Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ (Có bản vẽ)

Ô tô (phương ngữ Bắc Bộ) hay xe hơi (phương ngữ Nam Bộ) hoặc car (tiếng Anh) là loại phương tiện giao thông chạy bằng 4 bánh có chở theo động cơ của chính nó. Tên gọi ôtô được nhập từ tiếng Pháp (automobile), tên tiếng Pháp xuất phát từ từ auto (tiếng Hy Lạp, nghĩa là tự thân) và từ mobilis (tiếng La Tinh, nghĩa là vận động). Từ automobile ban đầu chỉ những loại xe tự di chuyển được gồm xe không ngựa và xe có động cơ. Còn từ ô tô trong tiếng Việt chỉ dùng để chỉ các loại có 4 bánh. Chữ xe hơi bắt nguồn từ chữ Hoa 汽車, phát âm theo Hán Việt là khí xa. Còn người Nhật gọi xe hơi là 自動車 (Tự động xa) nghĩa là xe tự động. Các kiểu khác nhau của xe hơi gồm các loại xe: xe buýt, xe tải.Có khoảng 1,32 tỷ chiếc xe được sử dụng trên toàn thế giới vào năm 2016.2 Khi lần đầu tiên ra mắt, xe hơi được hoan nghênh như một (phương tiện) cải tiến về môi trường so với ngựa. Trước khi nó ra mắt ở thành phố New York; hơn 10,000 tấn phân hàng ngày được dọn khỏi các đường phố. Tuy nhiên, năm 2006, các xe hơi là một trong những nguồn gây ô nhiễm không khí và tiếng ồn cũng như ảnh hưởng tới sức khoẻ trên khắp thế giới.

Bộ giáo giục và đào tạo cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam trờng đại học bách khoa hà nội Độc lập -Tự do -Hạnh phúc

(Link Cad : https://drive.google.com/file/d/1xSUGlsMJN4xe_7SZelXN4kUQIci1y9Xm )

NHIệM Vụ THIếT Kế TốT NGHIệP

Họ và tên : Ngô Tiến Hiệp

Khoá : K52

1 Nhiệm vụ đề tài:

Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ

2 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

1 Tổng quan về hệ thống lái ô tô

2 Kiểm nghiệm hệ thống láI cơ sở

3 Tính toán thiết kế hệ thống lái

4 Xây dựng quy trình lắp ráp,điều chỉnh và bảo dỡng hệ thống lái

5 Kết luận

3 Các bản vẽ và đồ thị:

1 Bản vẽ bố trí chung cơ cấu lái 1A0

2 Bản vẽ lựa chọn các phơng án trợ lực 1A0

3 Bản vẽ quan hệ động học quay vòng và đặc tính cờng hoá 1A0

4 Bản vẽ cơ cấu lái + xy lanh lực +van phân phối 1A0

5 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lái 1A0

6 Bản vẽ chi tiết của hệ thống lái (4 chi tiết) 1A0

Kết quả đánh giá: Sinh viên đã hoàn thành

-Quá trình thiết kế……… và nộp toàn bộ bản thiết kế cho khoa-Điểm thuyết minh……… Ngày…tháng…năm 2012

Ngày…tháng…năm 2012 (ký tên)

Chủ tịch hội đồng

(Ký và ghi rõ họ tên)

I Các thông số của xe thiết kế……… 26

II Chọn phơng án thiết kế……… 26III Tính toán động học hình thang lái……… 27

IV TT-TK cơ cấu lái Trục vít-Êcu bi-thanh răng cung răng 38

V Tính bền các chi tiết còn lại của hệ thống lái…….49Chơng III: Thiết kế hệ thống cờng hoá lái

I Đặc điểm của cờng hoá lái……… 60

II Lựa chọn phơng án bố trí cờng hoá lái………….61III Tính toán cờng hoá lái……… 69Chơng IV: Quy trình công nghệ gia công khớp cầu…… 81

