Nghiên cứu, tính toán thiết kế và kiểm nghiệm trên máy tính hệ thống lái xe city car

Với mục tiêu trên tác giả chỉ nghiên cứu về hệ thống lái của mẫu xe City car bốn chổ ngồi, hai cửa có động cơ đặt sau, hộp số năm cấp và hệ thống lái cơ khí không có trợ lực lái, bán kín

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn

của TS Hoàng Thăng Bình Đề tài được thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa

Hà Nội Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là độc lập, hoàn toàn trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Hà Nội, ngày 16 tháng 9 năm 2013

Tác giả

Nguyễn Văn Toàn

DANH MỤC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU

28 Hình 3-17 Kết quả tính bền Rôtuyn 63

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

đường nhựa và khô

23 th Hiệu suất thuận của cơ cấu lái

mômen cản quay v ng từ bánh xe

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

LỜI NÓI ĐẦU 9

Chương 1 TỔNG QUAN 10

1.1 KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN XE CITY CAR TRÊN THẾ GIỚI 10

VÀ VIỆT NAM 10

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 12

1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 12

1.4 PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ NGHIÊN CỨU 12

1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 13

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE CITY CAR 14

2.1 CÁC YÊU CẦU CÔNG DỤNG PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE ÔTÔ CON THÔNG THƯỜNG 14

2.1.1 Công dụng 14

2.1.2 Yêu cầu 15

2.1.3 Phân loại hệ thống lái 16

2.2 HỆ THỐNG LÁI CỦA CÁC MẪU XE CITY CAR ĐIỂN HÌNH 21

2.2.1 Hệ thống lái xe Tatanano 21

2.2.1.1 Cấu tạo và thông số kỹ thuật 21

2.2.1.2 Nguyên lý hoạt động 21

2.2.1.3 Ưu điểm 22

2.2.2 Hệ thống lái xe Matiz 22

2.2.2.1 Cấu tạo và thông số kỹ thuật 22

2.2.2.2 Nguyên lý hoạt động 23

2.2.2.3 Ưu điểm 23

2.2.3 Hệ thống lái xe Kia morning 24

2.2.3.1 Cấu tạo và thông số kỹ thuật 24

2.2.3.3 Ưu điểm 25

2 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI CỦA XE CITY CAR 25

2.3.1 Lựa chọn cơ cấu lái 25

2.3.2 Lựa chọn dẫn động lái 26

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 3D VÀ KIỂM NGHIỆM 27

HỆ THỐNG LÁI TRÊN MÁY TÍNH 27

3.1 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE CITY CAR 27

3.1.1 Các thông số tính toán 27

3.1.2 Tính toán dẫn động lái 27

3.1.2.1 Tính động học hình thang lái 27

3.1.2.2 Xây dựng đường cong thực tế 29

3.1.2 3 Xác định mômen cản quay vòng tại chỗ 33

3.1.3 Tính toán cơ cấu lái 36

3.1.3 1 Xác định bán kính v ng lăn của bánh răng 37

3.1.3 2 Xác định các thông số của bánh răng 37

3.1.3.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng 39

3.1.4 Tính bền cơ cấu lái bánh răng - thanh răng 40

3.1.4.1 Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng - thanh răng 40

3.1.4.2 Kiểm tra vật liệu 40

3.1.4.3 ng suất cho phép 41

3.1.5 Tính bền dẫn động lái 44

3.1.5.1 Kiểm tra bền trục lái 44

3.1.5.2 Tính bền đ n kéo ngang 45

3.1.5.3 Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái 47

3.1.5.4 Kiểm tra bền rôtuyn 47

3.2 THIẾT KẾ 3D HỆ THỐNG LÁI XE CITY CAR 49

3.2.1 Phần mềm thiết kế 3D 49

3.2.2 Thiết kế 3D thanh răng 52

