Khai thác hệ thống lái trên xe TOYOTA VIOS

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờquay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳnghay chuyển động quay vòng của ôtô khi cần thiết

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

BÙI THANH TÙNG KHÓA 3

HỆ ĐÀO TẠO KỸ SƯ DÂN SỰ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH Ô TÔ

KHAI THÁC HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE TOYOTA VIOS

NĂM 2009

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành ô tô giữ một vị trí quan trọng trong sự phát triển của xã hội Ô tôđược dùng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân ở nhiều lĩnh vực khác nhau nhưcông nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông vận tải, quốc phòng an ninh…Trên nền tảng của đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tếngành công nghiệp ô tô ở nước ta ngày càng được chú trọng và phát triển Thểhiện bởi các liên doanh lắp ráp ô tô giữa nước ta với nước ngoài ngày càng pháttriển rộng lớn trên hầu hết các tỉnh của cả nước như: FORD, TOYOTA,DAEWOO Một vấn đề lớn đặt ra đó là việc nắm vững lý thuyết, kết cấu củacác loại xe hiện đại, của từng hệ thống trên xe để từ đó khai thác và sử dụng xemột cách có hiệu quả cao, đáp ứng yêu cầu giữ tốt, dùng bền, an toàn, tiết kiệm.Một trong những hệ thống quan trọng của ô tô là hệ thống lái Hệ thống này

có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, đảm bảo tính năng ổnđịnh chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng Trong quátrình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an toàn chuyển động vàquỹ đạo chuyển động của ô tô, đặc biệt đối với xe có tốc độ cao Do đó người takhông ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó

Xuất phát từ những yêu cầu và đặc điểm đó, em đã được giao thực hiện

nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Khai thác hệ thống lái trên xe TOYOTA VIOS”.

Nội dung phần thuyết minh đồ án bao gồm:

Lời mở đầu.

Chương 1 Giới thiệu chung về xe Toyota Vios.

Chương 2 Đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Toyota Vios.

Chương 3 Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái xe Toyota Vios.

Chương 4 Khai thác, sử dụng hệ thống lái xe Toyota Vios Kết luận.

Tài liệu tham khảo.

Sinh viên thực hiện:

Bùi Thanh Tùng

MỤC LỤC

Trang

Chương 1 Giới thiệu chung về xe Toyota Vios 3

1.2 Thông số kỹ thuật của xe Toyota Vios 5

Chương 2 Đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Toyota Vios 102.1 Giới thiệu chung về hệ thống lái ô tô 10

2.1.2 Bố trí chung hệ thống lái xe Toyota Vios 122.2 Đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Toyota Vios 13

2.2.4 Tính tùy động hệ thống lái xe Toyota Vios 23

Chương 3 Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái xe Toyota Vios 25

3.2 Tính toán kiểm nghiệm hình thang lái xe Toyota Vios 263.2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán kiểm tra động học hình thang lái 263.2.2 Trình tự tính toán kiểm nghiệm hình thang lái bằng hình học 27 3.3.3 Kiểm tra bằng phương pháp đại số 283.3 Tính toán kiểm bền cho các chi tiết cơ bản của hệ thống lái 29 3.3.1 Xác định mômen cản quay vòng 29

3.3.2 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái 32

3.3.3 Tính bền cơ cấu lái bánh răng trụ – thanh răng 32

3.3.5 Tính bền đòn kéo ngang 37

3.3.7 Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái 40

Chương 4 Khai thác, sử dụng hệ thống lái xe Toyota Vios 43

4.3.8 Dầu chảy qua lỗ thông hơi của bơm 48

4.4.3 Hiệu chỉnh lệch tâm vô lăng 51 4.4.4 Điều chỉnh góc quay vôlăng 52 4.4.5 Kiểm tra áp suất, độ đảo của lốp 52 4.4.6 Kiểm tra góc quay bánh xe 53 4.4.7 Kiểm tra góc camber, caster và góc kingpin 54 4.4.8 Kiểm tra, điều chỉnh độ chụm 55 4.4.9 Bảo dưỡng bộ phận trợ lực lái 57

kế Nhật của Toyota được sản xuất tại nhà máy Toyota Gateway, tỉnhChachoengsao, Thái Lan Với sự ra đời của Vios thế hệ thứ 2 năm 2007,Toyota bắt đầu cho dòng xe này tiến quân sang các thị trường khác ngoài châu

Á, thay thế chiếc Toyota Soluna, một mẫu subcompact bình dân hơn ToyotaCorolla và Toyota Camry trong khu vực Đông Nam Á

Hình 1.1 Hình dáng ngoài xe Toyota Vios.