Chơng V: Bảo dỡng - sửa chữa hệ thống lái………… 91

Kết luận……… 94

Tài liệu tham khảo………95

Lời nói đầu

Trong nền kinh tế đang tăng trởng mạnh mẽ của nớc ta, nhu cầu về giao thôngvận tải ngày càng lớn Vai trò quan trọng của ôtô ngày càng đợc khẳng định vì

ôtô có khả năng cơ động cao, vận chuyển đợc ngời và hàng hoá trên nhiều loại

địa hình khác nhau

Những năm gần đây, lợng xe du lịch có xu hớng tăng lên, đặc biệt là các loại

xe 7 chỗ với u điểm về khả năng cơ động, tính kinh tế và thích hợp với nhiều mục

đích sử dụng khác nhau

Với ôtô nói chung và xe du lịch nói riêng, an toàn chuyển động là chỉ tiêuhàng đầu trong việc đánh giá chất lợng thiết kế và sử dụng của phơng tiện Mộttrong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động là hệthống lái đặc biệt là ở tốc độ cao Với đồ án tốt nghiệp của mình, em đã cơ bảnhoàn thành việc thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch 7 chỗ

Sau hơn ba tháng, đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy ĐỖ TIẾN MINH và sựgiúp đỡ của các bạn cùng lớp, em đã cơ bản hoàn thành đồ án tốt nghiệp Trongquá trình thực hiện, chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót Do đó, emrất mong nhận đợc sự chỉ bảo và góp ý của các thầy và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội ngày tháng…năm 2012 Sinh viên

Chơng I Tổng quan Hệ thống lái

1.1 CÔNG DụNG,PHÂN LOạI và yêu cầu

1.1.1 Công Dụng.

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hớng chuyển động của ôtô nhờ quayvòng các bánh xe dẫn hớng cũng nh để giữ phơng chuyển động thẳng haychuyển động cong của ôtô khi cần thiết

Việc điều khiển hớng chuyển động của xe đợc thực hiện nh sau: vành láitiếp nhận lực tác động của ngời lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyềnmômen 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 đếncác bánh xe dẫn hớng Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từngchủng loại xe

Để quay vòng đợc thì ngời lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực Đồngthời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đờng lên mặt vuông góc với bánh xe Đểquay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hớng phải quay quanh một tâm quay tức thờikhi quay vòng

1.1.2 Các trạng thái quay vòng của xe.

Sự chuyển động và thay đổi hớng chuyển động của xe trên đờng là quá trìnhphức tạp Khi xe chuyển động trên đờng vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vịtrí góc quay của vành tay lái nhất định vl xe sẽ quay vòng với một bán kínhquay vòng R0 tơng ứng Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quay vòng

đủ)

Trong thực tế xe thờng chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quayvòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thờng gặp là trạng thái quayvòng 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 ngời láiphải tăng góc quay vành lái một lợng vl Khi quay vòng thừa, để thực hiện quayvòng xe theo bán kính R0 ngời lái phải giảm góc quay vành lái một lợng vl Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguyhiểm, 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 vòng tăng) ởnhững trạng thái này yêu cầu ngời lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt Vấn đề chấttải, độ đàn hồi của lốp cũng có ảnh hởng tới tính năng quay vòng và tính an toànchuyển động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn

Hình 1.1-Các trạng thái quay vòng của xe.

1.1.3 Phân loại hệ thống lái.

Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:

1.1.3.1 Phân loại theo phơng pháp chuyển hớng.

+Chuyển hớng hai bánh xe ở cầu trớc (2WS)

+Chuyển hớng tất cả các bánh xe (4WS)

1.1.3.2 Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực.

+Hệ thống lái cơ khí

+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén

1.1.3.3 Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.

+Cơ cáu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi

+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng

1.1.3.4 Phân loại theo cách bố trí vành lái.

+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đờng bên phải)

+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đờng bên trái)

1.1.4 Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.

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 sau:

 Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé

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

 Đảm bảo đợc động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trợt lết khi quay vòng

 Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hớng

4 5 6

7

9 8

Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.

