Giáo trình hệ thống lái tiến sĩ Nguyễn Hoàng Việt BKĐN

hệ thống lái 3.1. Công dụng, phân loại , yêu cầu 3.1.1. Công dụng: Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để: - Giữ cho ôtô máy kéo chuyển động theo một hướng xác định nào đấy; - Thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe. Hệ thống lái nói chung gồm các bộ phận chính sau: - Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mô men do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái. - Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng. - Cường hoá lái: thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa. Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài. Trên các xe cỡ nhỏ có thể không có. 3.1.2. Yêu cầu: Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau: + Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định: để đảm bảo yêu cầu này thì: - Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian (giữa) tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (Không lớn hơn 15O khi có cường hoá và không lớn hơn 5O khi không có cường hoá); - Các bánh xe dẫn hướng phải có tính ổn định tốt; - Không có hiện tượng tự dao động các bánh xe dẫn hướng ở mọi điều kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động. + Đảm bảo tính cơ động cao: tức là xe có thể quay vòng thật ngoặt, trong một thời gian ngắn, trên một diện tích bé. + Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê: gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe. + Giảm được các va đập từ bánh xe dẫn hướng truyền lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc gặp chướng ngại vật. + Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng (Plmax) được quy định theo các tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành: - Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plmax không được lớn hơn 150...200 N; - Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N. + Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe dẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quay của vô lăng và của các bánh dẫn hướng. 3.1.3. Phân loại: + Theo cách bố trí vô lăng, chia ra: - Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động): dùng cho những nước thừa nhận luật đi đường chiều thuận là phía bên phải, như các nước XHCN trước đây, Pháp, Mỹ, ... - Vô lăng bố trí bên phải : dùng cho những nước thừa nhận luật đi đường chiều thuận là phía bên trái, như các nước Anh, Nhật, Thụy Điển, ... + Theo kết cấu cơ cấu lái, chia ra các loại: - Trục vít - Cung răng; - Trục vít - Con lăn; - Trục vít chốt quay; - Bánh răng - Thanh răng; - Thanh răng liên hợp (gồm Trục vít - Êcu - Bi - Thanh răng - Cung răng). + Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của cường hoá lái, chia ra: - Cường hóa thuỷ lực; - Cường hoá khí (khí nén hoặc chân không); - Cường hoá điện; - Cường hoá cơ khí. + Ngoài ra còn có thể phân loại theo: số lượng các bánh xe dẫn hướng (các bánh dẫn hướng chỉ ở cầu trước, ở cả hai cầu hay ở tất cả các cầu), theo sơ đồ bố trí cường hoá (xem phần cường hoá lái), ...). 3.2. Kết cấu hệ thống lái 3.2.1. Các sơ đồ: Trên hình 3.1, 3.2 và 3.3 là các sơ đồ kết cấu chung nhất của hệ thống lái dùng với hệ thống treo phụ thuộc (hình 3.1 và 3.3a) và hệ thống treo độc lập (hình 3.2 và 3.3b). Từ các sơ đồ ta thấy hệ thống lái nói chung gồm các chi tiết và bộ phận chính sau (xét hình 3.1): - Vô lăng 1, trục lái 9, cơ cấu lái 8, đòn quay đứng 7, đòn kéo dọc 6, đòn quay ngang 5, cam quay 4, cạnh bên hình thang lái 2, đòn kéo ngang 3; - Trong trường hợp có cướng hoá lái (hình 3.4) thì còn có bộ phận phân phối 1 và xi lanh lực 2. - Khi dùng với hệ thống treo độc lập thì do đòn kéo ngang không thể làm ở dạng thanh liền nên còn có thêm đòn lắc 5 và thanh kéo bên 2 (hình 3.2) hoặc đòn lắc 8 và thanh kéo bên 7 (hình 3.3b).

