Hệ thống lái

HỆ THỐNG LÁI Theo bố trí vơ lăng Bánh lái bên tráiBánh lái bên phải Theo số lượng bánh dẫn hướng HTL với bánh dẫn hướng cầu trướcHTL với bánh dẫn hướng cầu sau HTL với các bánh dẫn hướng

PHẦN 6

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Ơ TƠ

Mục tiêu:

Sau khi học xong chương này các sinh viên có khả năng:

1 Trình bày được công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống lái

2 Vẽ được sơ đồ cấu tạo và nêu được các bộ phận và chi tiết của hệ thống lái

3 Định nghĩa được các tỷ số truyền của hệ thống lái

4 Xác định được lực cực đại tác dụng lên vô lăng

5 Tính toán được hình thang lái

6 Trình bày được vấn đề phối hợp động học giữa hệ thống treo và hệ thống lái

MỤC LỤC

A – ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU 3

I CƠNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI 3

1 Công dụng 3

2.Yêu cầu 3

3 Phân loại 3

II CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG LÁI Ơ TƠ 5

1 Cấu tạo chung 8

2 Đặc điểm kết cấu các bộ phận của hệ thống lái 13

3 Đặc điểm kết cấu của một số hệ thống lái 31

B – TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 58

III CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG LÁI 58

IV ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ THỐNG LÁI Ơ TƠ 60

1 Các tỷ số truyền của hệ thống lái 60

2 Xác định lực cực đại tác dụng lên vô lăng 62

3 Tính toán hình thang lái 64

4 Phối hợp động học giữa hệ thống treo và hệ thống lái 69

 Quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé

 Lái nhẹ, tức là lực cần thiết để quay vành tay lái phải nhỏ

 Động học quay vòng đúng, các bánh xe của tất cả các cầu phải lăn theo những vòng tròn đồng tâm (nếu điều kiện này không đảm bảo lốp sẽ trượt trên đường nên chóng mòn và công suất sẽ mất mát để tiêu hao cho lực ma sát trượt)

 Người lái ít tốn sức, đủ cảm giác để quay vòng tay lái và hệ thống lái đủ sức ngăn cản va đập của các bánh dẫn hướng lên vành tay lái (người lái đỡ mệt)

 Ô tô chuyển động thẳng phải ổn định

 Đặt cơ cấu lái trên phần được treo (để kết cấu của hệ thống treo bánh trước không ảnh hưởng đến động học của cơ cấu lái)

3 Phân loại

* Theo cách bố trí vô lăng chia ra:

 Hệ thống lái với vô lăng bố trí bên trái (khi chiều thuận chuyển động theo luật đi đường là chiều phải như ở các nước trong phe xã hội chủ nghĩa, các nước Pháp, Mỹ v.v…)

 Hệ thống lái với vô lăng đặt bên phải (khi chiều thuận chuyển động là chiều trái như ở các nước Anh, Nhật, Thụy Điển)

* Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra:

+ Loại cơ khí gồm có:

 Trục vít bánh vít (với hình rẽ quạt răng hay con lăn)

 Trục vít đòn quay (với một hay hai chốt trên đòn quay)

 Thanh khía

 Liên hợp (trục vít êcu và đòn quay hay trục vít êcu và thanh khía – rẻ quạt răng)

+ Loại thủy lực

* Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chia ra:

 Loại trợ lực thủy lực

 Loại trợ lực khí (gồm cả cường hóa chân không)

 Loại trợ lực điện

 Loại trợ lực cơ khí

HỆ THỐNG LÁI

Theo bố trí vơ lăng

Bánh lái bên tráiBánh lái bên phải

Theo số lượng bánh dẫn hướng

HTL với bánh dẫn hướng cầu trướcHTL với bánh dẫn hướng cầu sau

HTL với các bánh dẫn hướng tất cả các cầu

Theo kết cấu của

cơ cấu lái

Loại cơ

Trục vít - cung răngTrục vít -con lăn

Trục vít - chốt quayBánh răng - thanh răngLiên hợpLoại thủy lực

Theo kết cấu của

bộ trợ lực

Trợ lực thủy lựcTrợ lực khí Trợ lực điệnTrợ lực liên hợp

II CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ

Hình – Hệ thống lái loại trục vít - thanh răng có cơ cấu cảm nhận tốc độ động cơ (Toyota Innova)

1 - Cơ cấu nghiêng tay lái vô cấp và hấp thụ lực va đập; 2 - Hộp dầu; 3 - Trợ lực tay lái có cảm

biến tốc độ động cơ

Hình – Hệ thống lái có trợ lực thủy lực

1 – Bánh lái; 2 – Cột lái; 3, 16 – Cam quay bên trái và bên phải; 4, 15 – Đầu nối thanh lái bên trái và phải; 5 – Trục trung gian; 6 – Các bulong kẹp vỏ cơ cấu lái với khung phụ; 7 –Vỏ cơ cấu lái; 8 – Đường

