Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án Thiết kế hệ thống lái Toyota Innova JTrong bối cảnh đất nước trên đà phát triển kinh tế cùng với quá trình côngnghiệp hoá hiện đại hoá ngày càng cao. Công nghiệp chế tạo và sản suất ô tô đangdần trở thành một ngành công nghiệp phát triển. Là một phương tiện giao thông cótốc độ cao, một vấn đề lớn đặt ra đó là cần tiếp thu trình độ khoa học kỹ thuậttrong chế tạo, sản suất, lắp ráp cũng như công tác bảo dưỡng, sửa chữa ô tô.Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng trên ô tô. ở mọi tốc độhệ thống lái dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô hoặc giữ cho ô tôchuyển động theo một hướng nhất định. Một hệ thống hoàn thiện về kết cấu, điềukhiển dễ dàng sẽ giúp người lái điều khiển dễ dàng và thoải mãi đảm bảo an toàncủa ô tô trong quá trình sử dụng. Đồng thời còn nâng cao tính tiện nghi, hiện đạicủa ô tô.
GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN ÔTÔ 1.1 Giới thiệu xe ô tô INNOVA J 1.2 Giới thiệu chung hệ thống lái .6 1.2.1 Công dụng .6 1.2.2 Phân loại hệ thống lái ô tô 1.2.3 Yêu cầu của hệ thống lái ô tô 1.3 Giới thiệu hệ thống lái thường gặp 1.3.1 Hệ thống lái hệ thống treo phụ thuộc .8 1.3.2 Hệ thống lái hệ thống treo độc lập 1.4 Lựa chọn phương án thiết kế 11 CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA INNOVA 12 2.1 Sơ đồ chung hệ thống lái xe INNOVA 12 2.2 Cơ cấu lái xe INNOVA 13 2.3 Dẫn động lái xe INNOVA .15 2.3.1 Sơ đồ dẫn động lái 15 2.3.2 Khớp cầu của kéo bên 17 2.4 Trợ lực lái .18 2.4.1 Bơm trợ lực lái 18 2.4.2 Trợ lực lái kiểu van xoay .19 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 24 3.1 Tính tốn động học hình thang lái 24 3.1.1 Xác dịnh kích thước hình học của hình thang lái quan hệ động học của góc quay bánh xe dẫn hướng 24 3.1.2 Xác định mômen cản quay vòng lực lái lớn 29 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải 3.2 Thiết kế cấu lái 32 3.2.1 Xác định phân phối tỷ số truyền của hệ thống lái 32 3.2.2 Thiết kế cấu lái 33 3.2.3 Tính bền cấu trục vít- .34 3.3 Thiết kế kết cấu kiểm tra dẫn động lái 38 3.3.1.Kiểm nghiệm trục lái 38 3.3.2 Tính bền địn kéo ngang .39 3.3.3 Tính bền nới bên dẫn động lái 41 3.4 Thiết kế trợ lực lái 41 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải LỜI NĨI ĐẦU Trong bối cảnh đất nước đà phát triển kinh tế với quá trình cơng nghiệp hoá hiện đại hoá ngày cao Công nghiệp chế tạo sản suất ô tô dần trở thành ngành công nghiệp phát triển Là phương tiện giao thông có tớc độ cao, vấn đề lớn đặt cần tiếp thu trình độ khoa học kỹ thuật chế tạo, sản suất, lắp ráp công tác bảo dưỡng, sửa chữa ô tô Hệ thống lái hệ thống quan trọng ô tô tốc độ hệ thống lái dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô giữ cho ô tô chuyển động theo hướng định Một hệ thớng hồn thiện kết cấu, điều khiển dễ dàng giúp người lái điều khiển dễ dàng thoải đảm bảo an tồn của tơ quá trình sử dụng Đồng thời cịn nâng cao tính tiện nghi, hiện đại của tơ Để vận dụng hiểu biết kiến thức tiếp thu quá trình học tập Em giao nhiệm vụ “ thiết kế hệ thống lái dựa sở xe INNOVA J” Đề tài gồm có phần chính: Chương1: Tổng quan hệ thống lái Chương 2: Phân tích kết cấu hệ thống lái xe TOYOTA INNOVA J Chương 3: Tính tốn thiết kế hệ thống lái Sau nhận đề tài này, hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình của thầy PGS.TS Đào Mạnh Hùng em hồn thành đề tài tớt nghiệp của Tuy nhiên kiến thức thời gian tìm hiểu cịn hạn chế, kính mong giúp đỡ đóng góp ý kiến của các thầy để đề tài của em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực hiện Mai Đình khải GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN ƠTƠ 1745 1.1 Giới thiệu xe tơ INNOVA J 176 24° 22° INNOVA 1510 2750 910 1770 4555 Hình 1.1 Tuyến hình xe INNOVA J INNOVAJ sản phẩm của dịng xe đa dụng hiện đại mang tính toàn cầu Ở Việt nam, hiện sản phẩm của INNOVA có nhiều loại: innovaJ, innovaG, innovaV, innova E sử dụng số tự động hoạc số tay,động xy lanh thẳng hàng, VVT-i, phun xăng điện tử Dòng xe INNOVA J có màu: trắng, xanh nhạt, đỏ Với động hệ 2.0 có trang bị hệ thớng phân phới khí thơng minh nên hoạt động của innova mạnh mẽ hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn, thân thiện với mơi trường đạt tiêu chuẩn khí thải Euro Về thiết kế hình dáng, innova lịch lãm sang trọng GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải trang thiết bị hiện đại của dòng xe sedan giữ lại phong cách thể thao động tính tiện dụng giúp innova trở nên ćn hút Xe với không gian linh hoạt rộng rải với chỗ ngồi đáp ứng nhu cầu xe gia đình khơng phần sang trọng cơng việc.Dịng xe INNOVA trang bị gần đầy đủ các tính an tồn chủ động an tồn bị động với cơng nghệ tiến tiến nhằm bảo vệ tồn diện tính an tồn tới đa cho người sử dụng, an toàn chủ động bao gồm: hệ thớng chớng bó cứng phanh ABS, cảm biết lùi, chìa khóa điều khiển từ xa phanh đĩa, an tồn bị động bao gồm: hệ thớng túi khí dây đai an tồn, cột lái tự đổ THƠNG SỐ KĨ THUẬT XE Bảng 1.1 Hãng sản xuất TOYOTA Loại động 2.0(lít) Kiểu động xi lanh thẳng hàng, 16 van, cam kép với VVT_i Dung tích xi lanh 1998cc Hộp số tay số Loại nhiên liệu xăng Dài 4555mm Rộng 1770mm cao 1745mm Chiều dài sở 2750mm Chiều rộng sở trước/sau 1510/1510mm Trọng lượng không tải 1530kg Trọng lượng toàn tải 2170kg GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải Dung tích bình nhiên liệu 55 l Số chỗ ngồi chỗ Khoảng cách hai trụ đứng 1370mm 1.2 Giới thiệu chung hệ thống lái Phương tiện giao thông tham gia giao thơng phải đảm bảo an tồn chuyển động Hướng chuyển động của xe phải kiểm soát người điều khiển, đảm bảo điều khiển nhẹ nhàng nhanh chóng, xác theo ý ḿn Khi chuyển động, thẳng, quay vòng, tránh chướng ngại vật, các tác động điều khiển xe chuyển động theo ý muốn Hệ thống lái đảm nhận chức 1.2.1 Công dụng: Hệ thống lái hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe, đảm bảo giữ nguyên thay đổi hướng chuyển động của xe vị trí Trên tơ có các phương pháp thay đổi hướng chuyển động là: chuyển hướng cầu xe( xe romooc ); chuyển hướng nhờ điều khiển tốc độ của bánh xe( máy kéo, xe máy cơng trình); điều khiển thơng qua thay đổi hướng bánh xe Ngày phổ biến loại điều khiển hướng của các bánh xe dẫn hướng Hệ thớng lái có chức tiếp nhận tác động của người lái diều khiển, thông qua các cấu dẫn động thực hiện điều khiển các bánh xe chuyển động theo quỹ đạo mong muốn Việc điều khiển phải đảm bảo tính linh hoạt, nhanh chóng xác Hệ thống lái thông dụng bao gồm cấu điều khiển( vành lái, trục lái), cấu lái các đòn dẫn động tạo khả chuyển hướng cho các bánh xe xung quanh trụ đứng GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải Trong quá trình chuyển động, hệ thớng lái có ý nghĩa quan trọng thơng qua việc nâng cao an toàn điều khiển chất lượng chuyển động hệ thống lái ngày hồn thiện xe đạt tớc độ lớn 1.2.2 Phân loại hệ thống lái ô tô : Có nhiều cách để phân loại hệ thớng lái ô tô tuỳ theo phương pháp mà có các cách phân loại khác Có các cách phân loại sau: - Theo phương pháp chuyển hướng + Chuyển hướng bánh xe dẫn hướng phía trước + Chuyển hướng tất các bánh xe phía trước phía sau + Chuyển hướng cầu xe: Xe Romooc + Chuyển hướng thân xe: máy cơng trình - Theo cách bớ trí vành lái: + Bớ trí vành lái bên trái ( theo luật đường bên phải) + Bớ trí vành lái bên phải( theo luật đường bên trái) - Theo đặc điểm truyền lực: + Hệ thớng lái khí + Hệ thớng lái khí có trợ lực với các kiểu trợ lực ( thủy lực, khí, điện, khí) - Theo kết cấu của hệ thớng đồn dẫn động lái: + Phù hợp với hệ thống treo độc lập + Phù hợp với hệ thống treo phụ thuộc - Theo cách biến đổi kiểu truyền động ( phụ thuộc vào kết cấu của cấu lái) + Biến chuyển động quay của hệ thống điều khiển thành chuyển động quay của các đồn: ( trục vít – bánh vít; trục vít – ê cu bi) + Biến chuyển động quay của hệ thống điều khiển thành chuyển động tịnh tiến của các đoàn điều khiển ( bánh - răng) GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải 1.2.3 Yêu cầu của hệ thống lái ô tô : - Hệ thống lái phải đảm bảo yêu cầu sau: + Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định + Đảm bảo tính động cao: Tức xe quay vịng thật ngoặt khoảng thời gian ngắn diện tích thật bé + Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe khơng bị trượt lê gây mịn lớp, tiêu hao cơng suất vơ ích giảm tính ổn định của xe + Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện + Đảm bảo tỷ lệ lực tác dụng lên vô lăng mô men quay các bánh xe dẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) tương ứng động học góc quay của vô lăng của bánh xe dẫn hướng 1.3 Giới thiệu hệ thống lái thường gặp 1.3.1 Hệ thống lái hệ thống treo phụ thuộc: - Sơ đồ Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải Vành lái; Trục lái; Cơ cấu lái; Trục cấu lái; Đòn quay đứng; Đòn kéo dọc; Đòn quay ngang; Cam quay; Cạnh bên hình thang lái;10 Đòn kéo ngang; 11 Bánh xe dẫn hướng;12 Bộ phận phân phối; 13 Xi lanh lực - Đặc điểm kết cấu: Trong trường hợp tổng quát, hệ thống lái gồm có: Vành lái – trục lái, cấu lái, hệ dẫn động lái, phận trợ lực lái, giảm chấn Trên hình sơ đồ hệ thớng lái thông dụng điều khiển hướng chuyển động bánh dẫn hướng cầu trước Khi đánh lái, người lái tác động lên vành lái 1, qua trục lái dẫn đến cấu lái Chuyển động từ cấu lái đưa đến phận dẫn động lái thông qua đòn quay đứng Dẫn động lái gồm đòn kéo dọc 6, địn quay ngang 7, hình thang lái các cam quay bên trái, bên phải làm quay bánh xe hai bên Với hệ thống treo phụ thuộc, hai bánh xe đỡ hộp cầu xe dầm cầu xe, hai bánh xe dao động với gặp chướng ngại vật Loại hệ thớng treo có đặc tính sau: + Cấu tạo đơn giản, chi tiết dễ bảo dưỡng + Có độ cứng vững cao nên chịu tải nặng + Vì có độ cứng vững cao nên xe vào đường vịng, thân xe bị nghiêng + Định vị của các bánh xe thay đổi chuyển động lên xuống của chúng, nhờ mà các bánh xe bị mòn - Ưu điểm, nhược điểm: + Ưu điểm: Cơ cấu lái áp dụng loại hệ thống có ưu điểm có tỉ sớ truyền lớn, kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng, sửa chữa + Nhược điểm : Khó khăn cho việc bớ trí trợ lực lái - Phạm vi áp dụng: + Áp dụng xe có tải trọng lớn, tải trọng trung bình, xe khách GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải 1.3.2 Hệ thống lái hệ thống treo độc lập - Sơ đồ Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập Vô lăng; 2.Trục lái; 3.Cơ cấu lái; 4.Trục cấu lái; 5.