Tính toán thiết kế hệ thống lái cho ôtô con loại 7 chỗ ngồi

lOMoARcPSD|2935381 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU… ………………………………………………………………….4 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI………………………………… Công dụng, phân loại, yêu cầu 1.1 Công dụng hệ thống lái 1.2 Phân loại hệ thống lái 1.3 Yêu cầu hệ thống lái Kết cấu hệ thống lái 2.1 Vành lái 2.2 Trục lái .7 2.3 Cơ cấu lái 2.3.1 Tỷ số truyền cấu lái 2.3.2 Hiệu suất cấu lái .8 2.3.3 Các yêu cầu cấu lái 2.3.4 Các dạng cấu lái thông dụng Các góc đặt bánh xe .12 3.1 Góc nghiêng ngang bánh xe (Camber) 13 3.2 Góc nghiêng dọc trụ đứng (Caster) 15 3.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin) 16 3.4 Độ chụm độ mở (Góc dỗng) 17 3.5 Bán kính quay vịng (Góc bánh xe, bán kính quay vịng) 18 Dẫn động lái 19 Trợ lực lái .23 5.1 Tổng quan trợ lực lái 23 5.2 Kết cấu trợ lực lái .24 5.2.1 Nguồn cung cấp 26 5.2.2 Bộ phận sinh lực .27 5.2.3 Van phân phối 27 5.2.4 Tính chép hình hệ thống lái 31 5.2.5 Nguyên lý hoạt động hệ thống lái có trợ lực thủy lực 31 PHẦN II: TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÁI…………………………………… 33 Các số liệu thiết kế 33 Chọn phương án thiết kế 33 -1Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 2.1 Chọn phương án dẫn động lái 33 2.2 Chọn phương án cấu lái 34 Thiết kế hệ thống lái 35 3.1 Tính mơ men cản quay vịng 35 3.1.1 Mơ men cản quay vịng M1 gây nên lực cản lăn 35 3.1.2 Mô men cản M2 ma sát bánh xe mặt đường 35 3.2 Tỷ số truyền hệ thống lái 37 3.2.1 Tỷ số truyền dẫn động lái id 37 3.2.2 Tỷ số truyền cấu lái ic 37 3.2.3 Xác định lực tác động lớn vành tay lái 37 3.3 Chọn phương án cường hóa lái 38 3.4 Tính thơng số hình học dẫn động lái 39 3.4.1 Tính động học hình thang lái 39 3.4.2 Xây dựng đường đặc tính lý thuyết 41 3.4.3 Xây dựng đường đặc tính thực tế 42 3.5 Kiểm tra thơng số hình học cấu lái 45 3.5.1 Xác định bán kính vịng lăn bánh .45 3.5.2 Xác định thông số bánh 45 3.5.3 Xác định kích thước thơng số 46 3.6 Tính bền cấu lái bánh - 47 3.6.1 Xác định lực tác dụng lên truyền bánh – 47 3.6.2 Kiểm tra vật liệu .47 3.7 Tính trục lái 50 3.8 Tính bền đòn kéo ngang 53 3.9 Tính bền địn bên hình thang lái .51 3.10 Tính bền nối bên dẫn động lái 54 3.11 Tính bền khớp cầu (rotuyl) .54 PHẦN III: THIẾT KẾ CƯỜNG HÓA LÁI………………………………… 57 Yêu cầu phương án chọn cường hóa 57 1.1 Các yêu cầu cường hoá 57 1.2 Chọn loại trợ lực 57 Lựa chọn phương án bố trí cường hóa 58 2.1 Chọn phương án bố trí cường hóa 58 2.2 Chọn van phân phối 59 -2Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 Tính tốn cường hóa .61 3.1 Công tiêu hao người lái để quay vành tay lái .61 3.2 Xây dựng đặc tính cường hóa lái .62 3.3 Tính tốn xi lanh lực 64 3.4 Xác định suất bơm 65 3.5 Tính chi tiết van phân phối 67 3.5.1 Tính góc xoay van quay .67 3.5.2 Các thông số khác .68 PHẦN IV: THÁO LẮP BẢO DƯỠNG VÀ CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG HỆ THỐNG LÁI……………………… …………………………………………….72 Tháo cấu lái .72 Lắp cấu lái 72 Lắp ráp cụm cường hóa 73 3.1 Lắp ráp phận xi lanh .73 3.2 Lắp van phân phối 73 Chẩn đoán hư hỏng hệ thống lái cách khắc phục .74 Bảo dưỡng hệ thống lái 80 5.1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 80 5.2 Sửa chữa chi tiết hệ thống lái 80 KẾT LUẬN…………………………………………………………………… 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 83 -3Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 LỜI NĨI ĐẦU Ơ tơ phương tiện vận tải có vai trị quan trọng kinh tế quốc dân, sử dụng rộng rãi tất