5 CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU LÁI BÁNH RĂNG – THANH RĂNG TRỢ LỰC THỦY LỰC .... Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu lái bánh răng – thanh răng trợ lực thủy lực ...
TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU LÁI BÁNH RĂNG –
Giới thiệu phương án thiết kế
Hình 1: Thông số tính toán cơ cấu lái
Dựa trên những thông số đã được cung cấp, nhóm sẽ tính toán thiết kế cơ cấu lái loại bánh răng – thanh răng, có trợ lái thủy lực
Những ưu điểm của cơ cấu lái loại này là:
Cơ cấu lái gọn nhẹ và đơn giản, nhờ vào kích thước nhỏ gọn của nó Thanh răng trong cơ cấu này không chỉ thực hiện chức năng lái mà còn đóng vai trò như một thanh dẫn động, giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng các đòn kéo ngang như trong các hệ thống lái khác.
- Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp;
- Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền momen rất tốt nên tay lái nhẹ.
Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu lái bánh răng – thanh răng trợ lực thủy lực
1 Tính tỉ số truyền hệ thống lái và lực tác dụng lên vành tay lái
1.1 Tính tỉ số truyền của hệ thống lái
Dựa vào hình 2, ta tính được góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng phía trong: min 0,5 0 max tg L
Trong đó : L - chiều dài cơ sở của xe ;
B0 - khoảng cách giữa hai trụ đứng ; β - góc quay bánh xe dẫn hướng phía trong;
Rmin - Bán kính quay vòng tối thiểu
Hình 2: Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi quay vòng
Từ phương trình 1.1 ta có: min 0
Tỉ số truyền của hệ thống lái:
Trong đó ' max là góc quay lớn nhất của vành tay lái; với xe du lịch ta chọn vòng quay lái lớn nhất là 1,5 vòng
Vậy ta có tỉ số truyền của hệ thống lái: max
1.2 Tính lực tác dụng lên vành tay lái
Khi ô tô đứng yên và thực hiện đánh lái, lực tác động lên vành tay lái để vượt qua lực cản quay vòng tại bánh xe dẫn hướng là lớn nhất Lực tối đa này có thể được tính toán theo công thức cụ thể.
R v - bán kính vành lái, R = 0,25 (m); i ht - tỉ số truyền của hệ thống lái, i ht = 18; ƞ th : hiệu suất thuận của cơ cấu lái, ƞth = 0,75 ÷ 0,85, ƞth = 0,8 max
Hệ thống trợ lực lái là giải pháp cần thiết để giảm mệt mỏi cho người lái khi điều khiển xe trong thời gian dài, mang lại sự thoải mái và dễ chịu trong quá trình lái xe.
2 Thiết kế hình thang lái
2.1 Tính động học của hình thang lái
Khi thực hiện quay vòng, để tránh tình trạng trượt bánh xe ô tô, cần điều chỉnh các bánh xe dẫn hướng bên phải và bên trái theo các góc khác nhau, ký hiệu là α và β Các góc này có mối liên hệ với nhau thông qua công thức: cot α = cot β.
Hình 3 minh họa sơ đồ động học khi xe quay vòng, trong đó α biểu thị góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên ngoài (độ) và β là góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên trong (độ).
B o – khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng (mm);
Chiều dài cơ sở của xe con (L) được đo bằng milimét (mm) và là yếu tố quan trọng để đảm bảo khả năng quay vòng chính xác Xe được trang bị cơ cấu hình thang lái 6 khâu, chỉ áp dụng gần đúng cho điều kiện này, đặc biệt trong trường hợp xe di chuyển thẳng.
Hình 4 : Sơ đồ động học khi xe đi thẳng
Từ sơ đồ dẫn động lái trên ta có thể tính được mối liên hệ giữa các thông số theo các biểu thức sau:
X = B − m θ + p − y − m θ (2.4) Các đòn bên tạo với phương ngang một góc 𝜃 Khi ôtô quay vòng với các bán kính khác nhau, hình thang lái đantô không hoàn toàn thỏa mãn mối quan hệ giữa α và β như trong công thức trên Tuy nhiên, có thể chọn kết cấu hình thang lái với sai lệch cho phép, không vượt quá 1 độ.