Đòn quay; 6.Bộ phận dẫn hướng hệ thống treo; 7.Đòn kéo bên; 8.Đòn lắc; 9.Bánh xe dẫn hướng - Đặc điểm kết cấu: + Trên hệ thống treo độc lập, hai bên bánh xe dịch chuyển độc lập nhau, dẫn động lái phải đảm bảo không ảnh hưởng đến khả dịch chuyển của hệ thống treo đồng thời đảm bảo chuyển hướng các bánh xe dẫn hướng hai bên cầu trước Để thỏa mãn điều này, dẫn động lái hệ thống treo độc lập sử dụng loại các đòn chia cắt Về mặt nguyên tắc các đoàn dẫn động thỏa mãn quan hệ động học Ackerman có hình dáng hình thang lái Đanto + Đối với hệ thống treo độc lập, quá trình tơ chuyển động chịu tác dụng của các lực từ mặt đường bánh xe dao động độc lập theo kết cấu của hệ thống treo mà không chịu tác động qua lại đồng thời hệ thống treo phụ thuộc Bởi mà hệ thống lái thiết kế cho xe sử dụng loại hệ thống treo 10 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải Với xe tham khảo xe du lịch có trợ lực lái nên tỷ sớ truyền của hệ thớng lái il=15-20 tỷ sớ truyền của dẫn động lái ta chọn id =1 nên ta chọn tỷ số truyền của cấu lái cần thiết kế ic =20 tỷ số truyền của hệ thống lái xác định theo công thức : il= id.ic= 1.20= 20 3.2.2 Thiết kế cấu lái Mô men xoắn băng mô men cản(Mt.răng= Mc = Tt.rang) Hiệu suất của cấu trục vít-thanh = 0,9 Mơ men xoắn trục vít: Tt.v = M t rang = Tt rang = 622,95 = 692,16( Nm) 0,9 Chọn vật liệu: truyền động trục vít có vận tớc trượt lớn điều kiện dầu bôi trơn không thuận lợi nên cần chọn cặp vật liệu làm trục vít-thanh chúng có hệ sớ ma sát thấp, bền mịn va giảm bớt nguy hiểm dính Mặt khác tỷ sớ truyền lớn nên tần sớ chịu tải của trục vít lớn nhiều so với nên vật liệu làm trục vít phải có tính cao vật liệu làm Với các lí chọn vật liệu sau: -vật liệu làm răng: thép 40XH cải thiện -vật liệu làm trục vít: thép 45, tơi bề mặt đến độ rắn HRC> 45 a Xác định kích thước thơng số Đường kính của cắt tại mặt cắt nguy hiểm nhất: d tr = Mx 0,2 x (3.11) Trong đó: x :ứng suất xoắn cho phép = (50 – 80) KG/mm2 x =50KG/mm2 =500N/mm2 Mx:Momen xoắn gây nên nguy hiểm mơ men cản quay vịng của bánh xe: Mx=Mc=622,95(Nm) 33 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải Thay các thông số vào công thức(2.12) ta được: Mx 622,95.10 3 d tr = = 18,39(mm) 0,2 x 0,2.500 Chọn dtr=25 (mm) Chiều dài làm việc của răng: L=202(mm) Mô đun chọn dãy : m=2,5 Bước răng: t=.m =3,14.2,5 =7,85 (mm) Chiều cao của răng: h=2,5.m =2,5.2,5 =6,25(mm) Số cần thiết để quay vòng: Z ct = 202 = 25,73 7,85 Chọn số răng: Zct= 26(răng) Khoảng cách liên tiếp của răng: y= L 202 = = 7,77 Z ct 26 Góc nghiêng của (hợp với phương ngang) Góc nghiêng thường chọn 820 chọn = 170 b Tính tốn thơng số truyền trục vít: Mơ đun của trục vít chọn theo tiêu chuẩn: m =2,5 Hệ sớ đường kính trục chọn theo bảng 7.33 “tính toán thiết kế hệ thớng dẫn động khí Trịnh Chất – Lê Văn Uyển” q =8 Đường kính vịng chia: dt.v=q.m =8.2,5 =20 (mm) Đường kính vịng đỉnh: da =m.