Thuyết minh đồ án hệ thống lái xe khách

- Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và để đảm bảo độnghọc quay vòng cần thiết của chúng.. Yêu cầu: Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu

LỜI NÓI ĐẦU

Kể từ khi ra đời đến nay ngành cơ khí ô tô khôngngừng phát triển và đạt được thành tựu to lớn

Ngày nay với sự phát triển của nền khoa học kỹthuật, ngành công nghiệp ôtô đã chế tạo ra nhiều loại ôtôvới hệ thống lái có tính năng kỹ thuật rất cao để đảmbảo vấn đề an toàn và tính cơ động của ôtô

Trong tập đồ án môn học này em được giao đề tài ”

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI ÔTÔ KHÂCH ”.

Nội dung của đề tài này giúp em hệ thống được nhữngkiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ôtônói chung và hệ thống lái của ôtô khâch nói riêng từ đây cóthể đi sâu nghiên cứu về chuyên môn

Được sự hướng dẩn rất tận tình của thầy giáo

Nguyễn Việt Hải, cùng với sự nổ lực của bản thân, em

đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này Vì thời gian vàkiến thức có hạn nên trong tập đồ án này không thểtránh khỏi những sai sót nhất định Vì vậy em mong cácthầy, cô trong bộ môn đóng góp ý kiến để đề tài của emđược hoàn thiện hơn

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo

Nguyễn Việt Hải Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn

đến các thầy, cô giáo trong bộ môn đã truyền đạt cho emrất nhiều kiến thức quý bấu trong quá trình học tập ởtrường và thời gian làm đồ án

Đă nẵng, ngăy 21 thâng 05 năm 2012

Sinh viín thực hiện

NGUYỄN TRỌNG HƯNG

MỤC LỤC

Trang

1 CÔNG DỤNG ,PHÂN LOẠI , YÊU CẦU 3

2 MOMEN TÁC DỤNG LÊN BÁNH XE DẪN HƯỚNG 18

IV> TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ

CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG LÁI

I> TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÂI

1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU:

1.1 Công dụng:

3 4

5

6

7 8

5 - Đòn kéo giữa 6 - Cần tựa

Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để:

- Giữ cho ôtô máy kéo chuyển động theo một hướng xác định nào đấy

- Thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe

Hệ thống lái nói chung gồm các bộ phận chính sau:

- Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và

truyền mô men do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái

- Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và để đảm bảo độnghọc quay vòng cần thiết của chúng

- Cường hoá lái: thường sử dụng trên các xe tải trọnglớn và vừa Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài Trên các xe cỡ nhỏ có thể không có

1.2 Yêu cầu:

Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:+ Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định: để đảm bảoyêu cầu này thì:

- Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian (giữa) tương ứng vớichuyển động thẳng phải nhỏ (Không lớn hơn 15O khi có

cường hoá và không lớn hơn 5O khi không có cường hoá);

- Các bánh xe dẫn hướng phải có tính ổn định tốt;

- Không có hiện tượng tự dao động các bánh xe dẫn hướng ở mọi điều kiện làm việc và mọi chế độ chuyểnđộng

+ Đảm bảo tính cơ động cao: tức là xe có thể quay vòng thật ngoặt, trong một thời gian ngắn, trên một diện tích bé

+ Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xekhông bị trượt lê: gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe vì vậy tất cả các bánh xe phái có cùng tâm quay tức thời

Hình 1.2: Động học quay vòng lý tưởng

và thực tế khi dùng hình thang lái.

+ Giảm được các va đập từ bánh xe dẫn hướng truyền lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc gặp

chướng ngại vật

+ Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều

khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng (Plmax) được quy định theo các tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:

- Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plmax nằm trong khoảng 50 100 N;

- Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 100 N.+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe dẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quay của vô lăng và của các bánh dẫn hướng

+ Ngoài ra còn có các yêu cầu cụ thể của hệ thống lái:

- Hệ thống lái có trợ lực: khi hệ thống trợ lực có sự hư hỏng vẫn điều khiển được xe

- Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây nên tổn thương lớn cho người sử dụng xe khi đâm chính diện

1.3 Phân loại:

+ Theo cách bố trí vô lăng, chia ra:

- Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động):dùng cho những nước thừa nhận luật đi đường chiều thuận là phía bên phải, như các nước XHCN trước đây,

