CHƯƠNG 3 THIẾT kế cải TIẾN hệ THỐNG lái XE UAZ469

- Đảm bảo tính chất tuỳ động lực, có nghĩa “cảm giác của đờng”, đợcthể hiện ở chỗ lực đặt vào vành tay lái phải tăng cờng cùng với sự tăng của lựccản quay vòng.. Phơng án 3: Van phân phố

Chơng iii Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe UAZ469

3.1 những yêu cầu khi cải tiến hệ thống lái xe UAZ469

- Đảm bảo điều khiển ô tô một cách nhẹ nhàng

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

- Độ chậm tác dụng phải nằm trong phạm vi cho phép

- Không có hiện tợng tự cờng hoá, nghĩa là không có hiện tợng ngời lái

xe không đánh tay lái mà xe vẫn tự quay vòng

- Đảm bảo tính chất tuỳ động lực, có nghĩa “cảm giác của đờng”, đợcthể hiện ở chỗ lực đặt vào vành tay lái phải tăng cờng cùng với sự tăng của lựccản quay vòng

- Hệ thống lái vẫn đảm bảo làm việc đợc khi hệ thống cờng hoá bịhỏng

- Có độ nhạy cao, làm việc ổn định, bộ phận cải tiến chi tiết là ít nhất

- Không làm ảnh hởng tới khả năng việt dã của xe

- Không làm thay đổi quan hệ động học và động lực học giữa hệ thốngtreo và hệ thống lái

- Chăm sóc bảo dỡng đợc thuận tiện, dễ dàng

- Chế tạo đơn giản, có giá thành cải tiến thấp

3.2 phân tích lựa chọn phơng án cải tiến

3.2.1 Phơng án 1: Xi lanh lực và van phân phối đợc bố trí trong cơ cấu lái

Có kết cấu gọn, tốn ít đờng ống dẫn nên độ chậm tác dụng nhỏ, giảm

đ-ợc va đập từ mặt đờng lên vành tay lái

 Nhợc điểm

- Cấu tạo của cơ cấu lái rất phức tạp, các chi tiết của hệ thống phảichịu toàn bộ mômen cản quay vòng, do vậy ứng suất biến dạng lớn

- Phải thay cơ cấu lái mới nên có giá thành cải tiến cao

3.2.2 Phơng án 2: Van phân phối đợc bố trí cùng với xi lanh lực, còn cơ cấu

lái là một cụm riêng biệt

10

8 9

BC B

11 6

- Đờng kính xi lanh lớn do bố trí xa cơ cấu lái

- Xi lanh lực tác dụng lên cam quay qua nhiêu chi tiết trung gian nên

độ nhạy thấp

- Cum xi lanh – van phân phối có kết cấu phức tạp nên có giá thành

cải tiến cao

3.2.3 Phơng án 3: Van phân phối đợc đặt trong cơ cấu lái, còn xi lanh lực là

một cụm riêng biệt nằm trên hình thang lái

 Đặc điểm

Van phân phối và cơ cấu lái đặt thanh một cụm, tách biệt với xi lanhlực

 Ưu điểm

ở phơng án này, van phân phối đợc bố trí chung trong cơ cấu lái, còn

xi lanh lực nằm riêng rẽ Trong kiểu bố trí này đòi hỏi các đờng ống dẫn phảidài, nhng u điểm chính của nó lại là cơ cấu lái và dẫn động lái đợc giảm tảikhỏi tác động của cờng hoá lái, công suất của cờng hoá lái dễ dàng thay đổi

do xi lanh lực có thể thay đổi tự do cách bố trí

Trong trờng hợp này ta bố trí xi lanh lực trên hình thang lái để giảmthiệu lực tác dụng lên cơ cấu lái và lên dẫn động lái Do vậy, nó làm giảmkích thớc của dẫn dộng lái và làm giảm dao động ở hệ thống dẫn động do lựccản quay vòng sinh ra

 Nhợc điểm

Đờng ống dẫn dài nên thời gian tác dụng chậm, tổn hao trên đờng ốnglớn, tăng phần khối lợng bị treo trên hệ thống treo

8

10

B BC

6

Hình 3.3 – Bộ cờng hoá bố trívan phân phối đặt trong cơ cấu lái, còn xi lanh lực đặt riêng biệt

3.2.4 Phơng án 4: Van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái là những cụm

 Nhợc điểm

Tuy nhiên, bố trí nh phơng án này tay lái vẫn không nhẹ và lực tác

động lên van phân phối thay đổi do cánh tay đòn thay đổi

8 7

10

B BC

6

Hình 3.4 – Bộ cờng hoá bố trívan phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái là những cụm riêng biệt