ống cái dẫn dầu; 9 – Bình tích năng; 10 – Đường ống cái làm đầy; 11 – Đường bơm cao cáp; 12 – Cảm

biến áp suất chất lỏng; 13 – Bơm thủy lực; 14 – Khung phụ

Hình – Cơ cấu lái có trợ lực

1 – Đầu nối thanh lái bên trái; 2 –Thanh lái; 3 – Vỏ bảo vệ thanh lái; 4 – Vỏ cơ cấu lái; 5 - Ống nối trợ

lực; 6 – Bánh răng dẫn động; 7 – Đầu nối thanh lái bên trái

Hình – Sơ đồ hệ thống lái với cơ cấu lái “Trục vít-con lăn”

1 – Bánh lái; 2 – Trục lái dạng trục vít; 3 - Con lăn; 4 – Vai chuyển hướng; 5 – Thanh kéo giữa; 6 – Thanh kéo ngang; 7 – Đòn quay; 8 – Các bánh xe cầu trước ô tô; 9 – Cần con lắc; Khớp nối các thanh

điều khiển

Hình – Sơ đồ hệ thống lái với cơ cấu lái “Bánh răng – thanh răng

1 – Bánh lái; 2 – Trục lái với bánh răng; 3 – Thanh răng của cơ cấu lái; 4 – Thanh lái bên trái và phải;

5 – Đòn quay; 6 – Các bánh xe cầu trước ô tô

1 Cấu tạo chung

* Cấu tạo chung của một hệ thống lái gồm:

Hình – Cấu tạo chung của hệ thống lái không có trợ lực

1 - Vánh tay lái; 2 - Trục lái; 3 – Cơ cấu lái; 4 – Đòn quay đứng; 5 – Thanh kéo dọc; 6 – Đòn quay

ngang; 7 – Cam quay; 8 – Hình thang lái; 9 – Trụ đứng; 10 – Dầm cầu

Hình - Sơ đồ kết cấu một hệ thống lái đơn giản

1 - Vành tay lái; 2 - Trục lái; 3 - Hộp số lái; 4 - Khung xe; 5 - Các cơ cấu dẫn động lái

Hình - Cách bố trí hệ thống lái trên xe

Hệ thống lái loại này dùng trên một số ô tô tải nhỏ, ô tô du lịch có công suất trung bình và nhỏ

Hệ thống lái không sử dụng trợ lực về mặt cấu tạo thì đơn giản hơn hệ thống có bố trí trợ lực, thường sử dụng cơ cấu lái loại trục vít-con lăn

Hình – Hệ thống lái có trợ lực Đối với ô tô tải có trọng tải lớn, xe khách loại vừa và lớn thì lực tác dụng lên vành tay lái rất lớn,

để làm giảm nhẹ lực tác dụng lên vành tay lái khi điều khiển hệ thống lái bố trì thêm trợ lực lái Hiện nay, để tăng tính an toàn cho ô tô chuyển động ở tốc độ cao thì cả trên các loại ô tô con cũng được bố trí trợ lực

Hình – Sơ đồ hệ thống lái có trợ lực thủy lực

1 – Máy trợ lực; Thiết bị phân phối; 3 - Ống dẫn; 4 – Xilanh trợ lực; 5 – Piston; 6 – Cần con lắc; 7 –

Bình tích năng

Hình – Máy bơm trợ lực thủy lực

Hình – Bình tích năng

Hình – Cột lái

1 – Trục cột lái; 2 – Giá kẹp cột lái; 3 – Cần chốt định vị cột

lái; 4 – Trục lái

Hình – Trục truyền trung gian

1 – Phần dưới; 2 – Bulông giằng; 3 –

2 Đặc điểm kết cấu các bộ phận của hệ thống lái

2.1 Vành tay lái

- Vành tay lái (vô lăng) là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận mômen quay của người lái và truyền cho trục lái Vành tay lái có cấu tạo tương đối giống nhau trên các loại xe ô tô, nó bao gồm một vành hình tròn lõi bằng thép bên ngoài được bọc bằng vật liệu nhựa hoạc da, được lắp ghép với trục lái bằng then hoa, ren và đai ốc Bên trong vành lái thông thường có bố trí ba nan hoa

- Ngoài chức năng chính như trên vành tay lái còn là nơi bố trí một số bộ phận bắt buộc phải có khác của ô tô như công tắc còi, công tắc signal, túi khí bảo vệ người lái khi xẩy ra sự cố như tai nạn…v…v…

- Mặc dù trên hầu hết các hệ thống lái ngày nay đều được trang bị bộ trợ lực lái nhưng vành lái cũng cần phải đủ vững chắc để có thể truyền được mômen yêu cầu lớn nhất kể cả khi bộ trợ lực bị hư hỏng Ngoài ra vành lái cũng cân phải đảm bảo tính thẩm mỹ

