do an tot nghiep18 5 5

- Hệ thống lái có chức năng tiếp nhận tác động của người điều khiển, thông qua các cơ cấu dẫn động thực hiện điều khiển các bánh xe chuyển động theo quỹ đạo mongmuốn việc điều khiển này

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Kinh tế thế giới phát triển với xu hướng chuyên môn hóa ngày càng cao Nhucầu về lưu thông nguyên vật liệu, nhiên liệu, hàng hóa là rất lớn Xã hội phát triển, đờisống của con người ngày càng được nâng cao Do đó, giao thông sẽ ngày càng đượcchú trọng phát triển Đóng một vai trò quan trọng trong giao thông, những chiếc ô tôđang dần được cải tiến và hoàn thiện hơn

Từ thực tế kinh nghiệm của các nước phát triển đi trước như: Mỹ, Nhật, Đức,…công nghiệp ô tô chiếm một tỷ trọng lớn trong nền kinh tế, đem lại lợi nhuận lớn chocác quốc gia này Việt Nam với một nền công nghiệp ô tô còn khá non trẻ, để có thểphát triển bền vững, toàn diện, tiến tới cạnh tranh với các quốc gia đi trước thì yêu cầuđạt ra là cần phải làm chủ được công nghệ trong cả tính toán lý thuyết như trong sảnxuất

Hệ thống lái là một hệ thống quan trọng của ô tô dùng để thay đổi hướngchuyển động của ô tô hoặc giữ cho ô tô chuyển động xác định theo một hướng nào đó.Một hệ thống lái hoàn thiện về kết cấu, điều khiển dễ dàng sẽ giúp ta điều khiển xe dễdàng, thoải mái đảm bảo an toàn của xe trong quá trình vận hành khai thác Đồng thời

nó còn nâng cao tính tiện nghi, hiện đại của xe

Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kĩ thuật hiện đại

Em đã được giao nhiệm vụ “ Thiết kế và tính toán hệ thống lái ô tô dựa trên xe cơ

sở là HUYNDAI SANTAFE “

Sau khi được nhận đề tài này, được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của

Thầy A Nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Tuy nhiên, do trình độ và

thời gian tìm hiểu còn nhiều hạn chế, kính mong nhận được sự góp ý kiến của các thầy

để đề tài của em được hoàn thiện hơn.Em xin trân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ

1.1 Công dụng,yêu cầu và phân loại

1.1.1 Công dụng

- Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe, đảm bảo giữnguyên hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô ở một vị trí nào đó

- Hệ thống lái có chức năng tiếp nhận tác động của người điều khiển, thông qua các

cơ cấu dẫn động thực hiện điều khiển các bánh xe chuyển động theo quỹ đạo mongmuốn việc điều khiển này phải đảm bảo tính linh hoạt nhanh chóng và chính xác

- Hệ thống lái thông dụng bao gồm cơ cấu điều khiển (vành lái, trục lái), cơ cấu lái vàcác đòn dẫn động tạo khả năng chuyển hướng cho các bánh xe xung quanh trụ đứng.Trong quá trình chuyển động, hệ thống lái có ý nghĩa quan trọng thông qua việc nângcao an toàn điều khiển và chất lượng chuyển động do vậy hệ thống lái ngày càng đượchoàn thiện nhất là khi xe chạy đạt tốc độ lớn

1.1.2 Yêu cầu:

- Bảo đảm tinh năng vận hành cao của ô tô, có nghĩa là khả năng quay vòngnhanh và ngoặt trên những diện tích nhỏ;

- Điều khiển nhẹ nhàng ô tô khi quay vòng tại chỗ và khi chuyển động;

- Động học quay vòng đúng,có nghĩa là khi quay vòng tất cả các bánh

xe lăn mà không trượt (lăn tinh );

- Tránh được các va đập từ bánh xe dẫn hướng truyền lên vành lái;

- Giữ đựơc chuyển động thẳng ổn định;

- Đảm bảo độ bền lâu của từng chi tiết;

- Thuận tiện trong việc sử dụng và bảo dưỡng;