3.2.5 Kết luận

Qua đánh giá và phân tích các u, nhợc điểm của các phơng án bố trí ờng hoá Ta thấy phơng ánh 4 là phơng án thích hợp nhất để tính toán và thiếtkế:

c Loại này có kết cấu tơng đối đơn giản

- Các cụm đợc bố trí riêng rẽ nên việc sản xuất, tháo lắp, bảo dỡng, sửachữa tơng đối dễ dàng và thuận tiện

- Có thể chọn lựa xi lanh lực tiêu chuẩn

- Bơm dầu đợc gắn trên động cơ và đợc dẫn động thông qua puly trụckhuỷu

- Giữ nguyên đợc cơ cấu lái của xe

- Có giá thành chi phí cho cải tiến thấp

3.3 nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái 3.3.1 Khi xe đi thẳng

Ngời lái giữ tay lái ở vị trí đi thẳng, van trợt ở vị trí trung gian Dầu có

áp suất cao đi từ bơm dầu đến van phân phối qua khe hở giữa rãnh và con trợttheo đờng dầu hồi trở về bơm dầu, áp suất dầu ở hai phía xi lanh đợc cânbằng, lúc này xe ở vị trí đi thẳng (hình 3.5)

Hình 3.5 – Sơ đồ nguyên lý làm việc của

cờng hoá lái khi xe đi thẳng

3.3.2 Khi xe chạy vòng

 Khi xe chạy quay vòng phải (Hình 3.6)

Hình 3.6 – Sơ đồ nguyên lý làm việc của

cờng hoá lái khi xe quay vòng phải

Khi xe quay vòng phải, ngời lái đánh tay lái về phía bên phải, qua cơcấu làm cho đòn quay đứng quay về phía sau Khi lực ngời lái lớn hơn 2 KGlàm cho con trợt dịch chuyển về phía sau, nối thông khoang B của xi lanh lựcvới đờng dầu cao áp của bơm dầu Đồng thời nối khoang A của xi lanh lực với

đờng dầu hồi (thấp áp) Lúc này cờng hoá làm việc nh sau: Dầu từ bơm dầutheo đờng ống dẫn tới van phân phối Trong van phân phối lúc này ở khoang

a cửa nạp đóng, cửa xả mở Dầu từ khoang A của xi lanh lực nối thông vớikhoang a của van phân phối và hồi về thùng chứa dầu Tại khoang b của vanphân phối, cửa nạp mở, cửa xả đóng Do vậy, dầu có áp suất cao đi quakhoang b của van phân phối và đi vào khoang B của xi lanh lực tác dụng vào

đỉnh pittông làm cho pittông dịch chuyển sang trái Khi đó cần pittông (đợcgắn với đòn kéo ngang) cùng dịch chuyển sang trái Lúc này, cùng với lực

đánh tay lái của ngời lái làm cho xe quay vòng sang phải

 Khi xe quay vòng trái

Khi xe quay vòng trái hoạt động của cờng hoá cũng diễn ra tơng tự

nh-ng nh-ngợc chiều với quay vònh-ng phải Dầu có áp suất cao từ bơm dầu theo đờnh-ngống dẫn tới van phân phối ở van phân phối lúc này khoang b cửa nạp đóng,cửa xả mở, dầu từ khoang B của xi lanh lực nối thông với khoang b của vanphân phối và hồi về thùng

Tại khoang a của van phân phối, cửa nạp mở, cửa xả đóng Do vậy, dầu

có áp suất cao đi qua khoang a của van phân phối và đi vào khoang A của xilanh lực tác dụng vào pittông, làm pittông dịch chuyển sang phải qua cơ cấudẫn động cùng với lực đánh lái của ngời lái làm cho xe quay vòng sang trái

 Tính chất tuỳ động động học đợc thể hiện nh sau:

Khi ngời lái đánh tay lái đi một góc nhất định rồi dừng lại, qua dẫn

động làm cho con trợt đứng yên Nhng khi đó đờng dầu cao áp vẫn nối thôngvới khoang B của xi lanh lực làm cho pittông tiếp tục dịch chuyển về bêntrái Qua dẫn động (đòn kéo ngang, đòn quay đứng) làm cho đòn kéo dọctiếp tục dịch chuyển về phía sau kéo theo vỏ van phân phối cùng dịch chuyển

về phía sau Nh vậy, con trợt lại trở về vị trí trung gian, dẫn tới áp suất dầu ởhai khoang của xi lanh lực lại cân bằng Lúc này cờng hoá kết thúc làm việc