3.2.3 Thiết kế 3D bánh răng 53

3.2.4 Thiết kế 3D rôtuyn 54

3.3 KIỂM NGHIỆM BỀN TRÊN MÁY TÍNH 55

3.3.1 Phần mềm kiểm nghiệm 3D 55

3.3.2 Trình tự kiểm nghiệm bền 55

3.3.3 Kiểm nghiệm bền và kết quả của cơ cấu lái bánh răng, thanh răng, rôtuyn 56

3.3.3.1 Kiểm nghiệm bền và kết quả của bánh răng 56

3.3.3.2 Kiểm nghiệm bền và kết quả của thanh răng 57

3.3.3.3 Kiểm nghiệm bền và kết quả của rôtuyn 59

Chương 4 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO TÍNH NĂNG DỂ CHẾ TẠO HẠ GIÁ THÀNH 60

4.1 Một số công nghệ gia công cơ bản của Việt Nam 60

4.1.1 Công nghệ gia công tại Việt Nam 60

4.1.2 Các công nghệ chế tạo trong gia công áp lực 61

4.1.2.1 Chế tạo các chi tiết dạng tấm vỏ 61

4.1.2.2 Chế tạo chi tiết dạng khối 63

4.1.2.3 Chế tạo chi tiết dạng ống 65

4.1.2.4 Chế tạo chi tiết dạng khung 66

4.1.2.5 Công nghệ ghép nối tấm mỏng 67

4.1.2.6 Công nghệ uốn tấm 69

4.2 Đề xuất giải pháp nâng cao dể chế tạo hạ giá thành sản xuất 70

4.2.1 Giải pháp chọn vật liệu chế tạo và gia công 70

4.2.1.1.Chọn vật liệu và các yêu cầu khi gia công 70

4.2.1.2 Qui trình gia công bánh răng và thanh răng 71

4.2.2 Giải pháp kỹ thuật gia tăng độ bền cho bánh răng và thanh răng 72

KẾT LUẬN 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khoa học kỹ thuật đang có những bước phát triển rất nhanh nhằm đáp ứng nhu cầu đời sống chất lượng ngày càng cao của con người

Trên ôtô hệ thống lái là một trong hai hệ thống quan trọng bậc nhất liên quan đến an toàn điều khiển, với tính năng đó hệ thống lái có những yêu cầu riêng Qua quá trình phát triển, hệ thống này ngày càng được cải thiện cũng như có những phát minh mới nhằm đảm bảo các yêu cầu, nâng cao tính năng sử dụng, góp phần vào sự thuận lợi và an toàn trong việc sử dụng ôtô

Với mục đích đó, trong một khoảng thời gian học tập và nghiên cứu tại

Trường Đại học bách khoa Hà Nội Đề tài này chỉ giới hạn trong việc “Nghiên cứu,

thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính hệ thống lái xe City car”

Thông qua những kiến thức đã học và bản thân tìm hiểu những kiến thức mới qua

tài liệu sách vở, trên Internet, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo - Tiến sĩ

Hoàng Thăng Bình và quí thầy trong viện cơ khí động lực Trường Đại học bách

khoa Hà Nội, mong rằng đề tài sẽ đem lại một cái nhìn tổng quan hơn về hệ thống lái của xe city car hiện nay

Trải qua thời gian nghiên cứu và học tập tác giả đã tích lũy được một số vốn kiến thức nhất định để phục vụ cho quá trình công tác và nghiên cứu sau này Để có được điều đó không chỉ nhờ vào công học tập và nghiên cứu mà còn nhờ rất nhiều vào công ơn dạy dỗ và hướng dẫn của quí thầy cô

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính hệ

thống lái xe city car” đã được tác giả tiến hành chọn để thực hiện làm luận văn tốt

nghiệp Để được đưa vào sử dụng thiết kế rộng rãi trong thực tế, tác giả rất mong nhận được nhiều ý kiến đánh giá từ các chuyên gia chuyên nghành và các đồng

nghiệp Qua đây tác giả cũng bày tỏ lòng cảm ơn sâu s c tới thầy giáo TS Hoàng

Thăng Bình cùng toàn thể các thầy trong Bộ môn Ôtô Viện Cơ khí động lực đã

hướng dẫn và gi p đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Xin trân trọng cảm ơn!