lĩnh vực dân quốc phịng có ưu điểm thơng dụng, đơn giản, dễ sử dụng có tính động cao Những năm gần đây, lượng xe du lịch có xu hướng tăng lên, đặc biệt loại xe chỗ với ưu điểm khả động, tính kinh tế thích hợp với nhiều mục đích sử dụng khác Với ơtơ nói chung xe du lịch nói riêng, an tồn chuyển động tiêu hàng đầu việc đánh giá chất lượng thiết kế sử dụng phương tiện Một hệ thống định đến tính an tồn ổn định chuyển động hệ thống lái đặc biệt tốc độ cao Để đảm bảo tính tiện nghi, an tồn cho người sử dụng việc thiết kế hệ thống lái đảm bảo đầy đủ yêu cầu đặt điều cần thiết xã hội đại Một hệ thống lái phải đảm bảo tính quay vịng bánh xe dẫn hướng, điều khiển dễ dàng, dễ chăm sóc sửa chữa, bảo dưỡng phù hợp với phần lớn đối tượng sử dụng Chính việc tính tốn cải tiến thiết kế chế tạo sử dụng hệ thống lái ngày nghiêm ngặt chặt chẽ Qua tìm hiểu nghiên cứu, với yêu cầu nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp em giao nhiệm vụ: ‘‘Tính tốn thiết kế hệ thống lái cho ôtô con, loại chỗ ngồi ” Sau ba tháng, hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Trọng Hoan giúp đỡ bạn lớp, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Trong trình thực hiện, chắn em khơng tránh khỏi thiếu sót Do đó, em mong nhận bảo góp ý thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Trần Quốc Hoài -4Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 PHẦN I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI Công dụng, phân loại, yêu cầu 1.1 Công dụng hệ thống lái Hệ thống lái giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động ô tô (thay đổi hay trì) theo tác động người lái Hệ thống lái tham gia hệ thống điều khiển khác thực điều khiển ô tơ đóng góp vai trị quan trọng việc đảm bảo an tồn giao thơng tơ chuyển động Hệ thống lái bao gồm cụm chi tiết từ cấu điều khiển (vành lái) tới cấu điều khiển hướng chuyển động toàn xe 1.2 Phân loại hệ thống lái  Phân loại theo phương pháp chuyển hướng - Chuyển hướng hai bánh xe cầu trước (2WS) - Chuyển hướng tất bánh xe (4WS)  Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực - Hệ thống lái khí - Hệ thống lái có trợ lực thuỷ lực, khí nén, kết hợp…  Phân loại theo kết cấu cấu lái - Cơ cấu lái kiểu trục vít globoit – lăn - Cơ cấu lái kiểu trục vít – rẻ quạt trục vít – êcu bi - Cơ cấu lái kiểu bánh –  Phân loại theo cách bố trí vành lái - Bố trí vành lái bên trái (theo luật đường bên phải) - Bố trí vành lái bên phải (theo luật đường bên trái) 1.3 Yêu cầu hệ thống lái Một hệ thống định đến tính an tồn ổn định chuyển động ơtơ hệ thống lái Theo hệ thống lái cần đảm bảo yêu cầu sau: -5Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381  Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm vị trí tiện lợi người lái  Đảm bảo tính vận hành cao ơtơ có nghĩa khả quay vòng nhanh ngặt thời gian ngắn diện tích bé  Đảm bảo động học quay vịng để bánh xe khơng bị trượt lết quay vòng  Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ tác động hệ thống lái quay vòng bánh xe dẫn hướng  Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái  Cơ cấu lái phải đặt phần treo để kết cấu hệ thống treo trước không ảnh hưởng đến động học cấu lái  Giữ chuyển động thẳng ổn định  Hệ thống lái phải bố trí thuận tiện việc bảo dưỡng sửa chữa Kết cấu hệ thống lái Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái đơn giản Vành lái; Trục lái; Cơ cấu lái; Khung xe; Đòn dẫn động 2.1 Vành lái Vành lái cấu có dạng vành trịn Người lái tác dụng lực lên vành lái tạo mô men quay để