thiết kế hệ thống lái trục vít ê cu bi thanh răng cung răng

Chính xác về tính chất tuỳ động và động lực học nghĩa là đảm bảo sự phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của các bánh xe dẫn h-ớng.. Theo lý thuyết quay vò

Đề bài:

Loại ô tô : xe tải

Loại cơ cấu lái : trục vít êcu bi cung răng, có c-ờng hoà ic = 20

Bánh xe có kí hiệu : 260 – 508

Tải trọng lên bánh xe dẫn h-ớng : Z = 2575 ( KG )

Chiều dài cơ sở của ô tô: L = 3800 (mm)

Chiều rộng cơ sở :B = 1800 (mm)

Hệ thống treo phụ thuộc

I Những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống lái

1 đảm bảo tính năng vận hành cao của ô tô nghĩa là có khả năng quay vòng nhanh và ngoặt trên nh-ng đ-ờng có diện tích giới hạn

2 Nhẹ nhàng trong việc điều khiểncả khi quay vòng tại chỗ và khi chuyển động

lực trên vành tay lái khi quay vòng các bánh xe dẫn h-ớng tại chỗ trên mặt

đ-ờng bê tông nhựa khô không đ-ợc quá 16 – 20 KG

3 Phải có động học quay vòng đúng có nghĩa là khi quay vòng tất cả các bánh

xe chỉ lăn mà không bị tr-ợt

4 Truyền tối thiểu những va đập nghịch đảo lên vành tay lái

5 Các bánh xe dẫn h-ớng có khả năng quay về vị trí ban đầuvà giữ đ-ợc

chuyển động đã cho của ô tô

6 Chính xác về tính chất tuỳ động và động lực học nghĩa là đảm bảo sự phối

hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của các bánh xe

dẫn h-ớng

7 Có độ bền lâu và độ tin cậy cao

8.Thuận tiện trong sử dụng và bảo d-ỡng

9 Không có những khe hở lớn trong hệ thống lái

Bố trí chung của hệ thống lái

1

2 3

4 5

6

7 8

9

10 11

12

4 10

11

13

14

3

1 : Vành tay lái 8:Cam quay

2: Trục lái 9:Trục đứng

3:Cơ cấu lái 10:Từ bơm dầu

4:Van phân phối 11:Bánh xe dẫn h-ớng

5:Xy lanh chính 12:Dầm cầu dẫn h-ớng

6:Đòn quay ngang 13:Xy lanh trợ lực

7:Thanh lái 14:Về bầu dầu

II Chọn những thông số chủ yếu và tính động học dẫn

động lái

Nhiệm vụ tính động học dẫn động lái là xác định những thông số tối -u của hình thang lái , động học quay vòng đúng và chọn những giá trị cần thiết của tỉ

số truyền dẫn động lái

Theo lý thuyết quay vòng để nhận đ-ợc sự lăn không tr-ợt của các bánh xe dẫn h-ớng khi quay vòng thì hệ thống lái phải bảo đảm mối quan hệ sau đây của các góc quay của bánh xe dẫn h-ớng bên ngoài và bên trong với tâm quay vòng

cotg - cotg = B/L (1)

B = 180 cm : là khoảng cách giữa đ-ờng tâm trụ đứng đo trên mặt phẳng hình thang lái

L = 380 cm : chiều dài cơ sở của ô tô

Với  = 00  450 ta lập đ-ợc đ-ờng cong lý thuyết biểu thị mối quan hệ

 = f ()

 = arccotg(B/L + cotg)

 : góc quay của bánh xe dẫn h-ớng phía bên trong

 : góc quay của bánh xe dẫn h-ớng pkía bên ngoài

Ta chọn sơ bộ thông số của hình thang lái:

+ Chiều dài đòn bên hình thang lái

m = 0,15 * B = 0,15 * 180 = 27 (cm)

Từ quan hệ hình học của hình thang lái chúng ta rút ra mối quan hệ giữa góc quay bánh xe dẫn h-ơng bên ngoài và bên trong:

 = f (,m,) (2)