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN XE CITY CAR TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

Ngày nay khoa học kỹ thuật đang có những bước phát triển rất nhanh nhằm nâng cao chất lượng đời sống của con người Cùng với sự phát triển đó ngành công nghiệp ôtô đã có những bước phát triển lớn tạo nên chất lượng ôtô ngày càng cao phục vụ cho cuộc sống và việc phát triển kinh tế

Hiện nay, nhiều tập đoàn ô tô lớn trên thế giới đang tập trung nghiên cứu phát triển các dòng xe sử dụng nhiều nguồn năng lượng mới và thân thiện với môi trường Châu Âu mới cho ra đời chiếc xe 1 Ero (1 Ero đi được 100 km) nhỏ gọn, tiện lợi và có thể sử dụng 2 nguồn năng lượng khác nhau (xăng hoặc điện), nhiều hãng xe ở châu Á cũng đang nghiên cứu và phát triển dòng xe tiện ích và nhỏ gọn Những chiếc xe này có tên gọi là City car hay Smart car Tại sao có nhiều nước trên thế giới lại phát triển những dòng xe nhỏ như vậy? Hệ thống lái của dòng xe này có cấu tạo như thế nào, nguyên lý hoạt động của chúng có khác gì so với hệ thống lái của những d ng xe b nh thường hay không? Liệu có thể tính toán thiết kế tạo ra những sản phẩm tương tự có giá thành hạ và phù hợp với điều kiện giao thông ở Việt Nam được không? Đây là một bài toán tương đối khó đặt ra cho những nhà kỹ thuật thiết kế ô tô ở nước ta

Hệ thống lái đóng vai tr quyết định hướng chuyển động của ôtô và tạo nên các tính năng ổn định trong quá trình chuyển động của xe City car Chính vì vậy, việc làm chủ được công nghệ tính toán thiết kế và chế tạo nó sẽ có một ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc quyết định đến chất lượng và giá thành của xe, đáp ứng được yêu cầu của người tiêu dùng

Để đáp ứng được sự phát triển đó,việc hiểu rõ các vấn đề về hệ thống lái là rất cần thiết nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng, sửa chữa bảo dưỡng và cải tiến hệ thống lái Với mục đích đó, trong giới hạn thời gian, đề tài này chỉ giới

hạn trong việc “Nghiên cứu, thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính hệ

thống lái xe City car” thông qua việc tìm hiểu, học hỏi về dòng xe mới và vận

Hình 1-1 Hình dáng ngoài xe city car

Đầu năm 2013 xe City car đã xuất hiện đầu tiên tại Việt Nam với kiểu thiết

kế thân xe dạng sedan 4 chỗ với các thông số sau:

- Động cơ: 0.6 lít, hai xilanh sử dụng nhiên liệu diesel

- Công suất 33 mã lực

- Hộp số năm cấp số sàn

- Chiều dài cơ sở 2230mm

- Chiều rộng 1500mm

- Trọng lượng không tải 635kg

Những chiếc xe đầu tiên của City car ra đời tại Thái Lan dưới bàn tay của

các kỹ sư Thái Lan và các nhà thiết kế Nhật Bản Phần lớn các mẫu xe City car tại các quốc gia Đông Nam Á trong đó có Việt Nam được trang bị động cơ có dung

tích xilanh từ 0.6 đến 1.5 lít

Phiên bản đầu tiên của xe City car được chế tạo dựa trên mẫu Toyota Platz Nhờ một số cải tiến về ngoại thất, những chiếc xe đó mang một dáng vẻ khác biệt, đặc biệt là với phiên bản 2006 Phiên bản này được chỉnh sửa đáng kể với lưới tản nhiệt, đ n pha, đ n hậu được làm mới cùng vành đ c và nội thất mới

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Từ những vấn đề đặt ra như trên mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính hệ thống lái xe City car Từ đó đưa ra phương án thiết kế, tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính hệ thống lái xe City car

