LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ ô tô. Ngày nay chúng ta đã tạo ra được những sản phẩm xe hơi, nó không những là phương tiện đi lại, vận chuyển mà nó còn là tác phẩm thể hiện sự tiện nghi và sang trọng. chúng ta đã tạo ra được những dòng xe cao cấp và hiện đại, đi cùng với nó là sự tiện nghi và an toàn rất được chú trọng nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra sự êm ái và an toàn khi điều khiển. Vì bước đầu làm quen với công việc tính toán , thiết kế ôtô nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc.Nhưng với sự quan tâm , động viên , giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Chu Văn Huỳnh , cùng giáo viên giảng dạy và các thầy giáo trong khoa nên em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đồ án trong thời gian được giao. Nội dung của đề tài này giúp em hệ thống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ôtô ; từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về chuyên môn. Vì nó rất thiết thực với sinh viên nghành công nghệ kỹ thuật ôtô . Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránh khỏi những thiếu sót . Vì vậy em rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của các thầy , các bạn để em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn và cũng qua đó rút ra được những kinh nghiệm quý giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho quá trình học tập và công tác sau này . Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực hiện Vũ Hồng Mạnh Chương 1 . TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1.1 Nhiệm vụ yêu cầu phân loại hệ thống lái 1.1.1 Nhiệm vụ Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ cho ôtô chuyên động theo một quỹ đạo xác định nào đó. Trên ôtô có các phương pháp thay đổi hướng chuyển động: Chuyểnhướng cả cầu xe ( xe rơmoóc); chuyển hướng nhờ điều khiến tốc độ các bánh xe ( máy kéo, xe máy công trình); điều khiển thông qua thay đổi hướng bánh xe. Ngày nay phô biến là loại điều khiển hướng của các bánh xe gọi là các bánh xe dẫn hướng. Hệ thống lái có chức năng tiếp nhận tác động của người điều khiến, thông qua các cơ cấu dẫn động thực hiện điều khiến các bánh xe chuyển động theo quỹ đạo mong muốn. Việc điều khiển này phải đảm bảo tính linh hoạt, nhanh chóng và chính xác. Trong quá trình chuyển động, hệ thống lái có ý nghĩa quan trọng thông qua việc nâng cao an toàn điều khiển và chất lượng chuyển động do vậy hệ thống lái ngày càng được hoàn thiện nhất là khi xe đạt tốc độ lớn. 1.1.2 Yêu cầu Hệ thống lái phải bảo đảm các yêu cầu sau: Hệ thống lái điều khiển dễ dàng, nhanh chóng, chính xác và an toàn. Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảo không gây nên các dao động và va đập trong hệ thống lái. Lực cần thiết đặt trên vành tay lái nhỏ. Đảm bảo động học quay vòng đúng đề các bánh xe không bị trượt. Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạng thái chuyển động thăng, hoặc là lực quay vành tay lái để đưa bánh xe về trạng thái chuyên động thăng nhỏ hơn khi quay vòng. Giữ được chuyền động thăng ổn định. 1.1.3 Phân loại Tuỳ thuộc vào yêu tô căn cứ đề phân loại, hệ thông lái được chia thành các loại sau: Theo cách bồ trí vành lái Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (theo chiều chuyển động của ôtô) được dùng trên ôtô của các nước có luật đi đường bên phải như ở Việt nam và một số các nước khác; Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của ôtô) được dùng trên ôtô của các nước có luật đi đường bên trái như ở Anh, Nhật, Thuy Điển, ... Theo số lượng câu dẫn hướng Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước. Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau. Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu. Theo kết cấu của cơ cấu lái Cơ cầu lái loại trục vít bánh vít. Cơ câu lái loại trục vít cung răng. Cơ câu lái loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, cung răng). Cơ câu lái loại bánh răng trụ thanh răng. Theo đặc điểm truyền lực + Hệ thống lái cơ khí. + Hệ thống lái cơ khí có trợ lực: Trợ lực thuỷ lực: với các loại van khác nhau. Trợ lực khí ( có cả chân không). Trợ lực điện. Trợ lực cơ khí. + Lái điện (Steering by wire). 1.2 . Các loại hệ thống lái thường dùng trên ô tô 1.2.1 Cơ cấu lái thường dùng: 1.2.1.1 Hệ thống lái với cơ cấu trục vít con lăn Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn được bố trí lệch với đường trục của trục vít một khoảng 57 mm. Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục quay của đòn quay đứng thì khoảng cách trục giữa con lăn và trục vít sẽ thay đổi. Do đó khe hở ăn khớp cũng thay đổi. Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằng cách dịch chuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít O1 một lượng x =2,55 mm. Hình 1.1 Cơ cấu lái trục vít glôbôít con lăn hai vành 1T rục đòn quay đứng; 2 Đệm điều chỉnh; 3 Nắp trên; 4 Vít điều chỉnh; 5 Trục vít; 6 Đệm điều chỉnh; 7 Con lăn; 8 Trục con lăn. Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít con lăn được xác định theo công thức sau: Trong đó: t Bước của mối răng trục vít; Z1 Số đường ren trục vít; Rk Bán kính vòng (tiếp xúc) giữa con lăn và trục vít (khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng); R0 Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;
GVHD : Chu Văn Huỳnh Khoa Cơ khí LỜI NĨI ĐẦU Trong năm gần đây, khoa học kỹ thuật th ế giới phát tri ển c ực kỳ mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ t ất c ả lĩnh v ực c đ ời s ống xã hội, đặc biệt lĩnh vực công nghệ ô tô Ngày tạo nh ững sản phẩm xe hơi, phương tiện lại, vận chuyển mà cịn tác phẩm thể tiện nghi sang trọng t ạo đ ược nh ững dòng xe cao cấp đại, với tiện nghi an toàn r ất đ ược tr ọng nghiên cứu phát triển nhằm tạo êm an tồn điều khiển Vì bước đầu làm quen với cơng việc tính tốn , thi ết kế ơtơ nên không tránh khỏi bỡ ngỡ vướng mắc.Nhưng với quan tâm , động viên , giúp đ ỡ, hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn Chu Văn Huỳnh , giáo viên giảng dạy thầy giáo khoa nên em cố g ắng để hoàn thành đ án thời gian giao Nội dung đề tài giúp em hệ thống kiến thức học, nâng cao tìm hiểu hệ thống ơtơ ; t có th ể sâu nghiên cứu chun mơn Vì thiết thực với sinh viên nghành công nghệ kỹ thuật ôtô Tuy nhiên trình thực dù cố gắng nhiều khơng tránh khỏi thiếu sót Vì em mong nhận quan tâm đóng góp ý kiến thầy , bạn để em hồn thiện đồ án c t ốt h ơn qua rút kinh nghiệm quý giá cho thân nhằm ph ục v ụ t ốt cho trình học tập công tác sau Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực Vũ Hồng Mạnh Lớp 70DCOT22 SVTH: VŨ HỒNG MẠNH GVHD : Chu Văn Huỳnh Khoa Cơ khí Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1.1 Nhiệm vụ yêu cầu phân loại hệ thống lái 1.1.1 Nhiệm vụ Hệ thống lái ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động ho ặc gi ữ cho ôtô chuyên động theo quỹ đạo xác định Trên ơtơ có phương pháp thay đổi hướng chuyển động: Chuyểnhướng cầu xe ( xe rơmoóc); chuyển hướng nhờ điều khiến tốc độ bánh xe ( máy kéo, xe máy cơng trình); điều khiển thông qua thay đ ổi h ướng bánh xe Ngày phô biến loại điều khiển hướng bánh xe gọi bánh xe dẫn hướng Hệ thống lái có chức tiếp nhận tác động người điều khiến, thông qua cấu dẫn động thực điều khiến bánh xe chuy ển đ ộng theo quỹ đạo mong muốn Việc điều khiển phải đảm bảo tính linh hoạt, nhanh chóng xác Trong q trình chuyển động, hệ thống lái có ý nghĩa quan trọng thơng qua việc nâng cao an toàn điều khiển chất lượng chuyển động hệ th ống lái ngày hoàn thiện xe đạt tốc độ lớn 1.1.2 Yêu cầu Hệ thống lái phải bảo đảm yêu cầu sau: - Hệ thống lái điều khiển dễ dàng, nhanh chóng, xác an tồn - Các cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng quan h ệ hình h ọc c h ệ th ống lái phải đảm bảo không gây nên dao động va đập hệ thống lái - Lực cần thiết đặt vành tay lái nhỏ - Đảm bảo động học quay vịng đề bánh xe khơng bị trượt - Các bánh xe dẫn hướng khỏi đường vòng c ần ph ải tự đ ộng quay v ề tr ạng thái chuyển động thăng, lực quay vành tay lái đ ể đ ưa bánh xe v ề tr ạng thái chuyên động thăng nhỏ quay vòng - Giữ chuyền động thăng ổn định 1.1.3 Phân loại Tuỳ thuộc vào yêu tô đề phân loại, hệ thông lái chia thành loại sau: Lớp 70DCOT22 SVTH: VŨ HỒNG MẠNH GVHD : Chu Văn Huỳnh Khoa Cơ khí * Theo cách bồ trí vành lái - Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (theo chiều chuy ển đ ộng c ôtô) dùng ôtô nước có luật đường bên phải Việt nam m ột số nước khác; - Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chi ều chuy ển đ ộng c ôtô) dùng ôtô nước có luật đường bên trái nh Anh, Nh ật, Thuy Điển, * Theo số lượng câu dẫn hướng - Hệ thống lái với bánh dẫn hướng cầu trước - Hệ thống lái với bánh dẫn hướng cầu sau - Hệ thống lái với bánh dẫn hướng tất cầu * Theo kết cấu cấu lái - Cơ cầu lái loại trục vít - bánh vít - Cơ câu lái loại trục vít - cung - Cơ câu lái loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, cung răng) - Cơ câu lái loại bánh trụ - * Theo đặc điểm truyền lực + Hệ thống lái khí + Hệ thống lái khí có trợ lực: - Trợ lực thuỷ lực: với loại van khác - Trợ lực khí ( có chân khơng) - Trợ lực điện - Trợ lực khí + Lái điện (Steering by wire) 1.2 Các loại hệ thống lái thường dùng ô tô 1.2.1 Cơ cấu lái thường dùng: 1.2.1.1 Hệ thống lái với cấu trục vít - lăn Để điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục lăn bố trí lệch với Lớp 70DCOT22 SVTH: VŨ HỒNG MẠNH GVHD : Chu Văn Huỳnh Khoa Cơ khí đường trục trục vít khoảng 5-7 mm Khi dịch chuyển lăn dọc theo trục quay đòn quay đứng khoảng cách trục lăn trục vít thay đổi Do khe hở ăn khớp thay đổi Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí đến vị trí biên thực cách dịch chuyển trục quay O2 đòn quay đứng khỏi tâm mặt trụ chia trục vít O lượng x =2,5-5 mm Hình 1.1 Cơ cấu lái trục vít glơbơít - lăn hai vành 1-T rục đòn quay đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh; 5- Trục