Đồ án khoa cơ điện, điện tử, đại học lạc hồng (2)

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ - BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE SANTAFE SVTH: THẬP HẢI LONG ĐỒNG NAI, 06/2022 ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ - BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE SANTAFE Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô Tơ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TH.S: NGUYỄN HỒNG LN ĐỒNG NAI, 06/2022 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, khoa học kỹ thuật giới phát triển mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ tất lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt lĩnh vực công nghệ ô tô Ngày tạo sản phẩm xe hơi, khơng phương tiện lại, vận chuyển mà cịn tác phẩm thể tiện nghi sang trọng tạo dòng xe cao cấp đại, di với tiện nghi an toàn trọng nghiên cứu phát triển nhằm tạo êm an toan điều khiển vậy, nhóm chúng em tìm hiểu cấu tạo nguyên tắc hoạt động hệ thống lái, nhiên chúng em sâu nghiên cứu hệ thống lái trợ lực dòng xe du lịch Hyundai đời Đồng nai, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực Thập Hải Long LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ điện - Điện tử, trường đại học Lạc Hồng tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập thực đề tài tốt nghiệp Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Hồng Ln người tận tình hướng dẫn bảo chúng em trình học tập Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô tận tình giảng dạy, trang bị cho em kiến thức quý báu năm vừa qua Em xin chân thành cảm ơn ông bà, cha mẹ động viên ủng hộ vật chất lẫn tinh thần suốt thời gian qua Em xin cảm ơn quan tâm giúp đỡ ủng hộ anh chị bạn bè q trình thực khóa đề tài Mặc dù cố gắng hoàn thành đồ án phạm vi khả cho phép chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận thơng cảm, góp ý tận tình bảo quý thầy cô nhà trường! Sinh viên thực Thập Hải Long MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Mục đích phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 2.1 Mô tả chung hệ thống lái 2.1.1 Công dụng 2.1.2 Các trạng thái quay vòng xe 2.1.3 Phân loại hệ thống lái 2.1.4 Những yêu cầu hệ thống lái ô tô 2.2 Các phận hợp thành hệ thống lái 2.2.1 Vành lái 2.2.2 Trục lái 2.2.3 Cơ cấu lái 2.2.4 Góc đặt bánh xe 16 2.2.5 Dẫn động lái 22 2.2.6 Hệ thống lái có trợ lực 25 CHƯƠNG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI 27 3.1 Lựa chọn phương án thiết kế 28 3.1.1 Phương án dẫn động lái 28 3.1.2 Phương án cấu lái 29 3.2 Tính tốn động học hình thang lái 29 3.2.1 Xác định kích thước hình học hình thang lái quan hệ động học góc quay bánh xe dẫn hướng 29 3.2.2 Xác định mômen cản quay vòng lực lái lớn 33 3.3 Tính tốn thiết kế cấu lái trục vít - êcu bi - - cung 37 3.3.1 Thơng số hình học: 37 3.3.2 Thiết kế truyền trục vít- êcu bi 37 3.3.3 Thiết kế truyền răng–cung 42 3.3.4 Tính bền chi tiết cịn lại hệ thống lái 46 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI 56 4.1 Đặc điểm trợ lực lái 56 4.1.1 Các yêu cầu trợ lực 56 4.1.2 Chọn loại trợ lực 56 4.2 Lựa chọn phương án bố trí trợ lực lái 57 4.2.1 Một số phương án bố trí trợ lực hệ thống lái 57 4.3.1 Tính tốn xylanh lực 64 4.3.3 Tính sơ hành trình làm việc piston 67 4.3.4 Xác định lưu lượng bơm dầu 67 4.3.5 Tính tốn chi tiết van phân phối 69 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI BẰNG PHẦN MỀM CARSIM 72 5.1 Cách khởi động carsim 72 5.2 Tạo dự liệu 72 5.3 Nhập thông số xe mô 73 5.4 Nạp liệu cho carsim chạy 75 5.5 Video cho mô 76 5.6 Biểu đồ khảo sát hệ thống lái 76 5.7 Biểu đồ khảo sát vẽ Autocad 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Các trạng thái quay vòng xe Hình 2 Sơ đồ tổng quát hệ thống lái Hình Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic cấu lái Hình Cơ cấu lái trục vít chốt quay 11 Hình Cơ cấu lái trục vít lăn 12 Hình Cơ cấu lái kiểu bánh – 14 Hình Cơ cấu lái trục vít – cung rang 15 Hình Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi – – cung 16 Hình Góc nghiêng ngang bánh xe 17 Hình 10 Góc nghiêng trụ đứng chế độ lệch dọc 18 Hình 11 Góc nghiêng ngang trụ đứng 19 Hình 12 Độ chụm 20 Hình 13 Lực cản lăn vị trí đặt 21 Hình 14 Sự trượt bên quay vòng 22 Hình 15 Sơ đồ quay vịng 22 Hình 16 Quan hệ hình học ACKERMAN 23 Hình 17 Cơ cấu khâu có dầm cầu liền 24 Hình 18 Cơ cấu địn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập 25 Hình 19 Bố trí hai cầu trước dẫn hướng 25 Hình 20 Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái vị trí trung gian 27 Hình 21 Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái quay vòng 27 Hình Sơ đồ động học hình thang lái xe thẳng 30 Hình Sơ đồ động học quay vịng xe có hai bánh dẫn hướng phía trước 30 Hình 3 Đồ thị đặc tính hình học hình thang lái 33 Hình Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái đặt bánh xe dẫn hướng 34 Hình Lực ngang Y lốp xe có tính đàn hồi chịu mơmen quay vịng 34 Hình Sơ đồ xác định tỷ số truyền dẫn động lái 37 Hình Hệ thống lái trục vít - êcu- bi-thanh răng, cung 38 Hình Các thơng số trục vít - êcu- bi 39 Hình Cơ cấu lái liên hợp 42 Hình 10 Sơ đồ lực tác dụng lên địn kéo ngang hình thang lái 51 Hình 11 Biểu đồ mơmen uốn địn bên 53 Hình 12 Sơ đồ kết cấu khớp cầu (Rotuyl) 54 Hình Bộ trợ lực lái bố trí cấu lái van phân phối xilanh lực thành cụm 58 Hình Bộ trợ lực bố trí cấu lái riêng xilanh lực van phân phối thành cụm 58 Hình Trợ lực bố trí van phân phối cấu lái thành cụm tách biệt với xilanh lanh lực 59 Hình 4 Bộ trợ lực bố trí van phân phối, cấu lái, xilanh lực nằm riêng rẽ với 60 Hình Khi xe thẳng 62 Hình Khi xe quay sang phải 63 Hình Khi xe quay sang trái 63 Hình Xylanh lực 66 Hình Thanh xoắn 71 Hình Khởi động carsim chọn dòng xe 72 Hình Thơng số liệu xe santafe 73 Hình Nạp liệu cho video mô 75 Hình Chuyển động học cho bánh xe 76 Hình 5 Đồ thị đặc tính động học hình thang lái 77 Hình Góc vơ lăng 77 Hình Góc bánh xe 78 Hình Trạm điệm xuất phát 78 Hình Chiều dài tăng tốc xe 79 Hình 10 Đồ thị đặc tính trợ lực 79 Hình 11 Sơ đồ đặc