(q+2) =2,5.(8+2) =25 (mm) Đường kính vịng đáy: df=m.(q-2,4) =2,5.(8-2,4) =14 (mm) Khoảng cách trục: aw =(dtv+dtr)/2 =(25+20)/2 =22,5 (mm) 3.2.3 Tính bền cấu trục vít- 34 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải Trong quá trình làm việc chịu ứng suất ́n tiếp xúc chịu tải trọng va đập từ mặt đường Vì thường gây hiện tượng rạn nứt chân Do ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy tuổi thọ của cấu lái Để đảm bảo yêu cầu làm việc của cấu lái vật liệu chế tạo dùng thép XH cải thiện ch = 600 N / mm ; b = 850 N / mm ; HB = 230 − 300 a Ứng suắt tiếp xúc cho phép Giới hạn bền mỏi tiếp xúc của truyền trục vít- răng: H = 2,8. ch = 2,8.600 = 1680 ( N / mm ) Ứng suất tiếp xúc cho phép của truyền trục vít- răng: H max .Z R Z v .K HL K XH S H H = (3.12) Trong đó: + SH : hệ sớ an tồn; lấy SH =1,1 + ZR :Hệ sớ xét đến ảnh hưởng của độ nhám; ZR =0,95 + ZV :Hệ sớ xét ảnh hưởng của vận tớc vịng; ZV =1 + KXH :Hệ số xét ảnh hưởng của kích thước trục vít; KXH =1 + KHL :Hệ sớ tuổi thọ ; KHL =1 Thay các thông số vào công thức (3.12) ta được: H = 1680 .0,95.1.1.1 = 1450,9( N / mm ) 1,1 b Ứng suất uốn cho phép: Giới hạn bền mỏi của truyền trục vít- thanh: F max = 0,8. Ch = 480 Ứng suất uốn của truyền trục vít- răng: 35 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng F = SVTH: Mai Đình Khải F max SF .YR YS K XF Trong đó: + YR=1;KXF =1 + SF: Hệ sớ an tồn; lấy SF =1,75 + YS =là hệ số kể đến tới ảnh hưởng của mô đun với m =2,5 ta chọn YS =1,03 + F = 480.1.1,03.1 = 282,5 1,75 (N/mm2) c Kiểm nghiệm độ bền truyền trục vít- Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc: H = Z M Z H Z 2.T K H K HV (i1 + 1).K H (3.13) bw i1 d w2 Trong đó: + ZM: hệ sớ kể đến tính của vật liệu Vật liệu cấu thép nên chọn ZM =274 +: Góc profin gớc Theo TCVN1056-71 =200 ZH: Hệ sớ kể đến hình dáng bề mặt tiếp xúc: ZH = cos cos17 = = 1,73 sin( 2. ) sin( 2.20) + Z: Hệ số kể đến trùng khớp: Z = 1 = = 0,77 1,7 + : Là hệ số trùng khớp ngang, tính theo cơng thức sau: 36 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng 1 = 1,88 − 3,2. + cos Z Z SVTH: Mai Đình Khải 1 = 1,88 − 3,2 + cos17 = 1,7 Y = = 0,58 1,7 26 KHV: Hệ số tải trọng động Với cấp xác ta chọn theo bảng 3.17 “TKMHCTM” → KHV =1,01 KH: Hệ số kể đến phân bố không của tải trọng của cặp bánh ăn khớp Tra bảng 3.15→ KH=1,13 KH: Hệ số kể đến phân bố không của tải trọng chiều rộng của bánh răng.Tra bảng 3.7→ KH=1,02 + Chiều rộng vành răng:bw (mm) bw = ba.aw = 0,5.22,5 = 11,25 Chọn ba = 0,5 + Đường kính vịng lăn: d w = → dw = bw Tra bảng chọn bd = 0,6 bd 11,25 = 18,75 0,6 Thay các thông số vào công thức (3.13) ta có: H = 274.1,73.0,77 2.622,95.1,13.1,02.(20 + 1) = 225,36( N / mm ) 11,25.20.18,75 H H, thoả mãn điều kiện tiếp xúc d Kiểm nghiệm độ bền uốn: F = 2.T YF K F K F K Fv Y Y bw d w m (3.14) Trong đó: + YF: Hệ sớ dạng Với hệ số dạng dịch chỉnh =0,5 số tương đương: Z td = Z 26 = = 29,7 cos cos3 17 37 chọn Ztd = 30 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải Tra bảng 3.18 → YF =3,4 KH: Hệ số kể đến phân bố không tải trọng chiều rộng răng.Tra bảng 3.7 ta KH =1,04 KF: Hệ số kể đến phân bố tải trọng cho các đôi đồng thời ăn khớp Tra bảng 3.15 ta KF= 1,37 KFV: Hệ số kể đến tải trọng động tính ́n K FV = 1+ Với v F bw d w 2.T K F K F v F = F g v aw u F: Hệ số kể đến ảnh hưởng của sai số ăn khớp, tra bảng 3.17a ta có: F =0,006 g0: Hệ sớ ảnh hưởng của sai lệch bước răng, tra bảng 3.17b ta có g0 =73 v: Vận tốc dài của răng, coi v =1(m/s) thay vào ta v F = 0,006.73.1 25 = 0,489 20 Thay số vào biểu thức ta K FV = + 0,489.11,25.18,75 = 1,06 2.622,95.1,04.1,37 + Y : Hệ số kể đến độ nghiêng của 17 Y = − = 1− = 0,88 140 140 Thay các thông số vào biểu thức (3.14) ta được: F = 2.622,95.3,4.1,04.1,37.1,06.0,88.0,58 = 6,19 11,25.18,75.2,5 F F, thoả mãn cề điều kiện uốn 38 (N/mm2) GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải Vậy điều kiện bền thoả mãn Vậy truyền trục vít- đảm bảo đủ bền quá trình làm việc 3.3 Thiết kế kết cấu kiểm tra dẫn động lái 3.3.1.Kiểm nghiệm trục lái : - Trục lái dùng để truyền chuyển động từ vô lăng đến cấu lái Để giảm thiểu việc truyền va đập từ mặt đường lên vành tay lái trục lái nối với cấu lái khớp nối mềm khớp các đăng - Điều kiện làm việc của trục lái chủ yếu chịu ứng uất xoắn Do trục lái thường chế tạo ống thép rỗng Vật liệu chế tạo trục lái thép 45 có ứng suất cho phép xoắn là: x = 600 (KG/cm2) Chọn đường kính ngồi trục lái :Dn = 20 =2 cm (mm) Đường kính trục lái : dt = 0,7Dn = 14= 1,4 (mm) => Lấy dt = 14 (mm) - Kiểm tra bền theo điều kiện chịu xoắn của trục lái: 𝛼 = dt/Dn = Ttv 69,21 = = 56,9( KG / cm2) 0,2.D (1 − ) 0,2.23 (1 − 0,7 ) n Vậy: => τ= 56,9(kG/cm2) < x Vậy điều kiện xoắn thỏa mãn - Kiểm tra góc xoắn: = Ttv L 69,21.51 = = 0,0027[rad ] = 0,150 G.J o 8.10 1,6 Trong đó: L – Chiều dài trục lái, lấy L = 510 (mm) G – Mô đun đàn hồi dịch chuyển.G = 8.105 KG/cm J0 = 0,1 Dn4 = 0,1.24 = 1,6 𝜃 < [𝜃] Vậy trục lái đủ điều kiện bền ổn định quá trình làm việc 39 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải 3.3.2 Tính bền địn kéo ngang Trong quá trình làm việc đòn kếo ngang chịu kéo nén theo phương dọc trục Địn ngang kiểm tra theo ́n dọc lực N gây xác định theo giá trị lực phanh công thức sau: N= X P c G1.m1. c = e 2.e (3.15) c V P P e p p m m a n a x x 3.6: Sơ đồ tính bền địn ngang Vậy: G1: khối lượng phân bố lên trục trước G1 =11935 (N) XP: lực phanh tác dụng lên bánh xe m1: Hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu dẫn hướng phanh (chọn m1=1,4) : Hệ số bám lớp va mặt đường =0,8 Ta có khoảng cách e = m.cos = 205,5.cos190 = 194,3 (mm) c= Bt − B 1510 − 1370 = = 70 2 (mm) Với: : Góc tạo địn bên hình thang lái phương ngang =190 m: Chiều dài đòn bên hình thang lái, m =205,5 (mm) e: khoảng cách địn ngang với trục trước hình thang lái Bt: bề rộng xe sở B: khoảng cách hai tâm trụ đứng của cầu dẫn hướng Thay các giá trị vào cơng thức (3.15) ta có: N= X P c G1.m1. c 11935.1,4.0,8.70 = = 2407,8 = 2.194,3 e 2.e (N) Đòn kéo ngang chế tạo thép ớng CT20 có đường kính ngồi lần lượt D =20 mm; d =10 mm Ứng suất địn kéo ngang xác định theo cơng thức: 40 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng = SVTH: Mai Đình Khải N Fn (3.16) Fn: Tiết diện ngang của đòn kéo ngang: Fn = (D − d ) = ( ) 3,14 20 − 10 = 235,5 (mm2) Mặt khác: b =650 MPa/mm2 =65000 N/mm2 Thay sớ vào phương trình (3.16) ta có: = N 2407,8 = = 10,22 Fn 235,5 (N/mm2) Như b Vậy đòn kéo thoả mãn điều kiện bền ổn định 3.3.3 Tính bền nối bên dẫn động lái Để đảm bảo an toàn tính ổn định