Hình - Vành tay lái

Hình - Cấu tạo của vành tay lái

1 – Xương bằng thép, 2 – Vỏ bọc bằng cao su

- Trục lái cần phải đảm bảo đủ cứng để truyền mômen điều khiển nhưng lại phải đảm bảo giảm rung động trong hệ thống lái, không gây rung, ồn trong buồng điều khiển cơ cấu điều khiển hệ thống lái cần có kết cấu gọn, bố trí hợp lí, đồng thời có khả năng đàn hồi tốt theo phương dọc xe để hạn chế tổn thương có thể xẩy ra khi gặp tai nạn Hiện nay kết cấu trục lái rất đa dạng, đa số các xe sử dụng loại trục gẫy được cấu tạo từ các trục có các khớp các đăng nối trục

Hình - Cấu tạo một trục lái

1 - Vành lái; 2 - Cụm công tắc gạt mưa; 3 - Cụm khóa điện; 4 - Vỏ trục lái; 5 - Khớp các đăng; 6 - Trục

các đăng; 7 - Khớp cao su

- Kết cấu một số kiểu trục lái:

- Ngoài ra trong trường hợp cần thiết như xẩy ra va chạm trên đường trục lái có thể co ngắn lại làm giảm thương tích mà vành lái gây ra cho người lái Trên hình giới thiệu kết cấu của một khớp then với biện dạng then hình thang Then ngoài của nạng bị động ăn khớp với then trong của nạng chủ động, khi cơ cấu lái dịch chuyển nạng bị động sẽ dịch chuyển lên trên bảo đảm cho trục lái chính không bị ảnh hưởng

Hình - Kết cấu của khớp then trên trục trung gian

1 - Nạng chủ động; 2 - Then trong; 3 - Then ngoài; 4 - Nạng bị động

- Góc nghiêng giữa các trục dẫn động lái nằm trong khoảng (10 ÷ 20 ) Trong truyền động lái sử dụng loại các đăng kép bao gồm hai các đăng đơn như trên hình Các đăng đơn có cấu tạo khá đơn giản bao gồm hai nạng liên kết với nhau bằng một trục chữ thập, sử dụng bạc lót hay ổ bi kim bôi trơn bằng mỡ, nhờ trục các đăng có thể thiết kế trục lái có hình dàng phù hợp với không gian và các bộ phận xung

quanh

- Ngoài khớp các đăng trục lái của một số loại xe ngày nay có sử dụng loại khớp mềm Khớp nối mềm được làm bằng vật liệu cao xu nhờ đó đường tâm của trục lái và trục đầu vào cơ cấu lái có lệch nhau một góc nhất định Cao xu trong khớp có chức năng hấp thụ một phần rung động và giữ cho vành lái ít bị rung

Hình – Cấu tạo trục chữ thập

Hình - Hình vẽ phối cảnh khớp các đăng sử dụng trong truyền động lái

1 - Trục chủ động; 2 - Trục chữ thập; 3 – Bạc lót; 4 - Trục bị động

(1) Cơ cấu hấp thụ va đập

Trong trục lái có một cơ cấu hấp thụ va đập cơ cấu này sẽ hấp thụ lực tác động lên người lái khi

xe bị tai nạn Khi xe bị đâm cơ cấu này giúp người lái tránh được thương tích do trục lái chính gây ra bằng cách gẫy tại thời điểm bị đâm và giảm va đập thứ cấp tác động lên cơ thể người lái khi cơ thể người lái bị xô vào vành lái do quán tính

Trục lái hấp thụ va đập bao gồm các kiểu sau:

+ Kiểu giá đỡ uốn cong

+ Kiểu bi

+ Kiểu cao su

+ Kiểu ăn khớp

+ Kiểu ống xếp

Trong các kiểu hấp thụ va đập này kiểu giá đỡ uốn cong có kết cấu khá đơn giản và đảm bảo được tính an toàn cho người lái

Hình - Cấu tạo và cách bố trí cơ cấu hấp thụ va đập kiểu giá đỡ uốn cong

Cơ cấu hấp thụ va đập này bao gồm một giá đỡ phía dưới, giá đỡ dễ vỡ, trục trung gian và tấm hấp thụ va đập Trục lái được lắp với thanh tăng cứng bảng điều khiển thông qua giá đỡ phía dưới và giá đỡ dễ vỡ Trục lái được nối với cơ cấu lái thông qua trục trung gian và khớp các đăng

Cơ cấu hấp thụ va đập này hoạt động như sau: Khi hộp cơ cấu lái chuyển dịch tức là khi xẩy ra

va đập thì trục trung gian co lại do đó làm giảm khả năng trục lái và vành lái nhô lên trong buồng lái Khi một lực va đập được chuyền vào vành lái trong sự cố đâm xe thì cơ cấu hấp thụ va đập và túi khí giúp hấp thụ va đập của người lái Trong khi đó giá đỡ dễ vỡ và giá đỡ phía dưới tách ra làm cho toàn

bộ trục lái đổ về phía trước Lúc này tấm hấp thụ va đập bị biến dạng để hấp thụ tác động của va đập thứ cấp

Hình - Nguyên lý hoạt động của cơ cấu chống va đập

(2) Cơ cấu khoá tay lái

Hình - Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu khoá tay lái loại ấn

