Tính toán thiết kế và mo phỏng hệ thống lái xe con

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

Mục lục

LỜI NÓIĐẦU……… 02

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN……….03

1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống lái………03

1.2 Kết cấu các dạng cơ cấu lái……… 04

1.3 Các dẫn động lái……… 09

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế……… 12

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI……… 14

2.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái……… 14

2.2 Xác định lực tác dụng lên vành tay lái………15

2.3 Xác định các thong số cơ bản của cơ cấu lái……… 29

2.4 Thiết kế cơ cấu lái……… 20

2.5 Thiết kế dẫn động lái và trợ lực lái……….29

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI XE CON………43

3.1 Giới thiệu chung về phần mềm solidwork……… 43

3.2 Xây dựng quy trình lắp ráp……….44

3.3 Mô phỏng hệ thống lái xe con………47

KẾT LUẬN……… 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO………50

LỜI NÓI ĐẦU

Trên nền tảng của đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế

đó là sự thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đấtnước và sự hội nhập của các ngành công nghiệp, kỹ thuật Ôtô ở nước tangày càng được chú trọng và phát triển Thể hiện bởi các liên doanh lắp rápÔtô giữa nước ta với nước ngoài ngày càng phát triển như: TOYOTA,FORD, NISAN, DAEWOO, KIA, Một vấn đề lớn đặt ra đó là sự hộinhập, tiếp thu những công nghệ kỹ thuật tiên tiến của các nước có nền côngnghiệp phát triển vào việc lắp ráp sản xuất cũng như sử dụng, bảo dưỡng

Hệ thống lái là một hệ thống quan trọng của ôtô dùng để thay đổihướng chuyển động hoặc giữ cho ôtô chuyển động theo một hướng xácđịnh nào đó Một hệ thống lái hoàn thiện về kết cấu, điều khiển dễ dàng sẽgiúp chúng ta điều khiển xe dễ dàng, thoải mái, đảm bảo an toàn của xetrong quá trình vận hành khai thác

Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kỹ thuậthiện đại Em đã được giao nhiệm vụ “ Tính toán thiết kế và mo phỏng hệthống lái xe con “

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn : Th.SỹNguyễn Thành Công đã tận tình chỉ bảo để em có thể hoàn thành được bản

đồ án này

Mặc dù đã cố gắng nhiều nhưng do vì trình độ cũng như điều kiệntìm hiểu thực tế còn hạn chế nên đồ án của em còn nhiều thiếu sót.Em kínhmong được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo và các bạn để đồ án đượchoàn chỉnh và đi vào thực tiễn

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Ôtô - Khoa cơkhí trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Hà Nội cùng các bạn đã giúp đỡ

em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án

Sinh viên

Nguyễn Văn Cường

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống lái

- Hệ thống lái có chức năng tiếp nhận tác động của người điều khiển,thông qua các cơ cấu dẫn động thực hiện điều khiển các bánh xe chuyểnđộng theo quỹ đạo mong muốn.Việc điều khiển này phải đảm bảo tính linhhoạt, nhanh chóng và chính xác

- Trong quá trình chuyển động, hệ thống lái có ý nghĩa quan trọng thôngqua việc nâng cao an toàn điều khiển và chất lượng chuyển động do vậy hệthống lái ngày các được hoàn thiện nhất là khi xe đạt tốc độ lớn

1.1.2 Yêu cầu của hệ thống lái

Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:

- Đảm bảo cho xe quay vòng ngoặt, trong thời gian ngắn, trên diện tích bé

- Đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng tránhtrượt lê gây mòn lốp

- Hệ thống lái phải có khả năng ngăn được các va đập của bánh xe dẫnhướng lên vành tay lái

- Giữ cho xe chuyển động thẳng ổn định

- Đặt cơ cấu lái lên phần được treo của ô tô Cấu tạo đơn giản điều khiểnnhẹ nhàng và thuận lợi

1.1.3 Phân loại hệ thống lái

Hệ thống lái có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau:

 Theo cách bố trí cơ cấu lái:

- Loại cơ cấu lái đặt bên trái ( theo luật đi đường bên phải).