Thế hệ đầu 2003–2007

Kiểu thiết kế thân xe: sedan 4 chỗ

Động cơ: 1.3 và 1.5 lít

Những chiếc xe đầu tiên của Vios ra đời tại Thái Lan dưới bàn tay của các

kỹ sư Thái Lan và các nhà thiết kế Nhật Phần lớn các mẫu xe Vios tại các quốcgia Đông Nam Á trong đó có Việt Nam được trang bị động cơ 1,5 lít trừ những

chiếc Vios của quốc đảo Philippines Người dân quốc đảo này ưa chuộng phiênbản sử dụng động cơ nhỏ hơn với dung tích 1,3 lít.

Phiên bản đầu tiên của Vios được chế tạo dựa trên mẫu Toyota Platz.Nhờ một số cải tiến về ngoại thất, những chiếc Vios mang một dáng vẻ khácbiệt, đặc biệt là với phiên bản 2006 Phiên bản này được chỉnh sửa đáng kể vớilưới tản nhiệt, đèn pha, đèn hậu được làm mới cùng vành đúc và nội thất mới.Thế hệ thứ 2 (từ năm 2007 đến nay)

Kiểu thiết kế thân xe: sedan 4 chỗ

Phiên bản Vios 1.5E mới (5 số sàn) được nâng cấp từ xe Vios 2003 1.5G (5

số sàn), còn phiên bản Vios 1.5G mới (4 số tự động) lần đầu tiên được giới thiệutại thị trường Việt Nam

Xe Vios 2007 có kích thước lớn hơn xe đời cũ Trang bị an toàn và tiệnnghi có nhiều cải tiến Về ngoại thất, thay đổi lớn nhất là lưới tản nhiệt có cấutrúc hình chữ V, cụm đèn hậu nhô ra ngoài, đèn xi-nhan tích hợp trên gương(gương có thể gập lại khi không sử dụng), vành hợp kim thiết kế mới

1.2 Thông số kỹ thuật của xe Toyota Vios

1.2.1 Động cơ 1NZ-FE (DOHC 16 xu páp với VVT-i)

Động cơ sử dụng trên xe Toyota Vios là loại động cơ xăng 4 kỳ , với 4 xylanh đặt thẳng hàng, thứ tự làm việc 1- 3- 2- 4 Động cơ sử dụng trục cam kép,dẫn động bằng đai với công nghệ điều khiển đóng mở xu páp thông minh (VVT-i), giúp cho xe tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường

- Công suất tối đa: 107 HP / 6000 rpm

- Mô men xoắn tối đa: 144 Nm / 4200 rpm

- Tỉ số nén: 10,5:1

- Mức tiêu hao nhiên liệu: 5,5L/100 Km (trong điều kiện thử nghiệm)

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu: xe Toyota Vios sử dụng hệ thống phun xăngđiện tử đa điểm (MPI) với các loại xăng có chỉ số octan là RON 95, 92, 87, 83.Dung tích bình xăng là 42 lít

- Hệ thống làm mát: hệ thống làm mát bằng nước theo phương pháp tuần hoàncưỡng bức nhờ bơm nước

- Hệ thống bôi trơn: theo nguyên lý hoạt động hỗn hợp bao gồm bôi trơn cưỡngbức kết hợp với vung té Xe sử dụng các loại dầu bôi trơn như: SAE 5W30, SAE10W30, SAE 15W40

1.2.2 Hệ thống truyền lực

- Ly hợp: Loại 1 đĩa ma sát khô, thường đóng , có lò xo ép hình đĩa, dẫn động cơkhí kiểu cáp Ở loại ly hợp này sử dụng lò xo dạng đĩa hình côn từ đó có thể tậndụng kết cấu này để đóng mở ly hợp mà không cần phải có đòn mở riêng Mặtđáy của lò xo được tì trực tiếp vào đĩa ép, phần giữa của lò xo được liên kết với

vỏ Mặt đỉnh của lò xo sẽ được sử dụng để mở ly hợp khi bạc mở ép lên nó

- Hộp số:+ Đối với phiên bản 1.5G là tự động 4 cấp

+ Đối với phiên bản 1.5E là hộp số thường 5 cấp.

