thiết kế hệ thống lái có cường hoá cho xe du lịch

Loại thanh răng …  Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cờng hóa chia ra loại cờng hóa thuỷ lực, loại cờng hoá khí nén, loại cờng hoá liên hợp kết hợp cả thuỷ lực  Hệ thống trợ lự

Lời nói đầu

=== ===

Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kinh tế quốc dân đòi hỏi cần chuyên chở khối lợng hàng hoá và hành khách Tính cơ động cao, tính việt dã và khả năng hoạt động trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ôtô trở thành một trong những phơng tiện chủ yếu để chuyên chở những hàng hoá và hành khách Cùng với sự phát triển của ngành khoa học và kỹ thuật khác, ngành sản xuất chế tạo ôtô trên thế giới cũng ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn đáp ứng khả năng vận chuyển, tốc độ, an toàn cũng nh đạt hiệu quả kinh tế cao Chủng loại xe cũng ngày càng phong phú

Hyundai là một hãng xe lớn của Hàn Quốc họ cho ra đời rất nhiều chủng loại

xe và xuất sang các nớc khác trong đó có Việt Nam Họ xuất sang ta chủ yếu là các loại xe tải nhỏ vừa và lớn Các loại xe này có giá thành thấp và phù hợp với

địa hình nớc ta Một số loại xe tải lớn đã có thiết kế bộ trợ lực lái tuy nhiên các loại xe tải nhỏ nh loại 2,5 tấn thì cha có do vậy để giảm bớt nặng nhọc cho ngời lái thì yêu cầu đề ra là phải thiết kế bộ trợ lực lái cho các loại xe này và đó cũng chính là nội dung đồ án em đợc giao

“Thiết kế hệ thống lái có cờng hoá cho xe du lịch”

Chơng I Giới thiệu tổng quan về hệ thống lái

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.1.1 Công dụng

1

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hớng chuyển động nhờ quay các bánh

xe dẫn hớng cũng nh để giữ hớng chuyển động thẳng hay chuyển động cong của

ôtô khi cần thiết

1.1.2 Phân loại

 Theo bố trí bánh lái chia ra hệ thống lái với bánh lái bố trí bên phải hoặc bên trái (tính theo chiều chuyển động của xe) Bánh lái bố trí bên trái dùng cho những nớc thừa nhận luật đi đờng theo phía phải nh ở các nớc xã hội chủ nghĩa Bánh lái bố trí bên phải dùng cho những nớc thừa nhận luật đi đờng theo phía bên trái nh ở Anh, Nhật, Thụy Điển …

 Theo số lợng bánh dẫn hớng chia ra hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở cầu trớc, ở hai cầu và ở tất cả các cầu

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

 Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cờng hóa chia ra loại cờng hóa thuỷ lực, loại cờng hoá khí nén, loại cờng hoá liên hợp (kết hợp cả thuỷ lực

 Hệ thống trợ lực phải chính xác tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn h-ớng

 Đảm bảo quan hệ tuyến tính giữa góc quay vành lái và góc quay bánh xe dẫn hớng

2

 Cơ cấu lái phải đợc đặt ở phần đợc treo để kết cấu hệ thống treo trớc không ảnh hởng đến động học cơ cấu lái.

 Hệ thống lái phải bố trí sao cho thụân tiện trong việc bảo dỡng và sửa chữa

1.2 Tỷ số truyền hệ thống lái

1.2.1 Tỷ số truyền cơ cấu lái i c

Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay các phần tử tơng ứng của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng

Tỷ số truyền ic có thể không đổi hoặc thay

đổi Cơ cấu lái với tỷ số truyền thay đổi

trong giới hạn rộng đợc dùng trớc hết trong

hệ thống lái không có cờng hóa Trong trờng

hợp này nên dùng qui luật thay đổi tỷ số

truyền nh trên hình 1.1

Từ hình vẽ thấy rằng trong phạm vi góc

quay θ ≤ π/2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái

có giá trị cực đại điều này đảm bảo chính

xác cao trong khi lái ôtô trên đờng thẳng

với tốc độ cao và làm nhẹ nhàng khi lái vì đa số thời gian lái là quay bánh lái một góc nhỏ quanh vị trí trung gian Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo qui luật nh thế sẽ làm giảm ảnh hởng của những va đập từ bánh dẫn hớng lên ngời lái