hệ thống lái làm việc Mô men tạo vành lái tích số lực người lái vành tay lái với bán kính vành lái: Mvl=Pl.rvl -6Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 Trong đó: Mvl : Là mô men vành lái Pl : Là lực mà người lái tạo vành lái rvl : Là bán kính vành lái Vành lái loại ơtơ có độ dơ định, với xe không vượt 2.2 Trục lái Trục lái có nhiệm truyền mơ men lái xuống cấu lái Trục lái gồm có trục lái chuyển động truyền chuyển động quay vơ lăng xuống cấu lái ống truc lái để cố định trục lái vào thân xe Trục lái kết hợp với cấu hấp thụ va đập Cơ cấu hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái có va đập mạnh tai nạn xảy Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái thay đổi góc nghiêng loại trục lái khơng thay đổi góc nghiêng Ngồi cấu hấp thụ va đập trục lái cịn có thêm số cấu điều khiển như: cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cấu nghiêng trục lái để điều chỉnh vị trí vơ lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái, hệ thống trượt trục lái để điều chỉnh chiều dài trục lái đạt vị trí ngồi lái tốt cho người lái 2.3 Cơ cấu lái Cơ cấu lái phận hệ thống lái, có nhiệm vụ biến chuyển động quay vòng trục lái thành chuyển động góc địn quay đứng đảm bảo tỉ số truyền theo yêu cầu Về chất, cấu lái hộp giảm tốc có nhiệm vụ tăng mômen truyền từ vô lăng tới bánh xe dẫn hướng Các thông số đặc trưng cho cấu lái gồm tỷ số truyền, hiệu suất thuận, hiệu suất nghịch 2.3.1 Tỷ số truyền cấu lái Tỷ số truyền cấu lái ic tỷ số góc quay bánh lái góc quay địn quay đứng: Trong đó: -7Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 : góc quay vơ lăng : góc quay trục đòn quay đứng Tỷ số truyền cấu lái khơng đổi thay đổi Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích hợp thể giản đồ sau:        Hình 1.2 Giản đồ thể quan hệ tỷ số truyền cấu lái góc quay vành tay lái * i = góc quay vơ lăng / góc quay bánh dẫn hướng (đối với cấu lái trục - ) * Phân tích đồ thị: Với quy luật thay đổi trên, ô tô chuyển động đường thẳng với vận tốc cao, người lái phải đánh lái với góc nhỏ xung quanh vị trí trung gian, nên tỷ số truyền lớn giúp cho người lái điều khiển ô tô nhẹ nhàng Hơn tỷ số truyền lớn có tác dụng làm giảm va đập truyền ngược từ đường lên vô lăng Ở góc đánh lái lớn tỷ số truyền nhỏ giúp cho việc điều khiển linh hoạt hơn, cho phép tơ quay vịng chỗ hẹp, bán kính quay vịng nhỏ Tuy nhiên cấu lái có tỷ số truyền thay đổi thường phức tạp, đắt tiền Vì với hệ thống lái có trang bị trợ lực nên sử dụng cấu lái có tỷ số truyền khơng đổi 2.3.2 Hiệu suất cấu lái Trong cấu lái người ta phân biệt hiệu suất thuận nghịch: * Hiệu suất thuận: hiệu suất tính theo lực truyền từ vơ lăng tới bánh xe Hiệu suất lớn tổn hao lượng điều khiển nhỏ, nghĩa lái nhẹ * Hiệu suất nghịch: hiệu suất tính theo lực truyền từ bánh xe lên vơ lăng, thiết kế cấu lái nên chọn hiệu suất nghịch nhỏ để giảm bớt lực truyền từ mặt đường lên vô lăng Như vậy, với hiệu suất nghịch nhỏ, lực va đập từ mặt đường truyền ngược lên vô lăng giảm đáng kể Đây ưu điểm cấu lái cần tận dụng tối -8Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 đa Tuy nhiên, chọn hiệu suất nghịch q bé vơ lăng khả tự trở vị trí trung gian nhờ mô men ổn định Bởi thiết kế nên chọn hiệu suất nghịch mức độ hợp lý 2.3.3 Các yêu cầu cấu lái Phần lớn yêu cầu hệ thống lái cấu lái đảm bảo Vì cấu lái cần phải đảm bảo yêu cầu sau: + Có thể quay hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết xe + Có hiệu suất cao để lái nhẹ, cần có hiệu suất thuận