Tttk_Hệ Thống Lái Trên Ô Tô Hyundai Hd72_Trần Đình Nam_Tm.pdf

Microsoft Word TKTT HÇ thÑng lái Hyundai HD72 Tr§n �ình Nam TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ Đồ án tốt nghiệp Tên đề tài Thiết kế tính toán hệ thống lái dựa trên cơ sở[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ KHÍ Ơ TƠ - Đồ án tốt nghiệp Tên đề tài: Thiết kế tính tốn hệ thống lái dựa sở ô tô tải Hyundai HD72 Sinh viên : Trần Đình Nam Mã sinh viên : 191304266 Lớp : Cơ khí tơ Hệ : Chính quy Khóa : K60 Giảng viên hướng dẫn : PGS TS Vũ Tuấn Đạt Hà Nội - 2024 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 1.1 Công dụng, phân loại yêu cầu hệ thống lái 1.2 Kết cấu nguyên lý làm việc hệ thống lái ô tô 1.3 Giới thiệu ô tô Hyundai HD72 21 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ TẢI HYUNDAI HD72 25 2.1 Sơ đồ bố trí chung nguyên lý làm việc 25 2.2 Cơ cấu lái 25 2.3 Trợ lực lái ô tô Hyundai HD72 26 2.4 Dẫn động điều khiển hệ thống lái ô tô Hyundai HD72 29 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÁI TRÊN CƠ SỞ XE HYUNDAI HD72 32 3.1 Lựa chọn phương án thiết kế 32 3.2 Tính tốn thơng số cần thiết 33 3.3 Tính tốn thiết kế cấu lái 37 3.4 Tính tốn thiết kế dẫn động lái 44 3.5 Tính tốn thiết kế trợ lực lái 55 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái đơn giản………………………………………………… Hình 1.2 Sơ đồ cấu lái bánh răng…………………………………………… Hình 1.3 Sơ đồ cấu lái trục vít lăn……………………………………………………… Hình 1.4 Sơ đồ cấu lái ecubi cung răng………………………………….… 10 Hình 1.5 Sơ đồ cấu lái trục vít – cung răng.……………………………………………… 10 Hình 1.6 Sơ đồ hóa cấu lái trục vít – chốt quay.……………………………………………11 Hình 1.7 Địn kéo ngang với hệ thống treo phụ thuộc.……………………………………… 12 Hình 1.8 Cơ cấu đòn kéo ngang nối liên kiết với hệ thống treo độc lập…………………… 12 Hình 1.9 Bố trí dẫn động lái hai cầu trước dẫn hướng.…………………………………… 13 Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực.…………………………………………………14 Hình 1.11 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện.…………………………………………………… 15 Hình 1.12 Sơ đồ cấu lái bố trí cụm với trợ lực…………………………………… 16 Hình 1.13 Sơ đồ van phân phối, xi lanh trợ lực cấu lái tách biệt……………………….17 Hình 1.14 Sơ đồ bố trí xi lanh trợ lực van phân phối liền nhau, cấu lái tách biệt ……17 Hình 1.15 Sơ đồ bố trí phận phân phối liền với cấu lái, xi lanh trợ lực tách biệt …….18 Hình 1.16 Sơ đồ bố trí cấu lái – trợ lực liền với địn kéo ngang ………………………….18 Hình 1.17 Góc CAMBER.…………………………………………………………………… 19 Hình 1.18 Caster khoảng Caster ………………………………………………………… 19 Hình 1.19 Góc Kingpin……………………………………………………………………… 20 Hình 1.20 Độ chụm…………………………………………………………………………… 21 Hình 1.21 Lực cản lăn vị trí đặt nó…………………………………………………… 21 Hình 1.22 Ơ tơ Hyundai HD72 thùng lửng……………………………………………………22 Hình 1.23 Tuyến hình tơ Hyundai HD72 3,5 tấn…………………………………………….22 Hình 2.1 Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái tơ Hyundai HD72……………………………… 25 Hình 2.2 Cơ cấu lái trục vít – ê cu bi – – cung răng………………………………26 Hình 2.3 Bơm cánh gạt.