- Không có khe hở lớn trong hệ thống lái

1.1.3 Phân loại

a) Theo cách bố trí vành tay lái

- Hệ thống lái bố trí vành lái bên phải (theo chiều chuyển động tịnh tiến củaôtô) dùng cho những nước thừa nhận luật giao thông quy định: Đi về bên trái theochiều xe chạy như ở nước Anh

- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải, dùng cho những nước thừa nhận luậtgiao thông quy định: Đi về bên phải theo chiều xe chạy như ở Việt Nam

b) Theo số lượng bánh xe dẫn hướng

- Hệ thống lái với bánh dẫn hướng cầu trước

- Hệ thống lái với bánh dẫn hướng cầu sau

- Hệ thống lái với tất cả các bánh xe dẫn hướng

c) Theo kết cấu của cơ cấu lái

1 2

3 4

3.Cơ cấu lái 4.đòn quay đứng 5.đòn kéo dọc 6.hình thang lái 7.đòn ngang 8.cam quay 9.bánh xe dẫn

Có dạng vành tròn Lực của người tác dụng lên vành lái tạo ra mô men quay để

hệ thống lái làm việc Các nan hoa của vành lái có thể bố trí đều hoặc không đều tuythuộc vào sự tiện lợi khi lái

1.2.2 Trục lái

Hình 1.3 – Trục tay lái

Thường là đòn dài có thể làm rỗng hoặc đặc để truyền mô men quay từ bánh láixuống cơ cấu lái Độ nghiêng trục lái sẽ quyết định góc nghiêng của vành lái nghĩa làảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái khi điều khiển

1.2.3 Hình thang lái

Gồm hệ thống các đòn truyền lực từ cơ cấu lái đến quay các bánh xe và đồngthời đảm bảo cho các bánh xe của ôtô quay vòng với động học đúng Bộ phận quantrọng của dẫn động lái là hình thang lái(7) Hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo độnghọc đúng các bánh xe dẫn hướng của ôtô nhằm làm cho các bánh xe không bị trượt lêkhi quay vòng, do đó giảm bớt hao mòn cho lốp Ngoài ra do kết cấu hình thang láicòn phải phù hợp với bộ phận hướng của hệ thống treo để khi bánh xe dao động thẳngđứng thì không ảnh hưởng gì đến động học của dẫn động lái Dẫn động lái có đònngang liền so dung cho xe có hệ thống treo phụ thuộc Còn ngang hình thang lái cóđòn ngang cắt đươc sử dụng cho cả hai loại hệ thống treo

Các khớp cầu là khâu quan trọng của dẫn động lái không cho phép tồntại các khe hở trong chúng

0 720 720

ic

10 20 25 30

1.2.4 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái là hộp giảm tốc, bảo đảm tăng mô men quay của người lái xe đến cácbánh xe dẫn hướng Yêu cầu của hệ thống lái do cơ cấu lái quyết định Vì vậy cơ cấulái phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Có thể quay cả 2 chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết về 2 phía của ôtô

- Có hiệu suất cao để lái nhẹ nhàng trong đó yêu cầu có hiệu suất thuận lớn hơnhiệu suất nghịch

- Điều chỉnh khe hở ăn khớp của cơ cấu lái đơn giản nhất

a) Các thông số đặc trưng của cơ cấu lái

Để đánh giá người ta đưa ra đồ thị tỷ số truyền và góc quay vành tay lái

Trong phạm vi góc quay θ ≤ 2

π

về một phía thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trịcực đại Điều này đảm bảo sự chính xác cao khi lái xe trên đường thẳng ở tốc độ cao

và làm nhẹ nhàng khi lái vì đa số thời gian lái là quay bánh lái với một góc nhỏ quanh

vị trí trung gian, nghĩa là chủ yếu xe chạy trên đường thẳng

θ > 2

π

góc nhỏ thì có thể làm cho bánh dẫn

cho khả năng chuyển làn tôt hơn

6

SVTH: A Lớp: 64DCOT04

6

+ Hiệu suất thuận: Là hiệu suất tính theo lực truyền từ trục tay lái xuống, hiệu

suất thuận càng cao thì tổn thất cho ma sát cơ cấu lái càng nhỏ Do đó thiết kế cơ cấulái yêu cầu hiệu suất phải cao