- Bố trí cơ cấu lái bên phải( theo luật đi đường bên trái)

 Theo số bánh xe dẫn hướng:

- Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước

- Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu sau

- Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu

 Theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực lái:

- Loại trợ lực lái thủy lực:

- Loại trợ lực loại khí (Khí nén hoặc chân không)

- Loại trợ lực lái cơ khí

- Loại trợ lực lái dùng điện

1.2 Kết cấu các dạng cơ cấu lái

a)Dạng trục vít - cung răng:

Trên các loại xe trước kia, cơ cấu lái loại này thường dùng rộng rãi trêncác loại ôtô

Hình 1.1 : Kết cấu trục vít- con lăn

1 Trục vít; 2 Vỏ cơ cấu lái; 3 Trục của cung răng ; 4 ổ bi; 5 Cung răng

* Ưu điểm: Cho tỷ số truyền lớn (lớn hơn 24), kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa và giá thành thấp

* Nhược điểm: Nhược điểm lớn nhất khiến cho loại này ít được sử dụnghiện nay đó là khó khăn cho việc bố trí trợ lực lái

b) Cơ cấu lái trục vít- con lăn:

7 8

Hình 1.2 Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành

1 Trục đòn quay đứng; 2 Đệm điều chỉnh; 3 Nắp trên; 4 Vít điều chỉnh;

5 Trục vít; 6 Đệm điều chỉnh; 7 Con lăn; 8 Trục con lăn.

* Ưu điểm: Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn được sử dụng rộng rãi trên cácloại ô tô do có ưu điểm:

- Kết cấu gọn nhẹ;

- Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn;

- Hiệu suất thuận: ηt = 0,77 - 0,82;

- Hiệu suất ngịch: ηn = 0,6;

- Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần

Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn đươc bố trílệch với đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm Khi dịch chuyển conlăn dọc theo trục quay của đòn quay đứng thì khoảng cách A sẽ thay đổi.

Do đó khe hở ăn khớp cũng thay đổi

Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiệnbằng cách dịch chuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụchia của trục vít O1 một lượng x =2,5-5 mm

c)Trục vít - chốt quay

3

1 2

Hình 1.3 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay 1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay

* Ưu điểm: Có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ

nhờ cách chế tạo bước răng trục vít khác nhau

Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theocông thức:

i =2t R cos

Ở đây :  - Góc quay của đòn quay đứng

R - Bán kính đòn dặt chốt

Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu loại này vào khoảng 0.7

Cơ cấu lái này dùng nhiều ở hệ thống lái không có cường hoá và chủ yếu

trên các ôtô tải và khách Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không caonên hiện nay ít sử dụng.

d) Cơ cấu lái trục vít- êcubi thanh răng- cung răng:

* Nhược điểm: Độ dơ của cơ cấu lái khó điều chỉnh Cơ cấu lái loại nàykhông có khả năng tự thay dổi tỷ số truyền, muốn thay đổi thì phải bố trí trợlực lái

e) Cơ cấu lái trục răng (bánh răng) - thanh răng

Hình 1.5: Kết cấu cơ cấu lái bánh răng- thanh răng

1 Thanh xoắn; 2 Gioăng thanh xoắn; 3 Vỏ van phân phối; 4 Phớt chắn;

5 ổ bi đỡ; 6 Van quay; 7 ổ bi chặn; 8 Gioăng làm kín; 9 Chốt; 10 Bánh răng; 11 Nắp bịt bên; 12 Lò xo; 13 Tấm đệm; 14 Dẫn hướng TR; 15 Bạc;

16 Trục van điều khiển.

* Ưu điểm:

+ Do ăn khớp trực tiếp nên có độ nhạy cao

+ Sự truyền mômen tốt do sức cản trong cơ cấu nhỏ nên tay lái nhẹ.+ Hiệu suất thuận bằng hiệu suất nghịch bằng 0,8-0,9