Khi θ > π/2 thì ic giảm rất nhanh ở hai phía rìa của đồ thị thì ic hầu nh không thay đổi ở đoạn này khi quay bánh lái một góc nhỏ thì có thể làm cho bánh dẫn hớng quay một góc lớn nghĩa là làm cho khả năng uốn lợn của ôtô tốt hơn

3

c

d i d

5 10 15 20 25

Hình 1.1

Quy luật thay đổi tỷ số truyền

1.2.2 Tỷ số truyền của dẫn động lái i d

Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thớc và quan hệ của các cánh tay đòn Trong quá trình bánh xe dẫn hớng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay đổi Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm

id = 0,9 ữ 1,2

1.2.3 Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái i g

Là tỷ số của góc quay vành tay lái và góc quay của bánh xe dẫn hớng Tỷ số truyền này bằng tích số giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái ic và tỷ số truyền của dẫn

động lái id

ig= ic id (1 - 2)

1.2.4 Tỷ số truyền lực của hệ thống lái i l

Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hớng và lực

đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng

c

l l

p i

 Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe

 c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến

đờng trục đứng kéo dài

 Ml - mômen lái đặt trên vành lái

Bán kính vành tay lái ở da số ôtô hiện nay là 200 ữ 250mm và tỷ số truyền góc

ig không vợt quá 25 vì vậy il không đợc lớn quá, il hiện nay chọn trong khoảng từ

10 ữ 30

4

1.2.5 Hiệu suất thuận

Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống Hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất thuận cao

1.3 Một số loại cơ cấu lái thờng dùng

Hiện nay cơ cấu lái thờng dùng trên ôtô có những loại: trục vít cung răng, trục vít con lăn, trục vít chốt quay và loại liên hợp

1.3.1 Cơ cấu lái trục vít con lăn

Loại cơ cấu lái này hiện nay đợc sử dụng rộng rãi nhất Trên phần lớn các ôtô Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này

Trên hình 1.2 trình bày cơ cấu lái loại trục vít con lăn Cơ cấu lái gồm trục vít gơbôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của

đòn quay đứng Số lợng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo

lực truyền qua cơ cấu lái

 Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc đợc phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm con lăn có hai đến bốn vòng ren.

 Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay đợc ma sát trợt bằng ma sát lăn

 Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng Đờng trục của con lăn nằm lệch với đờng trục của trục vít một đoạn ∆ = 5 ữ 7mm, điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá

c

r i

z1 - số đờng ren của truc vít

Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng

5 ữ 7% nhng sự tăng này không đáng kể coi nh tỷ số truyền của loại trục vít con lăn là không thay đổi Hiệu suất thuận ηth = 0,65, hiệu suất nghịch ηng = 0,5

1.3.2 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 theo yêu cầu cho trớc Tùy theo điều kiện cho trớc khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hay đòn quay và trục vít phát sinh ma sát trợt Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt đợc

Ω - góc quay của đòn quay đứng.

r2 - bán kính đòn quay

Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7 Cơ cấu lái này đợc dùng trớc hết ở hệ thống lái không có cờng hoá nó đợc dùng chủ yếu cho ôtô tải và ôtô khách

Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít đợc sử dụng vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thân chốt có độ chịu mài mòn kém

Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay

đứng theo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái

1.3.3 Cơ cấu lái trục vít cung răng

Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung răng là hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đờng nên toàn bộ chiều dài của cung răng đều truyền tải trọng Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ mòn của trục vít và cung răng đều giảm Để đạt độ cứng vững tốt ngời ta

đặt trục đòn quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng Khe hở ăn khớp thay đổi từ 0,03mm (ở vị trí trung gian), 0,25 ữ 0,6mm ở vị trí hai bên rìa Điều chỉnh khe hở ăn khớp nhờ thay đổi chiều dày của đệm đồng

2 Khắc phục khoảng hở trong các ổ, thanh lăn nhờ giảm bớt các đệm điều chỉnh

Ưu điểm:

Cơ cấu lái trục vít cung răng có u điểm là giảm đợc trọng lợng và kích thớc

so với loại trục vít bánh răng Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của cung răng nên áp suất trên răng bé, giảm đợc ứng suất tiếp xúc và hao mòn