1.Vành lái

2.Trục lái

3.Cơ cấu lái 4.Đòn quay đứng

5.Đòn kéo dọc

6.Hình thang lái

7.Đòn quay ngang

8.Trụ xoay đứng9.Bánh xe

1.2.1 Vành lái.

Vành lái có dạng vành tròn Lực của ngời lái tác dụng lên vành lái tạo ra mômen quay để hệ thống lái làm việc Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lựcngời lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái

Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái Trục lái gồm có trục lái

chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái

và ống truc lái để cố định trục lái vào thân xe Trục lái kết hợp với một cơ cấuhấp thụ va đập Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên ngời lái khi có va

đập mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra

Trục lái thờng có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi đợc góc nghiêng vàloại trục lái không thay đổi đợc góc nghiêng

Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có thêm một số cơ cấu

điều khiển nh : cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái để

có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phơng thẳng đứng phù hợp với ngời lái, hệthống trợt trục lái để có thể điều chỉnh đợc chiều dài của trục lái và đạt đợc vị tríngồi lái tốt nhất cho ngời lái

d i d

xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải

1.2.3.1 Các yêu cầu của cơ cấu lái.

Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

+ Có thể quayđợc cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệusuất nghịch để các va đập từ mặt đờng đợc giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái + Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết

+ Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái

+ Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất

+ Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao

+ Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp

Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hởng tới sự truyền các va đập từ măt đờnglên vô lăng Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít, nhngnếu độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hởng đến khả năng chuyển động của xe Độ đànhồi của hệ thống lái đợc xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vành láivô lăng và mô men đặt trên vành lái Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào

độ đàn hồi của các phần tử nh cơ cấu lái, các đòn dẫn động …

1.2.3.2 Tỉ số truyền của cơ cấu lái:

Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của

đòn quay đứng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh xedẫn hớng Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhng ngời lái phải quay vô lăngnhiều hơn khi quay vòng

180 360 540

720 180 360 540 720

5 10 15 20 25

Hình 1.3: Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái

Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quay

của vô lăng thì bánh xe phải quay

đợc tối đa từ 350 đến 450 từ vị trí

trung gian trở đi Quy luật thay

đổi tỷ số truyền thích hợp nhất

đ-ợc thể hiện trên giản đồ bên:

Trong phạm vi góc quay   /

2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái

có giá trị cực đại đảm bảo chính

xác cao trong khi lái ôtô trên

đ-ờng thẳng với tốc độ cao và giúp

lái nhẹ nhàng vì đa số thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ quanh vị trí

trung gian Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo qui luật

nh thế sẽ giảm ảnh hởng của những va đập từ bánh dẫn hớng lên vành lái

Khi  > /2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu nh không thay

đổi ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hớng quay một góc

lớn giúp khả năng quay vòng của ôtô tốt hơn

1 2 3.3 Tỷ số truyền của dẫn động lái i d

Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thớc và quan hệ của các cánh tay đòn

Trong quá trình bánh xe dẫn hớng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay

đổi Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9  1,2

1.2.3.4 Tỷ số truyền lực của hệ thống lái i l

Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hớng và lực đặt

lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng

c l l

p i

Trong đó:

Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe

c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đờngtrục đứng kéo dài

Ml - mômen lái đặt trên vành lái

l

M r i

c M



(1 - 4) Bán kính vành tay lái ở da số ôtô hiện nay là 200  250mm và tỷ số truyền góc

ig không vợt quá 25 vì vậy il không đợc lớn quá, il hiện nay chọn trong khoảng

từ 10  30

1.2.3.5 Hiệu suất thuận

Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống Hiệusuất thuận càng cao thì lái càng nhẹ Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệusuất thuận cao

định Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban

đầu và để hạn chế các va đập từ đờng tác dụng lên hệ thống lái trong một phạm vinào đấy thì cơ cấu lái đợc thiết kế với một hiệu suất nghịch nhất định

1.2.3.7 Một số loại cơ cấu lái thờng dùng:

a) Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:

+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay

b) Cơ cấu lái trục vít con lăn

Loại cơ cấu lái này đợc sử dụng

rộng rãi nhất Cơ cấu lái gồm trục

vít glôbôit 1 ăn khớp với con lăn 2

(có ba tầng ren) đặt trên các ổ bi

kim của trục 3 của đòn quay đứng

Số lợng ren của loại cơ cấu lái trục

vít con lăn có thể là một, hai hoặc

ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu

10 9 8

32

Hình 1.6- Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.

