Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống lái ô tô tải hạng trung

Trong những năm gần đây nhữngtiến bộ của khoa học kỷ thuật đã được ứng dụng vào nền công nghiệp chế tạo ôtônhằm tăng tính năng thông qua, tính kinh tế nhiên liệu, độ tin cậy làmviệc…..Đố

Bộ giáo dục và đào tạo cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Trường học viện kỹ thuật độc lập - tự do - hạnh phúc

Quân sự

NHIệM Vụ đồ án Họ và tên : Phạm Hoàng Nam Khoá …….K37 1.Đầu đề thiết kế: Tính toán và thiết kế hệ thống lái cho ôtô tải hạng trung 2 Các số liệu ban đầu: T T Thông số kí hiệu Giá trị đơn vị 1 Trọng lượng toàn bộ của ôtô G 5770 KG 2 Số lượng cầu dẫn hướng n 1 3 Trọng lượng phân bố lên cầu dẫn hướng khi ôtô có tải G 1 2710 KG 4 Chiều dài cơ sở của ôtô L 3.300 m 5 Chiều rộng cơ sở của ôtô B 1.800 m 6 Bán kính bánh xe dẫn hướng M k 0.533 4 m 3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán : 1 Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái 2 Tính toán hệ thống lái 3 Kiểm bền hệ thống lái 4 Các bản vẽ đồ thị ( ghi rõ các loại bản vẽ về kích thước các bản vẽ)

5 Cán bộ hướng dẫn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

6 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế :………

7 Ngày hoàn thành nhiệm vụ :………

Ngày ………tháng …… năm 2006 cán bộ hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên )

Nguyễn Văn Trà

Kết quả đánh giá : - Quá trình thiết kế ………

- Điểm thuyết minh………

- Bản vẽ thiết kế………

Ngày ….tháng …năm 2006 Học viên đã hoàn thành Ngày ……tháng……năm 200…

(ký tên )

Lời nói đầu

Ngành ôtô giữ một vị trí quang trọng trong nền kinh tế quốc dân góp phần tolớn vào sự phát triển chung của nền kinh tế Trong những năm gần đây nhữngtiến bộ của khoa học kỷ thuật đã được ứng dụng vào nền công nghiệp chế tạo ôtônhằm tăng tính năng thông qua, tính kinh tế nhiên liệu, độ tin cậy làmviệc… Đối với hệ thống lái cũng vậy, việc bố trí trợ lực lái sẽ giảm cường độ laođộng cho người lái, đảm bảo độ an toàn cho người vầ hàng hoá trên xe

Hiện nay một số loại xe đã và đang sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam, tuynhiên phần lớn các xe đang sử dụng tại Việt Nam là nhập từ các nước Còn trongQuân đội phần lớn các xe được nhập từ Liên Xô cử như : ôtô chỉ huy, ôtô tải vàcác loại ôtô có lắp vủ khí, khí tài … do đó việc khai thác, sử dụng, đánh giáhiệu quả các phương tiện có ý nghĩa đặc biệt quang trọng đối với người làm côngtác kỷ thuật nói chung và những cán bộ quản lý VKTBKT nói riêng

Nhiệm vụ của đồ án môn học: “TíNH TOáN thiết kế Hệ THốNG LáI ÔTÔ tảihạng trung” gồm các nội dung chính sau:

- Lời nói đầu

- Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái

- Tính toán thiết kế hệ thống lái

- Kết luận

Do hạn chế về thời gian đồ án chỉ tập trung đi vào tính toán cho cơ cấu lái.Quá trình thực hiện đồ án đã được sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy giáo trong bộmôn và các bạn cùng lớp, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành nội dung đồ án theođúng thời gian quy định Mặc dù vậy do hạn chế về năng lực và thời gian nên đồ

án không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót Rất mong được sự góp ý của các thầy cô

và các bạn để tôi có điều kiện làm tốt hơn ở đồ án tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Người viết:

Phạm Hoàng Nam

Chương I Phân tích đặc điểm hệ thống lái1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu.

1.1.1 Công dụng.

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ quayvòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng haychuyển động cong của ôtô khi cần thiết

Trong quá trình chuyển động trên đường, hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớnđến an toàn chuyển động của xe nhất là ở tốc độ cao , do đó chúng không ngừngđược hoàn thiện

Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng (vànhlái ), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái ), cơ cấu lái (tănglực quay của vô lăng để truyền mômen lớn hơn tới các thanh dẫn động lái ), vàcác thanh dẫn động lái (truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫnhướng )

Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe

Để quay vòng được thì người lái cần phi tác dụng vào vô lăng một lực Đồngthời để quay vòng được thì cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặtvuông góc với bánh xe

Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng phải quay trênnhững đường tròn đồng tâm với nhau Đó là tâm quay tức thời khi quay vòng Kết cấu hệ thống lái rất phức tạp Vì vậy để hiểu được về trạng thái quay vòng

ta cần phải hiểu sâu về kết cấu của hệ thống lái

1.1.2 Phân loại.

+ Trục vít bánh vít

+ Trục vít đòn quay

+ Cơ cấu lái loại thanh khía

+ Cơ cấu lái kiểu liên hợp

1.1.3 Yêu cầu.

An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêu hàng đầutrong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng phương tiện này Một trongcác hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô là hệthống lái Để giảm nhẹ lao động cho người lái cũng như tăng thêm độ an toàn

cho ôtô, ngày nay trên ôtô thường sử dụng trợ lực lái Để đảm bảo tính êm dịuchuyển động trên mọi loại đường từ dải tốc độ thấp tới dải tốc độ cao, hệ thốnglái cần đảm bảo các yêu cầu sau :

Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an toàn Các

cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống láiphải đảm bảo không gây lên các dao động và va đập trong hệ thống lái

Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng khi chuyển động thẳng

Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng trên đường hẹp,đường gấp khúc, hệ thống lái có thể quay ngặt các bánh xe trước một cách

dễ dàng Quay vòng ngặt là trạng thái quay vòng với thời gian quay vòngngắn và bán kính quay vòng nhỏ

Đảm bảo lực lái thích hợp: Lực người lái đặt lên vành lái khi quay vòng phảinhỏ, lực lái cần thiết sẽ lớn khi xe đứng yên và sẽ giảm khi tốc độ xe tăng

Vì vậy cần phải đảm bảo lực lái nhỏ nhưng vẫn gây được cảm giác về trạngthái mặt đường

Hệ thống lái không được có độ dơ lớn: Với xe có vận tốc lớn nhất trên100Km/h, thì độ dơ vành lái không vượt quá 180, với xe có vận tốc lớn nhất

từ 25 km/h đến 100km/h thì độ dơ vành lái không vượt quá 270

Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây tổn thương lớn chongười lái Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch để giảmtác động từ mặt đường qua kết cấu lái lên vô lăng

đảm bảo tính tùy động

1.2 Kết cấu một số cơ cấu lái điển hình.

1.2.1 Cơ cấu lái kiểu trục vít- cung răng.

Cơ cấu lái loại này gồm có: trục vít và cung răng đặt ở giữa, trục vít cung răng đặt

ở cạnh bên trục vít

Cả hai loại cơ cấu lái này đều có ưu điểm hơn các cơ cấu lái trục vít- bánh vít là kếtcấu nhỏ gọn hơn, giảm được áp suất lên bề mặt tiếp xúc của các răng(do có thể bố trí 1 đến 3 răng)

Nhược điểm cơ bản của chúng là hiệu suất thấp nên chỉ sử dụng cho các ôtô tải có tải trọng lớn

1.2.2 Cơ cấu lái loại trục vít- êcu- cung răng.

Cơ cấu lái loại này hiện nay đang được sử dụng rộng rãi trên các xe ôtô tải Đây là loại cơ cấu lái liên hợp, trong cơ cấu lái này ma sát trượt được thay thế bằng ma sátlăn(giữa bi và êcu, bi và trục vít) vì vậy đảm bảo tỉ số truyền của cơ cấu lái lớn và

cơ cấu lái có tính chất”trả tay lái” khi quay vòng

Ư điểm lớn nhất của cơ cấu lái này là nhỏ gọn và có hiệu suất cao

1.2.3 Cơ cấu lái trục vít lõm- con lăn.

- Vỏ cơ cấu lái làm bằng gang và được bắc chặt với dầm dọc bên trái khung Trục vít lõm, con lăn được làm bằng thép.

- Trục vít được ép vào đầu dưới của trục lái và quay trên hai ổ côn, trục trên được nối với trục lái bằng then bán nguyệt Điều chỉch dịch chuyển bằng đệm giữa vỏ cơ cấu lái và nắp dưới của cơ cấu lái

- Con lăn được đặc trên 2 ổ thanh lăn kim ở trục đòn quay đứng, trục đòn quayđứng gối lên 2 bạc đồng và ổ con lăn trục ở nắp bên cạnh cơ cấu lái,trên trục đòn quay đứng có ren bắc đai ốc lắp đòn quay đứng, đầu còn lại có kết cấu điều chỉnhkhe hở ăn khớp của cơ cấu lái

Ưu điểm:

- Cơ cấu lái loại trục vít lõm- con lăn có 3 răng có kết cáu gọn, độ bền cao, lựctác dụng phân ra 3 răng nên áp lực tác dụng lên bề mặt răng nhỏ, ma sát trượt được thay bằng ma sát lăn nên có hiệu suất cao, loại ổ bi của trục vít con lăn có khả năng điều chỉnh được nhiều lần độ ăn khớp do khoảng hở trong ổ bi

Chương II Tính toán hệ thống lái2.1 các số liệu xe thiết kế.