 Tính chất tuỳ động động lực đợc thực hiện nh sau:

Khi van phân phối mở, khoang b của buồng phản ứng đợc nối thông vớibuồng cao áp có tác dụng đẩy con trợt về vị trí trung gian Do vậy, càng đánhtay lái ngời lái càng cảm giác nặng Do buồng phản ứng có kích thớc khácnhau, do vậy lực tác dụng vào hai mặt đầu của con trợt khác nhau giữa hai mặt

đầu của xi lanh lực Chính nhờ đặc điểm này mà ngời lái luôn giữa đợc cảmgiác đối với chất lợng của mặt đờng

3.3.3 Trờng hợp lực cản của hai bánh xe khác nhau

Giả sử trong trờng hợp bánh xe dẫn hớng bên phải bị thủng (nổ lốp) làmcho xe có xu hớng quay vòng sang phải Qua dẫn động làm cho đòn kéo dọcdịch chuyển về phía sau, nên vỏ van phân phối dịch chuyển theo Điều nàydẫn tới việc tự động mở van phân phối làm cho dầu có áp suất cao đợc nốithông với khoang A của xi lanh lực chống lại sự quay vòng về bên phải Dovậy ngời lái dễ dàng giữ đợc hớng chuyển động của xe

Nh vậy, cờng hoá lái ngoài mục đích rút ngắn đợc thời gian quay vòng,giảm nhẹ lao động nặng nhọc cho ngời lái, tốc độ tác dụng cao, đảm bảo tínhchép hình, đóng vai trò của bộ phận giảm chấn, thì bộ phận cờng hoá còn cótác dụng giữ đợc ổn định hớng chuyển động của xe khi lực cản hai bánh xekhác nhau, làm tăng tính an toàn chuyển động cho xe

3.4 xác định hệ số cờng hoá và xây dựng đờng đặc tính cờng hoá lái

3.4.1 Phân chia lực trong hệ thống lái

Khi cải tiến cho hệ thống lái ta có:

Pvl = P’

vl + Pch

Trong đó:

Pvl – lực lái lớn nhất để thắng lực cản quay vòng

Pch – lực do hệ thống chống cờng hoá sinh ra quy dẫn về vànhtay lái

Theo nguyên tắc cờng hoá không đợc thực hiện từ gốc O trên đồ thị ờng hoá (nhằm tránh tự cờng hoá) ta chọn lực tác dụng lớn nhất lên vành taylái khi có cờng hoá

% 100 2958

Còn lại 72,48% mômen cản quay vòng là do hệ thống cờng hoá khắcphục

Mômen do ngời lái tác dụng khi có cờng hoá tại tâm quay trụ đứng đợcxác định theo công thức:

Mch = 77,21– 28,88 = 48,33 (KG.m)

Nh vậy, khi tính toán cờng hoá cho xe UAZ ta phải tiến hành thiết kế

hệ thống cờng hoá sinh ra một mômen cản quy dẫn về tâm trụ đứng là 48,33KG.m, để cùng với ngời lái thắng đợc lực cản quay vòng

3.4.2 Xây dựng đặc tính cờng hoá lái

Đặc tính cờng hoá lái là đờng biểu diễn mối quan hệ của ngời lái tácdụng lên vành tay lái (Pvl) và mômen cản quay vòng (Mc)

Pvl = f Mc

 Khi cha có cờng hoá

Theo công thức (3 – 3) ta có:

vl t i

c

vl i R

M P



1

a

vl t

i

Vậy ta có thể viết: Pvl = a Mc

Nh vậy lực vành tay lái tỷ lệ thuận với mômen cản quay vòng Do đó, ờng biểu diễn là đờng bậc nhất, đi qua gốc toạ độ Ta chỉ cần xác định điểmthứ hai của đờng thẳng là có thể vẽ đợc đờng biểu diễn Pvl = a Mc Vậy điểmthứ hai đó là điểm B ứng với Pvl = 29KG, Mc = 77,21KG.m

đ- Khi có cờng hoá

Trớc khi cờng hoá làm việc đờng đặc tính của trờng hợp không có cờnghoá bắt đầu làm việc có mômen cản quay vòng là Mo

Po – lực tác dụng lên vành tay lái làm cờng hoá bắt đầu làmviệc Chọn Po = 2 KG.