X b) Trường hợp xe quay vòng:
Hình 5 : Sơ đồ động học khi xe quay vòng
Ta có các thông số như trên hình vẽ
Từ sơ đồ ta có mối quan hệ của các thông số như sau:
Từ quan hệ hình học trong tam giác ACD ta có:
BC = AC + AB − AB AC
Thay vào biểu thức trên ta có:
Từ mối quan hệ hình học trong tam giác ACD ta có:
Thay vào ta có biểu thức sau:
2.2 Xác định các đường đặc tính lý thuyết
Trên hệ trục tọa độ đề các α0β ta xác định được đường cong đặc tính lý thuyết qua quan hệ
Ta cho giá trị α thay đổi từ 0 o ÷ 30 o từ đó ta lần lượt xác định được giá trị góc β tương ứng:
Bảng 2.1 Quan hệ giá trị góc giữa α và β theo lý thuyết β 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 α 0 2,9 5,64 8,23 10,67 12,9 15,21 17,32 19,35 21,31 23,2
2.3 Xây dựng đường đặc tính thực tế Để xây dựng đường cong hình thang lái thực tế ta phải xây dựng đường cong biểu thị hàm số = f ( ; ) Ta có mối quan hệ giữa các thông số đó như sau:
Khi thiết kế hệ thống lái, cần xác định một số thông số quan trọng để tối ưu hóa không gian bố trí Các thông số bao gồm chiều dài đòn bên m là 180 mm, khoảng cách giữa đòn ngang và trục trước y là 188 mm, và chiều dài thanh nối bên hình thang lái p là 280 mm.
Thông số thiết kế là góc : Góc tạo bởi chiều dài đòn bên m và phương ngang
Lần lượt cho = 76 0 ; 77 0 ; 78 0 ; ta có bảng số liệu sau:
Bảng 2.2: Bảng số liệu tính toán góc đánh lái bánh xe dẫn hướng
Dựa vào kết quả tính toán, giá trị 4 45
Theo sơ đồ dẫn động lái, khi bánh xe dẫn hướng quay được một góc βmax = 30° thì thanh răng dịch chuyển một đoạn X1
Chiều dài làm việc của thanh răng L phải lớn hơn 2.X1, với X1 = 187,64 mm Do đó, chúng ta chọn chiều dài làm việc của thanh răng là L0 (mm) để đảm bảo rằng xe có thể quay vòng mà không bị chạm vào thanh răng.
3.1 Xác định các thông số cơ bản của bánh răng a) Bán kính vòng lăn của bánh răng
Số vòng quay của vành lái ứng với bánh xe là n = 1,5 vòng
→ = = b) Xác định các thông số của bánh răng
Tính số răng theo chi tiết máy
Dc - Đường kính vòng chia; Dc = 2.R = 16,78 mm
𝑚 𝑛 (2.16) mn - môdul pháp tuyến của bánh răng chọn theo tiêu chuẩn
=> chọn mn = 2 β - góc nghiêng của bánh răng, ta chọn β = 18 o
=> chọn số răng nghiêng là Z = 8
Tính chính xác lại góc nghiêng, ta có: cos𝛽 = 𝑍 𝑚 𝑛
Môdul ngang của bánh răng:
Số răng tối thiểu Zmin = 17.cos 3 β = 17.cos 3 (18 o ) = 14,62
Như vậy Zmin = 15 > 7 do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phải dịch chỉnh, ta chọn 𝜑 ∑ = 0 Xác định hệ số dịch chỉnh φbr
Từ đó ta tính được các thông số của bộ truyền bánh răng: Đường kính vòng đỉnh:
Dd = Dc + 2 mn.(1+φ) = 22,65 (mm) (2.19) Đường kính chân răng:
Df = Dc – 2.mn.(1,25 – φ) = 13.65 (mm) (2.20) Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy: α = 20 o Đường kính vòng chia:
D0 = Dc cosα = 16,78 Cos(20 o ) = 15,77 (mm) (2.21) Chiều cao răng: h = 2,25 mn = 2,25 2 = 4,5 (mm) (2.22) Chiều dày của răng trên vòng chia
3.2 Xác định kích thước và thông số của thanh răng
Hình 7: Thông số hình học của thanh răng Đường kính của thanh răng được cắt tại mặt cắt nguy hiểm nhất:
: ứng suất soắn cho phép (50 80) kG/mm 2
Mx: Mô men soắn gây sự nguy hiểm ở thanh răng bằng mô men cản quay vòng của bánh xe Mx
Thay các thông số vào công thức 3.16 ta được
Chọn: Đường kính thanh răng dtr = 30 (mm);
Chiều dài làm việc của thanh răng: L= 200 (mm);
Mô đun của thanh răng chọn trong dãy 1: m= 2;
Chiều cao của thanh răng: h = 2,5 m= 2,5.2= 5 (mm);
Số răng cần thiết trên thanh răng để khi quay vòng:
Khoảng cách giữa hai răng liên tiếp là y:
Khoảng cách trục aw = (d1 +dtr)/2 = (20+24)/2 = 22 (mm)
XÂY DỰNG BẢN VẼ KỸ THUẬT CỦA CƠ CẤU LÁI BÁNH RĂNG -
Giới thiệu phần mềm
SOLIDWORKS là phần mềm thiết kế 3D tham số, ra đời năm 1995 và chạy trên hệ điều hành Windows, do công ty SOLIDWORKS thuộc Dassault Systèmes phát triển Dassault Systèmes, một trong những tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới có trụ sở tại Vélizy, Pháp, đã tạo ra phần mềm này để phục vụ nhu cầu thiết kế của người dùng Hiện nay, SOLIDWORKS có gần 6 triệu người dùng bản quyền trên toàn cầu, bao gồm khoảng 200.000 doanh nghiệp và tập đoàn.