- Truyền lực chính và vi sai: Đây là loại xe du lịch động cơ và hộp số đặt ngang,cầu trước chủ động nên cặp bánh răng truyền lực chính và vi sai cũng được bố tríluôn trong cụm hộp số Xe Toyota Vios sử dụng truyền lực chính một cấp, bánhrăng trụ răng nghiêng

- Xe Toyota Vios còn được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh ABS, với cơchế phân bố lực phanh điện tử EBD, giúp bánh xe không bị bó cứng và ổn địnhngay cả khi phanh gấp trên đường trơn trượt

1.2.4 Hệ thống lái

Hệ thống lái trên xe Toyota Vios là hệ thống lái cơ khí với tay lái trợ lựcthủy lực, giúp tay lái nhẹ hơn khi chạy xe ở tốc độ thấp và trở lại mức bìnhthường khi xe chạy ở tốc độ cao

Hệ thống lái xe Toyota Vios bao gồm cơ cấu lái, dẫn động lái, và trợ lựclái

- Cơ cấu lái loại bánh răng trụ thanh răng, trong đó thanh răng làm luôn chứcnăng của thanh lái ngang trong hình thang lái

- Dẫn động lái gồm có: vành tay lái, vỏ trục lái, trục lái, truyền động các đăng,thanh lái ngang, cam quay và các khớp nối

- Trợ lực lái gồm các bộ phận cơ bản: bơm dầu, van phân phối và xi lanh lực

- Bán kính quay vòng:Bán kính quay vòng tối thiểu 4,9 m

1.2.5 Phần vận hành

Hệ thống treo trên xe bao gồm treo trước và treo sau

- Treo trước là hệ thống treo độc lập kiểu nến (mcpherson), kích thước đòn treotrên của hệ thống treo này giảm về bằng 0 Còn đầu trong của đòn treo dướiđược liên kết bản lề với dầm ôtô, đầu ngoài liên kết với trục khớp nối dẫn hướng

mà điểm liên kết nằm trên đường tâm của trụ xoay đứng Đầu trên của giảm chấnống thuỷ lực được liên kết với gối tựa trên vỏ ôtô Phần tử đàn hồi là lò xo đượcđặt một đầu tì vào tấm chặn trên vỏ giảm chấn còn một đầu tì vào gối tựa trên vỏôtô Trên xe Toyota Vios vì đòn treo dưới chỉ gồm một thanh nén nên có bố tríthêm một thanh giằng ổn định Ngoài ra đây là bánh xe dẫn hướng nên trụ đứng

là vỏ giảm chấn có thể quay quanh trục của nó khi xe quay vòng

- Treo sau là hệ thống treo phụ thuộc phần tử đàn hồi lò xo trụ, vì lò xo trụ chỉ cókhả năng chịu lực theo phương thẳng đứng nên ngoài lò xo trụ phải bố trí cácphần tử hướng

- Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS).

- Hệ thống đèn chiếu sáng và đèn báo hiệu bao gồm: đèn pha, đèn si nhan, đènphanh, đèn sương mù, đèn soi biển số, đèn trần trong xe, đèn báo áp suất dầu,đèn báo nạp ắc quy, đèn báo mức xăng thấp

- Hệ thống thông gió, sưởi ấm, điều hoà nhiệt độ, bộ gạt nước, rửa kính

- Hệ thống âm thanh gồm có radio, cassette và dàn loa

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật của xe Toyota Vios

CHÚTOYOTA

VIOS 1.5G

TOYOTAVIOS 1.5E

15 Kiểu động cơ 4 xy lanh, thẳng hàng, 16

xu páp, DOHC-VVT-i

17 Công suất tối đa HP/rpm 107/6000

18 Mô men xoắn tối đa Nm/rpm 144/4200

CHƯƠNG 2

ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA VIOS

2.1 Giới thiệu chung về hệ thống lái ô tô

2.1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

a Công dụng của hệ thống lái ô tô

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờquay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳnghay chuyển động quay vòng của ôtô khi cần thiết

Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng(vành lái), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái), cơ cấu lái(tăng lực quay của vô lăng để truyền mômen lớn hơn tới các thanh dẫn động lái),

và các thanh dẫn động lái (truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫnhướng)

b Phân loại hệ thống lái ô tô

* Theo cách bố trí vành tay lái

- Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên trái;

- Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên phải

* Theo số lượng cầu dẫn hướng

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

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

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

* Theo kết cấu của cơ cấu lái

- Cơ cấu lái loại trục vít- bánh vít;

- Cơ cấu lái loại trục vít- cung răng;

- Cơ cấu lái loại trục vít- con lăn;

- Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay;

- Cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, ê cu, cung răng);

- Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng

* Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của trợ lực

- Hệ thống lái có trợ lực thủy lực;

- Hệ thống lái có trợ lực khí nén;