Trên hình trình bầy sơ đồ cấu tạo của cơ cấu khoá tay lái kiểu ổ khoá ấn Đây là cơ cấu vô hiệu hoá vành lái để chống trộm bằng cách khoá trục lái chính vào ống trục lái khi rút chìa khoá điện ra Trên ổ khoá có 3 vị trí của chìa khoá điện là ON, ACC, LOCK

Khi chìa khoá điện ở vị trí ACC hay ON thì cữ chặn khoá và thanh khoá bị cam của trục cam đẩy sang phải, cần nhả khoá sẽ tụt vào rãnh trong cữ chặn khoá và thanh khoá dịch chuyển sang chái do vậy ngăn việc khoá vành lái

Hình - Vị trí chìa khoá tại ACC hoặc ON

Khi chìa khoá điện chuyển từ ON sang ACC (tức là tắt động cơ) thì cần nhả khoá sẽ đập vào mép trái của rãnh trong cữ chặn khoá thì cần nhả khoá sẽ đập vào mép trong của cữ chặn khoá ngăn cữ chặn khoá và thanh khoa dịch chuyển sang trái và do đó ngăn việc khoá vành lái

Hhình - Vị trí chìa khoá chuyển từ ON sang ACC

Tại vị trí ACC chừng nào chìa khóa điện không bị ấn vào trong thì tấm đẩy sẽ bị lò xo phản hồi của rô to ổ khoá đẩy ra ngoài Do đó tấm chặn nhô ra ngoài và chạm vào thân khóa ngăn rô to và chìa khoá điện xoay về phía khoá

Hình - Vị trí chìa khoá tại ACC

Khi ta ấn chìa khoá vao trong tại vị trí ACC ro to và tấm đẩy cũng bị đẩy vào trong Phần trên của tấm chặn sẽ nhô lên vách chéo của rãnh trong tấm đẩy và phần thấp hơn của tấm đẩy chuyển động vào trong trục cam Khi đó chìa khoá điện, tấm đẩy và trục cam sẽ tự do xoay theo một khối thống nhất

từ vị trí ACC tới vị trí LOCK

Hình - Trạng thái khi ấn chìa khoá vào trong

Tuy nhiên do đầu của cần nhả khoá vẫn bị chìa khoá giữ xuống nên cữ chặn khoá và thanh khoá không thể dịch chuyển sang trái Cho tới khi rút chìa khoá điện ra khỏi ổ khoá cần nhả khoá tách ra khỏi

cữ chặn khoá và thanh khoá chui vào rãnh trục lái chính và khoá trục lái chính lại

Hình - Trạng thái khoá vành lái

(3) Cơ cấu trượt, nghiêng tay lái điều khiển điện

Cơ cấu điều khiển điện cho phép trượt và nghiêng tay lái Cơ cấu này cho phép người lái lựa chọn vị trí vành lái để thích hợp với vị trí ngồi của người lái xe Điều này rất quan trọng vì trong quá trình lái xe thời gian dài người lái sẽ rất mệt mỏi, một cơ cấu lái tạo cho người lái sự thoải mái sẽ làm giảm bớt sự mệt mỏi và làm giảm nguy cơ xẩy ra tai nạn trên đường

Hình - Cơ cấu nghiêng, trượt tay lái Cụm cơ cấu này bao gồm động cơ điện, trục vít nghiêng, bánh vít nghiêng và thanh trượt

Hình - Cấu tạo cơ cấu trượt tay lái

Hình - Cấu tạo cơ cấu nghiêng tay lái

2.3 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái có chức năng biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động thẳng dẫn đến các đòn kéo dẫn hướng

Cơ cấu lái sử dụng trên các xe ô tô hiện nay rất đa dạng, tuy nhiên để đảm bảo thực hiện tốt được chức năng trên thì chúng phải đảm bảo được các yêu cầu sau:

+ Tỉ số truyền của cơ cấu lái phải đảm bảo phù hợp với từng loại ô tô

+ Có kết cấu đơn giản, tuổi thị cao và giá thành thấp, dễ dàng tháo lắp và điều chỉnh

+ Hiệu suất truyển động thuận và nghịch sai lệch không lớn

+ Độ rơ của cơ cấu lái phải nhỏ

Hiện nay cơ cấu lái sử dụng trên các loại ô tô được chia làm các loại như sau:

1) Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng

+Thanh răng liên kết với đòn ngang qua ổ bắt bu lông

+Thanh răng liên kết với đòn ngang bên ở hai đầu thanh răng

2) Cơ cấu lái kiểu trục vít

2.3.1 Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng

Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng có kết cấu đơn giản nên được sử dụng khá rộng rãi trên các loại xe ô tô hiện nay Nó bao gồm một bánh răng nghiêng thông thường được chế tạo liền với trục lái và

ăn khớp với một thanh răng nghiêng, hai đầu của thanh răng có thể liên kết với trực tiếp với các đòn dẫn động lái bằng khớp trụ hoặc thông qua hai thanh dẫn động khác bằng được bắt bu lông

