Ứng dụng matlab và catia tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch

Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Hiện ngành công nghiệp ô tô nước ta phát triển mạnh mẽ ngày khẳng định vai trò to lớn ngành cơng nghiệp trọng điểm quốc gia Nhận thấy tiềm công nghiệp ô tô lên nước ta chủ động mở cửa cho nhà đầu tư nước xây dựng nhà máy lắp ráp sản xuất linh kiện ô tô nước góp phần giải vấn đề nhân lực thúc đẩy kinh tế, đóng góp khơng nhỏ vào nguồn thu phủ.Với tốc độ phát triển mạnh mẽ đòi hỏi nguồn nhân lực ngành công nghiệp ô tô cần phải có trình độ chun mơn cao Điều thể việc đời nhiều trung tâm chuyên nghiên cứu phát triển công nghệ, thiết kế tính tốn, mơ lắp ráp tơ… trường đại học việc khuyến khích sinh viên nghiên cứu công nghệ ô tô đại sinh viên nhiệt tình tham gia Một hệ thống đặc biệt quan trọng Ơtơ hệ thống lái Hệ thống có chức điều khiển hướng chuyển động Ơtơ, đảm bảo tính ổn định chuyển động thẳng quay vòng bánh xe dẫn hướng Trong trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn người sử dụng, đặc biệt với loại xe đại có tốc độ cao.Do người ta không ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính Là sinh viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trường đại học hàng đầu nước, việc tìm hiểu ứng dụng cơng nghệ tiên tiến giới để áp dụng vào thực tế nước ta cần phải trọng đặc biệt Bởi chúng em giao nhiệm vụ “Ứng dụng MATLAB CATIA tính tốn thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch”.Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến q trình điều khiển làm tăng tính an toàn chuyển động giúp cho người lái giảm mệt mỏi Tuy nhiên, với đề tài rộng đề cập đến nhiều vấn đề mẻ địi hỏi phải có thời gian dài nghiên cứu tìm hiểu Mặc dù có nhiều cố gắng với hiểu biết thời gian tìm hiểu hạn chế nên đồ án chúng em không tránh khỏi sai sót cịn nhiều vấn đề khơng đề cập tới Em mong Tính tốn thiết kế hệ thống lái Đồ án tốt nghiệp thầy bạn đồng nghiệp góp ý để đồ án hồn thiện Qua mở hướng nghiên cứu thiết kế tính tốn hệ thống tơ song song với tính toán thiết kế truyền thống Chúng em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy: Trịnh Minh Hồng tận tình bảo để chúng em hoàn thành đồ án Và chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy mơn Ơtơ xe chuyên dụng - Viện khí động lực- trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội toàn thể bạn giúp đỡ chúng em trình nghiên cứu để hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày tháng năm 2010 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Khanh Nguyễn Quang Huy Tính tốn thiết kế hệ thống lái Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hệ thống lái 1.1.1 Công dụng Hệ thống lái hệ thống an toàn dùng để thay đổi hướng chuyển động xe Nó giữ nguyên hướng chuyển động thẳng quay vòng xe cần thiết Cấu tạo chung Sơ đồ tổng qt hệ thống lái khơng có trợ lực Gồm có vành tay lái, trục lái, dẫn động lái: Hình1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống lái Vành tay lái 5- Thanh kéo dọc Trục lái 6- Địn quay đứng Cơ cấu lái 7- Hình thang lái Địn quay đứng Tính tốn thiết kế hệ thống lái Đồ án tốt nghiệp Vành tay lái: Vành tay lái có nhiệm vụ tạo mơ men quay cần thiết người lái tác dụng lực vào vành tay lái Vành tay lái có dạng vành trịn, có nan hoa bố trí hay khơng quanh vành vành lái Mô men tạo vành tay lái tích số lực lái người lái tác dụng vào bán kính vành tay lái Vành lái (vô lăng) hệ thống ô tô có độ dơ định Khi xe dừng, bánh dẫn hướng vị trí thẳng, lắc nhẹ vơ lăng phía trước phía sau với lực lái nhẹ ngón tay độ dơ cực đại vô lăng vô lăng không vượt 30 mm Bản thân vành lái làm chất dẻo, cao su nhân tạo gỗ, bọc da thật da nhân tạo Trục lái: Trục lái có nhiệm vụ truyền mơ men lái xuống cấu lái Trục lái gồm có : Trục lái truyền chuyển động quay vô lăng xuống cấu lái ống trục lái để cố định trục lái vào thân xe Đầu phía trục lái gia cơng ren then hoa để lắp vơ lăng lên giữ chặt đai ốc Cơ cấu lái: Cơ cấu lái có tác dụng biến chuyển động quay truyền đến từ vành lái thành chuyển động lắc Các loại cấu lái thường gặp là: Cơ cấu lái trục vít ê cu bi, Cơ cấu lái trục răng, cấu lái kiểu