+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hớng

+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hớng sao cho không xảy ra hiệntợng trợt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh

xe dẫn hớng

+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trớc, đòn kéongang và đòn kéo bên Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng một gócthì các bánh xe dẫn hớng sẽ quay đi một góc nhất định Hình thang lái cóthể bố trí trớc hoặc sau cầu dẫn hớng tùy theo bố trí chung.

Quan hệ hình học ACKERMAN

Quan hệ hình học ACKERMAN biểu thị quan hệ góc quay của các bánh xedẫn hớng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe nằm trên đờngkéo dài của tâm trục cầu sau

× n

h 2 1

1 S

¬

®

å b i Ó

u d i Ô

n c

¸

c k Ý c

h t

h

íc c ñ

a

® ß

n q u a

y

® ø n g

B

O

ThiÕt kÕ tÝnh to¸n hÖ thèng l¸i cã trî lùc cho xe con 7 chç ngåi 15

h 2 1

1 S

ơ

đ

ồ b i ể

u d i ễ

n c

á

c k í c

h t

h

ớc c ủ

a

đ ò

n q u a

y

đ ứ n g

R s

Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA K52

Hình 1.7- Quan hệ hình học của ACKERMAN.

Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hớng (trên cùng một cầu) phảiquay theo các góc ,  khác nhau và quan hệ hình học đợc xác định theo biểuthức sau :

L : chiều dài cơ sở của xe

B0 : khoảng cách của hai đờng tâm trụ quay đứng trong mặt phẳng điqua tâm trục bánh xe và song song với mặt đờng

,  : Góc quay của bánh xe dẫn hớng phía trong và phía ngoài Để đảm bảo điểu kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi làhình thang lái Đantô Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần đúng điều kiện trên,song do kết cấu đơn giản nên đợc dùng rất phổ biến Mỗi một chủng loại xe, cókích thớc và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ hình họccủa cơ cấu lái 4 khâu với quan hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc quaybánh xe dẫn hớng lớn Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0030’ đến 10 khi bánh xedẫn hớng ở vùng quay vòng gấp

Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh lái

Đantô nh sau:

Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động cácbánh xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu (rotuyl lái).Các đòn bên quay quanh đờng tâm trụ đứng (hình 1.8)

Dầm cầu liền Đòn kéo ngang

v

b) a)

v

Hình 1.8 - Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền.

a Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền

b Đòn kéo ngang nằm trớc dầm cầu.

Trên hệ thống treo độc lập, số lợng các đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảocác bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau

Số lợng các đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố trí cơcấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo… ng vẫn đảm bảo quan hệ hình họcnhACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantô Hai phơng pháp bố trí dẫn

động lái điển hình ở hệ thống treo độc lập đợc trình bày theo hình 1.9:

Hình1.9 - Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập

a Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu

b Đòn ngang nối nằm trớc dầm cầu

Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trớc tức 4 bánh dẫn hớng

và hai hình thang lái 4 khâu Đantô

9 0 0

CAMB ER

bánh xe đợc lắp vào thân xe với các góc nhất Những góc này đợc gọi chung là góc

đặt bánh xe nếu các góc đặt bánh xe không đúng thì có thể dẫn đến các hiện ợng sau:

t-+ Khó lái

+ Tính ổn định lái kém

+ Trả lái trên đờng vòng kém

+ Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh)

1.2.5.1 Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).