vít; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục lăn Tỷ số truyền cấu lái trục vít - lăn xác định theo cơng thức sau: iω= πR K tZ = πR0 R K tZ R0 =i ω RK R0 Trong đó: t - Bước mối trục vít; Z1- Số đường ren trục vít; Lớp 70DCOT22 SVTH: VŨ HỒNG MẠNH GVHD : Chu Văn Huỳnh Khoa Cơ khí Rk- Bán kính vịng (tiếp xúc) lăn trục vít (khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng); R0- Bán kính vịng chia bánh cắt trục vít; i0- Tỷ số truyền giửa bánh cắt trục vít Theo cơng thức ta thấy iω thay đổi theo góc quay trục vít Tuy thay đổi không lớn khoảng từ 5-7% (từ vị trí vị trí biên) Nên coi iω = const 1.2.1.2 Hệ thống lái với cấu bánh - Bánh răng thẳng hay nghiêng Thanh trượt ống dẩn hướng Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh ép đến lị xo Hình 1.2 Cơ cấu lái bánh - 1- Lỗ ren; 2- Bánh răng; 3- Thanh răng; 4- Bulông hãm; 5- Đai ốc điều chỉnh khe hở bánh răng; 6- Lò xo; 7- Dẫn hướng Thanh chuyển động tịnh tiến hai bạc trượt Cụm bạc trượt có dạng tiết diện vành khăn nằm bên phải, cụm bạc trượt nửa vành khăn nằm bánh Bạc trượt nửa vành khăn có lị xo trụ tỳ chặt điều chỉnh thường xuyên sử dụng thông qua êcu điều chỉnh Êcu điều chỉnh nằm cấu lái Giữa bạc trượt êcu điều chỉnh tồn khe hở để đảm bảo tác dụng lị xo tỳ Trên êcu điều chỉnh có Lớp 70DCOT22 SVTH: VŨ HỒNG MẠNH GVHD : Chu Văn Huỳnh Khoa Cơ khí ốc khóa chặt để tránh tự nới lỏng ốc điều chỉnh Cơ cấu lái đặt vỏ xe, để tạo góc ăn khớp lớn cho truyền nghiêng Bánh đặt nghiêng ngược chiều nghiêng răng, nhờ hệ số trùng khớp truyền lớn làm việc êm 1.2.1.3 Cơ cấu lái loại liên hợp (trục vít êcu bi – bánh răng) Hình 1.3 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - - cung 1.Đai ốc hãm đòn quay đứng ; 2.Trục tròn quay đứng ; 3.Vòng chặn dầu ; 4,6.Ổ bi kim ; 5.Vỏ cấu lái ; 7.Tấm đệm ; 8.Đai ốc điều chỉnh ; 9.Vít điều chỉnh ăn khớp ; 10.Đai ốc hãm ; 11 Vịng làm kín ; 12.Mặt bích bên cấu lái ; 13.Đai ốc tháo dầu Lớp 70DCOT22 SVTH: VŨ HỒNG MẠNH GVHD : Chu Văn Huỳnh Khoa Cơ khí ; 14.Vịng làm kín ; 15.Chốt định vị ; 16.Tấm chặn ; 17.Đai ốc điều chỉnh độ rơ ổ bi ; 18.Nắp cấu lái ; 19.Ổ đỡ chặn ; 20.Êcu ; 21.Ống dẫn hướng bi ; 22.Bi ; 23.Vít đậy lỗ rót dầu ; 24.Ổ đỡ chặn ; 25.Vòng chặn dầu ; 26.Then bán nguyệt; 27.Cung Tỷ số truyền động học cấu lái loại không đổi xác định theo cơng thức: i π R2 t Trong đó: R2 - Bán kính chia cung răng; t - Bước trục vít Trục vít 12 êcu ăn khớp với trục vít thơng qua viên bi 14 tạo nên truyền trục vít - êcu Phía ngồi êcu có tạo thành răng, ăn khớp với bánh rẻ quạt tạo thành truyền bánh Bánh rẻ quạt lắp trục quay đòn quay đứng Toàn bộ truyền đặt vỏ làm việc dầu bôi trơn Khi quay vành lái, trục vít quay làm cho êcu dịch chuyển tịnh tiến dọc trục, mặt nên làm cho bánh rẻ quạt quay l m cho đòn quay đứng quay 1.2.2 Trợ lực lái thường gặp: 1.2.2.1 Trợ lực tay lái thủy lực (trợ lực dầu) - Hydraulic Power Steering (HPS) Các phận hệ thống gồm: bơm dầu, van phân phối, xi-lanh trợ lực hộp cấu lái Tùy vào bố trí van phân phối có lo ại tr ợ l ực d ầu chính: van phân phối xi-lanh kết hợp cấu lái, van phân ph ối xi-lanh kết hợp đòn kéo, van phân phối xi-lanh bố trí riêng biệt Lớp 70DCOT22 SVTH: VŨ HỒNG MẠNH GVHD : Chu Văn Huỳnh Khoa Cơ khí Hình 1.4 Sơ đồ bố trí hệ thống trợ lực dầu Khi ta xoay vành lái,van điều