Pháp, Mỹ,

- Vô lăng bố trí bên phải: dùng cho những nước thừa nhận luật đi đường chiều thuận là phía bên trái, như các nước Anh, Nhật, Thụy Điển,

+ Theo kết cấu cơ cấu lái, chia ra các loại:

- Trục vít - Cung răng;

- Trục vít - Con lăn;

- Trục vít chốt quay;

- Cường hoá điện;

- Cường hoá cơ khí

+ Ngoài ra còn có thể phân loại theo: số lượng các

bánh xe dẫn hướng (các bánh dẫn hướng chỉ ở cầu

trước, ở cả hai cầu hay ở tất cả các cầu), theo sơ đồ bố

trí cường hoá (xem phần cường hoá lái), )

+ Phân loại theo dẫn động lái: (theo kết cấu hệ

- Dẫn động lái đối với hệ thống treo độc lập:

Đòn ngang liên kế t Đòn ngang treo

a) Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu.

b) Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu.

* Phân loại theo sơ đồ bố trí cường hoá như sau :

Bất kỳ cường hoá lái nào cũng có ba bộ phận sau:

- Nguồn lăng lượng :Bơm dầu, máy nén + bình chứa hoặc ắc quy.

- Bộ phận phân phối: dùng để phân phối đều chỉnh năng lượng cung cấp cho bộ phận chấp hành Đảm bảo sự tỷ lệ giữa các góc quay của bánh xe dẩn hướng

- Cơ cấu chấp hành: tạo và truyền lực (trợ lưc) lên

cơ cấu lái và dẩn động lái

Các bộ phận trên có thể được bố trí theo 4 sơ đồ sau: + Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung thành một cụm như trên hình 3.12

+ Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung như trên hình 3.13

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xi lanh lực bố trí riêng như trên hình 3.14

+Xi lanh lực bố trí riêng, cơ cấu lái và bộ phận phân phối bố trí chung như trên hình 3.15

Hình 1.5 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và

xi lanh lực bố trí chung thành một cum.

1- cơ cấu lái; 2- Bộ phận phân phối; 3 - xi lanh lực.

1

2

3

Hình 1.6 Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung.

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xilanh lực.

Hình 1.7 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và

xilanh lực bố trí riêng.

1 - Cơ cấu lái, 2 - bộ phận phân phối; 3 - xi lanh lực.

Hình 1.8 Sơ đồ bố trí xilanh lực riêng, cơ cấu phân phối và cơ cấu lái bố trí chung.

1 - cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - cơ cấu lái.

Ưu nhược điểm của từng sơ đồ :

-Theo các sơ đồ hình 3.13; 3.14; 3.1

+ Ưu điểm: dể bố trí, tăng tính thống nhất của sản phẩm , giảm tải tác dụng lên các chi tiết hệ thống lái + Nhược điểm: kết cấu kém cứng vững hơn, chiều dài các đường ống lớn , dẩn đến tăng khả năng dao động các bánh xe dẩn hướng

2

3 Theo sơ đồ hình 3.12

+ Ưu điểm: kết cấu gọn hơn , vững chắt hơn ,chiều dài các đường ống nối ngắn, giảm hiện tượng dao động của bánh xe dẩn hướng

+ Nhược điểm : tấc cả các chi tiết của hệ thốïng lái điều chiûu tải lớn, là tổng lực do người lái và cơ cấu

chấp hành tác dụng Vi vậy trên các xe tải trọng lớn người

ta không dùng sơ đồì bố trí này

1 2

3

2 CƠ CẤU LÁI.

2.1 Loại trục vít - Cung răng

Hình 2.1 Trục vít lăn - cung răng đặt giữa

1- Ổ bi ; 2- Trục vít ; 3- Cung răng ; 4-Vo.í

Hình 2.2 Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng

đặt bên

1- Ổ bi ; 2 - Trục vít; 3 - Cung răng ; 4 - Vỏ

Cơ cấu trục vít - cung răng có 2 loại:

+ Trục vít - cung răng đặt ở bên cạnh trục vítnhư hình 1.1

+ Trục vít - cung răng đặt ở giữa trục vít nhưhình 1.2

Loại cung răng đặt bên có ưu điểm là răng trụcvít và cung răng tiếp xúc với nhau trên toàn bộ chiều dàirăng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm, dođó tuổi thọ và khả năng tải tăng Cơ cấu lái loại nàydùng thích hợp cho các loại xe tải cở lớn Nhược điểm cơbản của loại này là có hiệu suất thấp