1.1.1 Số liệu tham khảo.

các thông số đầu vào cho tính toán:

3 Trọng lượng phân bố lên

cầu dẫn hướng khi ôtô có tải

5 Chiều rộng cơ sở của ôtô B 1.800 m

1.1.2 Yêu cầu thiết kế hệ thống lái.

- Quay vòng ngặt trong thời gian ngắn nhất trên diện tích nhỏ nhất

- Lực lái nhẹ, tức lực đặt trên vành tay lái phải nhỏ nhưng phải đảm bảo cảmgiác tới người lái.

- Ôtô chuyển động thẳng phải ổn định đặc biệt ở tốc độ cao

- Động học quay vòng đúng, các bánh xe khi quay vòng phải lăn theo tâmquay tức thời để đảm bảo các bánh xe lăn không bị trượt trên đường, tránhmòn lốp nhanh và tiêu hao công suất cho lực ma sát

- Đặt cơ cấu lái trên phần được treo để kết cấu của hệ thống treo bánh trướckhông ảnh hưởng tới động học cơ cấu lái

Với xe thiết kế là xe tải hạng trung, có hệ thống treo phụ thuộc ta chọnphương án dẫn động lái như hình vẽ với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4khâu)

1.1.4 Chọn phương án cơ cấu lái.

Ngày nay trợ lực lái được sử dụng trên hầu hết các xe, cũng như cơ cấu láiloại trục vít lõm – con lăn được sử dụng phổ biến trên nhiều xe Do có các ưuđiểm: kết cấu gọn, độ bền và độ chống mòn của trục vít lõm con lăn cao và cóhiệu suất cao Có khả năng điều chỉnh lại nhiều lần để khắc phục khoảng hở ănkhớp và khoảng hở trong ổ bi Với những ưu điểm đó ta lựa chọn hệ thống lái có

kết cấu trục vít lõm con lăn để tính toán thiết kế cho xe tải hạng trung.

1.1.5 Chọn phương án trợ lực lái.

* Yêu cầu đối với trợ lực lái

Mặc dù trợ lực lái là cơ cấu được sử dụng để giảm lực lái nhưng mức độgiảm phải khác nhau phụ thuộc vào điều kiện chuyển động Và nó phải đảm bảođược các yêu cầu sau :

+Khi hệ thống của trợ lực lái có sự cố thì hệ thống lái vẫn có thể làm việc Nếu

có hư hỏng xảy ra làm ngưng việc cấp dầu từ bơm đến cơ cấu lái thì người lái cóthể lái được xe mà không cần tới trợ lực lái Người lái vẫn phải đảm bảo điềukhiển được xe nhưng với một lực lái lớn hơn

+Đảm bảo lực lái thích hợp : Công dụng chính của trợ lực lái là giảm lực láiđồng thời đó là một cơ cấu an toàn, mức độ giảm lực lái phải phù hợp với từngđiều kiện chuyển động của xe Nói chung, lực lái lớn khi xe đứng yên hay chaychậm ở tốc độ trung bình cần lực lái nhỏ hơn và lực lái giảm dần khi tốc độ tăng

Chỉ cần lực lái nhỏ khi tốc độ xe cao vì ma sát giữa bánh xe và mặt đường giảm.Nói cách khác phải đạt được lực lái phù hợp ở bất kỳ dải tốc độ nào và cùng lúc

đó “cảm giác đường “ phải đựơc truyền tới người lái Để đảm bảo được lực láithích hợp, trên các xe hiện đại được trang bị những thiết bị dặc biệt đi kèm vớitrợ lực lái trên bơm hoặc van điện từ như: kiểu cảm biến tốc độ xe, kiểu cảm biếntốc độ động cơ (RPM)

+ Khắc phục hiện tượng tự cường hoá khi ôtô vượt qua chỗ lõm , đường xấu,

có khả năng cường hoá lúc lốp xe bị hỏng, để khi đó người lái vừa phanh ngặt, vừagiữ được hướng chuyển động ban đầu của xe

+ Thời gian cường hoá phải là tối thiểu và chỉ cường hoá khi lực quay vònglớn

Như vậy sử dụng hệ thống trợ lực lái đảm bảo tính năng vận hành của xe, giảmđược lực đánh lái và chọn được tỷ số truyền của hệ thống lái thích hợp hơn.Nhưng hệ thống lái có trợ lực làm mòn lốp nhanh hơn, kết cấu phức tạp hơn vàkhối lượng bảo dưỡng cũng tăng lên so với hệ thống lái không có cường hoá

Với nhiệm vụ thiết kế ta chọn phương án trợ lực thuỷ lực vì nó có các ưuđiểm sau :

- Kích thước và khối lượng gọn nhẹ ,dễ bô trí

- Có hiệu quả tác động cao đặc biệt là tính tuỳ động (tính chép hình)

- Tốc độ tác động cao (độ chậm tác dụng khoảng 0,05 giây )

- Đóng vai trò giảm chấn, giảm những va đập từ mặt đường ngược lên hệthống lái

- Hệ thống tuần hoàn kín nên độ an toàn hoạt động cao và ít xảy ra hư hỏng

2.2 Tính toán thiết kế hệ thống lái.

2.1.1 Tính mômen quay vòng cực đại.

Lực tác dụng lên vành tay lái đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ôtô tại chổ.