+Hiệu suất nghịch: Là hiệu suất tính theo lực truyền từ dưới đòn quay đứng

lên trục lái, hiệu suất nghịch càng nhỏ thì càng giảm mô men trên vành lái do tác độngcủa những lực ngẫu nhiên của mặt đường tác dung vào bánh xe dẫn hướng

b) Một số cơ cấu lái thường dùng:

• Cơ cấu lái loại trục vít con lăn ( hình 1.5)

Hình 1.5- Cơ cấu lái loại trục vít con lăn

Cơ cấu loại trục vít con lăn có những ưu điểm sau:

- Nhờ trục vít có dạng glôbôit cho nên mặc dù chiều dài trục vít không lớnnhưng sự tiếp xúc của các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện tích rộng hơn, cónghĩa là giảm được kích thước chung và giảm ứng suất tiếp xúc của các răng

- Tổn thất ma sát ít hơn nhờ thay ma sát trượt bằng ma sát lăn

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

Hiệu suất thuận khoảng 0,65 và hiệu suất nghịch khoảng 0,5

• Cơ cấu lái bánh răng trụ thanh răng (hình 1.6)

Hình 1.6-Cơ cấu lái bánh răng trụ thanh răng

Loại này sử dụng khá rộng rãi trên các ôtô du lịch cấp nhỏ và trung bình Bánhrăng trụ được chế tạo liền trục lái nên còn gọi là trục răng Khi quay vành lái trục răngquay làm thanh răng dịch chuyển sang phải hoặc sang trái Sự dịch chuyển của thanhrăng được truyền tới đòn bên qua các đầu thanh răng và khớp cầu, sau đó làm quaybánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng,trục răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ănkhớp của bộ truyền lớn, do đó làm việc êm và phù hợp với bộ truyền lái trên xe

Cơ cấu loại trục răng thanh răng có các ưu điểm sau:

- Cấu trúc đơn giản, gọn nhẹ do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng có tácdụng như thanh dẫn động lái nên không cần các thanh ngang như ở cơ cấu lái khác

- Ăn khớp 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 chăm sóc bảo dưỡng

• Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng ( hình 1.7 )

Hình 1.7-Cơ cấu lái loại trục vít ecu bi cung răng

Cơ cấu lái loại này được sử dụng rộng rãi trên các ôtô vận tải( MA3, ZIL) vìchúng có khả năng đáp ứng được những nhu cầu hiện đại sau: hiệu suất cao( 0,75-0,85) độ bền lớn và dễ dàng phối hợp với van phân phối và xi lanh của bộ phận cườnghoá

Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng có thể thiết kế với tỉ số truyền khôngđổi hoặc thay đổi

• Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay ( hình 1.8)

Hình 1.8-Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay

Cơ cấu lái loại này có ưu điểm cơ bản là có thể thiết kế tỉ số truyền thay đổitheo các quy luật khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng

Hiệu suất thuận và nghich của cơ cấu lái loại này đều vào khoảng 0,7

Cơ cấu lái loại này thường được sử dụng ở hệ thống lái không có cường hoátrên ôtô tải và ôtô khách

• Cơ cấu lái loại trục vít cung răng (hình 1.9)

Hình 1.9-Cơ cấu lái loại trục vít cung răng

Cơ cấu lái loại trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng và kíchthước so với loại trục vít bánh răng Cung răng có thể là cung răng thường ( hình 1.9.a)hoặc cung răng bên ( hình 1.9.b) Cung răng bên có ưu điểm là tiếp xúc theo toàn bộchiều dài răng, do đó giảm được ứng suất tiếp xúc và răng ít hao mòn cho nên thườngdùng ở ôtô tải cỡ lớn

Tỉ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị không đổi Hiệu suất thuận vàokhoảng 0,5 còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4

1.2.5 Trợ lực lái.

a) Loại trợ lực:

Hiện nay trên ôtô có các loại cường hoá lái sau:

- Cường hoá thuỷ lực

- Cường hoá khí

- Cường hoá điện

- Cường hoá cơ khí

- Cường hoá điện – thuỷ

b) Phương án bố trí trợ lực.