Phần mềm SOLIDWORKS, ra mắt lần đầu vào năm 1995, đã trải qua nhiều cải tiến đáng kể về tính năng và hiệu suất, đáp ứng tốt nhu cầu thiết kế 3D trong các lĩnh vực kỹ thuật và công nghiệp Ngoài ra, SOLIDWORKS còn được ứng dụng rộng rãi trong các ngành như đường ống, kiến trúc, nội thất và xây dựng, nhờ vào khả năng thiết kế 3D mạnh mẽ cùng danh mục giải pháp hỗ trợ đa dạng.
• Những nhóm tính năng cơ bản của SOLIDWORKS 3D
• 1 Thiết kế mô hình 3D chi tiết
SOLIDWORKS là một trong những giải pháp phần mềm thiết kế 3D CAD nổi bật nhờ vào tính trực quan và phương pháp xây dựng mô hình 3D tham số dễ dàng Phần mềm cho phép tái sử dụng dữ liệu 2D, giúp chuyển đổi nhanh chóng từ bản vẽ, phác thảo 2D sang mô hình hình học 3D Đặc biệt, SOLIDWORKS có khả năng dựng mô hình 3D từ ảnh chụp, mang lại tiện ích lớn cho các hoạt động sáng tạo, đổi mới và phát triển sản phẩm.
• 2 Thiết kế lắp ghép và cụm lắp ghép
Sau khi thiết kế xong, các chi tiết 3D có thể lắp ráp lại thành bộ phận máy hoặc máy hoàn chỉnh, giúp dễ dàng chỉnh sửa và sáng tạo cho sản phẩm mới Từ phiên bản 2019 trở lên, SOLIDWORKS đã bổ sung nhiều tính năng hỗ trợ lắp ghép lớn, tăng tốc độ load và cho phép xem bản vẽ nhanh chóng.
• 3 Xuất bản vẽ dễ dàng
Phần mềm SOLIDWORKS cho phép người dùng tạo ra các hình chiếu vuông góc cho chi tiết hoặc bản lắp, với tỷ lệ và vị trí tùy chỉnh mà không làm thay đổi kích thước thực tế.
Công cụ này cho phép tạo kích thước tự động hoặc theo yêu cầu của người dùng, giúp nhanh chóng tạo ra các chú thích cho các lỗ Ngoài ra, chức năng ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học cũng rất dễ sử dụng.
• 4 Tính năng Tab và Slot
Phần mềm SOLIDWORKS 2018 mang đến khả năng tự động tạo tính năng tab và slot cho việc lắp ghép các bộ phận hàn, cùng với các cải tiến trong tính năng kim loại Tính năng Normal Cut mới giúp duy trì khoảng cách sản xuất hợp lý, trong khi khả năng uốn mới cho phép người dùng tạo ra và trải phẳng góc uốn hiệu quả.
• 4 Cải tiến Quản lý dự án và quy trình
SOLIDWORKS Manage là một phần mềm tích hợp cung cấp giải pháp quản lý dữ liệu, dự án và quy trình hiệu quả Với các tính năng nâng cao, SOLIDWORKS Manage mở rộng khả năng của SOLIDWORKS PDM Professional, giúp người dùng dễ dàng quản lý và theo dõi tiến độ dự án cũng như quy trình làm việc.
• 5 Các tiện ích cải tiến
Online Licensing mang lại sự tiện lợi vượt trội trong việc sử dụng các license trên nhiều máy tính Với SOLIDWORKS Login, người dùng có thể chuyển nội dung và cài đặt tùy chọn đến bất kỳ máy tính nào đã cài đặt SOLIDWORKS Đồng thời, Admin Portal giúp quản lý sản phẩm và dịch vụ của SOLIDWORKS một cách dễ dàng hơn.
SOLIDWORKS là phần mềm CAD hàng đầu, hợp tác với nhiều giải pháp CAM như SolidCAM, MasterCAM và PopCADCAM Từ năm 2017, SOLIDWORKSCAM đã được ra mắt, phát triển từ phần mềm CAMWorks.
• 7 Phân tích động lực học
SOLIDWORKS Simulation cung cấp các công cụ mô phỏng mạnh mẽ giúp kiểm tra và nâng cao chất lượng thiết kế của bạn Trong quá trình thiết kế, các thuộc tính vật liệu, mối ghép và quan hệ hình học được xác định sẽ được cập nhật đầy đủ trong mô phỏng.
Danh mục sản phẩm phần mềm SOLIDWORKS
• Các giải pháp SOLIDWORKS cho quy trình từ thiết kế đến sản xuất và nhiều hơn thế…
Xây dựng bản vẽ lắp 3D của cơ cấu cái bánh răng – thanh răng
+ Sketch trên mặt phẳng và sử dụng lệnh Revolve
+ Sử dụng lệnh Extrude cut để đục lỗ
+ Sketch theo số đã tính toán và Sử dụng lệnh Revolve
• Thanh nối có chiều dài 280mm
+ Sử dụng cosmic thread tạo ren ảo
+ Sử dụng cut extrude và cirpattern
+ sketch trên mặt phẳng giữa và revolve cut
+ Ta được chi tiết thanh nối
+ sketch hình dạng ban đầu của bộ phận nối khớp cầu và sử dụng lệnh Revolve
+ Tạo ren ảo bằng lệnh Cosmetic Thread
+ Sketch trên mặt phẳng và extrude cut rồi mirror qua mặt phẳng để cut đối xứng
+ Ta có chi tiết khớp cầu
+ Sketch và sử dụng revolve
+ sử dụng lênh Loft qua 3 mặt phẳng
+ extrude cut tạo lỗ và thêm ren ảo
+ sketch và sử dụng revolve
+ Mate 2 chi tiết với nhau ta được rotuyn lái ngoài
+ Skech theo số đã tính toán và sử dụng revole
• Thanh răng dài 754mm, có đường kính 30mm
+ extrude cut để tạo ren và mirror qua đầu còn lại
+ extrude cut với chiều dài làm việc của thanh răng là 200mm
+ Tạo hình dáng răng trên thanh răng
• Chiều cao của răng trên thanh răng = 5mm
+ Tạo răng với lệnh sweep
+ Tạo 32 răng cách nhau 6.25mm bằng lênh Lpattern
+ Extrude cut biên dạng ngoài của thanh ngang để loại bỏ phần thừa của răng
+ Ta được chi tiết thanh răng
+ Sketch răng theo thông số đã tính
• Đường kính vòng đỉnh: 22.65 mm
• Đường kính vòng chia: 15.77 mm
• Đường kính chân răng: 13.65 mm
• Chiều dày của răng trên vòng chia: 3.87 mm
+ Tạo 1 bản sao sketch quay 18 o ở đầu còn lại với lệnh derived sketch
+ Sử dụng lệnh loft giữa 2 biên dạng răng để tạo răng
+ Tạo 8 răng với lệnh CirPattern
+ Tạo thêm trục trước và sau bằng lệnh extrude, ta có chi tiết trục bánh răng
+ Sketch rồi sử dụng lệnh Revolve
+ Tạo 1 mặt phẳng cách tâm về phía trước 22mm, sketch trên mặt phẳng đấy và revolve
+ extrude cut tạo lỗ rỗng
+ Extrude cut và tạo ren cho trục sau
+ Extrude cut tạo lỗ cho trục bánh răng
+ Sketch và revolve cut, mirror qua bên còn lại
+ Revolve cut bên trong trục, mirror qua bên còn lại
+ Tạo đường ống dẫn dầu bằng 3D sketch và sweep
+ Ta được chi tiết vỏ cơ cấu
+ sketch hình dáng chụp chắn bụi và sử dụng lệnh revolve