Cơ cấu lái kiểu này có kết cấu gọn tuy nhiên tỉ số truyền nhỏ thích hợp bố trí trên các loại xe nho Độ

dơ tay lái nhỏ do được dẫn động trực tiếp hơn so với các loại cơ cấu lái khác

Trong cơ cấu lái kiểu này bánh răng có cấu tạo răng nghiêng, đầu dưới lắp ổ thanh lăn kim, đầu trên lắp ổ lăn cầu Thanh răng nằm dưới bánh răng có cấu tạo răng nghiêng, phần gia công thanh răng nằm ở phía trong phần còn lại có tiết diện cầu Thanh răng chuyển động tịnh tiến qua lại trên bạc trượt (13) và nửa bạc trượt (8), nửa bạc trượt có lò xo trụ tỳ chặt để khắc phục khe hở giữa bánh răng và thanh răng thông qua êcu điều chỉnh (10) Bộ truyền cơ cấu lái được bôi trơn bằng mỡ, vỏ cơ cấu lái được bắt với thân xe bằng hai ụ cao su đặt ở hai đầu cơ cấu lái

Hình - Cấu tạo cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng

1 - Êcu hãm; 6 - Ổ bi dưới; 11 - Thanh răng; 16 - Bọc cao su;

2 - Phớt che bụi; 7 - Ốc điều chỉnh; 12 - Vỏ cơ cấu lái; 18 - Lò xo kẹp;

3 - Êcu điều chỉnh; 8 - Bạc tỳ thanh răng; 13 - Bạc vành khăn; 19 - Khớp nối;

4 - Ổ bi trên; 9 - Lò xo tỳ; 14 - Đòn ngang bên;

5 - Trục bánh răng; 10, 17 - Êcu khoá; 15 - Đai giữa

Tỉ số truyền động của cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng được xác định bằng công thức sau:

Trong đó: Dvl: Đường kính của vành lái;

dcl: Đường kính vòng chia của bánh răng

Tỉ số truyền này không thay đổi trong quá trình thanh răng chuyển động tịnh tiến qua lại

Điều bất lợi trong cơ cấu này là tỉ số truyền thuận và nghịch bằng nhău do đó ít hạn chế được các dao động từ bánh xe truyền lên vành lái

Hình - Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng thanh răng trên ô tô

2.3.2 Cơ cấu lái kiểu trục vít - con lăn

Kiểu cơ cấu lái này sử dụng cặp ăn khớp trục vít, con lăn để thực hiện quá trình điều khiển xe chuyển hướng hay quay vòng

Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu tạo được thể hiện trên hình 19, bao gồm trục vít lõm (3) được ghép căng với trục chủ động (trục lái) (1) và quay trên hai ổ đỡ cầu Con lăn (7) quay trên trục (6) và ăn khớp với trục vít lõm Giữa con lăn và trục (6) có ổ bi kim, trục (6) được gá trên nạng (8) đây cũng là trục bị động, trục bị động quay trên bạc tựa dài (9) và được cố định theo phương dọc trục bằng các đai ốc Đầu ngoài của trục bị động (8) có lắp đòn quay đứng (14) và được hãm chặt bằng đệm vênh và êcu

H.19 Cấu tạo cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn

1- Trục chủ động; 4 - Đệm điều chỉnh; 7 - Con lăn; 11 - Ốc đổ dầu;

2 - Vỏ cơ cấu lái; 5 - Nắp dưới; 8, 10 - Trục bị động; 12 - Nắp;

3, 13 - Trục vít lõm; 6 - Trục con lăn; 9 - Bạc trục bị động; 14 - Đòn quay

Khi trục chủ động (1) quay làm trục vít lõm (3) quay theo Do trục vít lõm (3) ăn khớp với con lăn (7) nên làm nó quay theo làm toàn bộ nạng (8) quay về hai phía tuỳ theo chiều quay của trục lái (1) Trục bị động (8) quay làm làm đòn quay đứng (14) quay theo và tác động vào cơ cấu dẫn động lái

Hình - Hình vẽ phối cảnh các chi tiết tháo rời của cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn

1 – Trục bị động; 2 –Con lăn; 3 – Trục chủ động (trục lái); 4 – Trục vít lõm

Hình – Cơ cấu lái loại trục vít-con lăn

Ưu điểm của cơ cấu này là:

+ Có kết cấu gọn, bền và có khả năng chống mòn cao, hiệu suất lớn;

+ Có thể điều chỉnh khe hở giữa trục vít và con lăn nhiều lần;

+ Tải trọng tác dụng lên chi tiết được phân tán;

+ Giảm ma sát, do ma sát lê thay bằng mà sát lăn;

+ Loại này có ưu điểm cơ bản là có thể có tỷ số truyền thay đổi;

+ Cơ cấu này được dùng ở hệ thống lái không cường hóa, chủ yếu đối với ô tô tải trung bình và khách

2.3.3 Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng

Hình - Cấu tạo cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng

1 - Đòn quay đứng; 5 - Êcu khoá; 9 – Bi; 2 - Trục và cung răng; 6 - Trục bị động 10 - Trục vít; 3 - Vỏ

cơ cấu lái; 7 - Ổ bi của trục vít; 11 - Ổ bi trục vít; 4 - Ốc điều chỉnh;8 – Êcu; 12 - Ổ thanh lăn kim