hệ thống lái 3.1 Công dụng, phân loại , yêu cầu 3.1.1 Công dụng: Hệ thống lái tập hợp cấu dùng để: - Giữ cho ôtô máy kéo chuyển động theo hớng xác định đấy; - Thay đổi hớng chuyển động cần thiết theo yêu cầu động xe Hệ thống lái nói chung gồm phận sau: - Vô lăng, trục lái cấu lái: dùng để tăng truyền mô men ngời lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái - Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cấu lái đến bánh xe dẫn hớng để đảm bảo động học quay vòng cần thiết chúng - Cờng hoá lái: thờng sử dụng xe tải trọng lớn vừa Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho ngời lái nguồn lợng bên Trên xe cỡ nhỏ 3.1.2 Yêu cầu: Hệ thống lái phải đảm bảo yêu cầu sau: + Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định: để đảm bảo yêu cầu thì: - Hành trình tự vô lăng tức khe hở hệ thống lái vô lăng vị trí trung gian (giữa) tơng ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (Không lớn 15O có cờng hoá không lớn 5O cờng hoá); - Các bánh xe dẫn hớng phải có tính ổn định tốt; - Không có tợng tự dao động bánh xe dẫn hớng điều kiện làm việc chế độ chuyển động + Đảm bảo tính động cao: tức xe quay vòng thật ngoặt, thời gian ngắn, diện tích bé + Đảm bảo động học quay vòng đúng: để bánh xe không bị trợt lê: gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích giảm tính ổn định xe + Giảm đợc va đập từ bánh xe dẫn hớng truyền lên vô lăng chạy đờng xấu gặp chớng ngại vật + Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều khiển lớn cần tác dụng lên vô lăng (Plmax) đợc quy định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành: - Đối với xe du lịch tải trọng nhỏ: Plmax không đợc lớn 150 200 N; - Đối với xe tải khách không đợc lớn 500 N + Đảm bảo tỷ lệ lực tác dụng lên vô lăng mô men quay bánh xe dẫn hớng (để đảm bảo cảm giác đờng) nh tơng ứng động học góc quay vô lăng bánh dẫn hớng 3.1.3 Phân loại: + Theo cách bố trí vô lăng, chia ra: - Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động): dùng cho nớc thừa nhận luật đờng chiều thuận phía bên phải, nh nớc XHCN trớc đây, Pháp, Mỹ, - Vô lăng bố trí bên phải : dùng cho nớc thừa nhận luật đờng chiều thuận phía bên trái, nh nớc Anh, Nhật, Thụy Điển, + Theo kết cấu cấu lái, chia loại: - Trục vít - Cung răng; Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt - Trục vít - Con lăn; - Trục vít chốt quay; - Bánh - Thanh răng; - Thanh liên hợp (gồm Trục vít - Êcu - Bi - Thanh - Cung răng) + Theo kết cấu nguyên lý làm việc cờng hoá lái, chia ra: - Cêng hãa thủ lùc; - Cêng ho¸ khí (khí nén chân không); - Cờng hoá điện; - Cờng hoá khí + Ngoài phân loại theo: số lợng bánh xe dẫn hớng (các bánh dẫn hớng cầu trớc, hai cầu hay tất cầu), theo sơ đồ bố trí cờng hoá (xem phần cờng hoá l¸i), ) 3.2 KÕt cÊu hƯ thèng l¸i 3.2.1 C¸c sơ đồ: Trên hình 3.1, 3.2 3.3 sơ đồ kết cấu chung hệ thống lái dùng với hệ thống treo phụ thuộc (hình 3.1 3.3a) hệ thống treo độc lập (hình 3.2 3.3b) Từ sơ đồ ta thấy hệ thống lái nói chung gồm chi tiết phận sau (xét hình 3.1): - Vô lăng 1, trục lái 9, cấu lái 8, đòn quay đứng 7, đòn kéo dọc 6, đòn quay ngang 5, cam quay 4, cạnh bên hình thang lái 2, đòn kéo ngang 3; - Trong trờng hợp có cớng hoá lái (hình 3.4) có phận phân phối xi lanh lùc - Khi dïng víi hƯ thèng treo độc lập đòn kéo ngang làm dạng liền nên có thêm đòn lắc kéo bên (hình 3.2) đòn lắc kéo bên (hình 3.3b) Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Hình 3.1 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc 1- Vô lăng; 2- Cạnh bên hình thang lái; 3- Đòn kéo ngang; 4Cam quay; 5- §ßn quay ngang; 6- §ßn kÐo däc; 7- §ßn quay đứng; 8- Trục vít - Cung cấu lái; 9- Trục lái Hình 3.2 Hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 1- Các đòn quay; 2- Đòn kéo bên; 3- Đòn quay trục cấu lái; 4- Đòn kéo ngang giữa; 5- Đòn lắc Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Hình 3.3 Các sơ đồ dẫn động lái a- Với hệ thống treo phơ thc; b- Víi hƯ thèng treo ®éc lËp; 1- Đòn quay đứng; 2,4- Đòn kéo dọc ngang; 3- Đòn quay ngang; 5- Hình thang lái; 6- Bộ phËn híng hƯ thèng treo; 7- Thanh kÐo bªn; - Đòn lắc; 9,10- Các khớp lề Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống lái có cờng hoá 1- Bé phËn ph©n phèi; 2- Xi lanh lùc; 3- Cơ cấu lái 3.2.2 Các chi tiết phận 3.2.2.1 Vô lăng: Vô lăng hay gọi bánh lái thờng có dạng tròn với nan hoa, dùng để tạo truyền mô men quay ngời lái tác dụng lên trục lái Các nan hoa bố trí đối xứng không, hay không ®Ịu t theo sù thn tiƯn l¸i B¸n kÝnh vô lăng đợc chọn phụ thuộc vào loại xe cách bố trí chỗ ngồi ngời lái, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cỡ nhỏ) đến 275 mm (đối với xe tải khách cỡ lớn) 3.2.2.2 Trục lái: Trục lái đòn dài đặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men từ vô lăng xuống cấu lái Độ nghiêng trục lái định góc nghiêng vô lăng, nghĩa ảnh hờng đến thoải mái ngời lái điều khiển 3.2.2.3 Cơ cấu lái Cơ cấu lái thực chất hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn vô lăng thành chuyển động góc (lắc) đòn quay đứng đảm bảo tăng mô men theo tỷ số truyền yêu cầu a Các thông số đánh giá a1 Tû sè trun ®éng häc: dθ ω θ ω v (3.1) iω = ®øng); dϕ = ωϕ = ωr ë đây: , - Các góc quay tơng ứng trục vào (vô lăng) trục (đòn quay , - Các vận tốc góc tơng ứng i đợc chọn xuất phát từ điều kiện là: đảm bảo cho góc quay cần thiết Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt vô lăng để quay bánh dẫn hớng từ vị trí trung gian đến vị trí biên không lớn 1,8 vòng ô tô du lịch không lớn vòng ô tô tải khách, nhằm đảm bảo yêu cầu động cao thuận tiện điều khiển xe quay vòng Giá trị i phụ thuộc loại cỡ xe, thờng nằm giới hạn 13 22 ô tô du lịch 20 25 ô tô tải khách, số trờng hợp tới 40 i đợc thiết kế không đổi thay đổi theo góc quay vô lăng Cơ cấu lái có i thay đổi thờng đợc dùng hệ thống lái cờng hoá Mặc dù kết cấu không phức tạp nhng tính công nghệ nên đắt so với loại cấu lái có i không đổi Quy luật thay đổi i có số dạng khác tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ tính xe: + Đối với xe thông thờng: quy luật thay đổi i có dạng nh hình 3.6 hay đờng hình 3.5 hợp lý nhất: O - Trong phạm góclợc quay , tỷ số truyền tr(ng 90cho ữ 120 cần phải lớn Hình 3.5.viCác đồ đặc )làm việc điềuikhiển lái Quanxác hệ điều khiển lực tácvàdụng lăng tốc độ 585); để tăng độa-chính giảmlên lựcvôcần tácvàdụng lênôtô vô (ZIL lăng -Khi xe chạy b- với Cáctốc quyđộluật số truyền động củathời cấu đờng thẳng lớn,thay theođổisốtỷliệu thống kê học đa số gianlái hệ thống lái làm việc với góc quay nhỏ vô lăng quanh vị trí trung gian i tăng làm giảm đợc va đập từ mặt đờng truyền lên vô lăng - góc quay θ > (90 ÷ 120) O , tû sè truyền i cần phải giảm để tăng tốc độ quay vòng, tăng tính động xe Hình 3.6 Quy luật thay đổi tỷ số truyền hợp lý cấu lái loại xe thông thờng + Đối với xe có tốc độ thấp trọng lợng toàn lớn: quy luật thay đổi i đợc làm theo đờng 2, để quay vòng không ngoặt tơng đối thờng xuyên lực cần tác dụng nhỏ + Trên xe tốc độ lớn: thờng sử dơng quy lt nh ®êng Khi ®ã, thêi gian chuyển động thẳng với tốc độ lớn điều khiển ô tô đợc nhạy, quay vòng ngoặt với tốc độ vừa phải giảm đợc lực tác dụng + Đối với xe có cờng hoá lái: i thờng đợc làm không đổi (đờng 3) Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Vì lúc vấn đề giảm nhẹ điều khiển đà có cờng hoá giải a2 Tỷ số truyền lực: iF = đây: Mr (Mdq) Mv (Mvl) M r M dq = M v M vl (3.2) - Là mô men trục (hay đòn quay đứng); - Là mô men trục vào (hay vô lăng) a3 Hiệu suất: Hiệu suất cấu lái xác định theo công thức tổng quát sau: t = N r M r ωr i F = = N v M v v i (3.3) đây: Mv, Mr - Các mô men đo đầu vào cấu lái; v, r - Các tốc độ góc tơng ứng đầu vào cấu lái; Do hiệu suất cấu lái có giá trị khác tuỳ theo chiều truyền lực từ trục lái xuống hay từ dới bánh xe dẫn hớng lên, nên ngời ta phân biệt: - HiƯu st thn (η th): lµ hiƯu st tÝnh theo chiều truyền lực từ trục lái xuống; - Hiệu suất nghịch ( ng): hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ dới bánh xe dẫn hớng lên Hiệu suất thuận cấu lái cần phải lớn để giảm tổn thất lực giảm nhẹ lực điều khiển Trong hiệu suất nghịch cần phải nhỏ để giảm va đập truyền từ hệ thống chuyển động lên vô lăng Tuy hiệu suất nghịch không đợc thấp làm tác dụng mô men ổn định bánh dẫn hớng không tự trở đợc vị trí trung gian bị lệch khỏi vị trí va đập ngời lái bị cảm giác đờng Khi sử dụng cờng hoá yêu cầu đặt với giá trị hiệu suấtgiảm nhiều Do lúc cờng hoá vừa đảm bảo lái nhẹ vừa dập tắt va đập truyền từ bánh xe lên vô lăng b Khe hở cấu lái: Khe hở cấu lái cần phải nhỏ vị trí trung gian vô lăng ứng với chuyển động thẳng xe vị trí này, bề mặt làmv iệc chi tiết cấu lái làm việc nhiều nên cờng độ mài mòn lớn khe hở tăng nhanh vị trí khác Do vậy, để điều chỉnh khe hở không xảy kẹt vị trí biên, khe hở vị trí đợc làm tăng lên biện pháp kết cấu công nghệ Trong trình sử dụng, chênh lêch giá trị khe hở giảm dần Hình 3.7 Sự thay đổi khe hở cấu lái 1- Còn mới; 2- Đà sử dụng (bị mòn); 3- Sau đà điều chỉnh lại khe hở vị trí trung gian c Các cấu lái thông dụng c1 Loại trục vít - cung răng: Loại có u điểm kết cấu đơn giản, làm việc bền vững Tuy có nhKết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt ợc điểm lµ hiƯu st thÊp (ηth = 0,5 0,7; ηng = 0,4 0,55), điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạp bố trí cung mặt phẳng qua trục trục vít Cung cung thờng đặt mặt phẳng qua trục trục vít (hình 3.8) đặt phía bên cạnh (hình 3.9) Cung đặt bên có u đờng tiếp xúc cung trục vít trục vít quay dịch chuyển toàn chiều dài cung nên ứng suất tiếp xúc mức độ mài mòn giảm, tuổi thọ khả tải tăng Cơ cấu lái loại dùng thích hợp cho