……………………… ……………………………………………….26 Hình 2.4 Khi xe quay bên trái……………………………………………………………….27 Hình 2.5 Khi xe quay bên phải …………………………………………………………….28 Hình 2.6 Khi xe thẳng …………………………………………………………………… 28 Hình 2.7 Dẫn động hình thang lái dầm cầu liền ……………………………………… 29 Hình 2.8 Vơ lăng tơ Hyundai HD72 ……………………………………………………30 Hình 2.9 Các địn dẫn động tơ Hyudai HD72 …………………………………………30 Hình 2.10 Rotuyn lái ngồi ………………………………………………………………… 31 Hình 3.1 Sơ đồ quay vịng bánh xe ………………………………………………………… 33 Hình 3.2 Sơ đồ tính tốn mô men cản bánh xe dẫn hướng ………………………… 34 Hình 3.3 Các thơng số trục vít – ê cu bi ………………………………………………… 38 Hình 3.4 Sơ đồ truyền cung …………………………………………….41 Hình 3.5 Sơ đồ xác định kích thước hình thang lái …………………………………46 Hình 3.6 Sơ đồ quay vịng hình thang lái …………………………………… …………46 Hình 3.7 Đồ thị đường đặc tính lý thuyết thực tế …………………………………………48 Hình 3.8 Cấu tạo địn quay đứng …………………………………………………………… 50 Hình 3.9.Tiết diện kéo …………………………………………………………… 52 Hình 3.10 Sơ đồ tính tốn địn bên ………………………………………………………… 53 Hình 3.11 Sơ đồ lực tác dụng bán kính khớp cầu ……………………………………… 54 Hình 3.12 Đồ thị đặc tính trợ lực… ………………………………………………………… 57 DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1: Thông số kỹ thuật ô tô Hyundai HD72 …………………………………………….23 Bảng 2-1: Góc đặt bánh xe tơ Hyundai HD72 ………………………………………………31 Bảng 3-1: Thông số kỹ thuật chọn ………………………………………………………32 Bảng 3-2: Thơng số đường đặc tính lý thuyết …………………………………………….45 Bảng 3-3: Mối quan hệ thực tế α, β.……………………………………………………… 47 Bảng 3-4: Bảng hệ số α.…………………………………………………………………………51 LỜI NĨI ĐẦU Như biết, tơ với đặc điểm có tính động linh hoạt cao trở thành phương tiện cần thiết nghành giao thông vận tải Ngày nay, ô tô thành viên khơng thể thiếu xã hội Ơ tơ đóng góp vai trị phát triển cơng nghiệp kinh tế Đồng thời, phương tiện nâng cao tiện nghi đời sống hỗ trợ giao lưu, phát triển văn hóa xã hội Hệ thống lái hệ thống quan trọng ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động ô tô giữ cho ô tô chuyển động xác định theo hướng Một hệ thống lái hoàn thiện kết cấu, điều khiển dễ dàng giúp ta điều khiển xe dễ dàng, thoải mái đảm bảo an tồn xe q trình vận hành khai thác Đồng thời cịn nâng cao tính tiện nghi, đại xe Do vậy, ĐATN mình, em chọn thực đề tài: “Thiết kế tính tốn hệ thống lái sở tơ tải Hyundai HD72” Được hướng dẫn tận tình xuyên suốt thầy giáo: PGS.TS Vũ Tuấn Đạt, giúp đỡ thầy cô môn khí tơ, nỗ lực thân, em hồn thành đề tài Tuy nhiên, kiến thức, kinh nghiệm, thời gian điều kiện có hạn, nên đề tài em cịn nhiều sai xót cịn nhiều vấn đề chưa giải triệt để Vì vậy, em mong nhận bảo thầy cô để em hồn thành tốt đề tài Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành chúc sức khỏe đến thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Vũ Tuấn Đạt, thầy cô giáo môn khí tơ bạn bè giúp đỡ em trình thực đề tài Sinh viên thực Nam Trần Đình Nam CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 1.1 Công dụng, phân loại yêu cầu hệ thống lái 1.1.1 Công dụng hệ thống lái Hệ thống lái giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động