Loại trục vít - cung răng đặt giữa, đảm bảo khoảnghở ăn khớp thay đổi nhờ các bán kính khác nhau củađường sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng Khi

bị mòn khoảng hở ăn khớp tăng lên, người ta khắc phụckhoảng hở này bằng cách đẩy cung răng và trục vít đếngần nhau nhưng không cho các vị trí rìa của cung răng bịkẹt Ưu điểm của loại này là có kích thước và trọnglượng bé nhưng lại có hiệu suất thấp

Trục vít có thể có dạng hình trụ tròn hay glôbôit Khitrục vít có dạng glôbôit thì số răng ăn khớp tăng, dẩnđến giảm được ứng suất tiếp xúc và mài mòn Ngoài racòn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cầntăng chiều dài của trục vít

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

R0 - Bán kính vòng lăn của cung răng

t - Bước trục vít

Z1 - Số mối ren trục vít

Góc nâng của đường ren vít thường từ 80 - 120 Khehở ăn khớp khi quay đòn quay đứng từ vị trí trung gian đếncác vị trí biên, thay đổi từ 0,03  0,5 mm Sự thay đổikhe hở được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn

cơ sở của cung răng có bán kính khác

2.2 Loại trục vít - con lăn

4 Loại này sử dụng rộng rải trên các loại ôtô Nó có ưuđiểm :

+ Kết cấu gọn nhẹ

+ Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng masát lăn.

+ Hiệu suất thuận t= 0,77 - 0,82 [3]

+ Hiệu suất ngịch n= 0,6

+ Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thựchiện nhiều lần

Hình 2.3 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.

Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục củacon lăn đươc bố trí lệch với đường trục của trục vít mộtkhoảng 5 - 7 mm Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục quaycủa đòn quay đứng thì khoảng cách A sẻ thay đổi Do đókhe hở ăn khớp cũng thay đổi

Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị tríbiên được thực hiện bằng

cách dịch chuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏitâm mặt trụ chia của trục vít O1 một lượng x =2,5 - 5 mm Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xácđịnh theo công thức sau :

t - Bước của mối răng trục vít,

Z1 - Số đường ren trục vít,

Rk - Bán kính vòng ( tiếp xúc ) giữa con lăn và trụcvít ( khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến tâm đường quayđứng ),

R0 - Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục ví,t

i0 - Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít.Theo công thức trên ta thấy i thay đổi theo góc quaytrục vít Tuy vậy sự thay đổi này không lớn khoảng từ 5 -7% ( từ vị trí giửa ra vị trí biên ) Nên có thể coi như i =const

2.3.Trục vít - chốt 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 vítkhác nhau

5 Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyềnđược xác định theo công thức:

6 i =2t R cos

Ở đây :  - Góc quay của đòn quay đứng

R2 - Bán kính đòn dặt chốt

Hiệu suất thuận và hiệu suất ngịch của cơ cấu loạinày vào khoảng 0,7 Cơ cấu lái này dùng nhiều ở hệthống lái không có cường hoá và chủ yếu trên các ôtô tảivà khách Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọkhông cao nên hiện nay ít sử dụng

trụ c vít đòn chuyễ n

chố t quay

Hình 2.4 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay

1 - chốt quay ; 2 - Trục vít ; 3 - Đòn quay.

2.4 Bánh răng - thanh răng.

Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng Thanhrăng trượt trong các ống dẩn hướng Để đảm bảo ăn khớpkhông khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng bằng lòxo

+ Ưu điểm :

- Có tỷ số truyền nhỏ, i nhỏ dẩn đến độ nhạy cao

Vì vậy được sử dụng rộng rải trên các xe đua, du lịch,thể thao

- Hiệu suất cao

- Kết cấu gọn, đơn giản, dể chế tạo

+ Nhược điểm :

- Lực điều khiển tăng ( do i nhỏ )

- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loạiphụ thuộc

-Tăng nhạy cảm do va đập từ mặt đường

3

2 1

Hình 2.5 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

1 - Bánh răng ; 2-lò xo; 3- Thanh răng.

2.5 Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng.

Êcu ( 5 ) lắp lên trục vít ( 6 ) qua các viên bi nằm theorảnh ren của trục vít cho phép thay đổi ma sát trượt thành

ma sát lăn Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thànhthanh răng ăn khớp với cung răng trên trục (4 ).