Cấu tạo cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng được thể hiện trên hình 1.32 Trục vít (10) được nối với trục lái qua khớp các đăng Êcu (8) ôm ngoài trục vít và ăn khớp với trục vít thông qua các viên bi (9), một bên phía ngoài êcu dược gia công răng tạo thành một thanh răng Cung răng (2)

ăn khớp với thanh răng, trục cung răng có liên kết cứng với đòn quay đứng (1)

Cung răng (2) gia công liền trục được gia công răng thẳng, côn nhờ vậy có thể điều chỉnh khe hở giữa cung răng và thanh răng Đầu ngoài của trục bọ động (6) có then tam giác dạng côn để lắp với đòn quay đứng dẫn động lái

Trục vít đóng vai trò chủ động, khi trục vít quay làm các viên bi ăn khớp trong rãnh chuyển động làm cho êcu thanh răng chuyển động lên xuống, các viên bi này chuyển động trong vòng kín của các rãnh dẫn bi, các rãnh này được tạo lên nhờ một nữa rãnh nằm trên trục vít và một nửa nằm trên êcu Êcu thanh răng chuyển động lên xuống làm cho cung răng (2) và đòn quay đứng (1) quay và truyền chuyển động điều khiển đến cơ cấu dẫn động lái

Toàn bộ cơ cấu này được bôi trơn bằng dầu nên độ bền cao Cơ cấu lái này thường sử dụng trên các loại xe lớn có thể có trợ lực hoặc không có trợ lực

Hình - Bố trí hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng

1 - Đòn quay ngang; 4 - Đòn bên hình thang lá;2 - Thanh kéo dọc; 5 - Thanh kéo ngang; 3 - Đòn quay

đứng

Hình – Cơ cấu lái loại trục vít-cung răng

Ưu điểm: giảm được trọng lượng và kích thước so với loại trục vít-bánh răng Cung răng có thể

là cung răng thường hoặc cung răng bên Cung răng bên có ưu điểm tiếp xúc theo toàn bộ chiều dài răng,

do đó giảm được ứng suất tiếp xúc và răng ít hao mòn, cho nên thích hợp với ô tô tải lớn

2.3.4 Cơ cấu lái kiểu trục vít- chốt khớp

Cơ cấu lái kiểu trục vít chốt khớp thực hiện quá trình truyền động lái thông qua sự ăn khớp của chốt khớp và trục vít Các chi tiết tháo rời của cơ cấu này được thể hiện trên hình sau

Hình - Hình vẽ phối cảnh các chi tiết lắp ráp cơ cấu lái trục vít đòn quay

1 - Trục đòn quay đứng; 4 - Đòn quay đứng; 7 - Shims điều chỉnh; 2 - Chốt khớp; 5 - Vòng bi; 3 - Trục

lái; 6 - Trục vít

Trục đòn quay đứng (1) được lắp ghép vuông góc với trục vít (6), trục đòn (1) có ghép cứng đòn quay

có chốt (2), chốt này luông ăn khớp vào rãnh của trục vít (6) Hai đầu của trục vít quay trên vòng bi (5),

độ rơ lỏng của cơ cấu được điểu chỉnh bằng shims (7) Cơ cấu này hoạt động như sau Khi trục vít (3) quay làm cho trục vít (6) quay theo, chốt khớp ăn khớp với trục vít sẽ chuyển động qua lại tuỳ thuộc vào chiều quay của vành lái làm, cho trục đòn quay đứng (1) quay và làm cho đòn quay (4) quay theo và tác động đến cơ cấu dẫn động lái Hộp cơ cấu lái chứa dầu bôi trơn cho hệ thống nhờ vầy giảm thiểu được hao mòn, tăng độ bền cho cơ cấu lái

Trong cơ cấu lái này tuỳ theo cách chế tạo trục vít ta có cơ cấu lái với tỉ số truyền không đổi và

cơ cấu lái có tỉ số truyền thay đổi khi quay vành tay lái ra khỏi vị trí trung gian

Hình – Cơ cấu lái loại trục vít-chốt quay

- Ưu điểm: tỷ số truyền có thể thay đổi Cơ cấu lái loại này được dùng ở hệ thống lái cường hóa,

chủ yếu đối với ô tô tải và khách

Hình - Một số dạng bố trí đòn dẫn động lái

Cơ cấu dẫn động lái bao gồm các thanh dẫn động và các khớp liên kết Tuỳ theo cấu trúc khung gầm của từng xe người ta bố trí các loại cơ cấu dẫn động lái khác nhau Sau đây xin giới thiệu một số

cơ cấu dẫn động lái thông dụng

Các đòn dẫn động lái phải có độ cứng thích hợp, trị số độ cứng này phải được xác định trong trong quá trình thiết kế hệ thống lái đảm bảo cho các đòn không bị cong hay dãn trong quá trình làm việc Nếu các đòn bị cong hay dãn trong quá trình làm việc sẽ làm thay đổi mối tương quan về góc quay của các bánh xe dẫn hướng điều này làm tăng sự mòn lốp và làm giảm tuổi thọ của các chi tiết khác trong hệ thống lái