Góc tạo bởi đờng tâm của bánh xe dẫn hớng ở vị trí thẳng đứng với đờngtâm của bánh xe ở vị trí nghiêng đợc gọi là góc Camber, và đo bằng độ

Hình 1.11- Góc CAMBER.

Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngợc lại dới

tác động của trọng lợng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trục trớc và hệ thống treo trớc Đồng thời giảm cánh tay đòn

của phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lêndẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái

Khi chuyển động trên đờng vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xenghiêng theo hớng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các bánh

xe trong nghiêng ra ngoài so với thân xe Để các bánh xe lăn gần vuông gócvới mặt đờng để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo độclập thì góc Camber thờng âm

Góc Caster

(-)(+)

V

1.2.5.2.Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster).

Góc nghiêng dọc của trụ đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa trụ xoay

đứng và phơng thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe Khoảng cách từ giao điểm của

đờng tâm trục đứng với mặt đất đến đờng tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đờng

đợc gọi là khoảng Caster c

Hình 1.12 – Caster và khoảng Caster.

Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dới tác dụng của lực ly tâm khi

bánh xe vào đờng vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng ợng xe khi xe đi vào đờng nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe vớimặt đờng sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb

Khi trụ quay đứng đợc đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều

tiến của xe (Caster dơng) thì phản lực bên Yb của đờng sẽ tạo với tâm tiếp xúcmột mô men ổn định, mô men đó đợc xác định bằng công thức sau:

M=Yb.c (1- 6)

Mômen này có xu hớng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi nó bịlệch khỏi vị trí này Nhng khi quay vòng ngời lái phải tạo ra một lực để khắcphục mô men này Vì vậy, góc Caster thờng không lớn Mômen này phụ thuộcvào góc quay vòng của bánh xe dẫn hớng Đối với các xe hiện đại thì trị số củagóc Caster bằng khoảng từ 00đến 30

(+) (-) Kingpin

1.2.5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin).

Góc nghiêng ngang của trụ đứng đợc xác định trên mặt cắt ngang của xe GócKingpin đợc tạo nên bởi hình chiếu của đờng tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó

và phơng thẳng đứng

Hình 1.13 - Góc KingPin

Tác dụng:

Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm

là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r0 Nếu r0 lớn sẽ sinh ramô men lớn quanh trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm

tăng lực đánh lái Do vậy giá trị của r0 có thể đợc giảm để giảm lực đánh lái,phơng pháp để giảm r0 là tạo Camber dơng và làm nghiêng trụ quay đứng(tạo góc KingPin)

Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho cácbánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do có mômenphản lực (gọi là mômen ngợc) tác dụng từ mặt đờng lên bánh xe Giá trị củamômen ngợc phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin

1.2.5.4 Độ chụm và độ mở (góc doãng).

Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trớc của các bánh xe gần nhau hơn phíasau thì gọi là độ chụm Nếu bố trí ngợc lại là độ mở

R 0

P f

R 0

Với góc Δ nh thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là

ổn định vành tay lái

Hình 1.15 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.

ở cầu dẫn hớng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe

về phía trớc Bởi vậy góc Δ giảm.Trong trờng hợp này, để giảm ảnh hởng

của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột(phanh bằng động cơ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt Δ có giá trị nhỏ

hơn hoặc bằng không

1.2.6 Hệ thống lái có trợ lực.

1.2.6.1 Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cờng độ lao động của ngời lái.

Trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe

có sự cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái Ngoài ra đểcải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bảnrộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đờng Kết quả là cần một lựclái lớn hơn

Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái nhỏ, phải

có một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái

1 2.6.2 Phân loại hệ thống trợ lực lái.

Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh

Dựa vào vị trí của van phân phối và xi lanh lực:

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ cấulái

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong đòn kéo 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 lợng là một bơm cánhgạt đợc dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai

1.2.6.3 Nguyên lý trợ lực lái.

Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảmnhẹ lực lái Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằmtrong xy lanh lực Piston trợ giúp cho việc chuyển động của thanh răng Mức độtrợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston Vì vậy nếucần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu

Xy lanh lực

a) Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng).