) sin(

*

* 2

) sin(

* sin

*

* 2 sin

*

* 2 arcsin )

sin(

*

) cos(

*

2 2

2



















































B m

B

B m

B m

m B

m arctg

với  = 900-  = 150  350

 : là góc giữa đòn bên hình thang lái và mặt thẳng dọc của ô tô

 : là góc giữa đòn bên và dầm cầu dẫn h-ớng

 = 600  700

ở biểu thức trên  là một tham số , với mỗi gía trị của  ta có một đ-ờng cong nhất định ( theo biểu thức 2).Ta vẽ họ đ-ờng cong này trên cùng một hệ toạ độ với đ-ờng cong lý thuyết 1.Trong đó có một đ-ờng cong nằm sát đ-ờng cong lý thuyết 1 mà sai lệch giữa chúng chỉ là 10 , ứng với đ-ờng cong trên ta có

 = 200

Từ đó ta xác định đ-ợc chiều dài thanh ngang của hình thang lái

n = B – 2*m*sin = 161,5(cm)

đặc tính của hình thang lái ứng với góc  tối -u

33 26 27

III Tính toán các chi tiết của hệ thống lái

3.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống lái

Tỷ số truyền của hệ thống lái (tỷ số truyền động học)bằng tỷ số góc

quay của trục vành tay lái và góc quay t-ơng ứng của can quay.Tỷ số truyền này

một mặt cần phải đủ lớn để ứng với một lực nhât định nào đó tác động vào vành

tay lái sẽ làm quay đ-ợc các bánh xe dẫn h-ớng trong những điều kiện nặng

nhọc nhất, đó là khi quay vòng tại chỗ trên mặt đ-ờng nhựa(hoặc bê tông)khô

và chở đủ tải Mặt khác tỷ số truyền của hệ thống lái không đ-ợc quá lớn để

không làm ảnh h-ởng tới tính năng vận hành của ô tô

Tỷ số truyền của hệ thống lái biểu thị bằng tích số giữa tỷ số truyền của cơ

cấu lái (từ trục lái tới trục đòn quay đứng) và tỷ số truyền của dẫn động lái(từ

trục đòn quay đứng tới các cam quay)

i = ic*id = 20*1,35 = 27

Trong đó:

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

id : là tỷ số truyền của dẫn động lái, đ-ợc xác định bằng tỷ số giữa

chiều dài các đòn nối với thanh kéo dọc

d

n

d l

l

i 

ln= m = 27 (cm): chiều dài đòn bên hình thang

ld= 20(cm): chiều dài đòn quay đứng

3.2 Xác định chế độ tải trọng

Mô men cản quay vòng ở các bánh xe dẫn h-ớng đ-ợc xác định khi ô tô

quay vòngtrên mặt đ-ờng nhựa khô và chở đủ tải Mô men cản quay vòng đ-ợc

xác định ứng với thời điểm bắt đầu tr-ợt lết của các bánh xe dẫn h-ớng và trị số

của nó là không đổi theo góc quay bánh xe.Mô men cản bao gồm :

đ-ờng

- M3: mô men cản ổn định các bánh xe dẫn h-ớng

M1= Gbx*f*a = 231,1(KG.cm)

M1: mô men cản lăn Gbx= Z = 2575(KG): trọng l-ợmg tác dụng lên một bánh xe dẫn h-ớng

f = 0,015: hệ số cản lăn

a= 60 (mm): tay đòn của lực cản lăn đối với trụ đứng của hình thang lái

M2= Gbx* *x = Gbx* *0,14*Rbx = 10780(KG.cm)

M2: mô men cản gây ra sự tr-ợt bên của bánh xe dẫn h-ớng với mặt đ-ờng

 = 0,6 0,8: hệ số bám, chọn  = 0,6

x: tay đòn của lực ngang đối với trụ đứng của hình thang lái

Rbx= 48(cm): bán kính động lực học của bánh xe đ-ợc xác định nh- sau: Lốp có kí hiệu 260 – 508 tức là

Chiều rộng lốp B = 26(cm)

Đ-ờng kính vành bánh xe d = 50,8(cm)

Rbx= *R0 = 48(cm)

 = 0,935( lốp có áp suất thấp)

ảnh h-ởng của mô men cản M3 đ-ợc xác định bằng thực nghiệm và đúc rút thành một hệ số  = 1,07 1,15 , chọn  = 1,12

Vậy mô men tổng cộng

M = 2*(M1 + M2)*  = 24679,42(kG.cm)

*Lực trên vành tay lái khi quay vòng các bánh xe dẫn h-ớng( khi không có có c-ờng hoá lái)

*

*

*

*

i i R

M P

dd c dd c v







 Rv: bán kính vành tay lái

Rv = 190  275(mm), chọn Rv= 250(mm)

ic: tỷ số truyền của cơ cấu lái

idd: tỷ số truyền của dẫn động lái

c = 0,65: hiệu suất thuận của cơ cấu lái

dd = 0,6: hiệu suất của dẫn động lái( trục vít êcubi cung răng)