+ Sketch và extrude biên dạng đai ốc
+ Extrude cut tạo lỗ cho đai ốc
+ Extrude cut vát các mép đai ốc
+ Tạo 1 mặt phẳng ở giữa đai ốc và mirror các mép qua mặt còn lại
+Tạo ren ảo cho lỗ đai ốc
Các chi tiết phụ khác: nắp bịt, lò xo, dẫn hướng, nắp điều chỉnh
LẮP RÁP CƠ CẤU LÁI BÁNH RĂNG – THANH RĂNG TRỢ LỰC THỦY
+ Tạo 1 bản assembly mới và cho vỏ cơ cấu vào
+ Cho phần vỏ cơ cấu vào bằng Insert Component và cố định với lệnh fix
+ Cho thanh răng vào và mate coincident giữ 2 đường tâm của vỏ và thanh răng
+ Tạo mối quan hệ song song (Parallel) giữa mép thanh răng với mặt phẳng trước để cố định thanh răng không cho nó quay
+ Cho trục bánh răng vào và mate coincident giữa đường tâm của trục và đường tâm của lỗ nhét trục bánh răng
Ẩn vỏ bằng cách sử dụng tính năng hide component để dễ nhìn hơn Sau đó, mate điểm chính giữa răng trục với mặt phẳng trước của thanh răng, mặt phẳng này đi qua chính giữa răng của thanh răng Cuối cùng, điều chỉnh để trục bánh răng vào đúng vị trí ăn khớp.
+ Tạo mate - Mechanical – Rack Pinion để tạo chuyển động ăn khớp cơ khí giữa trục bánh răng và thanh răng
+ Lấy 2 vòng bi từ toolbox của solidwork :
• Vòng bi nhỏ: số hiệu 48 – 10
• Vòng bi lớn: số hiệu 3 – 20
+ Mate coincident 2 đường tâm của vòng bi với trục bánh răng và vỏ để cố định vị trí
Đầu tiên, hãy cố định bạc vào vị trí và sử dụng lệnh mate coincident để căn chỉnh hai đường tâm của bạc cố định với thanh răng Tiếp theo, thực hiện lệnh mate coincident giữa hai mặt của vỏ và bạc cố định để đảm bảo bạc được đặt chính xác.
+ Cho khớp cầu vào rồi mate coincident 2 đường tâm của thanh răng và khớp cầu ( Làm cho 2 bên)
• Sau đó mate coincidnet giữa 2 mặt của thanh răng và khớp cầu
• Mate lock để khóa xoay
+ Mate – Advanced - Limitdistance giữa mặt ngoài cùng của vỏ với khớp cầu để giới hạn khoảng cách di chuyển của thanh răng
+ Thêm thanh nối thanh răng vào và mate concentric giữa khớp cầu với bi của thanh nối thanh răng
+ Mate – Advanced - LimitAngle giữa 2 đường tâm của khớp cầu và thanh nối thanh răng để tạo giới hạn góc có thể cử động của thanh nối thanh răng
+ Cho đai ốc vào rồi mate coincident 2 đường tâm của thanh nối thanh răng và đai ốc
• mate limitDistance giữa đai ốc và thanh nối để giới hạn chuyển động của bu lông
+ Cho rotuyn lái ngoài và mate coincident với đường tâm của thanh nối thanh ngang và đai ốc
- Thêm bộ phận thứ 2 của rotuyn lái ngoài
+ mate concentric với bộ phận đầu tiên của rotuyn lái ngoài
+ giới hạn góc quay của bộ phận thứ 2 của rotuyn lái ngoài với mate – limitangle
+ Làm tương tự các bước cho 2 bên
+ Cho chi tiết dẫn hướng mate với lỗ trục sau và với thanh răng
+Cho lò xo và nắp điều chỉnh vào, mate với lỗ trục sau
+ Lắp thêm nắp bịt và mate với lỗ nhét trục bánh răng
+ Lắp thêm chụp chắn bụi và mate concentric với vỏ
Ta có tổng thể cơ cấu lái bánh răng – thanh răng trợ lực thủy lực
Xuất bản vẽ lắp 3D và bản vẽ 2D
Lớp: CLC cơ khí ô tô V-A
THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI BÁNH RĂNG - THANH RĂNG
Trường ĐH giao thông VT