tính động học hình thang lái lý thuyết thực tế 80 Hình 12 Van phân phối, cấu lái, xi lanh lực đặt cụm 80 Hình 13 Van phân phối, xylanh lực đặt cụm, cấu lái đặt riêng cụm 81 Hình 14 Cơ cấu lái, van phân phối đặt cụm, xylanh lực đặt riêng 81 Hình 15 Van phân phối, cấu lái, xylanh lực đặt riêng 82 DANH MỤC BẢNG Bảng Quan hệ   theo lý thuyết 30 Bảng Quan hệ   theo lý thuyết 31 Đại Học Lạc Hồng CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần Nền khoa học kỷ thuật giới phát triển mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ tất lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt lĩnh vực công nghệ ô tô tạo dòng xe cao cấp đại, di với tiện nghi an toàn trọng nghiên cứu phát triển nhằm tạo êm an toan điều khiển Hệ thống lái hệ thống quan trọng định an toàn xe Chính vậy, nhóm chúng em tìm hiểu cấu tạo nguyên tắc hoạt động hệ thống lái, nhiên chúng em sâu nghiên cứu hệ thống lái trợ lực dòng xe chỗ Hyundai 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới Hiện nay, giới với phát triển ngành khoa học công nghệ khác vô tuyến điện tử, chế tạo máy với điều khiển tinh vi, rô bốt công nghiệp hệ thông minh, ngành tin học, ngành công nghệ ô tô có bước tiến lớn với ứng dụng cơng nghệ tin học, điều khiển, công nghệ khoa học, vật liệu Xe ngày sử dụng tốc độ cao, tải trọng lớn vấn đề an toàn chuyển động nhiều nhà khoa học công nghệ trung tâm khoa học nước có ngành cơng nghệ tơ hồn chỉnh Mỹ, Tây Âu Nhật đầu tư nghiên cứu Trong hệ thống xe, hai hệ thống quan trọng đảm bảo an toàn chuyển động hệ thống lái hệ thống phanh Trong năm gần có hàng trăm cơng trình cơng bố nhằm hồn thiện hệ thống lái, cơng trính đa số tập trung lĩnh vực động học động lực học hệ thống lái bốn bánh(4WS) nhằm tăng tính động hồn thiện hệ thống lái Tác giả Samkr Moham USA vào tháng năm 2000 cơng bố cơng trình loại xe có hệ thống lái bánh Nhiều nhà khoa học Đức tập trung nghiên cứu hệ thống điều Đại Học Lạc Hồng 4.3.5 Tính tốn chi tiết van phân phối - Tính góc xoay van quay   '  '' a ' : Khe hở mép van ống van ống Q '  2.h.d1 2.g.p  d  Trong đó: + Q: lưu lượng dầu cung cấp cho trợ lực làm việc Q = 51,3(cm3/s) + d1: Đường kính lõi van, chọn d1 = 2,6(cm) + h: độ dài chiều dọc rãnh van, chọn h = 2,1(cm) + g: Gia tốc trọng trường g = 10(m/s2) = 100(cm/s2) +  p : Tổn thất áp suất hành trình khơng tải P  0.3 KG  +  d : Trọng lượng riêng dầu  d  0.9 g  cm3    0.009 KG  cm3    cm  3 + : Tổn thất cục  = 3,1  '  51,3 2.100.0,3 2.2,1.2,6 0.009.3,1  0,1cm  Khi tính đến tiết lưu đường rãnh dầu lấy: '  0,13cm =1,3(mm) b '' : Độ trùng khớp cực đại mép van ống van ống (độ “chờm”của van) xác định từ điều kiện lượng lọt dầu van xoay (Q1) "   h.d Pmax 24..Q1 " Do " nhỏ nên lấy   0,01(cm) Vậy hành trình tồn van xoay phía tính theo chu vi van:   '  "  0,13  0,01  0,14(cm)  1,4(mm) 69 Đại Học Lạc Hồng - Các thông số khác a,Góc xoắn xoắn để mở van:  0CH   d /2  : Hành trình theo chu vi van xoay trợ lực làm việc d: Đường kính lõi van, chọn d = 2,6(cm) = 26(mm) Vậy:  0CH  1,4  