a – hệ số, a = 0,28 m-1

Vậy ta có: M o 7 , 2KG.m

28 , 0

Từ công thức Mc = Mvl + Mch ta thấy đờng đặc tính cờng hoá là một ờng thẳng nên ta chỉ cần xác định hai điểm của đờng thẳng là có thể xác định

đ-đợc đờng đặc tính cờng hoá

- Điểm 1: là điểm A ứng với điểm cờng hoá bắt đầu làm việc:

Nối các điểm OAB ta đợc đờng đặc tính khi cha có cờng hoá

Nếu mômen cản quay vòng tiếp tục tăng Mc > Mcmax thì độ nghiêng của

đờng đặc tính sẽ giống nh ở đờng đặc tính khi cha có cờng hoá

Hình 3.7 - Đờng đặc tính của cờng hoá lái

3.5 tính bộ cờng hoá lái

Tính cờng hoá lái gồm ba nhiệm vụ cơ bản sau đây:

- Xác định những thông số chủ yếu của xi lanh lực (đờng kính, hành trình)

- Năng suất cần thiết của bơm và những kích thớc cơ bản của van phânphối

- Tìm điều kiện ổn định làm việc của hệ thống dẫn động lái cùng với ờng hoá

c-3.5.1 Xác định kích thớc xi lanh lực

Với việc chọn phơng án bố trí xi lanh lực cờng hoá tác dụng vào đònkéo ngang của hình thang lái qua khớp cầu nên ta có:

c b

ch x

L

M P



Trong đó:

Lb – chiều dài đòn bên của cơ cấu hình thang lái

Px – lực đẩy cần pittông xi lanh lực

Mch – mômen do cờng hoá đảm nhận để thắng mômen cản tại vịtrí trụ xoay đứng, Mch = 48,33 KG.m

c – hiệu suất truyền qua khớp cầu, c = 0,95Thay vào công thức (3 – 7) ta có:

KG

95 , 0 191 , 0

33 , 48



Lực trong xi lanh sinh ra tác dụng lên pittông (ở bên có cần pittông) là:

D d p S

p – áp suất dầu làm việc, p = 70 KG/cm2

S – diện tích làm việc của pittông

Dx – đờng kính trong của xi lanh lực

8

0

Vậy ta lấy đờng kính trong xi lanh là Dx = 30 mm.

Hình 3.9 – Sơ đồ xác định hành trình của pittôngTại vị trí trung gian đòn bên hình thang lái nghiêng với dầm cầu dẫn h-ớng một góc  = 72o khi quay vòng sang trái lớn nhất pittông dịch chuyển từ

vị trí trung gian đi một khoảng là:

Stmax = BB’ = m cos(72o – 35o) – m cos72o

Với: m – là chiều dài đòn bên, m = 192 mm

Vậy Stmax = 192 cos(72o – 35o) – 192 cos72o = 9 (mm)

'

m

B B





Tơng tự nh vậy khi quay vòng sang phải pittông cũng dịch chuyển một

đoạn Spmax = 94 mm

Nh vậy ta có hành trình toàn bộ của pittông là:

Smax = Stmax + Spmax = 94 + 94 = 188 (mm)Lấy Smax = 190 mm

Để cho pittông không chạm vào đầu của xi lanh khi làm việc, hànhtrình của pittông đợc cộng thêm một khoảng là 5mm về hai phía của xi lanh.Vậy hành trình toàn bộ của pittông là:

cần pittông của xi lanh lực

Cần pittông của xi lanh lực một đầu cố định trên trụ xoay, khi làm việccần pittông chịu tác dụng của lực kéo nén chính tâm dọc trục Vì vây, ta kiểmtra bền cần pittông theo trạng thái ứng suất kéo nén và ổn định

 Kiểm bền cần pittông ở trạng thái ứng suất kéo nén

ứng suất kéo nén của cần pittông đợc tính theo công thức:

t

x kn

S – diện tích làm việc lớn nhất của pittông

 2 7 , 06 2

4

3 14 , 3

5 , 1 14 , 3 4

m d

495

m MN cm

F L

J E

.