- Hệ thống lái có trợ lực điện

c Yêu cầu của hệ thống lái ô tô

- Đảm bảo quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diệntích rất bé

- Đảm bảo lực đặt lên vành tay lái bé

- Đảm bảo động học quay vòng đúng trong đó các bánh xe của tất cả các cầuphải lăn theo những vòng tròn đồng tâm

- Đảm bảo ô tô chuyển động thẳng ổn định

- Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, đảm bảo hiệu suất thuận phải lớnhơn hiệu suất nghịch để giảm tác động từ mặt đường qua cơ cấu lái lên vô lăng

- Đảm bảo tính tùy động

2.1.2 Bố trí chung hệ thống lái xe Toyota Vios

Hệ thống lái ô tô Toyota Vios bao gồm : cơ cấu lái, dẫn động lái, trợ lực lái.Sơ

đồ bố trí chung hệ thống lái xe Toyota Vios được cho trên hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe Toyota Vios.

1.Vành lái(vô lăng); 2 Trục lái; 3 Thanh răng lái; 4 Xi lanh trợ lực; 5 Cảm biến tốc độ; 6.Bơm trợ lực; 7 Bình chứa dầu; 8 Van điều khiển; 9 Thanh nối;10 Làm mát dầu trợ lực; 11 Rô tuyn.

- Vành lái (vô lăng): vành lái cùng với trục lái có nhiệm vụ truyền lực quay vòng củangười lái từ vành lái đến trục răng của cơ cấu lái

- Cơ cấu lái: cơ cấu lái sử dụng trên xe Toyota Vios là cơ cấu lái bánh răng trụ và thanhrăng Nó có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc củađòn quay đứng và khuyếch đại lực điều khiển trên vành tay lái

- Dẫn động lái: dẫn động lái bao gồm trục lái, thanh ngang, trục rô tuyn, cam quay Nó

có nhiệm vụ biến chuyển động góc của đòn quay đứng thành chuyển động góc củatrục bánh xe dẫn hướng

-Hệ thống trợ lực lái: có nhiệm vụ làm giảm lực điều khiển trên vành tay lái đểgiảm cường độ lao động cho người lái và để tăng tính an toàn của hệ thống điềukhiển lái.

So với hệ thống lái không có trợ lực, cấu tạo chung của hệ thống lái có trợ lựcgồm hai phần chính: phần lái cơ khí có cấu tạo và nguyên lý giống với các hệ thống láithông thường, phần trợ lực với các bộ phận chính sau:

- Nguồn năng lượng của trợ lực (Bơm thủy lực)

- Van phân phối (Van điều khiển)

- Cơ cấu chấp hành (Xi lanh lực)

2.2 Đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Toyota Vios

2.2.1 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái sử dụng trên xe Toyota Vios là loại bánh răng trụ - thanh răng

Hình 2.2 Cơ cấu lái bánh răng trụ- thanh răng.

1 Bạc lệch tâm; 2 Ổ bi đỡ; 3 Trục răng; 4 Vít điều chỉnh; 5 Dẫn

hướng thanh răng; 6 Lò xo nén; 7 Thanh răng; 8 Vỏ thanh răng; 9 Kẹp; 10 Bạc lót; 11.Cao su chắn bụi; 12 Đầu thanh răng; 13 Thanh nối.

Cơ cấu lái bánh răng trụ - thanh răng sử dụng chủ yếu trên các xe công suất

bé Vỏ của cơ cấu lái được làm bằng gang, trong vỏ có các bộ phận làm việc của

cơ cấu lái, gồm trục răng ở phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng, vỏcủa cơ cấu lái bánh răng trụ - thanh răng kết hợp làm luôn chức năng của thanhlái ngang trong hình thang lái Trục răng được chế tạo bằng thép, trục răng quaytrơn nhờ 2 ổ bi đặt trong vỏ của cơ cấu lái Điều chỉnh các ổ này dùng một êculớn ép chặt các ổ bi, trên vỏ êcu có phớt che bụi Để đảm bảo trục răng quay nhẹnhàng thanh răng có cấu tạo răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ởphía trái, phần thanh còn lại có tiết diện tròn Khi vô lăng quay, trục răng quaylàm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt

Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền xuống thanh cam quay qua các đầuthanh răng và đầu thanh lái Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe, để tạo góc ăn khớp lớn cho

bộ truyền răng nghiêng thì trục răng đặt nghiêng ngược chiều nghiêng của thanhrăng, nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn, làm việc êm