bi tuần hồn Địn quay đứng: Địn quay đứng có tác dụng truyền momen từ trục đòn quay cấu lái tới đòn kéo dọc kéo ngang nối với cam quay ánh xe dẫn hướng Đòn kéo: Đòn kéo dùng để truyền lực từ đòn quay cấu lái đến cam quay bánh xe đẫn hướng Tuỳ theo phương đặt địn mà người ta gọi địn kéo dọc địn kéo ngang Tính tốn thiết kế hệ thống lái Đồ án tốt nghiệp Hình thang lái: Hình thang lái thực chất hình tứ giác gồm khâu: dầm cầu, lái ngang hai bên Hình thang lái đảm bảo động học quay vòng bánh xe đẫn hướng nhờ vào kích thước lái ngang, cánh lề góc đặt phải xác định 1.1.2 Phân loại - Theo bố trí bánh lái chia hệ thống lái với bánh lái bố trí bên phải bên trái (tính theo chiều chuyển động xe) Bánh lái bố trí bên trái dùng cho nước thừa nhận luật đường theo phía phải nước xã hội chủ nghĩa Bánh lái bố trí bên phải dùng cho nước thừa nhận luật đường theo phía bên trái Anh, Hồng Kông, Thụy Điển… - Theo số lượng bánh dẫn hướng chia hệ thống lái với bánh dẫn hướng cầu trước, hai cầu tất cầu Theo kết cấu cấu lái chia loại trục vít loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, khía, quạt răng) Loại … - Theo kết cấu nguyên lý làm việc trợ lực chia loại trợ lực thuỷ lực, loại cường hố khí nén, loại cường hố liên hợp (kết hợp thuỷ lực điện) 1.1.3 Yêu cầu An tồn chuyển động giao thơng vận tải ơtơ 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 ôtô hệ thống lái Để giảm nhẹ lao động cho người lái tăng thêm độ an tồn cho ơtơ, ngày ơtơ thường sử dụng cường hố lái Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động loại đường từ giải tốc độ thấp tới giải tốc độ cao, hệ thống lái cần đảm bảo yêu cầu sau: + Đảm bảo động học quay vòng: bánh xe lăn không trượt + Đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng an tồn Các cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng quan hệ hình học hệ thống lái phải đảm bảo không gây lên dao động va đập hệ thống lái.Trục lái kết hợp với cấu hấp thụ va Tính toán thiết kế hệ thống lái 10 Đồ án tốt nghiệp đập, cấu hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái có tai nạn Trục lái gắn lên thân xe qua giá đỡ dễ vỡ để trục lái đễ dàng tụt xuống có va đập Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng: bánh xe dẫn hướng sau thực + quay vịng cần có khả tự động quay trạng thái chuyển động thẳng để quay bánh xe trạng thái chuyển động thẳng cần đặt lực vành lái nhỏ xe đường vòng Đảm bảo khả quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng đường + hẹp, đường gấp khúc, hệ thống lái quay ngặt bánh xe trước cách dễ dàng Quay vòng ngặt trạng thái quay vòng với thời gian quay vòng ngắn bán kính quay vịng nhỏ + Đảm bảo lực lái thích hợp: Lực người lái đặt lên vành lái quay vòng phải nhỏ, lực lái cần thiết lớn xe đứng yên giảm tốc độ xe tăng Vì cần phải đảm bảo lực lái nhỏ gây cảm giác trạng thái mặt đường + Hệ thống lái độ dơ lớn: Với xe có vận tốc lớn 100Km/h, độ dơ vành lái khơng vượt 10 , với xe có vận tốc lớn từ 25 + km/h đến 100km/h độ dơ vành lái không vượt 20 Đảm bảo khả an tồn bị động xe, khơng gây tổn thương cho người lái xảy tai nạn Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hiệu suất nghịch để giảm tác động từ mặt đường qua kết cấu lái lên vô lăng + Đảm bảo tỷ lệ thuận góc quay vơ lăng với góc quay bánh xe dẫn hướng Khơng địi hỏi người lái xe cường độ lao động lớn điều khiển ôtô + - Độ tin cậy cao, dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dưỡng sửa chữa Các góc đặt bánh xe Việc bố trí bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới tính điều khiển xe, tính ổn định chuyển động ơtơ Các u cầu việc bố trí điều khiển chuyển động nhẹ nhàng, xác đảm bảo ổn định thẳng quay vịng, kể có cố hệ thống khác Đối với xe yêu cầu ngày Tính tốn thiết kế hệ thống lái 11 Đồ án tốt nghiệp quan tâm nâng cao vận tốc xe khơng ngừng nâng lên Trên cầu dẫn hướng bánh xe dẫn hướng bố trí quan tâm thích đáng Ở bánh xe khơng dẫn hướng việc bố trí ý, song bị hạn chế giá thành chế tạo phức tạp kết cấu nên việc bố trí tuân thủ theo điều kiện truyền thống Ơ tơ chuyển động hướng tác động người lái quanh vô lăng Tuy nhiên, ôtô trạng thái thẳng mà người lái phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe trạng thái chạy thẳng, hay người lái phải tác dụng lực lớn để quay vịng xe gây mệt mỏi căng thẳng bắp lẫn tinh thần điều khiển xe Đó điều khơng mong muốn, để khắc phục vấn đề nêu bánh xe lắp vào thân xe với góc định tuỳ theo yêu cầu định loại xe tính sử dụng loại Những góc gọi chung góc đặt bánh xe Việc điều khiển xe trở lên dễ dàng bánh xe đặt theo góc cách xác theo yêu cầu thiết kế Các góc đặt bánh xe ngăn cản việc mài mòn lốp Nếu góc đặt bánh xe khơng dẫn đến tượng sau: + Khó lái + Tính ổn định lái + Trả lái đường vòng + Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh) + Góc Camber (góc nghiêng ngang bánh xe) + Góc Caster khoảng Caster (Góc nghiêng dọc trụ đứng chế độ lệch dọc) + Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng) + Độ chụm độ mở (góc dỗng) Tính tốn thiết kế hệ thống lái 12 Đồ án tốt nghiệp - Góc Camber (góc nghiêng ngang bánh xe) Góc tạo đường tâm bánh xe dẫn hướng vị trí thẳng đứng với đường tâm bánh xe vị trí nghiêng gọi góc Camber, đo độ Khi bánh xe dẫn hướng nghiêng ngồi gọi góc “Camber dương”, ngược lại gọi góc” Camber âm” Bánh xe khơng nghiêng Camber khơng (bánh xe thẳng đứng) () ) 0 Hìn Chức góc Camber Những năm trước bánh xe đặt với góc Camber dương để cải thiện + độ bền cầu trước để lốp tiếp xúc vng góc với mặt đường (do trọng lượng xe) nhằm ngăn ngừa mịn khơng lốp đường, có phần cao hai bên Góc camber cịn đảm bảo lăn thẳng bánh xe, giảm va đập + mép lốp với mặt đường Khi góc Camber khơng gần khơng có ưu điểm đường vòng bánh xe nằm vùng có khả truyền lực dọc lực bên tốt + Góc Camber ngăn ngừa khả bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại tác động trọng lượng xe khe hở biến dạng chi tiết Tính tốn thiết kế hệ thống lái 13 Đồ án tốt nghiệp trục trước hệ thống treo trước Đồng thời giảm cánh tay đòn phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên dẫn động lái giảm lực lên vành tay lái + Khi chuyển động đường vòng, tác dụng lực ly tâm thân xe nghiêng theo hướng quay vòng, bánh xe nghiêng vào trong, bánh xe nghiêng so với thân xe Để bánh xe lăn gần vng góc với mặt đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, xe có tốc độ cao, hệ treo độc lập góc CAMBER thường âm - Góc Caster khoảng Caster (Góc nghiêng dọc trụ đứng chế độ lệch dọc) Góc nghiêng dọc trụ đứng nghiêng phía trước phía sau trụ đứng Nó đo độ, xác định góc trụ xoay đứng phương thẳng đứng nhìn từ cạnh xe Nếu trụ xoay đứng nghiêng phía sau gọi góc nghiêng dương ngược lại gọi góc nghiêng âm Khoảng cách từ giao điểm đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm vùng tiếp xúc lốp mặt đường gọi khoảng Caster C Góc Caster khoảng Caster thể hình sau: (- (+ Góc V c Hình 1.3 Caster khoảng Caster Chức góc Caster: + Hồi vị bánh xe khoảng Caster: Dưới tác dụng lực ly tâm bánh xe vào đường vòng lực gió bên thành phần trọng lượng xe xe Tính tốn thiết kế hệ thống lái 14 Đồ án tốt nghiệp vào đường nghiêng, khu vực tiếp xúc bánh xe với mặt đường xuất phản lực bên Yb + Khi trụ quay đứng đặt nghiêng phía sau góc so với chiều tiến xe (Caster dương) phản lực bên Y b đường tạo với tâm tiếp xúc mô men ổn định, mơ men xác định cơng thức sau: Mơmen có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu bị lệch khỏi vị trí Nhưng quay vịng người lái phải tạo lực để khắc phục mô men Vì góc Caster thường khơng lớn Mơmen phụ thuộc vào góc quay vịng bánh xe dẫn hướng Đối với xe đại trị số góc 0 Caster khoảng từ đến - Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng) Góc nghiêng ngang trụ đứng xác định mặt cắt ngang xe Góc Kingpin tạo nên hình chiếu đường tâm trụ đứng mặt cắt ngang phương thẳng đứng Kingpin ) +) 0° Hình 1.4 Góc KingPin Chức góc KingPin: + Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay sang phải quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm bán kính r0, r0 bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng, khoảng cách đo bề mặt đường cong mặt phẳng nằm ngang bánh xe đường kéo dài đường tâm trụ quay đứng với tâm vết tiếp xúc bánh xe với mặt đường Nếu r0 lớn sinh mô men lớn quanh trụ quay đứng cản Tính tốn thiết kế hệ thống lái 15