khiển xoay theo nhờ có liên kết với trục lái Lúc dầu từ bình chứa dầu trợ lực bơm lên với áp suất cao qua van điều khiển tới xi lanh lực Trạng thái quay vòng trái : xoay vành lái sang trái, van điều khiển cấp dầu đến khoang trước xi lanh, nhờ có áp suất dầu cao xi lanh đẩy phía sau dẫn động cho địn lái quay, đồng thời dầu trợ lực khoang hồi bình chứa thơng qua van điều khiển lọc dầu Với góc quay vành lái lớn van điều khiển phân phối dầu đến xi lanh nhiều dẫn đến trợ lực lớn áp suất dầu tăng Trạng thái quay vòng phải : ngược lại với trạng thái quay vịng trái dầu áp suất cao phân phối cho khoang dầu áp suất thấp hồi bình chứa,xi lanh trợ lực cho người lái Trạng thái thẳng : van phân phối lúc vị trí trung gian áp suất dầu khoang khoang tương đương nhau, lực tác dụng lên xi lanh bị triệt tiêu Vành lái trạng thái thẳng lái 1.2.2.2 Trợ lực tay lái điện - thủy lực (Electro-hydraulic power steering – EHPS) Lớp 70DCOT22 SVTH: VŨ HỒNG MẠNH GVHD : Chu Văn Huỳnh Khoa Cơ khí Hình 1.5 Sơ đồ ngun lý hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển ện tử Hình 1.6 Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực điện điều khiển 1-Cửa dầu A ; 2-Cửa dầu B ; 3-Van điện từ ; 4-Dầu từ bơm đến 5- Dầu hồi bình dầu; 6- Buồng trái xilanh ; 7- Buồng ph ải xilanh Nguyên lý hoạt động: Khi quay vòng trái: Ở tốc độ xe cao, dầu áp lực từ bơm dầu, đ ến van xoay sau vào van điều khiển cửa B cửa A Lúc này,nh l ực đ ẩy c lò Lớp 70DCOT22 SVTH: VŨ HỒNG MẠNH GVHD : Chu Văn Huỳnh Khoa Cơ khí xo mà đẩy hồi vị đóng kín khe hở pistong, làm cho d ầu áp l ực quay tr lại van xoay bình chứa dầu Do bơm khơng trợ lực cho người lái Khi tốc độ xe giảm, khe hở piston mở dần nhờ dòng điện cấp từ hộp điều ển,d ầu áp suất qua van xoay vào cửa B đến bên trái xi lanh,làm giảm lực lái Khi quay vòng phải: Ở tốc độ cao, dầu qua van xoay vào van điều khiển cửa A cửa B Nhờ lò xo hồi vị đẩy đ ược h ồi vị khe h đóng kín,làm cho dầu trở bình chứa dầu Xi lanh l ực khơng đ ược tr ợ l ực Khi tốc độ xe giảm, khe hở piston mở dần dòng điện từ h ộp ều khiển,dầu có áp suất qua van xoay vào cửa B đến xi lanh lực 1.2.2.3 Trợ lưc tay lái điện tử - Electric power assisted steering (EPS/EPAS) Hệ thống trợ lực điện tử sử dụng motor điện để đẩy lái thay cho áp lực dầu hai hệ thống trợ lực Điều khiển motor ện ECU ện tử, nhận thơng tin góc đánh lái, mơ-men cột vô-lăng từ cảm biến Nguyên lý hoạt động : ECU tiếp nhận thơng số từ cảm biến mô men t t ốc đ ộ xe, ngồi có thơng số phụ tín hiệu tốc độ động cơ, tín hiệu B + , chế độ khơng tải để tính tốn điều khiển mơ tơ trợ lực phù hợp với ều kiện lái L ực đánh lái lớn mơ tơ trợ lực nhiều, mô men tr ợ lực gi ảm d ần t ốc đ ộ xe tăng dần Trạng thái quay vòng: người điều khiển tác động quay vành lái, xuất hi ện tượng xoay tương đối hai đầu xoắn, cảm biến mô men thay đ ổi điện áp tùy theo chiều quay độ lệch tương đối gi ữa hai đầu xo ắn sau truyền tín hiệu ECU, kết hợp với tín hiệu tốc độ xe lấy từ c ảm bi ến t ốc đ ộ mà ECU tính tốn dịng điện điều khiển chiều quay mô t tr ợ l ực cho phù hợp Trạng thái thẳng : trục lái không tác động khơng có hi ện t ượng xoay tương đối hai đầu xoắn, cảm biến mơ men khơng thay đ ổi ện áp, ECU không điều khiển mô tơ trợ lực trạng thái thẳng giữ nguyên Lớp 70DCOT22 10 SVTH: VŨ HỒNG MẠNH