Khi quay vành tay lái thông qua trục lái thì trục răng 3 sẽ làm dịch chuyểnthanh răng 7 qua trái hoặc phải Hai đầu thanh răng được nối với bánh xe dẫnhướng qua các khớp cầu và thanh nối sẽ làm quay bánh xe dẫn hướng tương ứngvới góc đánh vành tay lái Dẫn hướng thanh răng 5 giúp giữ thanh răng không bịquay trong vỏ cơ cấu lái Bạc lệch tâm 1 để điều chỉnh ăn khớp giữa trục vít vàthanh răng, còn vít điều chỉnh 4 để điều chỉnh khoảng hở mặt bên

* Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng có các ưu điểm sau:

- Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng có tác

dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các thanh ngang như ở các cơ cấu láikhác

- Ăn khớp răng trực tiếp nên độ nhạy cao

- Ma sát trượt và lăn nhỏ kết hợp với sự truyền mômen tốt nên lực điều khiểntrên vành lái nhẹ.

- Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải bảo dưỡng

Cơ cấu lái kiểu này thì tỉ số truyền có thể thay đổi được Bước răng (khoảngcách giữa các răng) giảm từ từ về hai phía đầu của thanh răng và độ sâu bước ănkhớp mà tại đó răng của trục răng ăn khớp với răng của thanh răng trở nên lớnhơn Vì vậy đường kính ăn khớp thực tế của trục răng giảm khi nó tiến gần tớihai đầu của thanh răng Điều đó có nghĩa là, cùng với một góc quay của vô lăngnhư nhau, ở phần giữa của thanh răng, nó sẽ di chuyển thoải mái hơn so với haiđầu của thanh răng

Như vậy, nếu so sánh tỷ số truyền không đổi tức lực lái tăng khi quay vôlăng thì kiểu có tỷ số truyền thay đổi, có lực lái thay đổi rất ít nên điều khiển láirất nhẹ nhàng

Trục lái của xe Toyota Vios dạng ống lồng liên kết với cơ cấu lái nhờ khớpcác đăng

Cấu tạo cơ bản của cơ cấu này bao gồm một cặp cữ chặn nghiêng, bulôngkhoá nghiêng, giá đỡ kiểu dễ vỡ, cần nghiêng v.v

Các cữ chặn nghiêng xoay đồng thời với cần nghiêng Khi cần nghiêng ở vịtrí khoá, đỉnh của các cữ chặn nghiêng được nâng lên và đẩy sát vào giá đỡ dễ vỡ

và gá nghiêng, khoá chặt giá đỡ dễ vỡ và bộ gá nghiêng Mặt khác, khi cần gạtnghiêng được chuyển sang vị trí tự do thì sẽ loại bỏ sự chệnh lệch độ cao của các

cữ chặn nghiêng và có thể điều chỉnh trục lái theo hướng thẳng đứng

2.2.3 Trợ lực lái

Hệ thống trợ lực lái trên xe Toyota Vios là hệ thống trợ lực thủy lực Trong

đó van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ cấu lái Thanh răng của cơ cấulái cũng đồng thời là xy lanh lực của hệ thống trợ lực

- Ưu điểm của kiểu bố trí này là kích thước nhỏ gọn, và có độ nhạy cao

- Nhược điểm của kiểu bố trí này là kết cấu phức tạp, các chi tiết của dẫn động lái chịu tải trọng lớn

Các chi tiết chính của hệ thống trợ lực thủy lực:

a Bơm thủy lực:

Bơm thủy lực sử dụng trong hệ thống trợ lực lái trên xe Toyota Vios là bơmkiểu phiến gạt Bơm thủy lực được đặt phía trên động cơ và được dẫn động từđộng cơ bằng bộ truyền đai

Hình 2.5 Bơm kiểu phiến gạt.

1 Trục rô to; 2 Rô to; 3 Cánh bơm; 4 Vòng cam; 5 Sau cánh bơm;

6 Van điều khiển lưu lượng; 7 Lỗ tiết lưu; 8.Cửa hút; 9 Cửa xả.

Rô to quay trong một vòng cam được gắn chắc với vỏ bơm Rô to có cácrãnh để gắn các cánh bơm Chu vi vòng ngoài của rô to hình tròn nhưng mặttrong của vòng cam hình ô van do vậy tồn tại một khe hở giữa rô to và vòngcam Cánh gạt sẽ ngăn cách khe hở này để tạo thành một buồng chứa dầu