Lúc đó mômen cản quay vòng trên dọc bánh xe dẫn hướng Mc sẻ bằng tổng sốcủa mômen cản chuyển động M1, mômen cản do các bánh xe trượt lê trên đườngM2, và mômen cần thiết để làm ổn định dẫn hướng M3 do cánh tay đòn a Khi xácđịmh giá trị lực cực đại tác dụng lên vành tay lái Pemax ,M3 có thể bỏ qua

Ta có : x = 0,5 √r2−r

bx2

Trong đó : r- bán kính tự do của bánh xe(rt)Nếu thừa nhận rbx = 0,96 rt thì ta có x = 0,14.rtLúc đó : M 2 = Y x = 0,14 Gbx ϕ rt

η d - hiệu suất của dẩn động lái : = 0,85 0,9

Thế các số liệu vào ta được:Mc = G1 (f.a + 0,14 ϕ rt)

1

η d . γ

=2710(0,015.0,05 + 0,14.0,8.0,5334).1,15

10,9 =209,466198 (kG.m)

2.2.2 Tỷ số truyền của hệ thống lái.

a) Tỷ số truyền của dẫn động lái I d

Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thướcvà quan hệ của các cánh tay đòn

Id=0,85-1,1

Chọn sơ bộ Id=1 ( cho cầu dẫn hướng)

b) Tỷ số truyền của cơ cấu lái I ω .

Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này thường lấy theo kinh nghiệm thiết kế

i ω - tỉ số truyền góc của cơ cấu lái loại vừa từ 20 25 lấy 21

c) Tỷ số truyền của hệ thống lái.

Tỷ số truyền của hệ thống lái bằng tích số của tỷ số truyền cơ cấu lái (i ω ) và tỷ

số truyền của dẫn động lái(id)

i=i ω i d

Tỷ số truyền cho cầu dẫn hướng thứ nhất i1=i ω i d 1

Trong đó id là tỷ số truyền của dẫn động lái đến bánh xe dẫn hướng

Giá trị tỷ số truyền đối với cầu dẫn hướng chọn sơ bộ i=1.21=21

c



d) Tỷ số truyền lực của hệ thống lái.

Il - là tỷ số của tổng lực cản khi ôtô máy kéo quay vòng(Pc) và lực đặt trên vành taylái khi cần thiết để khắc phục được lực cản quay vòng(Pl)

Với : Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe

Ml - mômen đặt trên vành tay lái

c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốpđến đường trục đứng kéo dài

R - bán kính vành tay lái

2.2.3 Tính toán các thông số hình học của hệ dẫn động lái.

a) Tính toán hình thang lái.

 Công dụng của hình thang lái:

- Hình thang lái có tác dụng đảm bảo sự quay vòng đúng của các bánh xe dẫnhướng Khi đó các bánh xe dẫn hướng không có sự trượt khi xe chuyển động

- Đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trái và bênphải sao cho các bánh xe lăn trên các đường tròn khác nhau nhưng đồng tâm

 Xây dựng đường đặc tính ly thuyết của hệ thống lái cầu trước

Muốn các bánh xe thực hiện quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải thoả mãncông thức sau :

Cotg õ-Cotg ỏ=

B0L

B A

O

C 1 1 1 D

B 0

Trong đó :

õ: Là góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài của cầu dẫn hướng

ỏ: Là góc quay của bánh xe dẫn hướng trong của cầu dẫn hướng

L : chiều dài cơ sở của hai cầu (trên hình vẽ)

B0 : Khoảng cách giữa hai đường tâm trụ quay đứng

Hình 2.4 - Sơ đồ động học khi quay vòng.

Theo hình vẽ : Cotg ỏ=

OD L

Ta tìm được mối quan hệ của các góc quay bánh xe dẫn hướng với góc ỏ nhưsau :

Cotg β=

B0

L +Cotg α Cho α các giá trị khác nhau từ 00÷ 400 ta xác định được góc β

tương ứng theo bảng sau :

Bảng I: Bảng thông số của đường đặc tính lý thuyết của các góc quay cầudẫn hướng

α

(¿0 )

B 0

13,387

17,267

20,933

24,427

27,785