tơ (thay đổi hay trì) theo tác động người lái Hệ thống lái tham gia hệ thống điều khiển khác thực điều khiển tơ đóng góp vai trị quan trọng việc đảm bảo an tồn giao thơng tơ chuyển động 1.1.2 Phân loại hệ thống lái Hệ thống lái tơ phân thành nhiều loại tùy vào cấu tạo, vị trí đặt trục dẫn hưỡng khả trợ lực * Phân loại theo cách bố trí vành tay lái  Loại vành tay lái đặt bên trái (dùng cho nước có luật giao thông qui định chiều chuyển động bên phải, đại đa số nước có luật giao thơng bên phải)  Loại vành tay lái đặt bên phải (dùng cho nước có luật giao thơng qui định chiều chuyển động bên trái, có nước thí dụ: Anh, Thụy Điển, Nhật…) * Phân loại theo kết cấu cấu lái  Loại trục vít – lăn  Loại trục vít – cung  Loại bánh –  Loại trục vít – chốt quay  Loại liên hợp (trục vít – ê cu – cung răng) * Phân loại theo số bánh dẫn hướng  Hệ thống lái với bánh xe dẫn hướng cầu trước  Hệ thống lái với bánh xe dẫn hướng cầu sau  Hệ thống lái với bánh xe dẫn hướng tất cầu * Phân loại theo dẫn động lái  Dẫn động lái loại khí  Dẫn động lái loại thủy lực  Dẫn động lái loại điện * Phân loại theo nguyên lý làm việc phận trợ lực lái  Trợ lực lái thủy lực  Trợ lực lái loại khí (khí nén chân không)  Trợ lực lái khí  Trợ lực lái dùng điện 1.1.3 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:  Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm vị trí tiện lợi với người lái  Đảm bảo tính vận hành cao tơ có nghĩa khả quay vòng nhanh ngặt thời gian ngắn diện tích bé  Đảm bảo động học quay vòng để bánh xe khơng bị trượt lết quay vịng  Hệ thống trợ lực lái phải có tính chất tùy 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 1.2 Kết cấu nguyên lý làm việc hệ thống lái ô tô Cùng với đời mẫu mã tơ khác hệ thống lái vô phong phú, đa dạng Điều kết cấu mà nguyên lý hoạt động Tuy nhiên, hầu hết hệ thống lái bao gồm phận chính: Vành lái, trục lái, cấu lái, dẫn động lái Dưới sơ đồ hệ thống lái đơn giản: Vành lái, Trục lái, Cơ cấu lái, Khung xe, Các đòn dẫn động lái Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái đơn giản 1.2.1 Vành lái Vành tay lái phận đặt buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận mô men quay người lái truyền cho trục lái Vành tay lái có cấu tạo tương đối giống loại xe tơ, bao gồm vành hình trịn lõi thép bên ngồi bọc vật liệu nhựa hoạc da, lắp ghép với trục lái then hoa, ren đai ốc Bên vành lái thơng thường có bố trí ba nan hoa 1.2.2 Trục lái Trục lái có nhiệm vụ truyền mô men lái xuống cấu lái Trục lái gồm có trục lái chuyển động truyền chuyển động quay vô 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 Ngoài 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 1.2.3 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 1.2.3.1 Cơ cấu lái bánh Hình 1.2 Sơ đồ cấu lái bánh * Ưu điểm:  Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cấu lái nhỏ thân tác dụng dẫn động lái nên không cần đòn 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 * Phạm vi ứng dụng:  Sử dụng loại ô tô 1.2.3.2 Cơ cấu lái trục vít lăn