Cánh bơm bị giữ sát vào bề mặt trong của vòng cam bằng lực ly tâm và ápsuất dầu tác động sau cánh bơm, hình thành một phớt dầu ngăn rò rỉ áp suất từgiữa cánh gạt và vòng cam khi bơm tạo áp suất dầu Dung tích buồng dầu có thểtăng hoặc giảm khi rô to quay để vận hành bơm Nói cách khác, dung tích củabuồng dầu tăng tại cổng hút do vậy dầu từ bình chứa sẽ được hút vào buồng dầu

từ cổng hút Lượng dầu trong buồng chứa giảm bên phía xả và khi đạt đến 0 thì

dầu trước đây được hút vào buồng này bị ép qua cổng xả Có 02 cổng hút và 02cổng xả Do đó, dầu sẽ hút và xả 02 lần trong trong một chu kỳ quay của rô to.

b Xi lanh lực

Trên xe Toyota Vios thanh răng đóng vai trò pit tông trợ lực và thanh răngdịch chuyển do áp suất dầu tạo ra từ bơm trợ lực lái tác động lên pít tông theo cảhai hướng Trục van phân phối được nối với vô lăng Khi vô lăng ở vị trí trunggian (xe chạy thẳng) thì van phân phối cũng ở vị trí trung gian Do đó dầu từbơm trợ lực lái không vào khoang nào mà quay trở lại bình chứa Tuy nhiên, khi

vô lăng quay theo hướng nào đó thì van phân phối thay đổi đường truyền do vậydầu chảy vào một trong các buồng Dầu trong buồng đối diện bị đẩy ra ngoài vàchảy về bình chứa theo van phân phối

Hình 2.6 Xi lanh lực trên xe Toyota Vios.

1 Trục van phân phối; 2 Thanh răng; 3 Pít tông; 4 Buồng trái;

5 Buồng phải; 6 phớt dầu.

c Van phân phối

Van phân phối sử dụng trong hệ thống trợ lực lái trên xe Toyota Vios là loạivan quay Trong van phân phối có phần tử định tâm và phần tử phản lực Vanphân phối được chế tạo với độ chính xác rất cao, trong đó có các van an toàn đểtránh cho áp suất dầu tăng quá cao và đảm bảo cho hệ thống lái làm việc bìnhthường khi bơm dầu bị hỏng.

Hình 2.7 Van phân phối kiểu quay.

1.Thanh xoắn; 2 Trục van; 3 Van quay; 4 Vỏ van phân phối; 5 Trục răng; 6 Chốt cố định; 7 Cửa nạp; 8 Cửa hồi; 9 Miếng hãm (trục răng).

Van phân phối trong cơ cấu lái quyết định đưa dầu từ bơm trợ lực lái đi vàobuồng nào Trục van phân phối (trên đó tác động mô men vô lăng) và trục răngđược nối với nhau bằng một thanh xoắn Van quay và trục răng được cố địnhbằng một chốt và quay liền với nhau Nếu không có áp suất của bơm tác động,thanh xoắn sẽ ở trạng thái hoàn toàn xoắn và trục van phân phối và trục răng tiếpxúc với nhau ở miếng hãm và mômen của trục van phân phối trực tiếp tác độnglên trục răng

* Nguyên lý hoạt động

 Vị trí trung gian

áp suất nên không có lực trợ lái.

 Vị trí quay vòng sang phải

Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động van phân phối ở vị trí quay vòng sang phải.

Khi xe quay vòng sang phải, thanh xoắn bị xoắn và trục van phân phối theo

đó quay sang phải Các lỗ X và Y hạn chế dầu từ bơm để ngăn dòng chảy vàocác cổng "C"và cổng "D" Kết quả là dầu chảy từ cổng"B" tới ống nối "B" và sau

đó tới buồng xi lanh phải, làm thanh răng dịch chuyển sang trái và tạo lực trợ lái.Lúc này, dầu trong buồng xi lanh trái chảy về bình chứa qua ống nối "C" →cổng "C" → cổng "D" → buồng "D"

 Vị trí quay vòng sang trái

Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động van phân phối ở vị trí quay vòng sang trái.

Khi xe quay vòng sang trái thanh xoắn bị xoắn và trục van phân phối cũngquay sang trái Các lỗ X' và Y' hạn chế dầu từ bơm để chặn dòng chảy dầu vàocác cổng "B" và"C" Do vậy, dầu chảy từ cổng "C" tới ống nối "C" và sau đó tớibuồng xi lanh trái làm thanh răng dịch chuyển sang phải và tạo lực trợ lái Lúcnày, dầu trong buồng xi lanh phải chảy về bình chứa qua ống nối "B"→ cổng "B"→ cổng "D"→ buồng "D"