0,11(rad )  6,4 13 Vậy xoắn phải xoắn góc 6,4 đường dầu trợ lực làm việc b:Góc quay tự tồn  vành tay lái có cường hố:    0c  2. oCH  oc độ dơ hệ thống lái khơng có cường hố,  oc     0c  2. oCH   2.6,4  20,8 -Tính tốn xoắn Thanh xoắn có vai trị giống lò xo định tâm kết cấu van trượt Chọn vật liệu chế tạo xoắn thép lị xo G60A có modul đàn hồi: G = 8.104 N/mm Đường kính xoắn phải thoả mãn cho bắt đầu trợ lực, ứng với lực đặt lên vành tay lái PVL0 = 25(N) xoắn phải xoắn góc 6,40 Ứng suất xoắn xoắn xác định theo công thức :  PVL RVL 0.2.D Góc xoắn xoắn xác định theo công thức :  2. L D.G  D 2. L  G Chiều dài xoắn: L= 92 (mm) D4 2.PVL RVL L  0,2. G 2.25.200.92  4,5(mm) 7,9 0. 0,2 .80000 180 Chọn đường kính xoắn là: D = 5(mm) 70 0,63 0,63 Đại Học Lạc Hồng 0,01 o 0,01 1x45 A A o 1x45 1,25 A Ø5 Ø12g6 Ø12g6 1,25 +0,2 +0,2 Ø4 Ø4 11 11 95 41 5,5 42 148 Hình Thanh xoắn Kiểm nghiệm điều kiện bền:  PVL RVL     500( MPa) 0,2.D  25.200.10 3  200( MPa)     500(MPa) 0,2.53.10 9 Vậy xoắn thoả mãn điều kiện bền 71 Đại Học Lạc Hồng CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI BẰNG PHẦN MỀM CARSIM 5.1 Cách khởi động carsim Start → Apps → CarSim 8.02 → CarSim dùng chuột double - click vào biểu tượng Carsim hình Desktop, tiếp tục chọn theo ô khoanh chữ nhật 5.2 Tạo dự liệu Carsim bắt đầu với cửa sổ có tên CarSim Run Control Chọn mục menu File Sau chọn continue Cửa sổ chuyển hướng tập tin Windows xuất Điều hướng đến CarSim80_Progfolder cài đặt máy tính bạn (thường C: \ Program Files) tiếp tục vào Resources \ Import_Examples để tìm tập tin Quick_Start.cpar Chọn tập tin nhấn vào nút Load (dẫn tới hình 5.1) Hình Khởi động carsim chọn dòng xe 72 Đại Học Lạc Hồng 5.3 Nhập thông số xe mô Hình Thơng số liệu xe santafe Steering Column Inertia: Các mơmen qn tính tay lái thành phần cột quay Steering System Inertia: Các mômen quán tính hệ thống lái liên kết thành phần Hệ thống quán tính đƣợc lập mục cho thiết bị đầu vào Nó đại diện cho mô men xoắn cần thiết để tạo gia tốc góc bánh đầu vào Số lƣợng khơng bao gồm mơmen qn tính bánh xe điều khiển thành phần (trục khớp nối dẫn hƣớng, phanh, bánh xe lốp xe) trục lái Steering column Damping: Hệ số nhớt phận giảm chấn cột lái Steering column Hysteresis: Cột độ trễ mô-men xoắn Hệ thống lái Đây phần khác biệt mô-men xoắn đo đƣợc quay tay lái sang trái bên phải, cho cột thành phần Nó thể ma sát cột thành phần Steering Column Reference Hystersis: Hệ thống lái định hướng đảo ngược chiều lại, ma sát (độ trễ) mô-men xoắn không nhảy từ giới hạn đến số khác – mà phải khoảng thời gian định dịch chuyển để 73 Đại Học Lạc Hồng cho trình chuyển đổi Một phiên beta đƣợc gọi tham số xác định tốc độ mà mô-men xoắn ma sát làm cho trình chuyển đổi Beta đơi đƣợc gọi số thời gian không gian, xuất phương trình tương tự nhƣ thời gian liên tục phƣơng trình vi phân bậc Tuy nhiên, thể theo đơn vị (độ) thời gian Lateral offset @ center: Khoảng cách thuộc mặt bên mà mặt phẳng trung tâm bánh xe nằm bên trục kingpin Khoảng cách đƣợc thực với