Một số đòn dẫn động lái có thêm cơ cấu cho phép thay đổi độ dài của đòn để phù hợp khi các chi tiết bị mòn trong quá trình làm việc

Hình - Kết cấu một số dạng địn dẫn động và khớp liên kết

trong cơ cấu dần động lái

2.5 Các trợ lực lái

- Dùng trợ lực lái để việc điều khiển hệ thống lái được nhẹ nhàng hơn

- Trợ lực lái cĩ các loại phổ biến sau:

+ Trợ lực lái bằng thủy lực;

+ Trợ lực lái bằng khí nén;

+ Trợ lực lái bằng điện;

+ Trợ lực lái liên hợp

3 Đặc điểm kết cấu của một số hệ thống lái

3.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái

Trong trường hợp tổng quát hệ thống lái gồm có: cơ cấu lái, truyền động lái và bộ phận trợ lực Trên một số ô tô (ô tô tải có tải trọng bé, ô tô du lịch có công suất lít nhỏ và công suất lít trung bình) có thể không đặt bộ trợ lực lái

Hình - Sơ đồ hệ thống lái ô tô

1- Vành tay lái; 2- Trục lái; 3- Trục vít; 4- Bánh vít; 5- Cam quay bên trái; 6- Thanh quay; 7- Đòn quay ngang; 8- Thanh ngang; 9- Cam quay bên phải; 10 và 11 – Thanh quay của hình thang

Trên hình 8.1 trình bày sơ đồ đơn giản nhất của hệ thống lái Vành tay lái 1 được gắn trên một đầu trục lái 2 Đầu kia có đặt trục vít 3 Trục vít 3 ăn khớp với bánh vít 4 (bánh vít 4 nằm trên trục 14) Bộ trục vít bánh vít 3, 4 và vỏ chứa bộ trục vít, bánh vít là cơ cấu lái Truyền động lái gồm đòn quay đứng 13, thanh kéo dọc 12, đòn quay ngang 7, hình thang lái gồm ba thanh 6, 10, 11 và các cam quay bên trái và bên phải 5, 9

Vành tay lái có nhiệm vụ tạo ra mômen quay cần thiết khi người lái tác dụng vào Vành tay lái có dạng vành tròn có nan hoa bố trí đều hay không đều quanh vành trong của bánh lái Mômen lái là tích số của lực lái trên vành tay lái nhân với bán kính của vành tay lái

Trục lái thường là một đòn dài đặc hoặc rỗng Trục lái có nhiệm vụ truyền mômen lái xuống

cơ cấu lái

Cơ cấu lái có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn thành chuyển động góc trong mặt phẳng thẳng đứng của đòn quay đứng và giảm tỷ số truyền theo yêu cầu cần thiết

Hình - Sơ đồ hệ thống lái của ô tô có một cầu dẫn hướng

và hệ thống treo độc lập

Trên hình 8.2 trình bày sơ đồ kiểu dẫn động lái mẫu của cầu trước dẫn hướng ở hệ thống treo độc lập

Đặc điểm chính ở đây là đòn kéo ngang của hình thang lái làm rời thành hai đoạn Kết cấu như vậy ngăn ngừa được ảnh hưởng của sự dịch chuyển bánh xe dẫn hướng này lên bánh xe dẫn hướng khác, các khớp 1 và 2 nằm trên đường kéo dài của trục dao động các bánh xe Đòn 3 vừa đỡ đòn kéo ngang vừa cùng với đòn quay đứng xác định động học dịch chuyển của thanh kéo ngang

3.2 Hệ thống lái 2 bánh xe dẫn hướng cầu trước

Hệ thống lái 2 bánh phía trước là hệ thống lái cho phép tác động lên hai bánh xe phía trước khi lái xe quay vành tay lái để thay đổi hướng chuyển động của xe Đa số ôtô thông dụng hiện nay được trang bị hệ thống lái hai bánh

Hình – Hệ thống lái với 2 bánh dẫn hướng cầu trước

1- Vành tay lái; 2- Trục lái; 3 - Hộp số lái; 4- Dẫn động lái

Nguyên lý làm việc:

Khi muốn quay xe sang trái hoặc phải thì người lái phải xoay vành tay lái 1 sang trái hoặc phải truyền chuyển động đến trục lái 2, dầu cuối của trục lái được liên kết với đầu vào của hộp số lái 3 bằng khớp các đăng Đầu ra của hộp số lái được nối với thanh lắc, hộp số lái sẽ biến chuyển động xoay tròn của trục lái thành chuyển động tĩnh tiến của thanh lắc.thanh lắc truyền chuyển động cho dẫn động lái 4 và làm cho hai bánh xe dẫn hướng quay sang trái hoặc phải

Đánh giá hệ thống lái hai bánh xe phía trước:

Hệ thống lái hai bánh xe phía trước cho phép người lái điều khiển xe một cách dễ dàng trên một đơn vị diện tích mặt đường nhỏ Đã đáp ứng được phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái Hai bánh xe dẫn hướng đã tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng hay chỉ cần tác dụng một lực nhỏ là hai bánh dẫn hướng đã tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng

Hệ thống lái hai bánh xe phái trước có cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa bảo dưỡng khi hư hỏng vì vậy nó được sử dụng phổ biến trên các ôtô hiện nay

3.3 Hệ thống lái 4 bánh xe dẫn hướng

Hệ thống lái 4 bánh là hệ thống lái cho phép tác động lên cả hai bánh xe trước và hai bánh xe sau khi người lái quay vành tay lái để chuyển hướng chuyển động của xe

Hình - Hệ thống lái 4 bánh dẫn hướng

1- Vành tay lái; 2- Trục lái; 3- Hộp số lái của hai bánh trước;

4,5 – Dẫn động lái đến hai bánh xe sau; 6- Hộp số lái bánh sau

Cơ cấu lái trước là kiểu bánh răng- thanh răng Hộp trích lực truyền ra cầu sau là một bánh răng

ăn khớp với thanh răng của cơ cấu lái trước Tỷ số truyền giữa vành lái và trục các dăng là hai Trụ chủ động mang theo bánh răng hành tinh, dầm trục của bánh răng hành tinh đặt lệch trục và cho phép bánh răng quay trơn trên nó Bánh răng ăn khớp với thanh răng ngoại luân, đứng yên trên cung vỏ cơ cấu lái, trên bánh răng này bố trí trục AA Con trượt quay trơn trục AA và trượt trên máng trượt, máng trượt chỉ tiếp nhận chuyển động tĩnh tiến với đòn quay

Hình - Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cơ cấu lái các bánh xe sau của xe Honda Prelude-4WS

1- Trục chủ động; 2- Bánh răng ngoại luân ; 3- Máng trượt ;

4 – Con trượt ; 5- Đòn ngang ; 6 – Bánh răng hành tinh

Nguyên lý làm việc:

Khi xe chuyển động ở tốc độ cao, người lái quay vành tay lái nhỏ vào các bánh xe trước và sau quay cùng chiều khi ra vào chỗ đỗ quay ngoặc góc quay vành lái có thể lớn và tốc độ chuyển động của

xe thấp Bánh xe trước và sau quay ngược chiều

Khi trục chủ động quay thì bánh răng hành tinh được ăn khớp với bánh răng ngoại luân, trục AA lúc đầu chuyển động sang phải sau đó sang trái Giá trị lớn nhất khi bánh xe quay cùng chiều là 17 độ, sau đó giảm dần Khi trục chủ động tiếp tục quay theo chiều cũ, trục AA dịch lên trên đảo chiều đẩy bánh xe sau quay ngược chiều Sự đảo chiều quay xảy ra ứng với góc quay vành tay lái là 120 độ Khi góc quay vành xe trước đạt 35 độ thì các bánh xe sau quay một góc là -5 độ

Đánh giá: Hệ thống lái 4 bánh hiện nay thuộc lĩnh vực phát triển cao trong công nghệ sản xuất

ôtô Trước đây nó được dùng chủ yếu trên xe tải và các xe nhiều cầu Ngày nay được dùng phổ biến hơn

và rất được ưa chuộng bởi nó có nhiều tính năng ưu việt đặc biệt giúp xe ra vào chỗ đậu một cách nhanh chóng trong một không gian hẹp, qua vòng một cách dễ dàng ở tốc độ cao Khi qua đường vòng các bánh xe tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng Cho phép quay vòng xe một cách dễ dàng trên một đơn vị diện tích mặt đường nhỏ

3.4 Hệ thống lái có trợ lực điện (EPS)

Hình – Các bộ phận của hệ thống lái có trợ lực điện

1 – Thanh lái bên phải; 2 – Gối tựa bên phải của cơ cấu lái; 3 – Cái kẹp cơ cấu lái; 4 – Trục truyền trung gian; 5 – Trợ lực điện; 6 – Bánh lái; 7 - Ống cột lái; 8 – Gối tựa bên trái của cơ cấu lái; 9 – Cơ

cấu lái; 10 – Thanh lái bên trái

Hình – Cơ cấu lái với các thanh lái

1 – Đầu nối ngoài của thanh lái; 2 – Thanh điều chỉnh; 3 – Đầu nối trong của thanh lái; 4 – Nắp bảo vệ phải; 5 - Ống vỏ cơ cấu lái; 6 – Vỏ cao xu bảo vệ; 7 – Tấm nối kẹp các thanh lái; 8 – Trục và bánh

răng; 9 - Vỏ cơ cấu lái; 10 – Nắp bảo vệ trái

Hình – Thanh răng với các răng nghiêng không đồng bước

Vùng 1 - Các bước răng nhỏ; Vùng 2 – Các bước răng lớn

Hình – Cột lái với trợ lực lái

1 – Cần điều chỉnh độ nghiêng của cột lái; 2 – Trục lái; 3 – Trợ lực điện; 4 – Khối điện tử điều khiển

trực lực điện