Tuỳ thuộc vào việc sắp xếp các bộ phận của trợ lực lái vào hệ thống lái mà có thểchia ra như sau :

+ Van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ cấu lái

+ Van phân phối nằm trong cơ cấu lái, xy lanh lực đặt riêng

+ Van phân phối, xy lanh lực đặt thành cụm riêng ,cơ cấu lái nằm riêng.+ Xy lanh lực, van phân phối và cơ cấu lái riêng biệt nhau

Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phânphối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung Còn nguồn năng lượng là một bơm cánh gạtđược dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai

 Các yêu cầu của trợ lực:

- 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 ngườilái có thể lái được xe mà không cần tới trợ lực lái Ngay cả khi bơm dầu của trợ lựclái không làm việc hay có rò rỉ (đứt) các đường ống của hệ thống của trợ lực lái, dẫnđến đường ống hoàn toàn mất tác dụng thì người lái vẫn phải đảm bảo điều khiển 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 từng điềukiện chuyển động của xe Nói chung, cần lực lái lớn khi xe đứng yên hay chay chậm ởtốc độ trung bình cần lực lái nhỏ hơn và lực lái giảm dần khi tốc độ tăng Chỉ cần lựclái nhỏ khi tốc độ xe cao vì ma sát giữa bánh xe và mặt đường giảm Nói cách khácphải đạt được lực lái phù hợp ở bất kỳ dải tốc độ nào và cùng lúc đó “cảm giácđường” phải được truyền tới người lái Để đảm bảo được lực lái thích hợp, trên các xehiện đại được trang bị những thiết bị dặc biệt đi kèm với trợ lực lái trên bơm hoặcvan điện từ như: kiểu cảm biến tốc độ xe, kiểu cảm biến tốc 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, vừa giữđược hướng chuyển động ban đầu của xe

- Thời gian tác động của cường hoá phải là tối thiểu

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 hệthống lái có trợ lực làm mòn lốp nhanh hơn, kết cấu phức tạp hơn và khối lượng bảodưỡng cũng tăng lên so với hệ thống lái không có cường hoá

 Các ưu điểm của trợ lực thuỷ lực:

- Có áp suất trong hệ thống thuỷ lực lớn: p = 4÷ 10 (MN/cm2) nên giảm đượckích thước và trọng lượng xilanh lực

- Tác dụng của bộ trợ lực nhanh, thời gian chậm tác dụng của bộ trợ lực khôngchậm quá 0,02÷0,04 (giây) nhờ vận tốc truyền áp suất trong chất lỏng nhanh

- Giảm được va đập trong truyền dẫn thuỷ lực do mặt đường không bằng phẳngnên người lái đỡ mệt

- Hiệu suất làm việc của bộ trợ lực thuỷ lực cao và hiệu quả tác dụng lớn

 Phương án bố trí trợ lực:

*phương án 1: Van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ cấu lái.

A

B

1 2

3

5 4

1.Bình dầu; 2.Bơm dầu; 3.Van phân phối; 4.Cơ cấu lái; 5.Xilanh lực

Gọn gàng, tốn ít đường ống, độ chậm tác dụng nhỏ, giảm được va đập truyền từ bánh

xe lên vành lái Tránh được khả năng phát sinh dao động của các bánh xe dẫn hướng

do sự không ổn định động lực của cường hoá gây nên

+ Nhược điểm:

Cơ cấu lái phức tạp, các chi tiết trong dẫn động lái chịu ứng suất biến dạng lớn

Do đó phải tăng khối lượng của các chi tiết của hệ thống dẫn động lái

Hầu như tất cả các chi tiết của hệ thống lái phải chịu tác dụng của mômen cảnquay vòng toàn bộ của bánh xe dẫn hướng, điều này làm tăng độ biến dạng đàn hồi của

hệ thống lái và hậu quả là làm tăng khả năng phát sinh dao động của các bánh xe dẫnhướng với các xe có tải trọng lớn Do vậy, phương án bố trí này chỉ sử dụng cho cácloại xe ôtô có khối lượng đặt trên các bánh xe dẫn hướng từ 2,5 đến 4 tấn

