trọng Vì vậy

Hình 2.6-Cơ cấu lái trục vítcung răng

áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ mòn của trục vít và cung răng đềugiảm Để đạt độ cứng vững tốt người ta đặt trục đòn quay trong ổ bikim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng.

Khe

khớp thay đổi từ 0,03mm (ở vị trí trung gian), 0,25 0,6mm ở vị trí haibên rìa Điều chỉnh khe hở ăn khớp nhờ thay đổi chiều dày của đệmđồng 2 Khắc phục khoảng hở trong các ổ, thanh lăn nhờ giảm bớt cácđệm 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 bộchiều dài của cung răng nên áp suất trên răng bé, giảm được ứng suấttiếp 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 theocông thức:

có thể dùng trên các loại ôtô khác nhau

2.1.2.5 Cơ cấu lái loại liên hợp.

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

Trong đó:

r0 - bán kính ban đầu của cungrăng

t - bước của trục vít

Hiệu suất thuận vào khoảng 0,7 hiệu suất nghịch vào khoảng 0,85

Do hiệu suất nghịch cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trênđường mấp mô sẽ nặng nhọc, nhưng nó có khả năng làm cho ôtô chạy

ổn định ở hướng thẳng nếu vì một nguyên nhân nào đó làm bánh xephải quay vòng

Cơ cấu lái loại liên hợp 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

Kết luận:

Đối với đề tài “Thiết kế hệ thống lái cho xe tham khảo Toyotacamry 2.5G” , thì cơ cấu lái tốt nhất và thích hợp nhất là cơ cấu lái trụcrăng – thanh răng

2.2: Tính toán thiết kế hệ thống lái.

2.2.1 Các thông số tham khảo xe Toyota Camry 2.5G.

Khoảng cách giữa đòn ngang và trụ trước : y = 182mm.

Chiều dài đòn thanh nối bên hình thang lái : p = 250mm

* Thông số trên được tham khảo từ xe Toyota camry 2.5G 2015

2.2.2 Tính động học hình thang lái.

Nhiệm vụ của tính toán động học dẫn động lái là xác định nhữngthông số tối ưu của hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng củacác bánh xe dẫn hướng một cách chính xác nhất và động học đúng củađòn 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 cácbánh xe dẫn hướng khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mốiquay hệ sau đây của của góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngoài vàbên trong so với tâm quay vòng Theo giáo trình thiết kế và tính toánôtô máy kéo mối quan hệ đó được thể hiện ở công thức sau:

(2.1)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 ôtô

Từ biểu thức trên để bánh xe dẫn hướng lăn tinh mà không bị trượtlết trong quá trình quay vòng thì hiệu số cotg góc quay của bánh xebên ngoài và bên trong phải luôn là một hằng số và bằng B/L.

Hình thang lái phải đảm bảo động học quay vòng của các bánh xedẫn hướng Nó bao gồm các khâu được nối với nhau bằng các khớp cầu

và các đòn bên được bố trí nghiêng một góc so với dầm cầu trước

a) Trường hợp xe đi thẳng:

Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình 2.8 ta có thể tính được mối quan hệgiữa các thông số theo các biểu thức sau:

(2.2)Trong đó:

(2.3)

Mặt khác:

Thay (2.4) vào (2.2) ta được:

Các đòn bên tạo với phương dọc một góc 

Hình 2.8-Sơ đồ hình thang lái khi xe chạy

thẳng

(2.5)

Khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan

hệ giữa  và  vẫn được giữ nguyên như công thức trên thì hình thanglái Đan - Tô không thể thoả mãn hoàn toàn được

Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho sai lệchvới quan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữagóc quay vòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở những gócquay lớn, nhưng cũng không được vượt quá 1.50

b) Trường hợp khi xe quay vòng:

Khi bánh xe bên trái quay đi một góc  và bên phải quay đi2 mộtgóc , lúc này đòn bên của bánh xe bên phải hợp với phường ngangmột góc (-) và bánh xe bên trái là ( +)

động trên hình 2.9 ta có mối quan hệ của các thông số theo quan hệsau:

(2.6)Với:

(2.7)

Từ quan hệ hình học trong tam giác ACD ta có:

(2.8)

Thay(2.8) vào biểu thức trên ta có:

Hình 2.9-Sơ đồ hình thang lái khi xe quay

vòng



Mặt khác:

(2.10) (2.11)

Từ (2.9) và (2.10) thay vào (2.11) ta được biểu thức liên hệ giữa 

và  như sau:

(2.12)

Trong đó:

(2.13)

2.2.3 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết.