3.3 Tính bền các chi tiết của hệ thống lái

*Lực tác dụng lên đòn quay đứng

max* * * 1306 , 2 (KG)

i

i R P N

d

c c

*Lực tác dụng lên các thanh của hình thang lái( thanh ngang)

) ( 4 , 51 2

0 B d cm

Trong đó

Pp: là lực phanh lên cầu

m1p = 1,4: hệ số phân bố lại tải trọng khi phanh

 = 0,6: hệ số bám

b = m*cos = 29,83(cm)

G1: trọng l-ợng tác dụng lên các bánh xe tr-ớc của ô tô ở trạng thái tĩnh

- ứng suất uốn dọc nguy hiểm

F l

J E

n u

*

*

* 2

2





- ứng suất nén

F

Q

n 



*Thanh kéo trung gian ( tính theo nén và uốn dọc)

Các thông số của thanh:

- Chiều dài: h = 76 cm

- Đ-ờng kính: D = 2,4 cm

- Diện tích tiết diện: F = 0,785*D2= 4,52(cm2)

ứng suất uốn dọc

ứng suất nén

Độ dự trữ ổn định của thanh kéo trong kết cấu( k = 1,25 ~2,5)

  2 , 3

n

ud

k





k = 2,3: thoả mãn yêu cầu

)) ( 82 , 216

* 2

*

*

*

b

a m

G b

a Pp

) / ( 74 , 613

*

*

2

2

cm KG F

l

J E



) / ( 6 ,

264 kG cm2

F

Q

n  



*Trục lái :Là một ống thép rỗng đ-ợc tính theo xoắn bởi mô men sinh ra do lực tác dụng của ng-ời lái lên vành tay lái

) (

* 2 , 0

*

d D

D R

P v







  = 394,67(KG/cm2) < [] = 600(KG/cm2)

D : đ-ờng kính ngoài của trục lái, chọn D = 30(mm)

d : đ-ờng kính trong của trục lái, chọn d = 20(mm)

Góc xoắn :

*

*

* 2

rad G

 

Thoả mãn :  = 30< 5,50

L : chiều dài trục lái, L = 1,2(m)

G : môđuyn đàn hồi dịch chuyển, G = 8*104(MN/m2)

3.4 Tính cơ cấu lái

*Cặp truyền lực trục vít – cung răng

Trục vít chịu nén và chịu xoắn cho nên ta tính ứng suất t-ơng t-ơng do nén và xoắn

td  n2  32

n:ứng suất nén hoặc kéo do lực dọc trục gây ra

P: lực dọc trục

P= Pmax*iv* = 241,89(KG)

iv: tỷ số truyền của trục vít êcu

4 , 16

*

*





z s

R

v



s: b-ớc ren, s =t =*m = 9,24

m: mô đun của trục vít

z =2: số mối ren

: hiệu suất của hệ thống truyền lực,  = 0,85

d

P

n

*

* 4



 

2000

*

1

,

0

*

3 

d

l

N d

(Wu =0,1*d3)

d1: ®-êng kÝnh nhá nhÊt cña trôc vÝt

2000

* 1 , 0

*

d  d 

* 2

,

0

3

d

R

P v







*

*

d

P





VËy : td  112 (KG/cm2 )

*CÆp truyÒn lùc trôc vÝt ª cu

Theo tµi liÖu chi tiÕt m¸y ta cã :

- M« ®un cña trôc vÝt m = 0,3(cm)

- HÖ sè ®-êng kÝnh: q = 12

- §-êng kÝnh vßng chia cña trôc vÝt: d = m*q = 3,6(cm)

- §-êng kÝnh cña viªn bi: Db= 0,7938(cm)

- ChiÒu cao cña ®-êng ren ª cu: h = Db/3 = 0,26(cm)

- Sè ren vÝt trªn chiÒu dµi cña ª cu: i = 6

- B¸n kÝnh khuûu ªcu: R = 2(cm)

øng suÊt c¾t cña ®-êng ren ªcu

*

*

*

*

cm KG R

i h d

i



c= 205(KG/cm2) < [c] = 600(KG/cm2)

3

* 2 , 0

max*

d

Rv P

Wx M 





)

* ( 2000 ]