*Phương án 2: Van phân phối nằm trong cơ cấu lái, xy lanh lực đặt riêng

Sơ đồ bố trí:

1.Bình dầu 4.Cơ cấu lái

2.Bơm dầu 5.Xilanh lực

3.Van phân phối

2 1

+Nhược điểm:

Đòi hỏi phải có chiều dài đường ống lớn, độ chậm tác dụng lớn hơn phương án1

+Khả năng áp dụng trên xe:

Cơ cấu lái cũ kiểu trục vít lõm – con lăn do đó rất khó phối hợp với van phânphối của trợ lực lái

*Phương án 3: Van phân phối, xy lanh lực đặt thành cụm riêng ,cơ cấu lái nằm riêng.

Sơ đồ bố trí:

21

A B

3 4

5

1.Bình dầu 4.Xilanh lực.

2.Bơm dầu 5.Cơ cấu lái

3.Van phân phối

án 1

+Khả năng áp dụng trên xe:

Với xe tải đầu ngắn, không gian gầm xe khá hẹp, nếu sử dụng phương

án bố trí này ta có thể đặt van phân phối và xilanh lực ở đòn kéo dọc

*Phương án 4: Xy lanh lực, van phân phối và cơ cấu lái riêng biệt nhau.

Sơ đồ bố trí:

B

5 A

1 2

3

4

3.Van phân phối

Hình 1.14-Phương án 4

+ Đặc điểm:

Xilanh lực, van phân phối, cơ cấu lái là các cụm riêng biệt

+ Ưu điểm:

Với phương án bố trí này có thể sử dụng được nhiều loại cơ cấu lái khác nhau,

dễ dàng bố trí xilanh lực, công suất của cường hoá dễ dàng thay đổi do xilanh lực cóthể được nối với một khâu bất kỳ nào của dẫn động lái

Giảm tải cho cơ cấu lái khỏi lực tác dụng của cường hoá

+ Nhược điểm: Chiều dài đường ống lớn nhất trong các phương án bố trí, độchậm tác dụng là lớn nhất trong các phương án bố trí, đòi hỏi phải có không gian để

bố trí, có khuynh hướng làm dao động các bánh xe dẫn hướng

+ Khả năng áp dụng trên xe:

Với xe tải trọng trung bình, đầu ngắn, không gian gầm xe hạn hẹp, việc bố tríriêng rẽ từng cụm khá khó khăn, cồng kềnh, trong khi xe có tải trọng trung bình khôngcần cường hoá có công suất lớn

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE SANTAFE

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế

2.1.1 Giới thiệu xe santafe

Hyundai Santafe nó là một mẫu xe thể thao đa dụng cỡ trung với 5 cửa và 7 chỗdành cho gia đình Santafe sử dụng hệ thống dẫn động cầu trước Động cơ diezel hoàntoàn mới với 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích 2.0 lít đạt công suất 184 mã lực và mômen xoắn 392 Nm ở dải vòng tua từ 1800 đến 2500 vòng/phút Đây là động cơ doHyundai tự phát triển sử dụng công nghệ turbo điều chỉnh điện tử eVGT và là cỗ máydiezel gọn nhất , nhỏ nhẹ nhất và mạnh nhất trong phân khúc của nó

Santafe được trang bị hộp số 6 tốc độ do chính Hyundai phát triển giúp tiết kiệmnhiên liệu hơn 12,2% so với hộp số của phiên bản năm 2009 Sự kết hợp giữa động cơ

và hộp số mới giúp xe có thời gian tăng tốc từ 0 đến 100 km/h là 7,5 giây và mức tiêuthụ nhiên liệu là 7 lít trên 100 km Giảm sóc trước là loại độc lập kiểu MacPherson vàgiảm sóc sau là loại độc lập giúp xe chậy êm ái trên đường phố nhưng chạy đườngtrường ôm cua tốc độ cao không phải ưu điểm của kiểu treo này