+ Độ dơ cơ cấu lái nhỏ và có khả năng tự động điều chỉnh

+ Cấu trúc đơn giản, gọn, nhẹ Các cơ cấu được bọc kín nên ít phảibảo dưỡng sửa chữa.Thông thường tỷ số truyền của bộ truyền này khôngđổi khi đánh lái sang phải hoặc sang trái Tuy nhiên trong một số cơ cấu tỷ

số truyền có cho phép thay đổi bằng cách thay đổi kết cấu của bộ truyền

1.3 Các loại dẫn động lái

1.3.1 Hệ thống dẫn động lái

Hệ thống dẫn động lái đảm nhận chức năng chuyển động từ cơ cấu láiđến bánh xe dẫn hướng, đảm bảo quan hệ giữa các góc quay của bánh xedẫn

hướng khi thực hiện quay vòng để không xảy ra sự trượt bên ở tất cả cácbánh xe, đồng thời tạo liên kế giữa các bánh xe dẫn hướng

Hệ thống dẫn động là cơ cấu cơ khí gồm các đòn rỗng(để tiết kiệmnguyên vật liệu) liên kết với nhau qua các khớp cầu đảm bảo khả năng tựlựa mà không có khe hở

a)Hệ thống dẫn động lái 4 khâu:

Hình 1.6 Sơ đồ dẫn động lái 4 khâu.

Hình thang lái 4 khâu đơn giản, dễ chế tạo đảm bảo được động học vàđộng lực học quay vòng các bánh xe Nhưng cơ cấu này chỉ dung trên xe có

hệ thống treo phụ thuộc( lắp với dầm cầu dẫn hướng) thường sử dụng trên

xe tải, còn với các xe du lịch có hệ thống treo độc lập thì không đảm bảođộng học

b Dẫn động lái 6 khâu

Hình 1.7 Sơ đồ dẫn động lái 6 khâu

Dẫn động lái 6 khâu được lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệ thốngtreo độc lập lắp trên cầu dẫn hướng Ưu điểm của hệ thống lái 6 khâu là dễlắp đặt cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc bố trí cường hóa láithuận tay ngay trên dẫn động lái Hiện nay dẫn động lái 6 khâu được dungrất rộng rãi trên các loại xe như: Toyota, Nissan, Mercedes…

Đặc điểm của dẫn động lái 6 khâu là có them thanh nối nên ngăn ngừaddowcj ảnh hưởng sự dịch chuyển của bánh xe dẫn hướng này lên bánh xedẫn hướng khác

1.3.2 Trợ lực lái

a) Công dụng và sự cần thiết của trợ lực lái:

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của

người lá, 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 toàn chuyển động khi

xe có sự cố ở bánh xe như nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đậptruyền từ bánh xe lên vành tay lái

Để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đềudùng lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường.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, thời gian quay vòngkéo dài

Chính vì vậy trợ lực lái đựơc sử dụng phổ biến trên ôtô ngày nay

b) Phân loại hệ thống trợ lực lái

Trợ lực lái được chia thành các kiểu sau

+ Loại trợ lực thuỷ lực

+ Loại trợ lực khí(gồm cả cường hoá chân không)

+ Loại trợ lực điện

+ Loại trợ lực cơ khí

c) Nguyên lý hoạt động: Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng côngsuất của động cơ để giảm nhẹ lực lái Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao

áp tác dụng lên piston nằm trong xy lanh lực Mức độ trợ giúp phụ thuộcvào áp xuất dầu tác dụng lên piston Vì vậy nếu cần trợ lực lái lớn hơn thìphải tăng áp suất dầu

* Sơ đồ trợ lực lái thủy lực

- Vị trí trung gian ( khi xe chuyển động thẳng)

Hình 1.8 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian

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 lên pistonkhông chuyển động về hướng nào

- Khi quay vòng

Hình 1.9 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.