của quá trình làm việc, địn kéo làm thép 20X Đòn bên của dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn Do ta tính điều kiện bền ́n: Mơ men ́n tác dụng lên địn bên xác định theo cơng thức sau: Mu =m.N.cos (3.17) Ta tính bền cho địn bên của hình thang lái cầu dẫn hướng: Mu =m.N.cos =205,5.2407,8.cos190 =467845,3(N/mm) Tính ứng suất tại tiết diện nguy hiểm tại chỗ giao hai tiết diện của cầu trước đòn bên Mu Wu (3.18) Wu = 0,1D3 (3.19) u = Trong đó: Với vật liệu ta chọn ta có D = 24 Wu = 0,1.243 = 1382,4 (mm3) Thay vào biểu thức (3.18) ta có: u = M u 467845,3 = = 338,4 Wu 1382,4 (N/mm2) Với thép 20X ta có: u =800 (N/mm2) Vậy u =338,4 (N/mm2) u =800 (N/mm2) Thoả mãn điều kiện bền uốn 3.4 Thiết kế trợ lực lái Công trung bình của người lái để quay vịng tơ xác định theo 41 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng Atb = t 180 SVTH: Mai Đình Khải Rv Pv (3.15) Trong đó: t: góc quay của trục lái từ ví trí trung gian đến mép ngồi cùng, xe tham khảo t=5400 Rv: bán kính vành lái, Rv =250mm =0,25m Pv: lực đặt vào vành lái: ô tô Pv =40-70 N.Chọn Pv =40N Atb = t 3,14.540 Rv Pv = 0,25.40 = 94,2 (N.m) 180 180 Mặt khác đới với xe du lịch cơng trung bình giới hạn Atb =100 N.m Như Atb< Atb Thoả mãn đièu kiện Lực cực đại đặt lên vành tay lái có cường hoá, ta chọn Pvl =90N Do ta tính phần trăm trợ lực là: 138,4 − 90 100 = 35% 138,4 a Mô men cản mà trợ lực cần khắc phục Đối với ô tô du lịch ngày giá trị thường nằm khoảng từ (20N40N) Đối với xe thiết kế ta chọn Po =30N.Từ ta tính mơ men cần thiết cường lái hoá: Mo =Po.RVL =30.0,25 =7,5 (N.m) Mặt khác ta có: M o = M Q M Z o io (3.19) Trong đó: + MZ: Mô men cản trục lái dịch chuyển, giá trị nhỏ, lấy MZ =1 + MQ: Mô men cần thiết để xoắn tới vị trí bắt đầu trợ lực + o: Hiệu suất từ vành lái tới van xoắn; chọn o =1 42 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải io: Tỉ sớ truyền từ vành lái tới van Chọn io =1 Vậy mô men cần thiết để bắt đầu mở trợ lực là: Mo =MQ =7,5 (N.m) thời điểm bắt đầu cường hoá mơ men mặt đường truyền lên là: M md = Po M c 30.622,95 = = 135,03 PVL 138,4 (N.m) Vậy mô men cản mà cường hoá phải khắc phục là: MKP =Mc.35% =622,95.0,35 =218,03 (N.m) b Xác định đường kính xy lanh lực Đường kính của xy lanh tính theo cơng thức: Dxl = 4.Px +d2 Pmax (3.20) Trong đó: Dxl; Đường kính của xi lanh Pmax: áp suất cực đại hệ thống cường hoá Xe tham khảo lấy Pmax =100 KG/cm2 = d: Đường kính cần đẩy piston đường kính của răng, d =25 mm = 2,5cm Px: Lực tác dụng lên đầu cần đẩy tính theo cơng thức sau: Px =P.ic.o Với P =Pvlmax -Po= 138,4-90 =48,4(N) ic: Tỷ số truyền của cấu lái, ic =20 o: Hiệu suất của cấu lái, o =0,9 Vậy Px =48,4.20.0,9=871,2 (N) = 87,12KG/cm2 Thay vào biểu thức (3.17) ta được: 43 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng D xl = SVTH: Mai Đình Khải 4.87,12 + 2,5 = 2,71 (cm) 3,14.100 Vậy chọn Dxl = (cm) c Chọn đường kính ngồi kiểm tra bền xi lanh lực Chọn chiều dày của thành xi lanh mm đường kính ngồi của xi lanh là: Dn =3+2.0,4= 3,8 cm Ứng suất tác dụng lên thành xi lanh = Dn2 + Dxl2 3,8 + 32 P + P = 100 + 100 = 530 (KG/cm2) max max 2 2 Dn − Dxl 3,8 − Vật liệu xi lanh làm thép 40XH có b =850 ; c = 600 (KG/cm2) Vậy Xy lanh thoả mãn điều kiện d Xác định suất bơm Lưu lượng bơm xác định từ điều kiện làm để xy lanh của trợ lực phải kịp làm quay các bánh xe dẫn hướng nhanh quay vòng của vòng tay lái người lái gây ra, không trợ lực không tác dụng Đề thoả mãn điều kiện ta có: Qb b.