2.2.4 Tính tùy động hệ thống lái xe Toyota Vios

Muốn giữ nguyên góc quay của xe, người lái ngừng đánh tay lái và giữnguyên lực tác dụng đặt lên vành tay lái Tại thời điểm này thì van phân phối ở

vị trí mở để cung cấp dầu cao áp cho một khoang của xi lanh lực Do có tác dụngcủa dầu có áp suất cao ở khoang công tác vẫn tiếp tục đẩy xi lanh lực chuyểnđộng, làm cho thanh răng chuyển động, đồng thời lúc này trục răng đứng im dongười lái ngừng đánh tay lái Như vậy sự dịch chuyển của thanh răng sẽ làm trụcrăng và van phân phối chuyển động cho tới khi van phân phối ở vị trí trung gian,nối thông khoang công tác của xi lanh lực với đường hồi dầu về bình chứa dầuthì dừng lại Lúc này dầu ở hai khoang công tác của xi lanh lực có áp suất bằngnhau, xi lanh lực sẽ dừng ở vị trí này, vị trí tương ứng với góc quay vành tay lái,

và góc quay của bánh xe dẫn hướng được giữ nguyên, do vậy đảm bảo được tácdụng tùy động trong hệ thống lái tùy theo góc quay vành tay lái Nếu muốn quayvòng với góc quay vòng lớn hơn thì người lái phải tiếp tục tác dụng quay vànhtay lái

Sau khi quay vòng muốn cho xe trở về trạng thái chuyển động thẳng nhanhchóng thì người lái đánh nhẹ vành tay lái ngược với góc quay ban đầu, lúc nàydưới tác dụng của áp suất dầu ở buồng phản lực sẽ đưa và giữ van phân phối ở vịtrí trung gian, đảm bảo cho dầu ở các khoang của xi lanh lực thông nhau và thoát

về bình chứa Đồng thời dưới tác dụng của mômen ổn định bánh xe dẫn hướng

sẽ làm cho xe nhanh chóng trở về trạng thái chuyển động thẳng

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA VIOS

Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái bao gồm tính toán kiểm tra động học củadẫn dộng lái và tính toán kiểm bền cho các chi tiết cơ bản của hệ thống lái.

Tính toán kiểm tra động học của dẫn động lái nhằm kiểm tra dẫn động láitheo điều kiện trượt bên của các bánh xe dẫn hướng khi ô tô quay vòng Có haiphương pháp kiểm tra động học hình thang lái là phương pháp hình học vàphương pháp đại số

Tính bền cho các chi tiết cơ bản của hệ thống lái bao gồm bánh răng trụ,thanh răng, trục lái, thanh lái dọc, thanh lái ngang và các khớp cầu

3.1 Thông số đầu vào

Thông số đầu vào cho tính toán kiểm tra động học hình thang lái, và tính bền

hệ thống lái được cho trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Thông số đầu vào

3.2 Tính toán kiểm nghiệm hình thang lái xe Toyota Vios

3.2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán kiểm tra động học hình thang lái

Theo lý thuyết quay vòng của các bánh xe dẫn hướng: điều kiện quay vòng

lý tưởng để các bánh xe không bị trượt bên là:

Cotgi - cotgi =

L

B0

(3.1) Trong đó:

i – góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên trong (độ);

i – góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng ngoài (độ);

B0 – khoảng cách giữa 2 đường tâm trụ đứng (mm);

L – chiều dài cơ sở của xe (mm)

Hình 3.1 Sơ đồ quay vòng của ô tô.

Từ hình vẽ 3.1 ta có: góc (GA· E) = α (góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài)

 cotg βi =

L

B R

2

0



Như vậy góc quay của bánh xe dẫn hướng trong β bằng góc (·GBE) Từ đó ta

có ứng với các cặp (i, i) của công thức (3.1) đưa vào hình vẽ trên ta được cácgiao điểm Ei nằm trên đường thẳng GC, thì động học hình thang lái đã có đảmbảo cho xe quay vòng mà các bánh xe không xảy ra trượt ngang

Nhưng thực tế thì các hình thang lái không thoả mãn được điều kiện trên,tức là các giá trị cặp (i,i) thực tế không thoả mản điều kiện (3.1) nên các bánh

xe dẫn hướng vẫn xảy ra trượt ngang Mức độ trượt ngang càng ít nếu các giaođiểm Ei tạo ra càng gần đường thẳng GC

3.2.2 Trình tự tính toán kiểm nghiệm hình thang lái bằng hình học

Hình 3.2 Sơ đồ kiểm nghiệm hình thang lái bằng hình học.

- Vẽ hình thang lái theo tỷ lệ tương ứng

- Xác định các cặp góc (i,i)

- Dựng hình chữ nhật ABCD với: AD = L; CD = B0

- Xác định các trung điểm G, G’ của AB và CD

- Nối G với C →GC là đường lý thuyết theo phương trình (3.1).