B¬m Khèi van ®iÒu khiÓn

Piston

Xy lanh lùc

B¬m Khèi van ®iÒu khiÓn

Piston

Xy lanh lùc

11

Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hướng nào, giả sử quay sang phải thìvan điều khiển cung di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mởrộng hơn Vì vậy làm thay đổi lượng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suấtdầu được tạo ra Như vậy tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hai khoang trái

và phải của piston Sự chênh lệch áp suất đó làm piston dịch chuyển về phía

có áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ được đẩy qua van điều khiển vềbơm

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế

- Trục răng được đỡ bởi hai ổ bi (ở đầu là ổ bi kim), độ dịch chuyển dọc trục của trục răng được điều chỉnh thông qua các ổ bi có ốc điều chỉnh ở phía ngoài tỳ sát vào ổ bi ở đầu trên

- Thanh răng được cắt răng ở một phía, phần còn lại có tiết diện tròn Thanh răng được trượt trên các bạc trượt hình vành khăn Một bạc trượt nằm ở phía không cắt răng và một bạc trượt nửa hình vành khăn tuỳ ở phía dưới thanh răng và có thể điều chỉnh thông qua êcu điều chỉnh nằm phía dưới cơ cấu lái Giữa bạc trượt và êcu có khe hở để đảm bảo tác dụng của

lò xo tỳ, tỳ sát bạc vào thanh răng Êcu được khoá để tránh sự tự nới lỏng

* Dẫn động lái và trợ lực lái:

Hình 1.11 Sơ đồ dẫn động lái có trợ lực thủy lực

Mômen quay của vành tay lái truyền qua trục lái, đến cơ cấu lái, qua bánh răng làm cho thanh răng chuyển động tịnh tiến Thông qua rotuyn lái

sẽ điều chỉnh làm quay bánh xe dẫn hướng

Quá trình này được trợ lực bởi hệ thống trợ lực thủy lực được bố trí như trên hình vẽ 1.11 Trợ lực lái là một thiết bị thủy lực đòi hỏi áp suất cao, thiết bị này sử dụng lực của động cơ để dẫn động bơm trợ lực lái tạo áp suấtthủy lực Bơm này là bơm cánh gạt vì trong bơm sử dụng các cánh gạt để tạo áp suất thủy lực

CHƯƠNG II TINH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 2.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái

* Bảng thông số kỹ thuật của xe cơ sở dựa trên thông số kỹ thuật của xeToyota Vios 2007

Khối lượng phân bố trên cầu trước (kg) 800

Khối lượng phân bố trên cầu sau ( kg) 720

Kích thước toàn bộ dài - rộng -cao (mm) 4300 -1700 -1460

Vệt bánh xe trước – sau (mm) 1470 -1460

Khoảng cách giữa 2 trục quay đứng 1428

Công suất lớn nhất/ Tốc độ quay ( kw/vgp) 80 / 6000

Mô men lớn nhất / Tốc độ quay (Nm/vgp) 141 / 6000

Với xe thiết kế là xe du lịch có bố trí trợ lực lái nên tỷ số truyền của hệthống lái il= 1825, vì tỷ số truyền của dẫn động lái ta chọn idd=1 nên tachọn tỷ số truyền của hệ thống lái cần thiết kế là il=21,6 Tức là góc quaylớn nhất của bánh xe dẫn hướng là 400 thì góc quay của vành tay lái là 8000

Thời gian quay vòng tay lái là thời gian mà người lái phải quay vành taylái từ vị trí tận cùng bên trái sang vị trí tận cùng bên phải và ngược lại, tức

là phải quay vành tay lái đi một góc 800*2= 16000

Nếu người lái đánh lái với vân tốc 1.5 v/s thì thời gian quay vòng là:

t 2 96

360

* 5 1

1600



2.2.Xác định lực tác dụng lên vành tay lái

Lực đặt lên vành lái được xác định cho trương hợp ôtô quay vòng tại chỗ

vì lúc này lực cản quay vòng đạt giá trị cực đại Lúc đó mômen cản quayvòng trên một bánh xe dẫn hướng Mc sẽ bằng tổng số của mômen cản lăn M1, mômen ma sát giữa bánh xe và mặt đường M2 và mômen ổn định M3gây nên bởi các góc đặt của các bánh xe và trụ đứng

a t 



ở đây: Bt – chiều rộng vết trước Bt = 1470 (mm)