Dầu từ bơm đợc đẩy lên van điều khiển Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả dầu

sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm Vì áp suất dầu bên trái và bên phải piston là nh nhau nên piston không chuyển động về hớng nào

b)Khi quay vòng

Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hớng nào, giả sử quay sang phải thì van

điều khiển cung di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộng hơn.Vì vậy làm thay đổi lợng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu đợc tạo ra

Nh vậy tạo ra sự trênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải của piston Sự

7 Trọng lợng không tải G0 25800 N

d

3020

mmmm

2.3 tính toán động học hình thang lái.

Nhiệm vụ của tính toán động học hình thang lái là xác định những thông sốtối u của hình thang lái, đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hớng

2.3.1 Xác định kích thớc hình học của hình thang lái và quan hệ động học của góc quay bánh xe dẫn hớng.

2.3.1.1 Xây dựng quan hệ lý thuyết

Từ lý thuyết quay vòng, hệ thống lái phải đảm bảo gần đúng mối quan hệgiữa góc quay bánh xe dẫn hớng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng.Theo giáo trình thiết kế và tính toán ôtô máy kéo mối quan hệ đó đợc thể hiện ởcông thức sau:

 : là góc quay của bánh xe dẫn hớng bên ngoài

 : là góc quay của bánh xe dẫn hớng bên trong

Khi xe đi thẳng các đòn bên tạo với phơng dọc một góc  Khi ôtô quay vòngvới các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa  và  vẫn đợc giữnguyên nh công thức trên thì hình thang lái Đantô không thể thoả mãn hoàn toàn

đợc Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái sao cho sai lệch vớiquan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quay vòngthực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn không đợc vợt quá1,5 độ

Khi xe quay vòng để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hớng không bị trợt lết hoặc

tr-ợt quay thì đờng vuông góc với các véc tơ vận tốc chuyển động của tất cả cácbánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó là tâm quay vòng tức thời của xe(điểm 0 trên hình 2.2)

Thay các giá trị tơng ứng ta có bảng sau (đơn vị đo góc là độ):

Bảng 2.2: Quan hệ giữa  và  theo lý thuyết

α lt 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

β lt 0.00 4.74 9.03 12.95 16.53 19.85 23.05 26.00 28.92

2.3.1.2 Xây dựng các quan hệ thực tế của cơ cấu Đantô

Hình2.2 Sơ đồ động học quay vòng xe có hai bánh dẫn hớng phía trớc.

Hình2.1 Sơ đồ động học hình thang lái khi xe đi thẳng.





B L

R s

0





Hình thang lái Đantô là cơ cấu đảm bảo gần đúng quan hệ của công thức trên.Khi cho trớc các kích thớc B0,L,m,n, thì quan hệ , đợc xác định nhờ công

Dùng phơng pháp đồ thị để kiểm tra sự sai khác của đờng đặc tính hình thanglái thực tế so với lý thuyết theo quan hệ  = f(,)

B g

tế ứng với mỗi giá trị của góc 

Bảng 2.3: Bảng giá trị quan hệ giữa  và  phụ thuộc vào góc 

Đồng thời ta lấy thêm một vài giá trị lân cận với góc  để so sánh Các giá trị

t-ơng ứng đợc thể hiện trong bảng dới đây:

Với: Δβ=β lt−β tt

Dựa vào các số liệu trong bảng trên ta vẽ đợc đồ thị đặc tính động học hình thanglái lý thuyết và thực tế trên cùng một hệ trục toạ độ

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 0.00

Hình 2.3: Đồ thị đặc tính động học hình thang lái

Nhận thấy rằng độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và góc quay vòng lý

thuyết Δβ nhỏ nhất là giá trị =22 0

Sau khi chọn xong góc  ta tính n:

n=B0−2 m sin θ=1480−2 222 sin 220≈1313 , 67 (mm)