Hình 1.3 Sơ đồ cấu lái trục vít lăn * Ưu điểm:  Có tỷ số truyền thay đổi  Nhờ trục vít có dạng glo bơ chiều dài trục vít khơng lớn tiếp xúc ăn khớp lâu tiết diện rộng hơn, nghĩa giảm áp suất riêng tăng độ chống mài mòn  Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc phân tán tùy theo cỡ ô tô mà làm lăn có – vịng ren  Có khả điều chỉnh khe hở ăn khớp bánh * Nhược điểm:  Trong trình sử dụng, độ rơ ăn khớp ren trục vít lăn tăng dần lên mòn, độ rơ cấu lái ngày lớn Khi độ rơ lớn hiệu điều khiển cấu lái kém, dẫn đến giảm độ nhạy hệ thống lái * Phạm vi ứng dụng:  Dùng phần lớn tơ Liên Xơ loại có trải trọng bé tải trọng trung bình 16 14.47 14.93 -0.47 14.85 -0.38 14.76 -0.29 14.68 -0.21 14.59 -0.12 18 16.09 16.65 -0.56 16.54 -0.45 16.44 -0.34 16.33 -0.23 16.22 -0.12 20 17.69 18.33 -0.64 18.20 -0.51 18.07 -0.38 17.93 -0.25 17.80 -0.11 22 19.25 19.97 -0.72 19.82 -0.57 19.66 -0.41 19.50 -0.25 19.34 -0.09 24 20.79 21.58 -0.79 21.39 -0.61 21.21 -0.42 21.02 -0.23 20.83 -0.04 26 22.30 23.15 -0.85 22.93 -0.63 22.71 -0.42 22.49 -0.20 22.27 0.02 28 23.78 24.68 -0.89 24.42 -0.64 24.17 -0.39 23.92 -0.14 23.67 0.12 30 25.25 26.16 -0.91 25.87 -0.62 25.59 -0.34 25.30 -0.05 25.01 0.24 32 26.70 27.60 -0.91 27.28 -0.58 26.95 -0.25 26.63 0.07 26.30 0.40 34 28.13 29.00 -0.87 28.63 -0.51 28.27 -0.14 27.90 0.23 27.54 0.59 36 29.54 30.35 -0.81 29.94 -0.40 29.53 0.01 29.12 0.42 28.71 0.83 38 30.94 31.64 -0.70 31.19 -0.25 30.73 0.21 30.28 0.66 29.83 1.11 40 32.33 32.89 -0.56 32.38 -0.05 31.88 0.45 31.39 0.95 30.89 1.44 42 33.71 34.07 -0.36 33.52 0.19 32.97 0.74 32.43 1.28 31.88 1.83 44 35.08 35.20 -0.12 34.60 0.49 34.00 1.09 33.40 1.68 32.81 2.27 45 35.77 35.75 0.02 35.11 0.65 34.49 1.28 33.87 1.90 33.25 2.52 Từ bảng 3-2 bảng 3-3 ta có đồ thị đường đặc tính thực tế: Đường đặc tính lý thuyết thực tế 40 35 30 25 20 15 10 5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 BETA TT BETALT Hình 3.7 Đồ thị đường đặc tính lý thuyết thực tế Theo bảng giá trị ta chọn 𝜃 cho sai lệch so với đường lý thuyết nhỏ nhỏ 10, ta chọn 𝜃 = 130 Các kích thước hình thang lái :  Ta có 𝜃 = 130 48  Độ dài đòn bên l = 203 mm  Độ dài kéo ngang: 𝑛 = 𝑀 − × 𝑙 × 𝑆𝑖𝑛𝜃 = 1450 − × 203 × 𝑆𝑖𝑛13 = 1350,07 (𝑚𝑚) Lấy n = 1350 (mm) 3.4.3 Tính chi tiết dẫn động lái 3.4.3.1 Tính trục lái Chọn vật liệu chế tạo thép C40 không nhiệt luyện, ứng suất xoắn cho phép [𝜏] = 50 ÷ 80 (𝑀𝑁/𝑚 ) Chọn sơ đường kính trục lái theo bảng 3-1: Dt = 30 mm, dt= 21 mm Trục lái có dạng ống chế tạo từ thép tính kiểm tra bền theo ứng suất xoắn: 𝜏= × × , ×( ) (3.15) Trong đó:  R: Bán kính vành lái  D, d: Đường kính ngồi đường kính trục lái Thay số vào công thức (3.15) ta được: 𝜏= 380,18 × 0,25 × 0,03 = 23,16 (𝑀𝑁/𝑚 ) < [𝜏] 0,2 × (0,03 − 0,021 ) Kiểm tra góc xoắn trục: 𝛾= 2×𝜏×𝐿 (𝑟𝑎𝑑) 𝐷×𝐺 Trong đó:  L: Chiều dài trục  G: mô đun đàn hồi, G = 8.104  Góc xoắn cực đại khơng vượt 5,50 ~ 7,50 mét chiều dài Thay số vào cơng thức ta được: 𝛾= × , , × × × = 0,0193 (thỏa mãn) Thỏa mãn điều kiện cho phép, ta chọn kích thước sơ làm kích thước thực tế 3.4.3.2 Tính bền