Tuy nhiên loại này có nhợc điểm là có hiệu suất thấp

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng đợc xác định theo công thức:

2 0

c

r i

t

π

= (1 - 8) Trong đó:

r0 - bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng

t - bớc trục vít

Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị không đổi Hiệu suất thuận khoảng 0,5 còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4 Cơ cấu lái loại này có thể dùng trên các loại ôtô khác nhau

1.3.4 Cơ cấu lái loại liên hợp

Loại cơ cấu lái này gần đây đợc sử dụng rộng rãi trên các loại ôtô tải GMC, không có cờng hoá thuỷ lực và trên ôtô ZIN - 130, ZIN - 131 với cờng hoá thuỷ lực Cơ cấu lái loại liên hợp hay dùng nhất là loại trục vít - êcu - cung răng Sự nối tiếp giữa trục vít và êcu bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít Nhờ có dãy

bi mà trục vít ăn khớp với êcu theo kiểu ma sát lăn

Tỷ số truyền của cơ cấu lái này có giá trị hkông đổi và đợc xác định theo công thức:

2 0

c

r i

t

π

= (1 - 9) Trong đó:

r0 - bán kính ban đầu của cung răng

t - bớc 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 trên đờng mấp mô sẽ nặng nhọc, nhng nó có khả năng làm cho ôtô chạy ổn định ở hớng thẳng nếu

vì một nguyên nhân nào đó làm bánh xe phải 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 đợc dùng chủ yếu trên các loại ôtô cỡ lớn

1.4 Cờng hoá hệ thống lái

1.4.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại

a Công dụng

Cờng hoá của hệ thống lái có tác dụng làm giảm nhẹ cờng độ lao động cho

ng-ời lái, giảm mệt mỏi khi xe chạy trên đờng dài Ngoài ra cờng hoá lái còn nhằm

10

nâng cao an toàn chuyển động khi có sự cố lớn ở bánh xe (nổ lốp, hết khí nén trong lốp ) và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành lái.…

b Yêu cầu

Cờng hoá hệ thống lái phải thoả mãn các yêu cầu sau:

 Khi bộ cờng hoá hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc đợc tuy nhiên lái nặng hơn

 Chỉ gài bộ cờng hoá khi lực cản quay vòng lớn, khi lực cản quay vòng bé

hệ thống lái làm việc nh bình thờng, tức là lúc ấy lực đặt lên vành lái đối với ôtô

du lịch P1= 10 ữ 20N, đối với ôtô tải P1= 30 ữ 40N

 Bộ cờng hoá phải giữ cho ngời lái có cảm giác sức cản trên mặt đờng khi quay vòng, thời gian tổn hao để cờng hoá phải là tối thiểu và phải đảm bảo tỷ lệ giữa lực tác dụng, góc quay trục vô lăng và góc quay bánh dẫn hớng

 Hệ thống lái có cờng hoá phải đảm bảo cho ngời lái giữ đợc hớng chuyển

động khi bánh xe đột ngột có sự cố( rơi vào hố sâu, nổ lốp, hết khí nén trong lốp )…

c Phân loại

Các loại cờng hoá hệ thống lái hiện nay là:

 Cờng hoá hệ thống lái bằng khí nén

 Cờng hoá hệ thống lái bằng thuỷ lực

 Cờng hoá hệ thống lái bằng cơ khí và bằng điện (hiện nay ít đợc sử dụng)

1.4.2 Phân tích một số loại cờng hoá hệ thống lái

Cờng hoá lái loại thuỷ lực hiện nay đợc dùng nhiều trên các ôtô hiện đại vì nó

có những u điểm hơn so với hệ thống lái cờng hoá khí nén:

 áp suất chất lỏng của hệ thống thuỷ lực lớn p = 6 ữ 10 MN/cm2 nên giảm đợc kích thớc và trọng lợng xilanh lực, không ồn khi làm việc

 Tác dụng của bộ cờng hoá nhanh, thời gian chậm tác dụng của bộ cờng hóa không quá 0,02 ữ 0,045 (s) Nhờ vậy đảm bảo tính năng làm việc tức thời của bộ cờng hoá

 Giảm đợc va đập trong truyền dẫn thuỷ lực do mặt đờng không bằng phẳng tác dụng lên vành lái Hiệu suất làm việc của bộ cờng hoá thuỷ lực cao