xe tải cỡ lớn Trục vít có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm) Khi trục vít có dạng glôbôít số ăn khớp tăng nên giảm đợc ứng suất tiếp xúc mài mòn Ngoài cho phép tăng góc quay cung mà không cần tăng chiều dài trục vít Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Hình 3.8 Cơ cấu lái trục vít hình trụ - cung đặt 1- ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4- Vỏ Hình 3.9 Cơ cấu lái loại trục vít hình trụ cung đặt bên (Xe URAL-375) Tỷ1-số lái trục vít -4-cung ổ truyền bi; 2- Trục vít;cấu 3- Cung răng; Vỏ không đổi xác định theo công thức: (3.4) R i = đây: t Z1 tZ R0 - Bán kính vòng lăn cung răng; - Bớc trơc vÝt; - Sè mèi ren trơc vÝt Gãc n©ng cđa ®êng ren vÝt thêng tõ 8O 12O Khe hë ăn khớp quay đòn quay đứng từ vị trí trung gian đến vị trí biên thay đổi từ 0,03 0,5 mm Sự thay đổi khe hở đợc đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít vòng tròn sở cung có bán kính khác c2 Loại trục vít - lăn: Cơ cấu lái loại trục vít-con lăn (hình 3.10) đợc sử dụng rộng rÃi Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt loại ô tô, có u điểm: - KÕt cÊu nhá gän; - HiÖu suÊt cao thay ma sát trợt ma sát lăn: th = 0,77 0,82; ηng = 0,6; - §iỊu chØnh khe hở ăn khớp đơn giản thực nhiều lần Để điều chỉnh khe hở ăn khớp, đờng trục lăn đợc bố trí lệch Hình Cơmột cấu khoảng lái trục vít glôbôít - condịch lăn chuyển hai vành với đờng trục của3.10 trục vít mm Khi lăn dọc theo 1- Trục đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp Vít điều chỉnh; trục quay đòn đònquay quay đứng khoảng cách trụctrên; giữa4-con lăn trục vít thay 5- ăn Trụckhớp vít; Đệm 7- Con lăn; 8- Trục lăn ®ỉi, ®ã khe hë cịng®iỊu sÏ chØnh; thay ®ỉi theo Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí đến vị trí biên thực cách dich trục quay O2 đòn quay đứng khỏi tâm mặt trụ chia O dao cắt trục vÝt mét lỵng x = 2,5 mm Tû sè truyền cấu lái trục vít - lăn đợc xác định theo công thức: i = đây: πR K πR R K R = = iω0 K tZ tZ R R0 (3.5) t - Bíc trơc vÝt; Z1 - Sè mèi ren trục vít; RK - Bán kính vòng tiếp xúc lăn trục vít (khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến tâm đòn quay đứng); R0 - Bán kính vòng chia bánh cắt trục vít; i0 - Tỷ số truyền bánh cắt trục vít Theo công thức ta thấy i thay ®ỉi theo gãc quay trơc vÝt Tuy vËy sù thay đổi không lớn, khoảng 5% 7% (từ vị trí vị trí biên) nene cọi nh iω ≈ const c3 Lo¹i trơc vÝt - chèt quay (hình 3.11 3.12): Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt + Ưu điểm: Có thể thiÕt kÕ víi tû sè trun thay ®ỉi theo quy luật nhờ cách cắt trục vít khác Vì cấu lái loại dùng nhiều hệ thống lái cờng hoá chủ yếu ô tô tải khách - Hiệu suất thuận nghịch cấu lái loại vào khoảng 0,7 + Nhợc điểm: Chế tạo phức tạp, tuổi thọ không cao nên sử dụng Tỷ số truyền cấu lái đợc xác định theo công thức: i = đây: R2 R cos t (3.6) - Góc quay đòn quay đứng; - Bán kính đòn đặt chốt Hình 3.11 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay loại chốt 1- Chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay Hình 3.12 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay lo¹i chèt 1- Chèt quay; 2- Trơc vÝt; 3- Đòn quay c4 Loại bánh - răng: Kết cấu cấu lái loại nh hình 3.13 Bánh có thẳng hay nghiêng Thanh trợt ống dẫn hớng (hình 3.14) Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, đợc ép đến bánh lò xo (hình 3.15) + Đặc điểm: - Cơ cấu lái loại bánh - có i nhỏ nên nhạy Vì đợc sử dụng rộng rÃi xe đua thể thao nh xe du lÞch cì nhá - HiƯu st cao, kÕt cÊu gän, chế tạo đơn giản, giá thành rẻ + Nhợc điểm: - Lực điều khiển lớn; - Không sử dụng đợc víi hƯ thèng treo tríc lo¹i phơ thc; - Nh¹y cảm với va đập ma sát nhỏ (hiệu suất nghịch lớn) Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 10 Hình 3.20 Các sơ đồ hình thang lái Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 17 Hình 3.21 Các khớp nối cầu dẫn động lái a, b c- Lò xo tác dụng dọc theo trục kéo tơng ứng ôtô MAZ-500 (thanh kÐo däc), URAL-375 vµ KRAZ-257 (thanh kÐo ngang), GAZ-53A (thanh kéo dọc); d -> i- Lò xo tác dụng theo trục chốt cầu tơng ứng ôtô ZIL-130 (thanh kÐo ngang), UAZ, GAZ-53A (thanh kÐo ngang), GAZ-24, LADA vµ ZAPOROGIETX 3.2.3 Cờng hoá lái 3.2.3.1 Công dụng: Trên ô tô tải trọng lớn, xe du lịch cao cấp xe khách hay máy kéo bánh bơm đại thờng có trang bị cờng hoá lái để giảm nhẹ lao động cho ngời lái tăng an toàn chuyển động Khi xe chạy tốc độ lớn mà bên lốp bị thủng, cờng hoá lái đảm bảo cho ngời lái đủ sức điều khiển, giữ đợc ô tô đờng mà không bị lao sang bên Sử dụng cờng hoá lái có nhợc lốp mòn nhanh (do lạm dụng cờng Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 18 hoá để quay vòng chỗ); kết cấu hệ thống lái phức tạp tăng khối lợng công việc bảo dỡng 3.2.3.2 Phân loại: + Theo dạng nguồn lợng sử dụng, chia ra: - Cêng ho¸ thủ lùc; - cêng ho¸ khí nén; - cờng hoá điện; - cờng hoá khÝ Hai lo¹i sau rÊt Ýt dïng Phỉ biÕn nhÊt loại thuỷ lực có kết cấu nhỏ gọn làm việc tin cậy 3.2.3.3 Yêu cầu: Cờng hoá lái phải đảm bảo yêu cầu sau: - Khi cờng hoá hỏng hệ thống lái làm việc đợc lái nặng hơn; - Thời gian chậm tác dụng nhỏ; - đảm bảo tỷ lệ góc quay vô lăng góc quay bánh xe dẫn hớng; - Khi sức cản quay vòng tăng lên lực yêu cầu vô lăng pơhải tăng theo để ngời lái có "cảm giác đờng" Tuy lực không đợc vợt 100 150N; - Không xảy tợng tự cờng hoá ô tô vợt qua chỗ lồi lõm, rung xóc; - Có tác dụng nh để trờng hợp lốp bánh dẫn hwonsg bị nổ, ngời lái vừa phanh ngặt vừa giữ đợc hớng chuyển động cần thiết xe, 3.2.3.4 Các thông số đánh giá Để đánh giá tính làm việc cờng hoa slái, ngời ta dùng thông số sau: a Hệ số hiệu quả: tỷ số lực cần tác dụng lên vô lăng có cờng hoá: (3.15) Pl Pl K hq = Pc = Pl − Pch Trong đó: Pch - Lực cờng hoá đảm nhận quy vành tay lái (vô lăng) Đối với kết cÊu hiÖn Khq = 15 b ChØ sè phản lực cờng hoá lên vành tay lái: = dPc = dM cq (3.16) Sè gia lùc t ¸ c dụng l ê n v ô l ă ng có c ờng ho Số gia m ô men c ả n quay vòng c c b nh xe dẫn h ớng Chỉ số đặc trng cho khả đảm bảo cảm giác đờng cờng hoá Đối với cờng hoá = 0,02 0,05 N/(Nm) c Độ nhạy: Độ nhạy cờng hoá đặc trng giá trị lực tác dụng lên vành tay lái Pl0 góc quay vành tay lái cần thiết để đa cờng hoá vào làm việc Với kết cấu = 10O 15O; Pl0 = 20 50N 3.2.3.5 Thành phần cấu tạo sơ đồ bố trí Bất kỳ loại cờng hoá thiết phải gồm ba phận là: nguồn lợng, phận phân phối phận chấp hành a Nguồn lợng: Nguồn lợng để cung cấp lợng cho cờng hoá, là: bơm + ắc quy thuỷ lực, máy nén + bình chứa hay ắc quy + máy phát Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 19 b Bộ phận phân phối: Bộ phận phân phối để điều chỉnh lợng cung cấp cho phận chấp hành đảm bảo tỷ lệ góc quay vô lăng góc quay bánh dẫn hớng Bộ phận phân phối thực chất các van thuỷ lực, khí nén hay công tắc mạch điện c Bé phËn chÊp hµnh: Bé phËn chÊp hµnh hay cấu thực dùng để tạo truyền lực trợ lực lên truyền động lái Tuỳ theo loại cờng hoá mà xi lanh thuỷ lực, xi lanh khí nén hay động điện d Các phơng án bố trí: Cờng hoá bố trí hệ thống lái theo phơng án nh hình 3.22 Trong phơng án phơng án bố trí phận phối, xi lanh lực cấu lái vào chung cụm (hình 3.22a) có u điểm là: kết cấu gọn, vững nên có khuynh hớng gây tợng tự dao động bánh xe dẫn hớng, chiều dài ống dẫn ngắn nên độ nhạy cao Tuy có nhợc điểm là: cấu lái phức tạp, tất chi tiết dẫn động lái chịu tải trọng lớn Vì ô tô có khối lợng cầu dẫn hớng lớn thờng sử dụng phơng án bố trí rời (hình 3.22b, c d) Các phơng án bố trí rời cụm có u điểm quan trọnh là: cho phép sử dụng cờng hoá ô tô có hệ thống lái quy chuẩn (tức thuận tiện phơng diện thống hoá sản phẩm) phần tử chúng đặt vị trí tự nên dễ bố trí lắp đặt Tuy sơ đồ hình 3.22d dùng tăng số lợng chiều dài đờng ống, kết cấu vững nên tăng khuynh hớng tự dao động bánh dẫn hớng 3.2.3.6 Sơ đồ nguyên lý làm việc Hình 3.22 Các sơ đồ bố trí cờng hoá lái Trên hình 3.23 sơ đồ phối; cờng 2hoá loạilực; thuỷ Hình 1- Bộlàphận phân Xilái lanh 3- lực Cơ cấu lái.3.23b cờng hoá có phận phân phối loại hở Trong trờng hợp này, chiều rộng vai trợt Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 20 phân phối nhỏ chiều rộng tơng ứng lỗ vỏ Do xe chuyển động thẳng, đờng đẩy đờng hồi cờng hoá thông với với khoang làm việc xi lanh lực Bởi bơm cờng hoá làm việc liên tục nên chất lỏng liên tục tuần hoàn qua phân phối Hình 3.23a cờng hoá có phân phối loại kín vị trí trung gian trợt, tất đờng ống bị bịt kín Chất lỏng đợc đa đến phân phối từ ắc quy thuỷ lực Bơm làm việc cần thiết để nạp bổ sung chất lỏng cao áp vào ắc quy thuỷ lực HƯ thèng nh vËy cho phÐp sư dơng b¬m cã suất nhỏ giảm đợc tổn thất dẫn động Sơ đồ hình 3.23a làm việc nh sau: Bơm 13 qua van ngợc 12 tạo nên áp suất định đợc trì ắc quy thuỷ lực 11 Khi quay vô lăng 7, trợt phân phối dịch chuyển mở đờng ống đóng đờng dầu hồi 10 Dầu cao áp theo ống chảy vào xi lanh lực 1, ép piston dịch chuyển qua hệ thống đòn làm quay bánh dẫn hớng Khi quay qua (là khâu liên hệ ngợc) làm vỏ phân phối dịch chuyển theo đờng bị đóng lại