Hình 2.6 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh

răng - cung răng

1 - Trục cung răng ; 2 - Vít điều chỉnh ; 3 -Đệm tỳ ; 4 - Ống

dẩn hướng bi ; 5 - Êcu ; 6 - Trục vít.

11 Ở đây : R2 - Là bán kính chia cung răng

t - Bước răng trục vít

+ Ưu điểm :

- Hiệu suất cao: hiệu suất thuận t = 0,7 - 0,85,hiệu suất nghịch n = 0,85

Do hiệu suất nghịch lớn nên khi lái trên đường xấu sẽvất vả nhưng ôtô có tính ổn định về hướng cao khichuyển động thẳng

- Khi sử dụng với cường hoá thì nhựơc điểm hiệusuất nghịch lớn không quan trọng

- Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụngtrên các xe cở lớn

Qua phân tích ở trên, đối với loại xe tải ta chọn cơ cấulái loại trục vít - con lăn,có ưu điểm :

- Kết cấu nhỏ gọn

- Hiệu suất cao:t= 0,77 - 0,82, n= 0,6

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

II> TÍNH TOÂN MOMEM CẢN QUAY VÒNG

1 : Thông số chính

-Trọng lượng toàn bộ ô tô : Ga = 10000 (Kg)

- Trọng lượng tác dụng lên cầu trước : G1 = 3300(Kg)

- Trọng lượng tác dụng lên cầu sau : G2 =6700 (Kg)

- Chiều dài cơ sở của xe : Lo = 4.2 (m)

- Bán kính làm việc của bánh xe : Rbx = 0,45 (m)

- Chiều rộng trụ quay đứng : m = 1,55 (m)

- Vết bánh xe : B1 = 1,95 (m)

2 : Momem tâc dụng lín bânh xe dẫn hướng

Mômen cản quay vòng lớn nhất là khi quay vòng tại

chỗ Mô men cảc quay vòng trong trường hợp này bao gồm:

Mô men sinh ra do lực cản lăn M1, mô men cản của các phảnlực ngang ở vết tiếp xúc M2 và mô men ổn định các bánh

xe dẫn hướng M3. Nếu gọi Mcq là mômen cản quay vòng tácdụng lên một bánh xe dẩn hướng thì gồm có 3 thànhphần

Mcq = M1 + M2 + M3

Ở đây M1 = f  Gbx a

M1 - Gọi là mômen cản quay vòng tác dụng lênmột bánh xe dẩn hướng

Gbx - Tải trọng pháp tuyến tác dụng lên một bánh

xe dẩn hướng

Gbx= 1650

2

3300 2

a - Cánh tay đòn của lực cản lăn Xem hình 4.1

(m) Thay các thông số vào công thức ta được

a = [0,2 - ( 3 8 )

180

14 , 3 45 ,

0  ] = 0,11 (m ) Thay các giá trị trên vào công thức tính M1, ta được

X - Cánh tay đòn lực ngang đối với tâm vếttiếp xúc khi quay vòng như ở hình dưới

Thay số vào công thức tính X ta được:

X = Rbx  Rbx

96 , 0 2

1

(m) X= 0 , 45 0 , 065

96 , 0

45 , 0 2

Hình 4.2 Sơ đồ bánh xe dẩn hướng tiếp xúc với

Sau khi phân tích đặc điểm chính các cơ cấu lái ta chọn

loại cơ cấu lái để thiết kế là loại trục vít - êcu -bi - thanh răng - cung răng Bởi vì loại này thay thế ma sát trượt

thành ma sát lăng giữa bi , êcu và trục vít, vì vậy có thể

đảm bảo tỷ số truyền lớn Cơ cấu được bắt chặc trên khung xe và nối với trục lái bầng khớp cac đăng

Hình 2.6 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh

răng - cung răng

1 - Trục cung răng ; 2 - Vít điều chỉnh ; 3 -Đệm tỳ ; 4 - Ống

dẩn hướng bi ; 5 - Êcu ; 6 - Trục vít.

Cơ cấu này có các ưu điểm:

- Có tỷ số truyền lớn

- Hiệu suất cao th= 0.7 0.8, ngh = 0.85

- Kết cấu nhỏ gọn

- Có dộ bền và tuổi thọ cao