lớn hiệu suất nghịch để va đập từ mặt đường giữ lại phần lớn cấu lái + Đảm bảo thay đổi trị số tỷ số truyền cần thiết + Đơn giản việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp cấu lái + Độ dơ cấu lái nhỏ + Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp tuổi thọ cao + Chiếm không gian dễ dàng tháo lắp Lực dùng để quay vô lăng gọi lực lái, giá trị lực đạt giá trị max xe đứng yên chỗ, giảm dần tốc độ xe tăng lên đạt nhỏ tốc độ xe lớn Sự đàn hồi hệ thống lái có ảnh hưởng tới truyền va đập từ mặt đường lên vô lăng Độ đàn hồi lớn va đập truyền lên vơ lăng ít, độ đàn hồi lớn ảnh hưởng đến khả chuyển động xe Độ đàn hồi hệ thống lái xác định tỷ số góc quay đàn hồi tính vành lái vô lăng mô men đặt vành lái Độ đàn hồi hệ thống lái phụ thuộc vào độ đàn hồi phần tử cấu lái, đòn dẫn động 2.3.4 Các dạng cấu lái thông dụng * Cơ cấu lái bánh – Cơ cấu lái kiểu bánh – gồm bánh phía trục lái ăn khớp với răng, trục bánh lắp ổ bi Điều chỉnh ổ dùng êcu lớn ép chặt ổ bi, vỏ êcu có phớt che bụi đảm bảo trục quay nhẹ nhàng Thanh có cấu tạo dạng nghiêng, phần cắt nằm phía giữa, phần cịn lại có tiết diện trịn Khi vơ lăng quay, bánh quay làm chuyển động tịnh tiến sang phải sang trái hai bạc trượt Sự dịch -9Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 chuyển truyền tới đòn bên qua đầu răng, sau làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng Trục lái Đai ốc Chụp nhựa Đai ốc đ/c Đai ốc điều chỉnh Lò xo Ổ bi 10 Thanh Vỏ cấu lái 11 trục Dẫn hướng 12 Ổ bi 10 12 11 Hình 1.3 Cơ cấu lái kiểu bánh – Cơ cấu lái đặt vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho truyền nghiêng, trục đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng răng, nhờ ăn khớp truyền lớn, làm việc êm phù hợp với việc bố trí vành lái xe  Ưu điểm: + Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cấu lái nhỏ thân tác dụng dẫn động lái nên khơng cần địn kéo ngang cấu lái khác + Có độ nhạy cao ăn khớp trực tiếp, tự động triệt tiêu khe hở chỗ ăn khớp + Sức cản trượt, cản lăn nhỏ truyền mô men tốt nên tay lái nhẹ  Nhược điểm: + Kích thước chiều dài cấu lớn + Thanh chế tạo từ thép chất lượng cao, kích thước nhỏ nhiên dễ bị cong trình sử dụng * Cơ cấu lái trục vít lăn Loại cấu lái sử dụng rộng rãi Trên phần lớn ôtô Liên Xô loại có tải trọng bé tải trọng trung bình đặt loại cấu Cơ cấu lái gồm trục vít globoit ăn khớp với lăn (có ba ren) đặt ổ bi kim trục đòn quay đứng Số lượng ren loại cấu lái trục vít lăn một, hai ba tuỳ theo lực truyền qua cấu lái - 10 Downloaded by EBOOKBKMT VMTC (nguyenphihung1009@gmail.com) lOMoARcPSD|2935381 + : trọng lượng riêng dầu = 0,09N/cm3 + : tổn thất cục bộ, = 3,1 Thay số: (cm) Khi tính đến tiết lưu đường rãnh dầu lấy 0,08cm (3.10) Do nhỏ nên lấy = 0,01cm Vậy hành trình tồn van xoay xê dịch phía: (mm) Với van xoay mở van để cường hóa phải xoay xoắn góc là: Trong đó: + l: hành trình van xoay hết cường hóa, l = 0,9 (mm) + R: bán kính van ống van phân phối, R = 20 (mm) Vậy xốn phải xoắn góc 2,58 độ, đường dầu cường hóa làm việc 3.5.2 Các thơng số khác Góc xoắn khơng tải (tính từ thời điểm bắt đầu tác động cường hóa): (3.11) Trong đó: - Góc xoắn khơng tải (tính từ thời điểm bắt đầu tác động cường hóa ) - : hành trình van xoay tới lúc bắt đầu che kín rãnh dầu=0,8mm - Rvl: bán kính vành lái, Rvl = 190 (mm) - i: tỷ số truyền lực tới vành tay lái Với: + Tỷ số truyền cấu lái ic = 16 + Chiều dài đòn quay bên l = 180 Thay số: phù hợp với yêu cầu góc quay cho phép vành tay lái cường hóa khơng hoạt động