ngừng cấp chất lỏng cao áp cho xi lanh lực Để c¸c b¸nh xe dÉn híng quay mét gãc lín hơn, ngời lái phải tiếp tục quay vô lăng Khi quay vô lăng sang phía khác trình tơng tự xảy ống Các đờng dầu đợc nối với bình chứa 14 thông với bơm 13 Trên sơ đồ 3.23b cờng hoá thuỷ lực ắc quy áp suất: Trong trờng hợp này, phần trợt vị trí trung gian đảm bảo cho chất lỏng lu thông tự Hình 3.23 Các sơ đồ cờng hoá lái loại thủy lực a- Có ắc quy thủy lực; b- Không có ắc quy thủy lực 1- Xi lanh lùc; 2- B¸nh xe dÉn híng; 3- Thanh kÐo dọc; 4- Piston van phân phối; 5,6- Đờng dầu đến xi lanh lực; 7- Vô lăng; 8,10- Đờng hồi dầu; 9- Đờng dầu cao áp; 11- ắc quy thuỷ lực; 12- Van chiều; 13- Bơm dầu; 14- Bình Lò xo;đó 16-cờng Van hoá đĩa bắt đầu làm việc Trong phân phối chứa; có lò 15xo 15, lực tác dụng lên vô lăng đủ để thắng lực lò xo Để đảm bảo cảm giác đờng, kết cấu có van đĩa 16 buồng phản ứng phía sau van Để dịch chuyển trợt phía hay phía khác, ngời lái thắng lực lò xo mà phải thắng áp lực chất lỏng buồng phản ứng Mà áp lực tỷ lệ với mô men cản quay vòng nên lực cần tác dụng lên vô lăng tăng theo tăng mô men cản quay vòng Trên hình 3.24 sơ đồ cờng hoá loại khí nén với áp suất làm việc Kg/cm2 Khi quay vô lăng 2, chuyển động qua cấu lái đòn quay đứng lúc đầu nhờ hành trình tự truyền đến kéo 4, từ qua đòn kéo đến đòn gánh 7, mở van phân phối khí Khi đó, phụ thuộc vào hKết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 21 ớng quay, khí nén vào khoang trớc hay khoang sau cđa xi lanh lùc Lùc tõ cÇn piston 10 đợc truyền đến đòn quay dài 11 đòn kéo dọc 12 dẫn động lái Phản lực từ van ngợc truyền lên vô lăng qua đòn gánh lệ thuận với áp suất xi lanh lực mô men cản quay vòng bánh xe, đảm bảo cho ngời lái có cảm giác đờng Khi khí nén, đòn quay ngắn sau khắc phục hành trình tự tỳ vào đòn quay dài 11 lực từ đòn quay đứng 13 truyền đến kéo dọc 12 để điều khiển bánh xe dẫn hớng nh hệ thống lái bình thờng cờng hoá Loại cờng hoá thờng sử dụng ô tô tải khách có trọng lợng tác dụng lên cầu trớc từ đến có trang bị phanh khí nén Nếu không cần phải tăng thêm suất máy nén khí cờng hoá lái làm tăng thêm giá thành ô tô Hình 3.24 Sơ đồ cờng hoá lái loại khí nén 1- Cơ cấu lái; 2- Vô lăng; 3- Đòn quay đứng; 4, 6- Đòn kéo; 5- Đòn quay ngắn; 7- Đòn gánh; 8- Van khí nén; 9- Xi lanh lực; 10- Cần piston; 11- Đòn quay dài; 12- Đòn kéo dọc Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 22 3.3 tính toán hệ thống l¸i 3.3.1 NhiƯm vơ tÝnh to¸n: TÝnh to¸n hƯ thèng lái có nhiệm vụ: - Xác định mô men cản quay vòng; - Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng; - Tính toán động học hình thang lái; - Tình bền chi tiết chính; - Tính toán cờng hoá có 3.3.2 trình tự tính toán 3.3.2.1 Xác định mô men cản quay vòng: Mô men cản quay vòng có gía trị lớn quay vòng ô tô máy kéo chỗ Mô men cản quay vòng trờng hợp bao gồm: mô men sinh lực cản lăn M1, Mô men cản phản lực ngang vết tiếp xúc M mô men ổn định bánh xe dẫn hớng M3, tức bánh xe dẫn híng: Mcq = M1 + M2 + M3 (3.17) Trong ®ã: (3.18) M1 ≈ fGbx.a ë ®©y: Gbx - Träng lợng tác dụng lên bánh xe dẫn hớng; f - Hệ số cản lăn Khi tính toán lấy f = 0,015 0,018; a - Cánh tay đòn (hình 3.25), thờng đợc xác định thực nghiệm có giá trị nằm giới hạn: a = 30 60 mm - ô tô cỡ nhỏ vừa; a = 60 100 mm - ô tô cỡ lớn Nếu số liệu thực nghiệm xác định a theo công thức gần đúng: a l rbx đây: ( + ) ; 180 Hình 3.25 Sơ đồ tính toán mô men cản quay vòng tác dụng lực cản lăn (3.19) M2 = nGbx.x = Y.x Y - Lùc ngang tỉng hỵp; x - Độ dịch phía sau điểm đặt lực ngang tổng hợp so với tâm diện tích tiếp xúc lốp với mặt đờng đàn hồi bên lốp gây (hình 3.26) Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Hình 3.26 Sơ đồ xác định mô men cản quay gây lực Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 23 ngang Hình 3.27 Sơ đồ bánh xe đàn hồi lăn có lực ngang tác dụng Trêna-hình 3.27 sơngang; đồ môbtả Có lăn bánh đànbốhồi khilực Không cólàlực lực ngang; c- xe Phân phản có lực ngang tác dụng Do ngang độ đànởhồi vếtbên tiếpcủa xúc.lốp mà bánh xe đàn hồi lăn dới tác dụng lực ngang lăn lệch vết tiếp xúc bánh xe với mặt đờng quay tơng đối mặt phẳng bánh xe (hình 3.27b) Biến dạng ngang lốp tăng dÇn tõ phÝa tríc phÝa sau vÕt tiÕp xóc làm cho điểm đặt lực ngang tổng hợp Y dịch phía sau so với tâm lợng x (hình 3.27c) Một cách gần thừa nhận x = xúc, tức là: Trong đó: r0 rbx x ≈ 0,5 r0 − rbx l k , ë lk - chiều dài vết tiếp - B¸n kÝnh tù cđa b¸nh xe dÉn híng; - Bán kính làmv iệc bánh xe