Các thông số kỹ thuật của xe:

a) Dẫn động lái bốn khâu (Hình thang lái Đantô)

Hình 2.1- Hình thang lái Đantô

Hình thang lái bốn khâu đơn giản dễ chế tạo đảm bảo được động học và động lựchọc quay vòng các bánh xe Nhưng cơ cấu này chỉ dùng trên xe có hệ thống treo phụthuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng) Do đó chỉ được áp dụng cho các xe tải và những

xe có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên xe du lịch ngày nay có hệ thống treo độc lậpthì không dùng được

b,Dẫn động lái sáu khâu

Hình 2.2- Dẫn động lái 6 khâu

Dẫn động lái 6 khâu được lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệ thống treo độclập lắp trên cầu dẫn hướng Ưu điểm của dẫn động lái 6 khâu là dễ lắp đặt cơ cấulái, giảm được không gian làm việc, bố trí cường hóa lái thuận tiện ngay trên dẫnđộng lái

2.1.3 Chọn phương án dẫn động lái

Hiện nay, dẫn động lái 6 khâu được dùng rất thông dụng trên các loại xe du lịch

sử dụng hệ thống treo độc lập như: Toyota, Nissan,Huyndai

Với đề tài “Thiết kế hệ thống lái cho xe santafe ”, hệ thống treo độc lập do đó tachọn dẫn động lái 6 khâu Đặc điểm của dẫn động lái 6 khâu là có thêm thanh nốinên ngăn ngừa được ảnh hưởng sự dịch chuyển của bánh xe dẫn hướng này lênbánh xe dẫn hướng khác

2.1.4 Chọn phương án cơ cấu lái

Hiện nay trên các xe chủ yếu sử dụng loại cơ cấu lái là : cơ cấu lái loại bánhrăng – thanh răng và loại bi tuần hoàn

Dựa vào những ưu điểm đã trình bày trên phần tổng quan cơ cấu lái và điềukiện của xe,ta chọn phương án cho cơ cấu lái là loại bánh răng – thanh răng

- Chi phí bảo dưỡng hệ thống trợ lực lái thủy lực thấp hơn vì đã thông dụng từlâu

2.2 Tính toán động học hệ thống lái

2.2.1.Tính động học dẫn động lái

Nhiệm vụ của tính toán động học dẫn động lái là xác định những thông số tối

ưu của dẫn động lái 6 khâu để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫnhướng một cách chính xác nhất và động học đúng của đòn quay đứng khi có sự biếndạng của bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của hệ thốngtruyền dẫn động lái

Từ lý thuyết quay vòng ta thấy để nhận được sự lăn tinh của các bánh xe dẫnhướng khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quay hệ sau đây của của gócquay bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng Theo giáo trìnhthiết kế và tính toán ôtô máy kéo mối quan hệ đó được thể hiện ở công thức sau:

α : là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong

β : là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài B : là khoảng cách giữa haiđường tâm trụ đứng L : là chiều dài cơ sở của ôtô

Từ biểu thức trên để bánh xe dẫn hướng lăn tinh mà không bị trượt lết trong quátrình quay vòng thì hiệu số cotg góc quay của bánh xe bên ngoài và bên trong phảiluôn là một hằng số và bằng B/L

Hình thang lái phải đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng

Nó bao gồm các khâu được nối với nhau bằng các khớp cầu và các đòn bên được bố trínghiêng một góc so với dầm cầu trước

a) Trường hợp xe đi thẳng

Hình 2.3- Sơ đồ dẫn động lái trong trường hợp xe đi thẳng

Từ sơ đồ dẫn động lái ta có thể tính được mối quan hệ giữa các thông số

theo các biểu thức sau:

2 ( cos p cos )

(2.2)Trong đó:

X = − ∗B m∗ θ + p − y m− ∗ θ

(2.5)Các đòn bên tạo với phương dọc một góc θ

Khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa α và

β vẫn được giữ nguyên như công thức trên thì hình thang lái Đan - Tô không thểthoả mãn hoàn toàn được

Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho sai lệch với quan hệ lýthuyết trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lýthuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn, nhưng cũng không được vượt quá1.50

b) Trường hợp khi xe quay vòng

Hình 2.4 - Sơ đồ dẫn động lái khi xe quay vòng

Khi bánh xe bên trái quay đi một góc α và bên phải quay đi một góc β

, lúcnày đòn bên của bánh xe bên phải hợp với phương ngang một góc ( , ) θ β

và bánh xebên trái là ( θ α + )

Từ sơ đồ dẫn động trên ta có mối quan hệ của các thông số theo quan hệsau:

Bảng 1:

β 00 50 100 150 200 250 300 350 400

α 00 4.750 9.080 13,030 16,690 20,10 23,320 26,380 29,330

2.2.3 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế

Để xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế ta phải xây dựngđược đường cong biểu thị hàm số α = f ( , ) θ β

Theo mối quan hệ này thì nếu biết trướcmột góc θ nào đó ứng với một giá trị của β

thì ta có một giá trị của góc α Mối quan

4 Khoảng cách giữa hai trục

đứng của cầu dẫn hướng

0

Mm

5 Góc tạo bởi đòn bên hình

thang lái và phương ngang

θ 780

6 Chiều dài đòn bên hình thang

7 Khoảng cách giữa đòn ngang

với trục trước trong hình thanglái

∆:Độ sai lệch

M = ∗G ∗a

(2.19)

b) Momen ma sát giữa bánh xe với mặt đường M2

Hình 2.7 - Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi xe quay vòng

Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc 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 hình chiếu của trục bánh xe một đoạn x về phía sau.đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảng cách của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoàicủa nó theo công thức sau:

(2.21)Với bánh xe cỡ lốp là: 235/60 R18

•

18

235 24.5 445,5( ) 0.455( )2

c) Momen ổn định gây nên bởi góc đặt bánh xe M3

Momen ổn định tạo nên bởi độ nghiêng ngang, nghiêng dọc của trụ đứng.giá trị của M3 thường tính thông qua hệ số λ=1.07 1.15÷ Chọn λ=1.1d) Hiệu suất dẫn động của trụ đứng và hình thang lái

c d th

M P

=

∗ ∗ ∗

(2.25)Trong đó:

răng hiệu suất thuận ηth =0.6

d

i

- tỷ số truyền của truyền động lái i d =1

•max

1028,9

467,08 0.18 20.4 0.6

c vl

c d th

M P

(N) Thỏa mãn điều kiện P vlmax <500N

2.3.3 Xác định các thông số hình học của dẫn động lái và cơ cấu lái

a) Chiều dài thanh răng

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

0 max 40

β =

thì thanh răng dịch chuyển một đoạn là X1

X1 = ∗m cos(θ β− + ∗) p cos( ') (m cosγ − ∗ θ + ∗p cos )γ

(2.26)

ta có:

1cos( ') p [y m sin( )]

Hình 2.8 – Thanh răng

b) Sơ đồ phân tích lực trong trường hợp hệ thống làm việc nặng nhất

Hệ thống sẽ chiu tải trọng lớn nhất trong trường hợp xe bị phanh Ta có sơ

đồ phân tích lực như sau:

Hình 2.9 Sơ đồ phân tích lực trên các khâu

max 1

p x

0arccos(0.995) 4.938

y

Q Q

y x

Q Q

c) Xác định bán kính quay vòng của bánh răng

Để xác định được bán kính vòng lăn của bánh răng ta có thể thực hiện theo cácphương pháp sau:

Chọn trước đường kính vòng lăn của bánh răng từ đó tính ra vòng quay củabánh răng có phù hợp không Có nghĩa là ứng với số vòng quay (n) nào đó thì thanhrăng phải dịch chuyển được một đoạn X1 = 0.0798 (m)Chọn trước số vòng quay củavành lái rồi sau đó xác định bán kính vòng lăn của bánh răng đối với cơ cấu lái loạithanh răng – bánh răng thì số vòng quay của vành lái thì cũng là số vòng quay củabánh răng