để mang lại hiệu quả kinh tế cho việc sản xuất ôtô sau này, giảm được chi phí sản

xuất, thời gian thử nghiệm, giảm giá thành cho ngành chế tạo ôtô

1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Với mục tiêu trên tác giả chỉ nghiên cứu về hệ thống lái của mẫu xe City car bốn chổ ngồi, hai cửa có động cơ đặt sau, hộp số năm cấp và hệ thống lái cơ khí không có trợ lực lái, bán kính quay vòng nhỏ, dễ quay trở, trọng lượng nhỏ, dễ sử dụng và sửa chữa

1.4 PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ NGHIÊN CỨU

Với đối tượng nghiên cứu là hệ thống lái trên xe City car, tác giả lựa chọn phương pháp nghiên cứu là tiếp cận các mẫu xe City car của các nước trên thế giới như Ấn Độ, Hàn Quốc, Mỹ, Đức, Malaysia…tìm hiểu, phân tích các ưu nhược điểm

để lựa chọn cho m nh phương án thiết kế Áp dụng các công cụ tính toán mô phỏng hiện đại trong 3D để kiểm nghiệm

1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE CITY CAR 2.1 CÁC YÊU CẦU CÔNG DỤNG PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE ÔTÔ CON THÔNG THƯỜNG

2.1.1 Công dụng

- Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hướng và để giữ ổn định phương chuyển động thẳng khi xe không quay vòng

- Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: Vành lái tiếp nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen từ

vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới các thanh dẫn động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng Kết cấu của hệ thống lái phụ thuộc vào kết cấu chung của xe và của từng chủng loại xe

- Để quay v ng đ ng th các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay vòng

- Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá trình phức tạp Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vị

Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay

v ng là động, trạng thái quay v ng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái quay vòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo

Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R0 người lái

vòng xe theo bán kính R0 người lái phải giảm góc quay vành lái một lượng V3 Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm, làm mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay v ng tăng) Ở những trạng thái

này yêu cầu người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt Vấn đề chất tải, độ đàn hồi của lốp cũng có ảnh hưởng tới tính năng quay v ng và tính an toàn chuyển động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn

Hình 2-1 Trạng thái quay vòng của xe

2.1.2 Yêu cầu

Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô là hệ thống lái Theo đó, hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:

 Đảm bảo khả năng quay v ng với bánh kính quay vòng nhỏ

 Đảm bảo lực điều khiển nhẹ nhàng và hành tr nh điều khiển tỷ lệ với mức độ quay vòng của ôtô

 Đảm bảo các bánh xe dẫn hướng có khả năng tự ổn định cao

 Các bánh xe dẫn hướng khi thả vành lái phải có khả năng tự quay trở về vị trí

đi thẳng, hay khi cần quay về vị trí đi thẳng chỉ phải tiêu tốn năng lượng nhỏ hơn khi đưa vành lái ra khỏi vị trí trung gian

 Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay v ng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ng n trên một diện tích rất bé

 Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái

 Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái và giữ chuyển động thẳng

ổn định

2.1.3 Phân loại hệ thống lái

- Theo phương pháp chuyển hướng của ô tô có hai loại: Hệ thống lái thực hiện bằng cách thay đổi hướng chuyển động của các bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng, hệ thống lái thực hiện chuyển hướng bằng cách quay cả cầu dẫn hướng

- Theo phương pháp điều khiển có loại hệ thống lái điều khiển cưỡng bức bằng tay và hệ thống lái điều khiển tự động

- Theo đặc điểm kết cấu của hệ thống lái có các loại: Hệ thống lái không có cường hóa, hệ thống lái có cường hóa

- Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cường hóa chia ra loại cơ khí, cường hóa thủy lực, loại cường hóa khí nén, dẫn động thủy lực cường hóa khí nén