B0 – khoảng cách giữa hai trụ đứng cầu dẫn hướng B0= 1428 (mm) Suy ra: a 21mm

2

1428 1470

b, Mômen cản M2 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

và đường sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe Nguyên nhân lệch này là do sựđàn hồi bên của lốp Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu của trụcbánh xe một đoạn x về phía sau đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảngcách của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài của nó theo

Hình 2.3: Lực ngang Y do lốp xe có tính đàn hồi khi chịu mômen quay

hiện mômen cản M3 Việc tính toán mômen này tương đối phức tạp nên giátrị mômen cản 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: M =(M 1 M2) 

Như vậy mômen cản quay vòng tại cầu dẫn hướng được tính như sau:

l c

M M M



 ).

.(

2 1 2

 l –là hiệu suất tính đến tổn hao ma sát tại cam quay và các khớp trongdẫn động lái,  = 0,50  0,70, lấy  = 0,6 :

6 , 0

1 , 1 ) 5 , 176 84 3 (

2

Nm

c, 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 hương là lực lái lớnnhất Lực này được xác định theo công thức :

max

1

ic – tỷ số truyền cơ cấu lái ic=14,5

th – hiệu suất thuận của cơ cấu lái , đối với cơ cấu lái bánh răng thanhrăng th  0 , 65

itr =1 là tỷ số truyền của truyền động lái

65 , 0 1 5 , 14 25 , 0

1

2 , 661

2.3 Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu lái

Cơ cấu lái dung để truyền lực từ vành tay lái đến dẫn động lái Việc quayvòng các bánh xe dẫn hướng , nhất là quay vòng tại chỗ đòi hỏi phải có lựclớn

Tỷ số truyền tính trên cơ sở tăng lực lái và đảm bảo độ nhạy khi quayvòng (thường xe du lịch từ 1520, xe tải từ 2027)

Trong đó:  : Góc xoay của vành tay lái (độ)

: Góc xoay của tay biên (độ)

Tỷ số truyền có thể thay đổi hoặc không đổi Cơ cấu lái với tỷ số truyềnthay đổi trong phạm vi rộng được dung cho hệ thống lái không có cườnghóa

Đối với hệ thống lái trang bị trợ lực lái thì tỷ số truyền i không là vấn đềquan trọng vì thao tác cơ cấu lái ở đây chủ yếu dung để mở các van của bộtrợ lực lái khiến nó làm việc và đảm bảo động lực học của các hệ thống

Đề phòng lúc hỏng trợ lực lái thì tỷ số truyền dẫn phải chọn đủ lớn đểngười lái vẫn có thể lái xe

Hiệu suất thuận (t) tính theo truyền lực từ trên trục lái xuống, nếu t

Hinh 2.4 Kích thước hình học của thanh răng

Chiều dài thanh răng chọn theo xe tham khảo, X = 215 (mm).

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 thực hiệntheo các phương pháp sau:

+ Chọn trước đường kính vòng lăn của bánh răng từ đó tính ra vòng quaycủa 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 = 107,05 (mm)

+ Chọn trước số vòng quay của vành tay lái rồi sau đó xác định bán kínhvòng lăn của bánh răng đối với cơ cấu lái loại thanh răng – bánh răng thì

số vòng quay của vành tay lái thì cũng là số vòng quay của bánh răng Dựa vào xe tham khảo, chọn số vòng quay của vành tay lái ứng vớibánh xe quay là n = 1,5 vòng

06 , 107 5

, 1 2

1 



X

= 11,4 (mm)

* Xác định các thông số của bánh răng:

- Tính số răng theo tài liệu chi tiết máy.