Nếu thừa nhận rbx = 0,96r0 ta có: x 0,14r0 M2 = ϕnGbx.x ≈ 0,14r0ϕnGbx ϕn (3.20) (3.21) - HÖ sè b¸m ngang, tÝnh to¸n cã thĨ lÊy ϕn = 0,85 0,9 Thành phần mô men cản quay M3 tính toán bỏ qua (do giá trị nhỏ so với mô men thành phần khác) tính đến hệ số Nh vậy, cho cầu trớc có hai bánh xe dẫn hớng quy dẫn mô men cản quay chúng trục đòn quay đứng ta đợc mô men cản quay tổng: Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 24 M = ( M + M )K M i dd η dd =2 G bx (f a + 0,14ϕ n r0 )K M (3.22) i dd ηdd Trong đó: dđ, idđ - Hiệu suất tỷ số truyền dẫn động lái Tỷ số truyền dẫn động lái phụ thuộc tỷ số cánh tay đòn Trong trình quay vòng, trị số cánh tay đòn thay đổi nhng mức độ thay đổi không lớn Trong kết cấu idđ = 0,85 1,1 KM3 - Hệ số tính đến ảnh hởng mô men ổn định bánh xe dẫn hớng M3 Khi tÝnh to¸n cã thĨ lÊy KM3 = 1,07 1,15 3.3.2.2 Xác định lực cần tác dụng lên vô lăng: Sau biết mô men cản quay vòng tổng cộng đòn quay đứng, dễ dàng tìm đợc lực cần thiết tác dụng lên vô lăng theo công thức: Pl max = MΣ Ri ω η th (3.23) Trong đó: R - Bán kính vô lăng, dao động giới hạn từ 190 mm (đối với xe du lịch) đến 275 mm (đối với xe tải khách); i - Tỷ số truyền động học cấu lái; th - Hiệu suất thuận cấu lái Lực Plmax tính đợc không đợc vợt giá trị cho phép là: 150 200 N - ô tô du lịch tải trọng nhỏ; 500 N - ô tô tải khách cỡ lớn 3.3.2.3 Tính toán động học hình thang lái a Tính toán thiết kế: Nhiệm vụ toán xác định thông số hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng cần thiết bánh dẫn hớng Từ sơ đồ quay vòng (hình 3.28a) ta thấy rằng: muốn bánh xe quay vòng không bị trợt chúng phải quay quanh tâm tức thời, tức góc quay bánh xe dẫn hớng phía phía tâm quay vòng phải khác liên hệ với theo biểu thøc: (3.24) m Cotgβ − Cotgα = L Trong ®ã: α - Gãc quay cđa b¸nh dÉn híng phÝa trong; - Góc quay bánh dẫn hớng phía ngoài; m - Khoảng cách hai tâm trụ quay đứng (khi thiết kế bỏ qua góc nghiêng, coi trụ quay thẳng đứng); L - Chiều dài sở xe 25 thang lái hình a, b- Động học quay vòng lý tởng thực tế m- Khoảng cách tâm trụ quay đứng (bỏ qua góc nghiêng trụ quay); L- Chiều dài sở; 1, (hoặc )- Các góc quay bánh dẫn hớng phía phía ngoài; Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thốngvòng lái lý Biên soạn : TS.thực Nguyễn Hoàng Việt Hình 3.28 Động học quay tởng tế dùng Muốn đảm bảo xác hoàn toàn quan hệ , phải dùng cấu phức tạp, cồng kềnh tíi 18 kh©u Trong thùc tÕ, cã thĨ dïng mét số cấu đơn giản hơn, đảm bảo đợc gần quan hệ nh: đĩa hình elíp, truyền động culít, truyền động xích cấu hình thang với khớp nối Ba cấu đầu không đợc dùng phức tạp làm việc không ổn định Hiện dùng phổ biến cấu hình thang gọi hình thang lái Đan Tô Khi dùng hình thang lái tâm quay vòng O bánh xe trớc không nằm trục sau, mà nằm khoảng cách L ht < L cách đờng AB (hình 3.28b) Nếu đặt = thiện L ht , rõ ràng: tỷ số gần đơn vị hình thang lái hoàn L Giá trị tính từ quan hệ hình học nh sau: OA m = Sinα Sin(α − β) L mSinαSinβ m SinαSinβ = vµ λ = ht = Sin(α − β) L L Sin(α − β) Lht = OA.Sinβ, mµ Suy ra: L ht (3.25) NhiƯm vơ thiÕt kÕ hình thang lái xác định thông số kích thớc lắp đặt cho tỷ số có giá trị gần đơn vị Trình tự tiến hành nh sau: - Từ vẽ cầu dẫn hớng xác định kích thớc m (khoảng cách hai tâm trụ quay đứng); m l , ) (hình 3.29), tìm giá trị L n l hệ số x ba giá trị thờng gặp tỷ số: y = 0,12; 0,14 n - Sau từ đồ thị biểu diễn quan hệ x = f ( 0,16; - Sau cã m, x vµ y ta xác định đợc thông số lại hình thang lái dựa theo quan hệ hình học sau: θt = arctg[xL/(0,5m)] (3.26) n = m/(1+2ycosθt) l = n.y Nếu điều kiện bố trí phải đặt hình thang lái phía trớc cầu dẫn hớng chiều dài n đòn kéo ngang lớn khoảng cách hai trơ quay, lóc nµy: n = m/(1-2ycosθt) (3.27) - Sau xác định sơ đợc thông số hình thang lái phơng Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ Sơ thống Biên soạn :lái TS.và Nguyễn Hoàng Hình 3.25 đồláihình thang đồ thị biểuViệtdiễn26 quan hệ x=f(m/L) 1; 3- Tơng ứng với y = 0,12; 0,14 0,16 pháp đồ thị giải tích ta tìm đợc cặp giá trị tơng ứng - theo công thức (3.25) xác định giá trị hệ số ; - Biểu diễn đồ thị đờng cong = f() theo giá trị y tơng ứng; - Trên sở chọn đợc giá trị xác thông số hình thang lái đảm bảo cho đờng cong = f() gần với đờng thẳng = nhÊt vïng c¸c gãc quay thêng sư dơng cđa b¸nh dÉn híng tõ 0O 45O KÕt cÊu, tÝnh toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 27 Hình 3.29 Sơ đồ hình thang lái đồ thị biểu diễn quan hệ x=f(m/L) 1; 3- Tơng ứng với y = 0,12; 