đòn dẫn động lái a, Đòn quay đứng 49 Kinh nghiệm cho thấy lực cực đại tác dụng lên địn kéo dọc thường khơng vượt q trọng lượng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng Vì vậy, tính địn quay đứng nên chọn lực lớn hai lực tính tốn theo cơng thức để tính tốn: N = 0,5.G1 = 0,5.20483 = 10241,5 (N) Trong đó:  G1: trọng lượng tác dụng lên cầu dẫn hướng = 20483 (N)  Ld: chiều dài đòn quay đứng, Chọn theo bảng 3-1 N= P R i η l = 380,18.0,25.18,4.0,87 = 6915,82 (N) 0,22 Khi tính bền ta tính tiết diện nguy hiểm Chọn vật liệu chế tạo đòn quay đứng thép 40X Hình 3.8 Cấu tạo địn quay đứng Chọn kích thước sơ mặt cắt 1-1: a= 40 mm, b= 20 mm * Kiểm tra đòn đứng theo uốn: Ta tính tiết diện nguy hiển I-I Coi địn quay đứng có mặt cắt hình chữ nhật 𝑊 = 𝑎 𝑏 40 × 20 = = 2,67 10 (𝑚 ) 6 Mu= N.ld =6915,82.0,22 = 1521,48 (N.m ) (chọn ld = 220 mm) 𝛿 = = , , = 569,84 (MN/m2) Vật liệu chế tạo thép 40X nên ta có:   =1000 (MN/m2) Vậy 𝛿 = 569,84 (𝑀𝑁/𝑚 ) <   = 1000 (MN/m2) thỏa mãn điều kiện bền uốn * Kiểm tra đòn quay đứng theo xoắn: 50 τ= M N c = W α b a Trong đó:  c: Khoảng cách từ tâm tiết diện đến tâm rotuyn (chọn c = 50 mm)  α: Được chon theo bảng sau đây: Bảng 3-4: Bảng hệ số α a/b 1.2 1.25 1.5 1.75 2.5  0.208 0.219 0.221 0.231 0.239 0.253  Với = = 2, ta chọn  =0.239 τ= , , × , × , = 45,21 (MN/m2) × , Vật liệu chế tạo thép 40X nên ta có:   = (150  310) (MN/m2)  =45,21 (MN/m2) <   Thỏa mãn giới hạn cho phép b, Thanh kéo Trên dọc có lực N = 6915,82 (N) tác dụng Đối với ngang, lực tác dụng tính theo trường hợp nguy hiểm cầu dẫn hướng: 𝑄= × = × × × × Trong đó:  G1 : trọng lượng tác dụng lên bánh xe trước ôtô trạng thái tĩnh  m1p: hệ số phân bố trọng lượng lên cầu dẫn hướng phanh, chọn theo bảng 3-1  𝜑 : hệ số bám, chọn 𝜑 = 0,8  a : chọn sơ theo phần tính tốn trước, a = 40 mm 𝑏 = 𝑙 × 𝑐𝑜𝑠 𝜃 = 203 × 𝑐𝑜𝑠 13° = 197,8 (𝑚𝑚) Thay vào cơng thức (3.16) ta có: 𝑄= 20483 × 1,4 × 0,8 × 40 = 2319,6 (𝑁) × 197,8 Các địn dẫn động làm thép ống 40X Tiết diện kéo: 51 (3.16) Hình 3.9.Tiết diện kéo Kích thước địn dẫn động chọn theo bảng 3-1:  Đòn kéo dọc: Ddd = 40 (mm); ddd = 30 (mm);  Đòn kéo ngang: Ddn = 40 (mm); ddn = 30 (mm); * Ứng suất nén kéo < [𝜎 ] = 25 ÷ 52 (𝑀𝑁/𝑚 ) 𝜎 = (3.17) * Ứng suất uốn kéo 𝜎 = × × (3.18) × Trong đó:  E: modun đàn hồi kéo E = 2.105 (MN/m2)  l: chiều dài kéo dọc l = 800 (mm)  Jt : momen qn tính tiết diện ngang địn kéo dọc: 𝐽 = 0,049 × (𝐷 − 𝑑 ) = 0,049 × (0,04 − 0,03 ) = 8,575 × 10 (𝑚 ) * Ứng suất nén dọc: Trong đó:  [n ]: ứng suất nén cho phép, chọn [n ] =25 (MN/m2)  Fd: tiết diện dọc : 𝐹 = 𝜋 × (𝐷 − 𝑑 ) 𝜋 × (40 − 30 ) = = 550 (𝑚𝑚 ) 4 Thay số vào công thức (3.17) ta được: 𝜎 = , × = 12,57 (MN/m2) Thay số vào cơng thức (3.18) ta tính ứng suất uốn dọc: 𝜎 = 𝜋 × × 10 × 8,575 × 10 550 × 10 × 0,80 52 = 480,86(MN/m2) Hệ số dự trữ tính cho địn kéo dọc: 𝑛 = 𝜎 𝜎 = 480,86 = 38,25 > [𝑛 ] = 1,8 ÷ 12,57 Như địn kéo dọc đảm bảo độ bền * Ứng suất nén ngang: 𝜎 = = , = 4,21 (MN/m2) * Ứng suất uốn ngang: 𝜎 = 𝜋 × × 10 × 8,575 × 10 550 × 10 × 1,350 = 160,86(MN/m2) Trong đó:  Chiều dài địn ngang: n=1350mm Hệ số dự trữ cho đòn kéo ngang: 𝑛 = 𝜎 𝜎 = 160,86 = 40,1 > [𝑛 ] = 1,8 ÷ 4,21 Vậy địn kéo ngang đảm bảo độ bền c, Kiểm tra địn bên Hình 3.10 Sơ đồ tính tốn địn bên Kích thước:  Chiều dài địn bên: l = 203 (mm)  Tiết diện tính tốn hình chữ nhật: bb = 70 (mm); hb= 50 (mm) Để đảm bảo an tồn tính ổn định q trình làm việc, địn bên làm thép 20X, có ứng suất uốn cho phép: [u] = 250 (MN/m2) Đòn bên dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn Do ta tính theo điều kiện bền uốn Đòn bên chịu lực lớn phanh - lực dọc N Mơmen uốn tác dụng lên địn bên xác định theo cơng thức sau: 53 Mu = l.Ncos  = 0,203.6915,82.cos130 = 1367,92 (Nm) Ta tính ứng suất tiết diện nguy hiểm chỗ giao hai tiết diện cầu trước đòn bên 𝜎 = 𝑀 𝑊 Trong đó: 𝑊 = Suy ra:σ = = × , , × = , × , = 2,91 × 10 (m3) = 47,08 (MN/m2) Vậy σ u  σ u  nên đòn bên thoả mãn điều kiện bền uốn d, Rotuyn lái Chọn vật liệu chế tạo khớp cầu thép 20XH có  cd   30 N / mm , khớp cầu kiểm nghiệm theo ứng suất chốn dập vị trí làm việc kiểm tra độ bền cắt vị trí ngàm Lực tác dụng lên khớp cầu lực tác dụng lên địn quay đứng, PD=N=6915,82 (N) Hình 3.11 Sơ đồ lực tác dụng bán kính khớp cầu Kiểm tra ứng suất chèn dập bề mặt làm việc khớp cầu: 𝛿 (3.19) = Trong đó:  F – diện tích tiếp xúc mặt cầu đệm rotuyn Trong thực tế làm việc, diện tích làm việc chiếm 2/3 bề mặt khớp cầu Nên bề mặt chịu lực tiếp xúc chiếm 1/2 2/3 = 1/3 bề mặt khớp cầu 54 𝐹=  ×π×𝐷 D: đường kính khớp cầu, chọn theo thực tế D = 35 mm Thay số vào công thức (3.19) ta được: 𝛿 , = × , = 5,39 N/𝑚𝑚 < [𝛿 ] × Thỏa mãn điều kiện chèn dập bề mặt làm việc khớp cầu * Kiểm tra theo độ bền cắt Kiểm tra khớp cầu vị trí nguy hiểm (vị trí ngàm), với ứng suất cắt cho phép là:  c   80 N / mm Ứng suất cắt tính theo cơng thức sau: (3.20) 𝜏 = Trong đó: 𝐹 = = , = 916,625 𝑚𝑚 Thay số vào công thức 3.20 ta được: 𝜏 = = , , = 7,54 𝑁/𝑚𝑚 < [𝜏 ] Thỏa mãn điều kiện cắt tiết diện nguy hiểm Vậy khớp cầu đủ bền q trình làm việc 3.5 Tính tốn thiết kế trợ lực lái 3.5.1 Xác định lực cần thiết trợ lực lái Giả định cường hóa lái sinh lực đặt vành tay lái kí hiệu Ptl, ta có biểu thức sau: Pvl = Pnl + Ptl Trong đó:  Pvl : lực cản quay từ vành lái Pvl = (𝑁)  Pnl : lực người lái tác dụng vào vành lái Chọn P nl = (150 ÷ 200) = 150 (𝑁)  Ptl : lực từ trợ lực lái Thay số vào công thức (3.21) ta được: 380,18 = 150 + Ptl 55 (3.21) => Ptl = Pvl - Pnl = 380,18 – 150 = 230,18 (N) Vậy phần trăm trợ lực là: × 100% = 60,54 % 3.5.2 Đặc tính trợ lực Theo giáo trình [1] đặc tính cường hố rõ đặc trưng q trình làm việc cường hố lái Nó biểu thị mối quan hệ lực mà người lái đặt lên vành tay lái Pl mômen cản quay vịng bánh dẫn hướng Mc (cơng thức…).Qua ta thấy khơng có cường hố lực đặt lên vành tay lái phụ thuộc vào mơmen cản quay vịng bánh xe dẫn hướng: Pl  A.M c ( N ) Với A= (3.22) = số R.i id th Do đường đặc tính đường bậc qua gốc toạ độ Theo tính tốn phần trước quay vịng ơtơ chỗ mơmen cản quay vịng lớn nhất, toạ độ xác định điểm đường đặc tính B (979,35; 380,18) Vậy đường đặc tính xác định P1 = f(M1) qua gốc toạ độ qua điểm B Khi hệ thống lái lắp cường hố đường đặc tính của biểu thị mối quan hệ lực tác dụng lên vành tay lái mơmen cản quay vịng bánh xe dẫn hướng Mc Đây mối quan hệ bậc Khi van phân phối vị trí trung gian lực cường hố quy dẫn lên vành tay lái Pc = nên mômen cản quay vịng Mc = Do cường hố thiết kế với van phân phối có xoắn định tâm, va đập mặt đường truyền ngược lên vành tay lái, nằm giới hạn lực xoắn sơ ban đầu xoắn lực truyền lên vành tay lái Nếu lực ngược mà vượt q giới hạn xoắn xoắn tiếp dẫn đến van bị xoay cường hoá bắt đầu làm việc Cụ thể, chọn điểm bắt đầu cường hoá: Chọn P0= 25 (N), thay số vào công thức (3.22) ta được: 𝑀 = = = 64,4 (𝑁𝑚) , Ta tọa độ điểm A (64,4; 25) Khi lực đặt lên vành tay lái lớn 25 (N) đường đặc tính đặc trưng cho hoạt động cường hoá giai đoạn đường bậc có độ dốc thấp so với đường đặc tính chưa có cường hố (độ dốc cần thiết phải có để đảm bảo cho người lái có cảm giác sức cản mặt đường tác dụng lên vành tay lái) Khi mômen cản quay 56 vịng lớn Mc = 979,35(Nm) hệ thống lái làm việc hệ thống lái khí ban đầu (cường hoá làm việc hết khả năng) Cụ thể người lái muốn quay vịng ơtơ phải tác dụng lên vành tay lái lực Pl > Pc Đồ thị đường đặc tính chưa cường hoá P0 = f(M0) lắp cường hố Pt = f(Mt) thể hình đây: A O Hình 3.12 Đồ thị đặc tính trợ lực Nhận xét: Đặc tính chưa có cường hố đường bậc nhất, đoạn OB Đặc tính có cường hoá đường bậc gãy khúc thấp đường đặc tính chưa có cường hố  Đoạn OA: P0 = f(M0) lực người lái hoàn tồn đảm nhận Bộ cường hố chưa làm việc  Đoạn AC: Pt = f(Mt) biểu thị lực mà người lái cảm nhận chất lượng mặt đường Chọn Pnl = 150 (N), Mcq =979,35 Điểm C (979,35; 150)  Từ C trở đi: Pc = f(Mc) song song với đường P1 = f(M1) Hiệu số toạ độ hai đường Pc Pl lực tạo nên cường hoá Lực phải phụ thuộc vào áp suất mơi trường làm việc đường kính xilanh 3.5.3 Tính tốn xilanh lực Kích thước xy lanh lực cần phải đủ lớn để đảm bảo sinh lực cần thiết áp suất chất lỏng hệ thống trợ lực lái có giới hạn Với hệ thống lái có cường hố, để người lái giữ cảm giác mặt đường ta chọn lực lớn người lái đặt vào vành lái là: Pnl = 150 (N) 57 Mơmen quay vịng người lái lớn quy dẫn đến trụ xoay đứng: Mlmax=Pnl.Rv.icc..idd = 150.0,25.18,4.0,7.1 = 400 (Nm) Mơmen cản quay vịng trục đòn quay đứng thu nhận xy lanh lực: MCqmax = MCmax – MLqma= 979,35 - 400 = 579,35 (Nm) Lực cản dọc trục cản chuyển động tịnh tiến êcu-bi thu nhận xy lanh lực: 𝑃 = = = = , = 19311,67 (N) , Diện tích xy lanh lực: 𝐹 = 𝐷 −𝑑 , × = 3,22 × 10 (m2) Trong đó:  dt: đường kính trục vít, dt =18 (mm)  Dxl: Đường kính xy lanh lực (mm)  Pmax = (MN/m2) - Áp suất dầu cực đại Ta có đường kính xy lanh lực: 𝐷 = 4×𝐹 +𝑑 𝜋 = × 3,22 × 10 𝜋 × 10 + 18 = 66,5(𝑚𝑚) Tính đường kính ngồi kiểm tra bền xy lanh lực: Chọn vật liệu chế tạo: Xy lanh lực chịu áp suất p = 80 (KG/cm2) nên ta chọn vật liệu chế tạo gang cầu Tính độ bền xy lanh lực: Khi tính độ bền xy lanh lực thường bỏ qua tác động ngẫu nhiên lên (va đập từ bên ngồi…) mà để ý ảnh hưởng áp suất chất lỏng bên xy lanh Xy lanh xem ống thành dày Chiều dày thành