Dựa vào xe tham khảo, chọn số vòng quay của vành tay lái ứng với bánh

xe quay là n=1,5 vòng

X = ∗ ∗ ∗π R n

(2.29)Với R là bán kính bánh răng

d) Xác định các thông số của bánh răng

Theo tài liệu chi tiết máy cos

n c

m Z D

D Z

m

β

∗

=Trong đó:

là mô-đun pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn

c n

D Z

Tính chính xác lại góc nghiêng, ta có:

00.0025 6

0.01693

n c

m Z D

n t

m m

do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phải dịchchỉnh, ta chọn kiểu dịch chỉnh đều ξΣ =0

D f =D c− ∗ 2 m n∗(1.25 −ξ) = 0.01693 2 0.0025 1 0.647 − ∗ ∗ −( )

=0.015162 (m)

Do bộ truyền là bánh răng ăn khớp với thanh răng nên đường kính vòngchia bằng đường kính vòng

( f ' f '') n (1 1.25) 0.0025 0.005625

h= h +h ∗m = + ∗ =

(m)Chiều cao đỉnh răng

' ' n 1 0.647 0.0025 0.004118

(m)Chiều dày của răng trên vòng chia:

2 0.647 0.0025 tan 20 0.0051042

e) Xác định kích thước và thông số của thanh răng

Ứng suất nén dọc của thanh ngang liên kết được xác định theo công

Do kích thước của thanh khá dài nên trong quá trình làm việc thanh có thể

bị mất ổn định trước khi bị phá hủy Điều kiện thể thanh không bị mất ổnđịnh là: Q x2<Q x th2

X

πµ

∗ ∗

=

∗

(2.33)Trong đó:

E là mô-đun đàn hồi của vật liệu

tròn mà có dang như hình [3.8]

d- là đường kính của đường tròn tiếp xúc trên mặt phẳng lăn

Từ kết quả tính toan ở trên ta thu được:

d > 0.00943 (m)

và d > 0.009808 (m)

Chọn d = 0.03 (m)

Hinh 2.10 mặt cắt của răng trên thanh răng

Chiều rộng trung bình của răng trên thanh răng:

Bước răng t1 được tính theo công thức sau:

1 0

0.0025

0.008863cos cos 27.603

tr

L Z t

(răng)Vậy ta chọn Z = 20

Chiều cao của thanh răng:

( ' '') n (1 1.25 0.0025 0.005625)

(m)

2.3.4 Kiểm nghiệm bền

a) Tính bền cơ cấu lái bánh răng – thanh răng

Đối với loại truyền động trục răng – thanh răng phải đảm bảo cho các răng

0 0

tan 6461.447 tan 20

16311.933cos cos 27.603

vbx r

Kiểm tra vật liệu:

Trong quá trình làm việc trục răng, thanh răng chịu ứng suất uốn tiếp xúc

và chịu tải trọng va đập từ mặt đường Vì vậy thường gây ra hiện tương rạnnứt chân răng Do ảnh hưởng lớn tới sự tin cậy và tuổi thọ của cơ cấu lái Đểđảm bảo được những yêu cầu lam việc của cơ cấu lái thì vật liệu chế tạo trụcrăng – thanh răng được dùng là thép cacbon các loại được thấm cacbon vàtôi Theo bảng ta có:

Bảng 4 :

Vật liệu Nhiệt

luyện Độ cứng

0 lim

H MPa

lim

F MPa

n vàtôi

Mặ

t răng

Lõirăng

23

*HRC

1

HRC45-63

HRC30-35

• Ứng suất tiếp cho phép

Ứng suất tiếp xúc cho phép của trục răng

σ

(2.36)Trong đó:

Trong đó:

0 lim

1 1.03 1 477.132 101.7

2 cos( ) 2 cos(37.159 )

1.463sin(2 ) sin(2 20 )

b H

H HV

Hệ số bề rộng vành răng:

0.025

1.477 0.01693

bd

b d

ω ω

K Hα là hệ số phân bố tải trọng không đều giữa các răng đồngthời

ăn khớp Tra theo đồ thị hình 5.11 tr71 [2]

4 0.025 0.01693

H HV