- Theo bố trí vành lái có loại vành lái bên trái, có loại vành lái bên phải, có loại

có thể điều chỉnh vành lái Tùy thuộc vào điều kiện địa lý và luật pháp của từng

quốc gia

- Theo số lượng cầu dẫn hướng có các loại: Hệ thống lái điều khiển một cầu dẫn hướng, hai cầu dẫn hướng, tất cả các cầu dẫn hướng

Hình 2-2 Phân loại hệ thống lái theo số bánh dẫn hướng

+ Hai cầu dẫn hướng (c) được dùng trên các xe chuyên dụng hoặc xe địa hình,

xe có khả năng cơ động cao với bán kính quay vòng nhỏ

+ Nhiều cầu dẫn hướng (d) sử dụng trên các xe tải nặng, với các yêu cầu về việc phân bố tải trọng trên các bánh xe không vượt quá giới hạn cho phép

- Theo cấu tạo của cơ cấu lái có các loại: Cơ cấu lái trục vít bánh vít, cơ cấu lái trục vít đ n quay, cơ cấu lái bánh răng thanh răng, cơ cấu lái thủy lực

● Cơ cấu lái trục vít con lăn

Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng rãi Trên phần lớn các ôtô loại

có tải trọng bé và tải trọng trung b nh đều đặt loại cơ cấu này Cơ cấu lái gồm trục vít glôbôit 1 ăn khớp với con lăn 2 đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đ n quay đứng Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái

 Ưu điểm:

- Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhưng sự tiếp x c các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mài m n

- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp x c được phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm con lăn có hai đến bốn v ng ren

- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn

- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng Đường trục của

phép triệt tiêu sự ăn m n khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá tr nh sử dụng

● Cơ cấu lái kiểu trục vít - êcu bi- thanh răng- cung răng

Gồm một trục vít, cả hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn Trục vít và êcu

có rãnh tr n có chứa các viên bi,các viên bi lăn trong rãnh và truyền lực Khi đến cuối rãnh th các viên bi theo đường hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu

Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này làm quay răng rẻ quạt Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đ n quay đứng Khi bánh răng rẻ quạt quay làm cho đ n quay đứng quay, qua các đ n dẫn động làm quay bánh xe dẫn hướng

 Ƣu điểm:

Cơ cấu lái kiểu trục vít-êcu bi - thanh răng - cung răng có những ưu điểm sau:

- Ma sát giữa trục vít và ê cu bi là ma sát lăn thông qua các viên bi, bởi vậy mà hiệu suất truyền lực cao, giảm được sự m n trong cơ cấu lái

- Tỉ số truyền của cơ cấu lái có thể thay đổi nếu bán kính v ng chia của cung răng và bước thanh răng thay đổi

Hình 2-3 Cơ cấu lái trục vít – con lăn

1.Trục vít 2 Con lăn 3 Ổ bi kim

- Hiệu suất thận và nghịch gần bằng nhau và đạt được   0,85 0, 70  có khả năng điều chỉnh khe hở giữa thanh răng và bánh răng rẻ quạt

1 Vỏ cơ cấu lái 6 Phớt

2 i dưới 7 Đai ốc điều chỉnh 3.Trục vít 8 Đai ốc hãm

4 Êcu bi 9 ánh răng rẻ quạt

5 Ổ bi trên 10 Bi

Hình 2-4 Cơ cấu lái kiểu trục vít-êcu bi-thanh răng cung răng

Có thể giảm nhẹ lực đánh lái khi xe chạy chậm hoặc đang đỗ bằng cách thay đổi tỷ

số truyền của cơ cấu lái.Tuy nhiên khi tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái th làm giảm

độ nhạy của cơ hệ thống lái Trên các xe có trợ lực lái dùng cơ cấu lái có tỷ số

truyền không thay đổi được

Đặc điểm của loại cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi là các bán kính ăn khớp của các răng rẻ quạt C1,C2,C3 là bằng nhau và các bán kính ăn khớp D1 ,D2,D3 của các răng đai ốc bi cũng bằng nhau

● Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng

Cơ cấu lái kiểu bánh răng -thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng được l p trên các ổ bi.Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần c t răng của thanh răng nằm ở phía giữa, phần thanh c n lại có tiết diện tr n Khi vô lăng quay, bánh răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đ n bên qua các đầu thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ quay đứng

 Ƣu điểm:

+ Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đ n kéo ngang như các cơ cấu lái khác

+ Có độ nhạy cao v ăn khớp giữa các răng là trực tiếp Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ

+ Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải chăm sóc bảo dưỡng

1.Trục lái 7 Đai ốc

2 Chụp nhựa 8 Đai ốc điều chỉnh

4 Ổ bi trên 10.Thanh răng

5.Vỏ cơ cấu lái 11.Trục răng

6 Dẫn hướng thanh răng 12 Ổ bi dưới

Hình 2-5 Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng

2.2 HỆ THỐNG LÁI CỦA CÁC MẪU XE CITY CAR ĐIỂN HÌNH

2.2.1 Hệ thống lái xe Tatanano

2.2.1.1 Cấu tạo và thông số kỹ thuật

a Cấu tạo

Hình 2-6 Sơ đồ hệ thống lái xe Tatanano

b Thông số kỹ thuật của hệ thống lái

2.2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Khi người điều khiển quay vô lăng sang trái hoặc sang phải thì làm cho bánh răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái một đoạn trên bạc trượt Khi sự dịch chuyển của thanh răng được truyền xuống đ n quay, nhờ vậy mà xoay các bánh xe dẫn hướng theo ý muốn của người lái

Hình 2-7 Đặc điểm kết cấu cơ cấu lái xe Matiz

b Thông số kỹ thuật cơ bản hệ thống lái

2.2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Khi người điều khiển quay vô lăng, bánh răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên bạc trượt Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền xuống cam quay qua các thanh kéo bên và đầu thanh lái, nhờ vậy

mà xoay các bánh xe dẫn hướng theo ý muốn của người lái

2.2.2.3 Ƣu điểm

Cấu tr c đơn giản, gọn nhẹ do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng có tác dụng như thanh lái ngang của hình thang lái nên không cần thiết kế thanh lái ngang như ở hình thang lái khác

- 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 khiển trên vành lái nhẹ

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

- Dễ bảo dưỡng và sửa chữa

2.2.3 Hệ thống lái xe Kia morning

2.2.3.1 Cấu tạo và thông số kỹ thuật

a Cấu tạo

Hình 2-8 Sơ đồ hệ thống lái xe Kia morning dùng trợ lực lái điện

b Thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống lái

STT Thông số kỹ thuật Kí hiệu Giá trị Đơn vị

2.2.3.2 Nguyên lý hoạt động

Khác với các hệ thống lái trước không có trợ lực hệ thống lái xe Kiamoring

có bố trí thêm trợ lực lái nhằm gi p cho người lái tác động lực lên vô lăng nhẹ hơn khi đánh lái Cũng như những hệ thống lái khác khi người điều khiển xe muốn cho

xe di chuyển theo hướng trái hoặc phải th người điều khiển tác dụng lên vô lăng lái

về phía trái hoặc phải thì xe sẽ chuyển động theo ý muốn của người điều khiển

2.2.3.3 Ưu điểm

- Nhờ có trợ lực lái điện nên lực tác dụng lên vô lăng lái rất nhẹ

- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo

- Giá thành hợp lý

- Dễ bảo dưỡng và sửa chữa

- Cơ cấu lái nằm trong ống bao nên tốn ít thời gian bảo dưỡng

- Thích hợp với tính năng sử dụng cho người Việt Nam

2 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI CỦA XE CITY CAR

Với các giả thiết ban đầu của xe City car là loại xe con bốn chỗ, hộp số sàn năm cấp, động cơ đặt sau, vận hành trên mặt đường tốt của thành phố, tác giả lựa chọn phương án thiết kế hệ thống lái cho xe để đảm bảo bán kính quay vòng nhỏ,