xylanh ta chọn theo kinh nghiệm thực tế: t =10 (mm) Với vật liệu gang cầu ta có: [] = 700 (𝐾𝐺/𝑐𝑚 ) Đường kính ngồi xy lanh lực: dn = Dxl + 2.t= 66,5 + 2.10 = 86,5 (mm) Ứng suất xy lanh lực xác định theo công thức: 𝜎= 𝑝 + 𝑝 = Vậy xy lanh thỏa mãn điều kiện bền 58 , , , , × 60= 233,42 (𝐾𝐺/𝑐𝑚 ) 3.5.4 Tính sơ hành trình làm việc piston Xét bánh xe dẫn hướng đặt tay đòn ngang: Góc quay lớn bánh xe dẫn hướng là: 𝜙 =𝜙 +𝜙 Với max đòn quay đứng quay góc: 𝜙 = ×𝛼 × 37,76 =41,19° = Với max địn quay đứng quay góc: 𝜙 = ×𝛽 × 30,76 =33,55° = Góc quay tồn địn quay đứng: 𝜙 =𝜙 = 41,19°+33,55° = 74,74° Góc quay lớn bánh rẻ quạt từ vị trí trung gian góc quay lớn địn quay đứng, góc đánh lái lớn vơ lăng từ phía trái sang phải là: 𝛼 =𝜙 ax = 74,74o Hành trình SC piston chiều dài cung trịn bánh rẻ quạt ứng với góc quay lớn 𝛼 𝑆 = 𝛼 𝜋 𝑑 74,74 𝜋 +4= 30 + ≈ 43 (𝑚𝑚) 180 180 3.5.5 Xác định lưu lượng bơm dầu Năng suất bơm xác định từ điều kiện cho xylanh lực cường hóa phải kịp làm quay bánh xe dẫn hướng nhanh người lái Lưu lượng bơm dầu phải thỏa mãn điều kiện: 𝑄 × 𝜂 × (1 − 𝛿) ≥ 𝐹 × Trong đó:  Qb: suất định mức bơm, 𝑐𝑚 /𝑠  ηb: hiệu suất thể tích bơm áp suất =0,75  F: diện tích piston, xylanh lực  δ: độ hao hụt dầu hệ thống (δ = 0,05 ÷ 0,1)  : tốc độ piston, xy lanh lực (m/s) Đối với cường hố có xilanh lực đặt cấu lái: 59 (3.23) 𝑑 = × 𝜋 × 𝑑 × 𝑛 × 𝑡𝑔𝛾 𝑑 60 Trong đó:  dt: đường kính trục vít, dt = 18 (mm)  : góc nghiêng đường ren vít,  = 45  nv: số vòng quay cực đại vành tay lái người lái thực phút, nv = 60 (v/p) Thay số vào cơng thức (3.22) ta có: 𝑄 × 0,75 × (1 − 0,1) ≥ 3,22 × 10 × × 𝜋 × 18 × 10 60 × 60 × 𝑡𝑔45 𝑄 ≥ 2,697 × 10 (𝑚 /𝑠) Vậy ta có suất định mức bơm Qb = 26,97 (cm3/s) Chọn bơm cường hoá: Bơm cánh gạt kép có kết cấu nhỏ, hiệu suất từ 0.7  0.9, áp suất đạt 100 (at), lưu lượng từ  100 (lít/phút) 60 KẾT LUẬN Trên toàn nội dung thuyết minh đồ án em Có thể thấy đồ án khơng cung cấp cho em kiến thức bổ ích chuyên ngành mà giúp em tổng hợp lại kiến thức môn học khác chi tiết máy, sức bền, …… Sau thời gian nghiên cứu, tính tốn thiết kế, giúp đỡ tận tình, bảo Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Vũ Tuấn Đạt Thầy cô môn, bạn lớp em hồn thành cơng việc sau dựa số liệu xe thiết kế:  Thiết kế, tính tốn cấu lái trục vít – ecubi cung  Thiết kế hình thang lái  Kiểm tra bền cấu lái, dẫn động lái  Thiết kế trợ lực lái Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian kinh nghiệm thiết kế cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi nhứng thiếu sót Vì em mong nhận bảo Thầy để thiết kế em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Hoan, Thiết kế tính tốn tơ NXB Giáo dục Việt Nam Hà Nội, 2018 [2] Ngô Hắc Hùng, Kết cấu tính tốn tơ NXB Giao thơng vận tải Hà Nội, 2008 [3] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập & NXB Giáo dục Hà Nội, 2006 [4] Nguyễn Hùng Mạnh, Trương Mạnh Hùng, Cấu tạo ô tô NXB Giao thơng vận tải Hà Nội, 2021 [4] Trương Tất Đích, Chi tiết máy tập & NXB Giao thông vận tải Hà Nội, 2006 [5] Các tài liệu thông số kỹ thuật ô tô Hyundai HD72 62