- Kéo dài các cạnh của các cặp góc (i,i) cắt nhau tại các điểm Ei

Để hạn chế sự trượt ngang của các bánh xe dẩn hướng thì các điểm Ei cànggần GC càng tốt

3.3.3 Kiểm tra bằng phương pháp đại số

Phương pháp đại số đánh giá mức độ trượt bên thông qua hệ số i được xácđịnh theo công thức sau:

i= B L

i i

i

) sin(

sin sin

* Trình tự kiểm tra như sau:

- Cho các góc quay của bánh xe bên trong những giá trị i khác nhau

- Bằng phương pháp đồ thị (hình vẽ) xác định các góc quay αi tương ứng củabánh xe bên ngoài

Hình 3.3 Các vị trí của hình thang lái.

- Xác định các giá trị của hệ số i tương ứng với từng cặp góc (i, i) khác nhautheo công thức (3.2)

- Các giá trị i càng gần bằng 1 thì khi ô tô quay vòng với các bán kính khácnhau, các bánh xe dẫn hướng không bị trượt bên hoặc có trượt bên không đángkể.

- Kết quả tính toán cụ thể theo công thức (3.2) được lập thành bảng dưới đây:

3.3 Tính toán kiểm bền cho các chi tiết cơ bản của hệ thống lái

3.3.1 Xác định mômen cản quay vòng

Lực tác động lên vành tay lái của ôtô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòngôtô tại chỗ Lúc đó mômen cản quay vòng trên bánh xe dẫn hướng Mc sẽ bằngtổng số của mômen cản chuyển động M1, mômen cản M2 do sự trượt lết bánh xetrên mặt đường và mômen cản M3 gây nên bởi sự làm ổn định các bánh xe dẫnhướng

 



1

3 2

2 2

k- hiệu suất của các khớp thanh kéo Chọn k = 0,8;

t- hiệu suất của trụ đứng Chọn t = 0,9

   0 , 8  0 , 9  0 , 72

* Thay các giá trị M1, M2, M3 và  vào công thức (3.3) ta được:

  416 , 3

72 , 0

1 4 , 296 36 ,



C

3.3.2 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái

Khi đánh lái trong trường hợp ôtô đứng yên tại chỗ thì lực đặt lên vành taylái để thắng được lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng là lớn nhất.Lực lớn nhất đặt lên vành tay lái được xác định theo công thức:

th d c

C vl

i i R

M P

Mc - mômen cản quay vòng Mc = 416,3 (Nm);

R - bán kính vành lái R = 0,18 (m);

ic - tỷ số truyền cơ cấu lái ic = 19,5;

th - hiệu suất thuận của cơ cấu lái th = 0,6;

id - tỷ số truyền của truyền động lái id = 1

* Thay vào công thức (3.6):

197 , 7

6 , 0 5 , 19 18 , 0

3 , 416

3.3.3 Tính bền cơ cấu lái bánh răng trụ – thanh răng

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

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

20 2 , 3855

đảm bảo được những yêu cầu làm việc của cơ cấu lái thì vật liệu chế tạo bánhrăng trụ thanh răng được dùng là thép XH được tôi cải thiện, có:

a Ứng suất tiếp xúc cho phép:

- Giới hạn bền mỏi tiếp xúc của bánh răng:

SH - hệ số an toàn; lấy SH = 1,1;

ZR - hệ số xét ảnh hưởng của độ nhám; ZR = 0,95;

ZV - hệ số xét ảnh hưởng của vận tốc vòng; ZV = 1,1;

KXH - hệ số xét ảnh hưởng của kích thước bánh răng; KXH = 1;

KF - hệ số xét ảnh hưởng của độ độ bôi trơn; KF = 1

* Thay các thông số vào công thức (3.7) ta được:

 H 0 , 95 1 , 1 1 1 560 , 5MPa

1 , 1

 FL   1 0, 7 360 182  

- Ứng suất uốn cho phép của bánh răng

F  F Y R Y S K XF (3.9)

b Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc theo công thức:

ZM - hệ số xét đến cơ tính của vật liệu ZM = 275 (MPa)1/2 (đối với bánh răng bằng thép);

ZH - hệ số xét đến hình dạng bề mặt tiếp xúc, tính theo công thức:

1 9

1 2 3 88 1 cos 1

1 2 3 88 1

2 1

H H

K K T

d b K

Trong đó:

KHα - hệ số phân bố không đều tải trọng giữa các răng KHα = 1,02;