(−) F.(ds/dt) Trong đó: + Qb: Năng suắt của bơm + b: Hiệu suất của bơm b =0,85 + : Độ hụt dầu của hệ thống = 0,08 +ds/dt: Tốc độ dịch chuyển của piston ds = nv d t tg dt 60 Trong đó: 44 (3.21) GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải + dt: Đường kính trục vít; dt =25 mm + nv: Tớc độ quayvịng lớn đạt được: + nv = 60-70 (v/p) Chọn nv = 70(v/p) + : góc nghiêng của ren vít =170 Thay vào biểu thức ta được: ds = 3,14.70.25.tg17 = 28 dt 60 (mm/s) = 2,8cm/s F: Diện tích của xi lanh lực tính theo công thức sau: Dxl d tr F = − Trong đó: - dtr: Đường kính phần trục khơng có của Dtr =25mm -Dxl: Đường kính làm việc của xi lanh công tác của trợ lực Dxl d tr 2,5 F = − = 3,14 − = 7,65(cm ) ds dt = 7,65.2,8 = 27,39 Vậy suất của bơm Qb b (1 − ) 0,85.(1 − 0,08) F 45 (cm3/s) GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải KẾT LUẬN Được giúp đỡ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Đào Mạnh Hùng các thầy giáo mơn khí tơ với nỗ lực của mình, em hồn thành đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế hệ thống lái dựa sở xe INNOVA J ” Đề tài bao gồm chương: Chương I: Tổng quan hệ thống lái tơ Chương II: Phân tích kết cấu hệ thống lái xe TOYOTA INNOVA J Chương III: Tính toán thiết kế hệ thống lái Đề tài từ đầu em học tập, nghiên cứu nghiêm túc để tìm hiểu hồn thành đồ án Tuy nhiên trình độ thân có hạn, kinh nghiệm cịn hạn chế thời gian làm đề tài không nhiều nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót sai sót Sự dạy của các thầy giúp đỡ của ban bè kinh nghiệm quý báu cho em Cuối em xin chân thành cảm ơn tồn thể các thầy, mơn khí ô tô, trường ĐHGTVT tận tình dạy bảo, truyền đạt kinh nghiệm quý báu cho em suốt thời gian học tập nghiên cứa tại trường Em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt sâu sắc đến thầy PGS.TS Đào Mạnh Hùng dành khơng thời gian công sức để bảo, hướng dẫn, giúp đỡ em quá trình thực hiện đồ án Sinh viên thực hiện : Mai Đình Khải 46 GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kết cấu tính tốn tơ Đại học Giao Thông Vận Tải, xuất năm 1984 [2].Ths Nguyễn Hùng Mạnh, (2009) Bài Giảng Cấu Tạo Ơ Tơ Đại học GTVT Hà Nội [3]PGS.TS Cao Trọng Hiền, PGS.TS Đào Mạnh Hùng, (2010) Lý thuyết ô tô NXB GTVT [4].Vũ Đình Lai, Nguyễn Xuân Lựu (2010) Sức bền vật liệu NXB GTVT [5].Lê Phước Ninh,(1997) Nguyên lý máy NXB GTVT [6] PGS.TS Trương Tất Đích Chi tiết máy – Tập I; II, NXB GTVT [7] PGS.TS Trương Tất Đích, (2012) Hướng dẫn thiết kế mơn học Chi tiết máy NXB GTVT [8] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí NXB GD 47 ... Sinh viên thực hiện Mai Đình khải GVHD: PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN ÔTÔ 1745 1.1 Giới thiệu xe ô tô INNOVA J 176 24° 22° INNOVA 1510 2750 910... 1.1 Tuyến hình xe INNOVA J INNOVAJ sản phẩm của dịng xe đa dụng hiện đại mang tính tồn cầu Ở Việt nam, hiện sản phẩm của INNOVA có nhiều loại: innovaJ, innovaG, innovaV, innova E sử dụng... PGS-TS Đào Mạnh Hùng SVTH: Mai Đình Khải CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA INNOVA 2.1 Sơ đồ chung hệ thống lái xe INNOVA + Hệ thống lái của ôtô Toyota INNOVA hệ thớng lái