2.3.2 Xác định mômen cản quay vòng và lực lái lớn nhất.

Lực đặt lên vành lái đợc xác định cho trơng hợp ôtô quay vòng tại chỗ vì lúcnày lực cản quay vòng đạt giá trị cực đại Lúc đó mômen cản quay vòng trên mộtbánh xe dẫn hớng Mc sẽ bằng tổng số của mômen cản lăn M1, mômen ma sátgiữa bánh xe và mặt đờng M2 và mômen ổn định M3 gây nên bởi các góc đặt củacác bánh xe và trụ đứng

2.3.2.2 Mômen cản M 2 do ma sát giữa bánh xe và mặt đờng

Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc giữa lốp và

đờng sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe Nguyên nhân lệch này là do sự đàn hồibên của lốp Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu của trục bánh xe một

đoạn x về phía sau

đoạn x đợc thừa nhận bằng nửa khoảng cách

của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài

d

rB  mm

 

(mm) +r bx – bán kính làm việc của bánh xe

Để làm ổn định các bánh xe dẫn hớng ngời ta làm các góc đặt bánh xe Tất cả các góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhng chúng làm xuất hiện mômen cản M3 Việc tính toán mômen này tơng đối phức tạp nên giá trị mômen cản M3

2.3.2.3 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái.

Khi đánh lái trong trờng hợp ôtô đứng yên tại chỗ, lực đặt lên vành lái để thắng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hớng là lực lái lớn nhất Lực này đợc xác định theo công thức:

max

1

ic – tỷ số truyền cơ cấu lái ic =20,5

th – hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái

trục vít- êcu bi hiệu suất thuận th = 0,7

itr – tỷ số truyền của truyền động lái

2.3.2.4 Xác định góc quay vành lái và bán kính quay vòng ôtô:

a) Góc quay vành lái lớn nhất:

Góc quay vành lái lớn nhất đợc xác định theo góc quay bánh xe dẫn hớng yêucầu nhằm tạo nên khả năng quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ nhất.Thông

thờng góc quay bánh xe dẫn hớng kẻ từ vị trí trung gian đến vi trí quay lớn

nhất ,lấy trung bình cho cả hai bên bxmaxcó thể lấy với xe con: bxmax=31 0

Góc quay vành lái lớn nhất khi tính từ vị trí trung gian

ChiÒu réng hµnh lang quÐt: B hl=R n min−R t min=6176−3743=2433 (mm) (2-15)

2.4 TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¬ cÊu l¸i trôc vÝt - ªcu bi -

thanh r¨ng - cung r¨ng.

2.4.1 Th«ng sè h×nh häc:

2 π R c 2

i ω p

2 π

2.4.2 Thiết kế bộ truyền trục vít- êcu bi

Tỷ số truyền của hệ thống lái:

Trong đó: Mc - Mômen cản khi quay vòng tại chỗ, Mc = 1475 (Nm)

PLmax - Lực lái lớn nhất của ngời lái, Plmax = 513.9 (N)

Hình 2.9- Hệ thống lái trục vít - êcu- bi-thanh răng, cung răng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái:

Hình 2.10- Các thông số của trục vít - êcu- bi

Khi đánh lái, trục vít bị xoay, tạo ra lực vuông góc từ bề mặt rãnh vít qua cácviên bi tác dụng vào bề mặt rãnh bi trên ê cu Lực này đợc phân ra thành 2 thành

phÇn: lµ lùc vßng Pv vµ lùc däc trôc Pd Lùc Pd chÝnh lµ lùc t¸c dông lµm quayb¸nh r¨ng rÎ qu¹t.

th – hiÖu suÊt thuËn cña c¬ cÊu l¸i, th = 0,7

Rc2- b¸n kÝnh vßng chia cña b¸nh r¨ng rÎ qu¹t,

20,5.11 2.3,14 = 36 (mm)

VËy :

1475.0,18.0.7

28680.55( ) 0,036.0,18.