điều khiển thuận lợi và không có trợ lực lái

2.3.1 Lựa chọn cơ cấu lái

Trên cơ sở phân tích các cơ cấu lái ở trên, tác giả chọn phương án thiết kế cơ cấu lái loại bánh răng - thanh răng

Dựa vào đặc điểm kết cấu và ưu nhược điểm của từng loại cơ cấu lái giới thiệu trên tác giả lựa chọn phương án thiết kế hệ thống lái với cơ cấu lái đơn giản là bánh răng thanh răng, với cơ cấu lái này thanh răng được lấy luôn là 1 khâu của hình thang lái

Hình 2-9 Sơ đồ chung của hệ thống lái thiết kế

56

Hiện nay chỉ đáp ứng gần đ ng mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đ n kéo tạo nên hình thang lái Ở đây tác giả chọn phương án dẫn động lái 6 khâu cho hệ thống treo độc lập (H nh 2-10).

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 3D VÀ KIỂM NGHIỆM

HỆ THỐNG LÁI TRÊN MÁY TÍNH 3.1 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE CITY CAR

155/65/R12

bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của hệ thống dẫn động lái

Hình 3-1 Sơ đồ động học khi quay v ng

Từ lý thuyết quay vòng thấy được sự lăn tĩnh của các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quan hệ sau đây của góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng

Theo giáo tr nh “Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo” mối quan hệ đó được thể hiện ở công thức sau:

cot g cot g B

L

Trong đó:

L: là chiều dài cơ sở của xe

B: là khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng

max

min

2

L arctg

B R

 



Với Rmin = 4,0m suy ra:

2230

33, 751325

Hình 3-2 Sơ đồ dẫn động lái khi xe đi thẳng

Từ sơ đồ dẫn động lái trên h nh 3-2 có thể tính được mối quan hệ giữa các thông số theo các biểu thức sau:

Các đ n bên tạo với phương dọc một góc 

thoả mãn hoàn toàn được

Tuy nhiên, ta có thể chọn một kết cấu h nh thang lái cho sai lệch với quan hệ

lý thuyết trong giới hạn cho phép, tức là độ sai lệch giữa góc quay v ng thực tế và

lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn, nhưng cũng không được vượt quá 10

b Trường hợp khi xe quay vòng

Trên hình 3-3 là sơ đồ h nh thang lái khi xe quay v ng Khi bánh xe bên trái

phải hợp với phương ngang một góc ( - ) và bánh xe bên trái là ( +) Ta có mối quan hệ của các thông số như sau:



X



D A C

2 2

y AD CD

AD

: Góc tạo bởi đ n bên h nh thang lái và phương ngang:  =78

m: Chiều dài đ n bên h nh thang lái m = 180 (mm)

y: Khoảng cách giữa đ n ngang với trục trước y = 182 (mm)

p: Chiều dài đ n thanh nối bên h nh thang lái p = 250 (mm)

Dựa vào công thức ta xây dựng các đường đặc tính h nh thang lái lý thuyết

và thực tế ứng với mỗi giá trị của góc  = (00, 50, ., 400) Các giá trị tương ứng được thể hiện trong bảng 3-1:

n 3-1 B ng giá trị óc quay tươn ứng  theo

3.1.2 3 Xác định mômen cản quay v ng tại chỗ

Lực tác động lên vành tay lái của ôtô sẽ đạt giá trị cực đại khi quay vòng ô tô

 1 2 3

12

a: Cánh tay đ n của bánh xe dẫn hướng với xe thiết kế đo được a = 0,02 m

f: Hệ số cản lăn ta xét trong trường hợp khi ôtô chạy trên đường nhựa và

khô, chọn f = 0,015

Vậy: M11890.0, 015.0, 020,567 (Nm)

b Mômen cản M 2 do sự trượt bên của bánh xe trên mặt đường

Trên hình 3-6 khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe th bề mặt tiếp x c giữa lốp và đường sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe Nguyên nhân lệch này là do sự

đàn hồi bên của lốp Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách h nh chiếu một đoạn x

Hình 3-6 Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi xe quay vòng

Khi mô men quay v ng tác dụng lên bánh xe, tại khu vực tiếp x c giữa bánh

xe và mặt đường sẽ xuất hiện lực ngang Y Do lốp có tính đàn hồi nên lực Y làm vết tiếp x c bị lệch đi so với trục bánh xe một đoạn x về phía sau, đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảng cách của tâm diện tích tiếp x c đến r a ngoài của nó theo công thức sau:

2 2

5

0 r rbx

Trong đó:

r = (H + d/2) r: án kính tự do của bánh xe

ánh xe có cỡ lốp là: 135 70 R12

Với H là chiều cao của lốp: H = 0,7.135 =94,5 (mm)

Với d là đường kính vành bánh xe: d = 12 (inch) = 12.25,4 = 304,8 (mm)

rbx: án kính làm việc của bánh xe

Ta có:

rbx = 0.96r = 0,96 246,9 = 237,02 (mm)

Nên:

 2 2

Ta có mômen ma sát giữa bánh xe và đường là:

x G

M2  bx.

Với  là hệ số bám ngang, lấy  = 0,85

Vậy:

M2 = 1890.0,85.0,1.246,9.10-3 =39,66 (Nm)

số λ khi đó mô men cản quay v ng tại 1 bánh xe dẫn hướng được tính như sau :

M = (M1 + M2).λ Với λ = 1,07 ÷ 1,15 ta chọn λ = 1,1 suy ra ta có :

M = (0,567 +39,66).1,1 = 44,25 (Nm)

c Tỷ số truyền của hệ thống lái

Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đ n id= 0,85 ÷ 1,1

 Tỷ số truyền của cơ cấu lái i c

Ta có công thức: ’max=max.i

Trong đó:

’max: gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng

Với xe thiết kế là xe du lịch ta chọn ’

max = 1,5 vòng

max: góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng (33,75o)

Ta có:

' max max

Ta lấy sơ bộ tỷ số truyền của hệ thống lái: i =16

Do tỷ số truyền của dẫn động lái id=1, nên tỷ số truyền của cơ cấu lái ic = 16

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

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

max

c

c d th

M P

ic: Tỷ số truyền cơ cấu lái: ic = 16

th: Hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái thanh răng - bánh răng hiệu suất thuận:th = 0,75

id: Tỷ số truyền của dẫn động lái: id = 0,85 ÷ 1,1; chọn id = 1

3.1.3 Tính toán cơ cấu lái

Theo sơ đồ dẫn động lái, khi bánh xe dẫn hướng quay được một góc

max 33, 75o

2 2

2 2

1 m.cos( ) p (y m.sin( )) m.cos p (y m.sin)

Thay m =180, p =250, y =182,  78o và  33, 75o

Do thanh răng quay về cả hai bên nên chiều dài làm việc của thanh răng:

L > 2.X1=170,28 (mm)

Do đó chọn chiều dài làm việc của thanh răng là L= 200 (mm), để đảm bảo khi xe quay vòng hết th thanh răng vẫn không bị chạm

3.1.3 1 Xác định bán kính v ng lăn của bánh răng

Để xác định được bán kính v ng lăn của bánh răng có thể thực hiện theo các phương pháp sau:

+ Chọn trước đường kính v ng lăn của bánh răng từ đó tính ra v ng quay của bánh răng có phù hợp không Có nghĩa là ứng với số v ng quay (n) nào đó th thanh

+ Chọn trước số v ng quay của vành lái rồi sau đó xác định bán kính v ng lăn của bánh răng Đối với cơ cấu lái loại bánh răng - thanh răng th số v ng quay của vành lái th cũng là số v ng quay của bánh răng

Dựa vào xe tham khảo, chọn số v ng quay về 1 phía của vành lái ứng với bánh xe quay là n = 1,5 vòng

3.1.3 2 Xác định các thông số của bánh răng

Tính số răng theo tài liệu chi tiết máy:

: Góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ góc nghiêng  = 120

Từ công thức ta suy ra số răng của bánh răng:

X1 = 2Rn