[

cm KG Wu

ld N



Lực tác dụng cực đại lên vành tay lái :Pmax= 68,41(KG)

Lực tác dụng lên đòn quay đứng : N = 1306,2(KG)

Lực tác dụng lên các thanh của hình thang lái : Q = 216,82(KG)

Tay đòn của lực cản lăn đối với trụ đứng : a = 6(cm)

Tay đòn của lực ngang đối với trụ đứng : x = 7(cm)

Lực ngang :Y

Lực cản lăn : Pf

n= 161,5(cm)

m = 27(cm)

b= 29,5(cm)

Chiều dài đòn quay đứng : lđ = 20(cm)

Chiều dài đòn quay ngang :ln = 27(cm)

Chiều dài trục lái : 120(cm)

5.Tính toán một số chi tiết của cầu dẫn h-ớng

a.Cầu dẫn h-ớng và chế độ tải trọng

Cầu dẫn h-ớng không chủ động với hệ thống treo phụ thuộc đ-ợc tính theo 3

chế độ tải trọng : Có lực phanh cực đại, bị tr-ợt ngang hoàn toàn , bánh xe tr-ớc

đi qua mặt đ-ờng không bằng phẳng

b.Tính toán cam quay

*Khi có lực phanh cực đại

-Phản lực thẳnh đứng

2

* 1

G

-Lực phanh cực đại

2

* 1

G

P p  

-Mô men uốn tổng hợp đối với tiết diện nguy hiểm C

2

1

G c

trong đó :

c = 100(mm): tay đòn

*Khi tr-ợt ngang có lực Y tác dụng

-Phản lực thẳng đứng

( 1 2* * )

2

1

B

h G





2

' 1

B

h G





-Lực ngang

Y  T Z T *'

Y  P Z P* '

-Mô men uốn tổng hợp đối với tiết diện nguy hiểm C

M uT Z T * c Y T *r bx

M uP Z P* c Y P*r bx

*Khi xe đi qua mặt đ-ờng không bằng phẳng

2

1

1



IV.Thiết kế c-ờng hoá lái

*C-ờng hoá thuỷ lực có hiệu quả tác dụng cao và đặc biệt là tính chất tuỳ động kích th-ớc và khối l-ợng nhỏ gọn, tốc độ tác động cao(0,05 giây), có tác dụng giảm những va đập của mặt đ-ờng lên vành tay lái và lên các chi tiết của hệ thống lái, cho phép giữ đ-ợc h-ớng chuyển động đã cho của xe trong tr-ờng hợp bị vỡ lốp

*C-ờng hoá thuỷ lực bao gồm : bơm cùng với bình chứa dầu; bộ phận phân phối cùng với cơ cấu tuỳ động, cơ cấu này sẽ điều chỉnh l-ợng dầu tới cơ cấu sử dụng (xy lanh thuỷ lực) tỷ lệ với lực đặt vào vành tay lái và góc quay của nó, tạo

ra lực cần thiết làm quay vòng các bánh xe dẫn h-ớng

*Yêu cầu của c-ờng hoá lái

- Bảo đảm lái ô tô một cách nhẹ nhàng

- Tránh khả năng gây ra sự dao động của các bánh xe dẫn h-ớng

- Bảo đảm tính chất tuỳ động động học( ứng với mỗi góc quay của vành tay lái phải t-ơng ứng với một góc quay xác định của bánh xe dẫn h-ớng)

- Độ chậm tác động là tối thiểu

- Đảm bảo tính chất tuỳ động động học tức là thể hiện ở chỗ : Lực đặt vào vành tay lái phải tăng cùng với sự tăng của lực cản quay vòng

1.Xác định đ-ờng kính làm việc của xy lanh lực

Ta đi xác định lực cực đại Pmax tác dụng lên vành tay lái ứng với tr-ờng hợp ô tô quay vòng tại chỗ, lúc đó mô men cản quay vòng với trụ đứng có giá trị lớn nhất

Mc: mô men cản tổng cộng

Rv: bán kính vành tay lái

il: tỷ số truyền lực của hệ thống lái

t: hiệu suất truyền lực

) ( 41 , 68

*

*

t il Rv

M



Chúng ta thừa nhận lực đặt vào vành tay lái do ng-ời lái sinh ra Pb=16 (KG).Ta giả định rằng bộ c-ờng hoá sẽ sinh ra một lực đặt lên vành tay lái ký hiệu là Py, vậy ta có biểu thức sau:

Pmax=Py+Pb

Py: lực do bộ c-ờng hoá sinh ra

Pb: lực của ng-ời lái tác động

Ta đi xác định Py Theo tài liệu chi tiết máy đối với cơ cấu trục vít ê cu, chúng

ta có mối quan hệ giữa lực vòng PTvà lực dọc trục P tác dụng lên ê cu theo công thức

iv: tỷ số truyền của mối ghép trục vít ê cu

 = 0,85 : hiệu suất truyền lực của mối ghép

P: lực dọc trục

áp dụng công thức trên vào cơ cấu lái của ta, lúc đó lực vòng PT đóng vai trò lực

Py , còn lực dọc trục P tác dụng lên ê cu chính là lực mà ta cần tính Lực đó chính bằng áp lực của dầu tác dụng lên pistông ê cu của bộ c-ờng hoá thuỷ lực Biến đổi công thức ta có

P= Py*iv*

Theo tài liệu chi tiết máy ta có

s: b-ớc ren

z: số mối ren

Mặt khác theo tính toán thuỷ lực ta có



*

v

i

P

Pt 

43

*

*

*



z s Rv

D: đ-ờng kính pistông êcu

[p]: áp suất cho phép của dầu, [p]=100( KG/cm2)

Vậy ta có :

2.Tính toán lực nén sơ bộ của lò xo định tâm

Xuất phát từ công thức

T: lực nén sơ bộ của lò xo định tâm

hb:b-ớc của trục vít

Rv: bán kính vành tay lái

=0,85: hiệu suất truyền lực từ vành tay lái đến van tr-ợt

P: lực đặt lên vành tay lái, P=510(N) chọn P= 7 (N)

Biến đổi công thức ta có:

3.Tính diện tích của pistông phản ứng

Theo tài liệu chi tiết máy ta có :

PB= P+Pp

PB: lực toàn bộ đặt trên vành tay lái của ng-ời lái để gài bộ c-ờng hoá

P: lực đặt lên vành tay lái để khắc phục lực nén sơ bộ của lò xo định tâm Chọn P=7(N)

Pp: lực đặt lên vành tay lái để chống lại lực của pistông phản ứng

Vậy Pp=PB- P

] [

* 4

* 2

p

D

P

) ( 9 , 4 100

* 14 , 3

85 , 0

* 43

* ) 16 41 , 68 (

* 4 ] [

*

*

cm p

P











*

*

* 2

*

Rv

h T

) ( 9 , 51

*

*

* 2

*

KG h

Rv P

T

b



   



Ppđ-ợc xác định theo điều kiện khi PBmax Theo tài liệu chi tiết máy lực

PBmax t-ơng ứng khi áp suất chất lỏng trong hệ thống là lớn nhất và bằng

160 200(N)

Vậy Pp= PBmax- P = (160200)- P = 163(N) = 16,3(KG)

Ta áp dụng công thức (3.1) để chuyển đổi lực vòng Pp tác dụng lên vành tay lái

thành lực tác dụng lên pistông phản ứng :

Từ đó ta đi xác định diện tích pistông phản ứng theo công thức :

P’p= Sp*pmax

pmax: áp suất do bơm dầu tạo ra, pmax= 80(KG/cm2)

Sp: diện tích pistông phản ứng

Vậy ta có :

4.Xác định l-u l-ợng bơm

L-u l-ợng của bơm đ-ợc xác định từ điều kiện là làm thế nào để xy lanh lực của

c-ờng hoá lái phải kịp làm quay các bánh xe dẫn h-ớng nhanh hơn sự quay

vòng của vành tay lái của ng-ời lái, nếu không c-ờng hoá sẽ không có tác động

Nếu không đảm bảo đ-ợc điều kiện này thì ứng với tr-ờng hợp quay vòng

nhanh ng-ời lái sẽ phải tieeu hao một lực lớn không những để thắng lực cản

quay vòng ở các bánh xe dẫn h-ớng, mà còn để đẩy dầu di chuyển từ phần bên

này sang bên kia của xy lanh lực

để thoả mãn điều kiện trên ta có :

b= 0,75 : hiệu suất của bơm

 = 0,05 : độ lọt dầu trong hệ thống

) ( 5 , 1208 8

, 1

85 , 0

* 3 , 16

* 25

* 14 , 3

* 2

*

*

*

* 2

h

Pp Rv Pp

b





) ( 1 , 15 80

5 , 1208 max

cm p

Pp

dt

ds F

Q b* b* ( 1   )  *