quay trục bánh xe Kingpin inclination: Độ nghiêng đường tâm khớp bi hệ thống treo trƣớc (trục lái nghiêng) so với mặt phẳng XZ xe Một trục lái với góc kingpin nghiêng dƣơng phía cùng, nhƣ thể hình hình X coordinate @ center: Vị trí theo chiều dọc đường tâm khớp bi hệ thống treo trước tương đối so với trục quay bánh xe Caster angle: Độ nghiêng đường tâm khớp bi hệ thống treo trước nhìn từ mặt bên xe Một trục lái với góc caster đường nghiêng phía sau phía trước phần cùng, hình hình Torsion Bar Stiffness: Nếu tùy chọn hệ thống trợ lực điện, vùng hiển thị để xác định độ cứng xoắn hệ thống lái trợ lực 74 Đại Học Lạc Hồng 5.4 Nạp liệu cho carsim chạy Hình Nạp liệu cho video mơ Bấm Run Math Model để lưu thông tin chỉnh sửa hình 5.2 , sau bấm Animate video thiết lập 75 Đại Học Lạc Hồng 5.5 Video cho mô 5.6 Biểu đồ khảo sát hệ thống lái Hình Chuyển động học cho bánh xe 76 Đại Học Lạc Hồng 35.000 30.000 25.000 Lý thuyet teta teta2 20.000 teta3 teta4 15.000 10.000 5.000 000 000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 45.000 Hình 5 Đồ thị đặc tính động học hình thang lái Hình Góc vơ lăng 77 Đại Học Lạc Hồng Hình Góc bánh xe Hình Trạm điệm xuất phát 78 Đại Học Lạc Hồng Hình Chiều dài tăng tốc xe 5.7 Biểu đồ khảo sát vẽ Autocad Hình 10 Đồ thị đặc tính trợ lực 79 Đại Học Lạc Hồng Hình 11 Sơ đồ đặc tính động học hình thang lái lý thuyết thực tế Hình 12 Van phân phối, cấu lái, xi lanh lực đặt cụm 80 Đại Học Lạc Hồng Hình 13 Van phân phối, xylanh lực đặt cụm, cấu lái đặt riêng cụm Hình 14 Cơ cấu lái, van phân phối đặt cụm, xylanh lực đặt riêng 81 Đại Học Lạc Hồng Hình 15 Van phân phối, cấu lái, xylanh lực đặt riêng 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lý thuyết ôtô máy kéo – Nhà xuất giáo dục năm 2005- Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng Bài Giảng Thiết Kế Tính Tốn Ơ Tơ – Năm 2012- Nguyễn Trọng Hoan Kết cấu ô tô - Nhà xuất bách khoa hà nội năm 2009 - Nguyễn Khắc Trai, Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải, Phạm Huy Hường, Nguyễn Văn Chưởng, Trịnh Minh Hồng Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, tập – Nhà xuất bách khoa năm 2006 - Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Dung sai lắp ghép - Nhà xuất giáo dục Việt Nam - PGS TS Ninh Đức Tốn Chi tiết máy Tập I, tập II – Nhà xuất giáo dục năm 1997 - Nguyễn Trọng Hiệp ...ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ - BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE SANTAFE Chuyên ngành: Kỹ thuật Ơ Tơ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TH.S: NGUYỄN HỒNG... đời Đồng nai, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực Thập Hải Long LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ điện - Điện tử, trường đại học Lạc Hồng tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học. .. tháng năm 2000 cơng bố cơng trình loại xe có hệ thống lái bánh Nhiều nhà khoa học Đức tập trung nghiên cứu hệ thống điều Đại Học Lạc Hồng khiển cho loại xe có hệ thống lái bánh Các trung tâm khoa