0,14 0,16 b Tính toán kiểm tra: Để kiểm tra động học hình thang lái ta dùng phơng pháp sau: + Phơng pháp giải tích: từ thông số đà biết vẽ đồ thị đờng cong = f() so sánh với đờng thẳng = vùng góc quay thờng gặp bánh dẫn hớng (từ 0O 45O) nh đà trình bày phần + Phơng pháp đồ thị với sở đợc xây dựng nh sau: - Giả sử ôtô máy kéo có đặt cấu đảm bảo quay vòng không bị trợt lúc tất đờng trục bánh xe gặp điểm tâm quay tức thời O (hình 3.30) O D C Hìnhđiểm 3.30.GSơcủa đồcạnh xây dựng cơđiểm sở kiểm tra động hìnhtại E; - Nối trung AB với D, đờng GD học cắt OB thang lái ph ơng pháp đồ thị - Nối AE hạ từ E đờng EF vuông góc với AB Nh vËy ta sÏ cã: - Gãc (FBE) = (EOD) = β (so le trong) Tõ h×nh vÏ cã thĨ xác định đợc: m + FG FB Cotg = Cotg(FBE ) = = EF EF KÕt cÊu, tÝnh to¸n thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Ngun Hoµng ViƯt (3.28) 28 m − FG AF Cotg(FAE ) = = EF EF - Tõ (3.28) vµ (3.29) suy ra: Cotgβ − Cotg(FAE ) = FG EF (3.29) (3.30) Mà hai tam giác GEF GDA đồng dạng, đó: FG GA m = = EF AD L Tøc lµ Cotgβ − Cotg(FAE ) = m L Từ giả thiết ban đầu (trên xe có đặt cấu đảm bảo quay vòng không bị trợt) suy ra: (FAE) = Điều chứng minh trªn cho phÐp ta lËp luËn nh sau: - Nếu ôtô có cấu đảm bảo động học quay vòng ta đặt góc vỊ cïng mét phÝa bªn cđa trơc AB nh hình vẽ đờng tạo nên góc giao điểm E nằm đờng thẳng nối điểm trục AB điểm D Từ lập luận đề phơng pháp kiểm tra hình thang lái đà có nh sau: - Vẽ hình thang lái giấy theo tỷ lệ xích đó, cho vị trí khác để tìm giá trị tơng ứng hình vẽ; - Có , đặt chúng phía AB (trên sơ đồ có tỷ lệ xích: hình 3.31) Nếu giao điểm đờng tạo nên góc với cạnh AB nằm thật sát đờng GD trùng nhiều hình thang lái có chất lợng tốt, đảm bảo quay vòng trợt 3.3.2.4 Tính sức bền chi tiết Hình a Trục lái: 3.31 Sơ đồ minh hoạ phơng pháp kiểm tra động học hình thị đợc tính theo ứng suất xoắn - Trục lái thờng làmthang bằnglái ống thépđồrỗng lực tác dụng lên vành tay lái gây ra: Pl max RD (3.31) τ= 4 0,2( D − d ) đây: Plmax - Lực lớn tác dụng lên vành tay lái (tính theo công thức 3.23); R - Bán kính vành tay lái; d, D - Đờng kính trục lái Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 29 Trục lái thờng đợc chế tạo từ thép bon thấp trung bình không nhiệt luyện nh 20, 30 40 øng suÊt tiÕp cho phÐp [τ] = 50 80 MPa - Đối với trục lái dài phải tính toán độ cứng xoắn (góc xoắn) theo 2L (3.32) công thức: (Rad) = DG đây: L - Chiều dài chịu xoắn trục lái; G - Mô đun đàn hồi trợt (G = 8.104 MPa) Khi chịu mô men xoắn lớn góc xoắn không đợc vợt 5,5O 7,5O b Cơ cấu lái: b1 Loại Trục vít - Cung răng: Cơ cấu lái trục vít - cung đợc tính bền theo uốn chèn dập Khi tính toán thừa nhận có hai ăn khớp lúc - ứng suất uốn xác định theo công thức: 24Th (3.33) U = 2 bt cos đây: t - Bớc trục vít; - Góc nghiêng đờng ren vít; h, b - Chiều cao chiều rộng tơng ứng cung T - Lực tác dụng lên theo phơng dọc theo trục trục vít (hình 3.32) đợc xác định theo công thức: (3.34) P R 2Pl max R T = l max = r0tg t đây: r0 - Bán kính vòng lăn trục vít - ứng suất chèn dập bề mặt T răng: d = (3.35) F Hình 3.32 Sơ đồ tính lực tác dụng đây: F - Diện tích bề mặt lên cấu lái tiếp xúc răng, với giả thiết có 1- Trục vít; 2- Cung (Con lăn) hai ăn khớp đồng thời F = 2bh Trục vít cung thờng đợc chế tạo thép hợp kim xianua hay xê men tít hoá nh 20Cr, 18CrMnTi, 35Cr, 30CrNi cã [σU] = 250 400 MPa, [σd] = 300 500 MPa a b - Trong trờng hợp cung đợc đặt bên (hình 3.33) cần phải kiểm tra thêm độ cứng vững, độ võng trục vít cung không đợc vợt giới hạn cho phép R0 dc Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Hình 3.33 Cơ cấu lái trục vít - cung đặt bên 1- ổ đỡ; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4- Vỏ cấu lái 30 (3.34) Từ hình 3.33 ta thấy, lực U gây độ võng trục y t độ võng cung yc Các độ võng đợc xác định theo công thức: d (3.36) U (ab) U  R0 − c  ; yt =  3EJ t ( a + b) y c = 3EJ c đây: Jt, Jc - Mô men quán tính độc cực trục vít cung tiết diện nguy hiểm; U - Lực tác dụng vuông góc với trục trục vít, xác định theo MΣ U= tgα c«ng thøc: (3.37) iω r0η th cos đây: , - tơng ứng góc ăn khớp góc nâng đờng ren vít Độ võng cho phép tối đa 0,25 0,50 mm Nếu điều kiện không đảm bảo phải lắp đặt thêm phận hạn chế biến dạng để tăng thêm độ cứng vững cho kết cấu b2 Loại Trục vít - Con lăn: b1 Loại Trục vít - Đòn quay: c Đòn quay đứng: d Các đòn dẫn động khác: e Trụ cầu: Kết cấu, tính toán thiết kế ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS Ngun Hoµng ViƯt 31