Dc =

 cos

.Z

m n

(2_2) Trong đó:

Dc : Đường kính vòng chia: Dc = 2.R = 2.11,4 = 22,8 (mm )

mn : Môduyn pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn mn = 2,5

 : Góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ góc nghiêng  = 120

Từ công thức (2_2) ta suy ra số răng của bánh răng :

12 cos 8 ,

= 922.2,,85 = 0,986Suy ra  = arcos 0,986 = 9,60

Môduyn ngang của bánh răng :

mt =

 cos

n

m

= cos 9 , 6 0

5 , 2

= 2,53

Số răng tối thiểu:

Zmin = 17.(cos)3 = 17.(cos9,60 ) 3 = 16,29

Như vậy Zmin >5 do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phải dịch chỉnh,

9

17  = 0,47

Từ đó ta tính được các thông số của bộ truyền bánh răng :

+ Đường kính vòng đỉnh:

Dd = Dc+2.mn.(1+ ) = 22,8 +2.2,5.(1+ 0,47) = 30,15 (mm)

+ Đường kính chân răng:

Df =Dc- 2.mn.(1,25- )=22,8–2.2,5.(1,25- 0,47) =18,9 (mm)

+ Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy  = 200

+ Đường kính cơ sở của bánh răng:

c, Xác định kích thước và thông số của thanh răng:

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

d=

 

3

2 ,

0 x

x

M

 (2_3) Trong đó:

[] : ứng suất tiếp xúc cho phép tại tiết diện nguy hiểm nhất

Lấy [] = 35 N/mm2

Mx : Mô men xoắn gây lên sự nguy hiểm ở thanh răng, chính bằng

mômen cản quay vòng từ bánh xe:

Mx = Mc = 661,2(N.m)

Thay các thông số vào công thức (2_3) ta được :

d = 3  

2 ,

2 , 661

Do đó : t1 =

 cos

t

=



 cos

.m n

= cos 9 , 6 0

5 , 2



= 7,96Suy ra:

+ Đường kính vòng đỉnh của thanh răng: Dd = 32 mm

+ Chiều cao của thanh răng h = (f’ + f’’) mn = (1+ 1.25).2,5 = 5.625

d, Tính bền cơ cấu lái bánh răng – thanh răng:

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

Pa

Pv P'v

P'v Pn

Pv

P'v

Pn

P'v Pr

Pa

Hình 2.6 :Sơ đồ lực tác dung lên hê thống bánh răng-thanh răng

+Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng – thanh răng

+Lực pháp tuyến P n phân tích thành 3 thành phần

* Lực vòng tác dụng lên bánh răng:

P v Pmax.i c  280 , 6 14 5  4068 , 7 (N) (2_4)

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

1502

6 , 9 cos

20 7 , 4068 cos

P

P v r

Kiểm tra vật liệu

Trong quá trình làm việc bánh răng - thanh răng chịu ứng suất uốn tiếpxúc và chịu tải trọng va đập từ mặt đường Vì vậy thường gây ra hiện tượngrạn nứt chân răng Do ảnh hưởng lớn tới sự tin cậy và tuổi thọ của cơ cấulái Để đảm bảo được những yêu cầu làm việc của cơ cấu lái thì vật liệu chếtạo bánh răng – thanh răng được dùng là thép XH được tôi cải thiện

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

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

Thay các thông số vào công thức (2_7) ta được:

H5901.1 0 , 95 1 , 1 1 1  560 , 5MPa.

* ứng suất cho phép :

Giới hạn bền mỏi uốn của bánh răng:

* Kiểm nghiệm độ bền uốn:

- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

2

.

1 2

w

H H

H H

M H

d u b

K u K K T d

Z Z Z

+ T: mô men xoắn trên bánh răng

+ K H: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi bánh răng

đồng thời ăn khớp, tra bảng (6-14) có: K H=1,03

+ ZM = 175 MPa (Đối với trục răng bằng thép)

) 20 2 sin(

6 , 9 cos 2 ) 2 sin(

cos 2

1 1