• Hệ thống lái cờng hoá thuỷ lực có bộ ăcqui áp suất

Nguyên lý làm việc:

Thùng chứa dầu 8 luôn thông với bơm dầu 9 qua van nghịch đảo 10 sẽ tạo

ra trên đờng ống 5 một áp suất qui định áp suất này đợc giữ bởi ắcqui thuỷ lực 6

Khi ôtô chuyển động thẳng, mặt đờng bằng, sức cản chuyển động nhỏ lực

đặt lên vành tay lái bé không quá 2,5KG và khi đó vành tay lái chỉ cần dao động nhỏ quanh vị trí giữa nó làm cho con trợt 12 nằm ở vị trí trung gian và đóng hết các cửa dầu từ đờng ống 5 vào trong van phân phối do vậy áp suất chất lỏng ở hai phía của xilanh lực là cân bằng nhau Lúc đó coi nh bộ cờng hoá không làm việc

Khi quay vành lái 11 sang trái, con trợt 12 của cơ cấu phân phối sẽ đi xuống vừa mở cửa khoang B cho dầu từ bơm dầu 9 đi vào vừa đóng cửa thông khoang

B với ống dẫn 4, mở cửa thông khoang A với bìng chứa 8 Dới áp suất lớn, dầu

từ ống dẫn 5 đi vào trong khoang B đẩy cần piston sinh lực về bên trái, dầu ở buồng bên trái xilanh sinh lực qua ống dẫn 14 và 7 trở về thùng chứa Nhờ vậy bánh xe sẽ quay về bên trái đồng thời kéo thanh kéo 2 (2 làm nhiệm vụ liên hệ ngợc) làm dịch chuyển vỏ cơ cấu phân phối về vị trí ban đầu so với con trợt do

đó làm dầu ngừng chảy vào xilanh lực 1, muốn quay bánh xe dẫn hớng một góc lớn hơn cần tiếp tục quay vành lái 11

Khi quay vành lái 11 sang phải, con trợt 12 của cơ cấu phân phối sẽ đi lên làm, mở cửa khoang A thông với bơm dầu, đóng cửa thông khoang A với đờng dẫn dầu 7, mở cửa thông khoang A với đờng dẫn dầu 4 Dới áp suất lớn, dầu từ bơm 9 đi vào trong khoang A (van phân phối) đến khoang A (xilanh lực) đẩy cần piston xilanh lực đi sang phải, do đó bánh xe dẫn hớng 3 sẽ quay về bên

phải Dầu bên trái xilanh lực theo ống dẫn 13 và 4 trở về bình chứa 8

• Hệ thống cờng hoá lái thuỷ lực không có bộ ăcqui áp suất

Trong trờng hợp này phần giữa của trụ phân phối 4 đợc giữ ở vị trí trung gian

nhờ sự tuần hoàn tự do của dòng chất lỏng ở bộ phận phân phối thờng đặt loxo

15 cờng hoá chỉ bắt đầu làm việc khi nào lực tác dụng lên vành tay lái 8 đủ thắng lực loxo 15 Khi tăng lực cản do quay vòng thì lực tác dụng lên bánh lái sẽ không thay đổi Để đảm bảo sự nhạy cảm đối với mặt đờng trong kết cấu có đặt van đĩa 6 và buồng phản ứng nằm ngay sau van Khi dịch chuyển trụ phân phối

4 về phía này hoặc về phía khác tơng đối với vỏ thì trụ phân phối phải thắng đợc lực loxo 7 và áp lực của chất lỏng ở buồng phản ứng nằm sau van đĩa số 6

Nguyên lý làm việc:

Khi đi thẳng con trợt ở vị trí trung gian nhờ sự tuần hoàn tự do của dòng chất lỏng do vậy chất lỏng ở các khoang a và b thông nhau Dầu từ bơm dầu 5 đi vào trong khoang a và b Một đờng dầu đi theo đờng dầu 10, 11 đến các khoang A,

B, áp suất trong cáckhoang và các đờng ống dẫn bằng nhau do đó hệ thống không đợc cờng hoá

Khi quay vòng sang phải con trợt 4 đi xuống, ở khoang a đờng dầu nạp đợc

mở, đờng dầu hồi thì đóng lại Còn trong khoang b thì đờng ống nạp đóng lại,

đ-14