2 min 2



Trong đó:

E – mô đun đàn hồi của vật liệu, E = 2 106 KG/cm2

Jmin – mômen quán tính của tiết diện cần pittông

 2

4 4

64

5 , 1 14 , 3 64

.

cm d

Lt – chiều dài cần pittông, Lt =30 cm

Ft – diện tích tiết diện cần pittông, Ft = 1,76 cm2

Thay số vào công thức (3 – 10) ta có:

2

6 2

/ 2 , 197 /

92 , 1971 14

, 3 30

25 , 0 10 2 14 , 3

m MN cm

2 , 197

Xi lanh lực đợc chế tạo bằng thép ống có đờng kính trong Dx = 45mm

và đờng kính ngoài Dn = 53mm

Hình 3.11 – Sơ đồ trạng thái ứng suất

Xi lanh lực đợc kiểm bền theo ứng suất của ống dày chịu lực tác dụng của lựcphân bố đều

Các thành phần của ứng suất bao gồm:

- ứng suất dọc (d) do lực kéo dọc ống gây nên

p – áp suất dầu tác dụng lên pittông, p = 70 KG/cm2

Pa Pb

Với: Dn – đờng kính ngoài của xi lanh, Dn = 40 mm

Dx – đờng kính trong của xi lanh, Dx = 30 mm

Vậy ta có: .40 2 30 2 550 2

4

14 , 3

495

m MN mm

KG



 Kiểm tra ứng suất tiếp và ứng suất pháp

ứng suất pháp theo phơng bán kính r Trong toạ độ độc cực, thành ốngchịu lực tác dụng của tải trọng phân bố đều đối xứng, tại mép trong của thànhống ứng với r = a có ứng suất pháp

2 2

2

2

.

.

.

r a b

p p b a a

b

b p a

(vì pb rất nhỏ nên có thể bỏ qua khi tính toán)

a – bán kính trong của xi lanh lực, a = 15 mm = 1,5 cm

b – bán kính ngoài của thành ống xi lanh lực

b = 20 mm = 2 cm

r – toạ độ điểm tính ứng suất tại mép trong thành ống

r = a = 1,5 cm

Từ công thức (3 – 12) ta có thể viết:

 2 2

2 2 2 2

2

1

a b

p b a r a b

2 2 2 2

2

/ 6 , 431 5

, 1 2

70 2 5 , 1 5 , 1

1 5 , 1 2

5 , 1 70

cm KG

Nhằm thoả mãn điều kiện trên ta có:

 

 1  b

b

Trong đó:

Qb – lu lợng của bơm dầu

b – hiệu suất lu lợng của bơm ở áp suất 0,5Pmax, với bơm cánhgạt có hiệu suất 0,7  0,8 Ta chọn b = 0,75

 – độ lọt dầu trong hệ thống,  = 0,05  0,1 Ta chọn  = 0,07

F – diện tích xi lanh lực

2 2

10 06 , 7 706

4

30 14 , 3 4

.

m mm

– tốc độ dịch chuyển tơng đối của pittông với xi lanh lực, m/s

Với việc bố trí xi lanh lực tác dụng lên đòn kéo ngang hình thang lái

Do vậy vận tốc tơng đối của pittông trong xi lanh lực đợc xác định theo côngthức:

d c

b v

i i

L n dt

ds

30

.



Với: nv – số vòng quay cực đại của vành tay lái do ngời lái thực hiện,

theo kinh nghiệm với xe con nv = 60 v/ph

Chọn nv = 60 v/ph

Lb – chiều dài đòn bên, Lb = 192mm = 0,192m

ic – tỷ số truyền của cơ cấu lái, ic = 19

id – tỷ số truyền của dẫn động lái, id = 0,95Thay vào công thức (3 – 16) ta có:

m s

dt

ds

/ 10 37 , 0 95 , 0 19 30

192 , 0 60 14 ,

10 17 , 659 10 06 ,

Bơm đợc sử dụng cho cờng hoá có nhiều loại nh bơm pittông, bơm trụcvít, bơm bánh răng, bơm cánh gạt Hiện nay, trên các xe tải ngời ta sử dụngchủ yếu hai loại bơm là bơm bánh răng và bơm cánh gạt.

Qua phân tích các yêu cầu và điều kiện làm việc của bơm cờng hoá tachọn loại bơm cánh gạt tác dụng kép, vì loại bơm này có kết cấu nhỏ gọn,hiệu suất có thể đạt tới 0,7  0,8, áp suất có thể đạt 100 KG/cm2, lu lợng từ 5

b

t b

- Số vòng quay nbmin = 500 v/ph, nbmax = 1000 v/ph

35.6 Tính toán các chi tiết của van phân phối

1 Đặc tính của van phân phối

Van phân phối có ảnh hởng rất lớn tới sự làm việc ổn định lâu dài củacờng hoá lái Việc thiết kế van phân phối thực chất là tính toán thiết kế con tr-