Trên hệ trục toạ độ đề các 0 ta xác định được đường cong đặctính lý thuyết qua quan hệ  = f(,)

Theo công thức (3.1) ta có:

Ứng với các giá trị của góc  từ 00, 50, , 400 ta lần lượt có các giátrị tương ứng của góc  Các giá trị này được lập trong bảng 2.1 dướiđây:

(2.9)

2.2.4 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế.

Để xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế ta phảixây dựng được đường cong biểu thị hàm số  = f(,) Theo mối quan

hệ này thì nếu biết trước một góc  nào đó ứng với một giá trị của góc

 thì ta có một giá trị của góc  Mối quan hệ giữa các góc ,  và theo công thức (2.12) và (2.13) được thể hiện như sau:

Trong đó:

 - góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên ngoài

 - góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên trong

L - chiều dài cơ sở của xe L = 2775 (mm)

B - khoảng cách giữa hai trục đứng của cầu dẫn hướng B =1440(mm)

 - góc tạo bởi đòn bên hình thang lái và phương ngang =78

m - chiều dài đòn bên hình thang lái m = 160 (mm)

y – Khoảng cách giữa đòn ngang với trục trước trong hình thang lái

Bảng 2.1:Quan hệ giữa  và  theo lý

y = 182 (mm).

p – Chiều dài đòn thanh nối bên hình thang lái P = 250 (mm)

Dựa vào công thức (3.12) ta xây dựng các đường đặc tính hìnhthang lái thực tế ứng với mỗi giá trị của góc  = (00, 50, , 400) ta lấygóc  theo xe thiết kế

 = 780 Các giá trị tương ứng được thể hiện trong bảng dưới đây:

Bảng 2.2: Quan hệ giữa  và  trong điều

kiện thực tế

Nhận thấy rằng độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và gócquay vòng lý thuyết đều nhỏ hơn 10 trong phạm vi có thể quay vòngcủa bánh xe dẫn hướng do đó các thông số của hình thang lái xe thiết

Đường thựctế



r a

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

a – cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng

với xe thiết kế ta đo được (a = 0.03 m)

f – hệ số cản lăn ta xét trong trường hợp

khi ôtô chạy trên đường nhựa và khô ta chọn

f = 0.015

Vậy:

(Nm)

b) Mômen cản M 2 do sự trượt bên của bánh xe trên mặt đường.

Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc giữalốp 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 hìnhchiếu của trục bánh xe một đoạn x về phía sau đoạn x được thừa nhậnbằng nửa khoảng cách của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài của nótheo công thức sau:

(2.17)Trong đó:

Hình 2.11-Sơ đồ lực tácdụng lên bánh xe khi bánh

xe quay vòng

k : Là hiệu suất của các khớp thanh kéo Chọn k = 0.8.

t : Là hiệu suất của trụ đứng Chọn t = 0.9



Thay các giá trị M1, M2, M3 và  vào công thức (2.15) ta được:

(Nm)

2.2.5.2 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái.

Khi đánh lái trong trường hợp ôtô đứng yên tại chỗ thì lực đặt lênvành tay lái để thắng được lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xedẫn hướng là lớn nhất Lực lớn nhất đặt lên vành tay lái được xác địnhtheo công thức:

th – hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái thanh răng –trục răng hiệu suất thuận th = 0.6.

id – tỷ số truyền của truyền động lái id = 1; [ ]

Vậy thay vào công thức (2.20):

(N)

2.2.5.3 Xác định các thông số hình học của dẫn động lái và cơ cấu lái.

a) Chiều dài thanh răng.

Theo sơ đồ dẫn động lái, khi bánh xe dẫn hướng quay đi một góc thì thanh răng dịch chuyển một đoạn là X

(2.21)Trong đó:

(2.22)Thay các số liệu vào công thức (2.21) ta được:

Do thanh răng quay về cả hai bên nên khoảng cách của thanhrăng sẽ phải thoả mãn là: L = 170 (mm)  2* X1 = 2*74 = 148 (mm).Vậy khoảng cách phải làm việc của thanh răng đo trên chiều dàicủa trục nhỏ bằng nửa lần chiều dài ( L = 170 mm ) Vậy thanh răng đủdài để xe có thể quay vàng dễ dàng mà không bị chạm

b) Các thông số của bộ truyền cơ cấu lái.

*) Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng:

Để xác định được bán kính vòng lăn của bánh răng ta có thể thựchiện theo các phương pháp sau:

+ Chọn trước đường kính vòng lăn của bánh răng từ đó tính ravòng quay của bánh răng có phù hợp không Có nghĩa là ứng với số

vòng quay (n) nào đó thì thanh răng phải dịch chuyển được một đoạn

X1 = 73.89 (mm)

+ Chọn trước số vòng quay của vành lái rồi sau đó xác định bánkính vòng lăn của bánh răng đối với cơ cấu lái loại thanh răng – bánhrăng thì số vòng quay của vành lái thì cũng là số vòng quay của bánhrăng

Dựa vào xe tham khảo, chọn số vòng quay của vành lái ứng vớibánh xe quay là n = 1.5 vòng

Ta có công thức :

Suy ra:

R = = 7.84 mm

*) Xác định các thông số của bánh răng:

* Tính số răng theo tài liệu chi tiết máy

Suy ra  = arcos 0.956 = 18

Môduyn ngang của bánh răng :

mt = = = 2.62

Số răng tối thiểu:

Zmin = 17*cos3 = 17*cos3180 = 14.62

Như vậy Zmin = 15 >5 do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phảidịch chỉnh, ta chọn kiểu dịch chỉnh đều  = 0

+ Đường kính đỉnh chân răng:

Df =Dc- 2*mn*(1.25- )=15.68–2*2.5*(1.25- 0.647) =12.665 mm 12mm

+ Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy  = 200.+ Đường kính cơ sở của bánh răng:

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

Dc = Dd – 2*m*(1.25 - ) = 24 – 2*2.5*(1.25 – 0.647) = 20.985 mm

 20mm

+ Đường kính vòng đỉnh của thanh răng:

Dd = D = 24 mm

+ Chiều cao của thanh răng:

h = (f’ + f’’) mn = (1+ 1.25)*2.5 = 5.625.

2.2.5.4 Tính bền.

a) Tính bền cơ cấu lái trục răng – thanh răng.

Đối với loại truyền động truc răng – thanh răng phải đảm bảo chocác răng có độ bền cao

Xác định lực tác dụng lên bộ truyền trục răng – thanh răng

* Lực vòng tác dụng lên bánh răng:

(N)

* Lực hướng tâm tác dụng lên trục răng theo công thức:

(N)

* Lực dọc tac dụng lên trục răng:

Kiểm tra vật liệu

Trong quá trình làm việc trục răng, thanh răng chịu ứng suất uốntiếp xúc và chịu tải trọng va đập từ mặt đường Vì vậy thường gây rahiện tương rạn nứt chân răng Do ảnh hưởng lớn tới sự tin cậy và tuổithọ của cơ cấu lái Để đảm bảo được những yêu cầu lam việc của cơcấu lái thì vật liệu chế tạo trục răng – thanh răng được dùng là thép XHđược tôi cải thiện

Có:

HB = 260  290

* Ứng suất cho phép:

+ Ứng suất tiếp xúc cho phép:

- Giới hạn bền mỏi tiếp xúc của trục răng:

- Ứng suất tiếp xúc cho phép của trục răng:

(2.26)Trong đó:

+ SH: Là hệ số an toàn ; lấy SH = 1.1

+ ZR: Hệ số xét ảnh hưởng của độ nhám; ZR = 0.95

+ ZV: Hệ số xét ảnh hưởng của vận tốc vòng; ZV = 1.1

+ KXH: Hệ số xét ảnh hưởng của kích thước trục răng; KXH = 1

+ KF: Hệ số xét ảnh hưởng của độ độ bôi trơn; KF = 1

Thay các thông số vào công thức (2.26) ta được:

* Ứng suất cho phép :

- Giới hạn bền mỏi uốn của trục răng:

(2.27)Chọn KFL = 1; Với bộ truyền quay hai chiều ta chọn KFC = 0.7



* Ứng suất uốn cho phép:

(2.28)Trong đó:

* Kiểm nghiệm độ bền uốn

- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

+

Trong đó:

H = 1.1; b = d * d = 0.6*24 = 14.4



Thay các thông số vào công thức (2.29) ta được:

xúc

* Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

Ứng suất uốn được tính theo công thức:

(2.30)

Với: YF1, YF2 là hệ số dạng răng

Theo đồ thị trên “Hình (10.21) tài liệu chi tiết máy” với hệ số dạngrăng dịch chỉnh  = 0.647 và số răng tương đương.

KF= 1.25 “Tra theo đồ thị 10 - 14 tài liệu chi tiết máy”

KF: Tính theo công thức:

Với

Thay các thông số vào công thức (2.28) ta được:

Vậy điều kiện được thoả mãn  Bộ truyền trục răng - thanh răngđảm bảo đủ bền trong quá trình làm việc

(2.32)Trong đó:

+

+ L: Chiều dài trục lái: L = 400 mm = 0.4 m

+ G: Mô đun đàn hồi dịch chuyển: G = 8*104 N/mm2

Thay các giá trị vào công thức(3.32):

(rad)

Góc xoắn tương đối không vượt quá (5.5 7.5)/m

Suy ra:

, vậy trục lái đảm bảo góc xoắn tương đối

Như vậy trục lái đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

c) Tính bền đòn kéo ngang.