Tính toán, thiết kế hệ thống lái của xe Huyndai 8,5 tấn – Huyndai HD170 sử dụng công cụ Inventor

Trong tình hình phát triển kinh tế như hiện nay thì ở các cảng nói riêng và các đầu mối giao thông vận tải nói chung việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật vào công tác cơ giới hóa xếp dỡ là rất quan trọng và cần thiết vì nó có thể nâng cao năng suất lao động và giảm nhẹ sức lao động. Bất cứ hoạt động nào muốn có hiệu quả và có thể tồn tại lâu dài trên thương trường thì phải không ngừng cải tiến chất lượng sản xuất kinh doanh. Do đó, ngoài công tác quản lý, tổ chức sản xuất hợp lý còn đòi hỏi phải đầu tư trang thiết bị, máy móc vận chuyển và xếp dỡ tốt. Để đáp ứng được yêu cầu đó khoa cơ khí trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh đã trang bị cho các sinh viên trong viện những kiến thức cơ bản về trang thiết bị máy xếp dỡ và vận tải, đồng thời tạo điều kiện cho sinh viên làm quen với các công tác xếp dỡ và bố trí các trang thiết bị xếp dỡ.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI CỦA XE HUYNDAI 8,5 TẤN – HUYNDAI HD170 SỬ DỤNG CÔNG CỤ INVENTOR

Ngành : KỸ THUẬT Ô TÔ Chuyên ngành: CƠ KHÍ Ô TÔ

Giảng viên hướng dẫn : Th.s Phạm Văn Thức Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đỗ Quốc Trung MSSV: 1951080215 Lớp : CO19B

TP Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 9 năm 2023

i

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy cô Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải TP Hồ Chí Minh, bộ môn Cơ khí, khoa Cơ khí ô tô đã truyền đạt những kiến

thức quý báu, những hành trang quan trọng cho chúng em trong quá trình học tập tại

trường Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn Ths.Phạm Văn Thức, người đã

giúp đỡ và đưa ra rất nhiều ý kiến cũng như lời khuyên tốt để em có thể hoàn thành được đề tài luận văn tốt nghiệp này

Đối với sinh viên kỹ thuật chúng em khoảng thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp là rất quan trọng, qua đó giúp chúng em tổng kết lại kiến thức và có nhiều kinh nghiệm

hơn khi bước vào những công việc thực tế sau khi tốt nghiệp Đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống lái của xe Huyndai 8,5 tấn – Huyndai HD170 sử dụng công cụ Inventor” là thành quả nghiên cứu của em trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp

Với sự cố gắng của em và sự giúp đỡ nhiệt tình từ thầy Ths.Phạm Văn Thức, kết

quả nghiên cứu của em đã đạt được những thành tựu nhất định Tuy nhiên, điều kiện thời gian cũng như trình độ còn hạn chế, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong có được những đóng góp chân thành và công tâm của quý thầy cô để đề tài của em có thể hoàn thiện hơn

Bên cạnh đó, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy trưởng bộ môn cơ khí ô tô đã tạo điều kiện thuận lợi để em tiếp cận, tìm hiểu và hoàn thiện đề tài tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn

Tp Hồ Chí Minh ngày 11 tháng 9 năm 2023 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đỗ Quốc Trung

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Hệ thống lái đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và khả năng điều khiển của một chiếc xe Nó không chỉ tác động đến sự thoải mái và tiện ích của người lái, mà còn ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và tối ưu hóa năng lượng của xe, cũng như độ tin cậy của toàn bộ hệ thống

Quá trình tính toán và thiết kế hệ thống lái là việc phức tạp và vô cùng quan trọng để đảm bảo rằng xe có thể hoạt động một cách ổn định và an toàn Nội dung chính của bài được chia thành bốn chương như sau:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài: Trình bày khái quát về tầm quan trọng

của hệ thống lái đối với hoạt động của một chiếc xe, giới thiệu về vai trò của hệ thống lái trong việc đảm bảo an toàn cho người lái và hành khách, khả năng điều khiển và lái xe dễ dàng, cũng như tầm quan trọng của việc tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng

Chương 2: Tổng quan về hệ thống lái xe Huyndai HD170: Tìm hiểu về hệ thống

lái của xe Huyndai HD170, trình bày về cấu trúc và các thành phần chính của một số hệ thống lái, chọn phương án để thiết kế hệ thống lái của xe Huyndai HD170 để tiếp tục quá trình tính toán

Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống lái xe Huyndai HD170: Tính toán và

thiết kế hệ thống lái của xe Huyndai HD170, xác định các thông số kỹ thuật quan trọng như tỷ số truyền, trục vít, êcu bi thanh răng, bánh răng rẻ quạt và các yếu tố liên quan khác đến hệ thống lái

Chương 4: Xây dựng mô hình 3D cơ cấu lái và mô phỏng chuyển động bằng phần mềm Inventor: Sử dụng phần mềm Inventor để xây dựng mô hình 3D của cơ cấu

lái trong hệ thống lái và mô phỏng chuyển động của cơ cấu lái

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

PHẦN LIỆT KÊ CÁC TỪ VIẾT TẮT x

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI XE HUYNDAI HD170 3

2.1 Những vấn đề chung của hệ thống lái 3

2.1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại 3

2.1.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống lái 3

2.1.1.2 Yêu cầu của hệ thống lái 4

2.1.1.3 Phân loại của hệ thống lái 5

2.1.2 Vấn đề quay vòng và dẫn hướng đối với ô tô 6

2.1.2.1 Vấn đề quay vòng của xe 6

2.1.2.2 Vấn đề dẫn hướng của xe 8

2.1.3 Các góc kết cấu của bánh xe dẫn hướng 9

2.1.3.1 Góc nghiên ngang bánh xe dẫn hướng (Camber) 9

2.1.3.2 Góc nghiêng dọc bánh xe dẫn hướng (độ chụm – toe in, toe uot) 10

2.1.4 Các góc đặt trụ đứng của bánh xe dẫn hướng 11

2.1.4.1 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin) 11

2.1.4.2 Góc nghiêng dọc trụ đứng (Caster) 13

iv

2.1.5 Trợ lực lái 14

2.1.5.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại trợ lực lái 14

2.1.5.2 Các cụm cơ bản và sơ đồ tổng quát của trợ lực lái 14

2.1.5.3 Nguyên lý làm việc của trợ lực lái thủy lực 16

2.2 Giới thiệu chung về xe tải HUYNDAI HD170 17

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế 19

2.3.1 Lựa chọn phương án dẫn động lái 19

2.3.2 Lựa chọn cơ cấu lái 20

2.3.2.1 Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng 20

2.3.2.2 Cơ cấu lái trục vít – êcu bi thanh răng – cung răng 21

3.1 Thiết kế dẫn động lái 25

3.1.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái 25

3.1.1.1 Tỷ sô truyền của cơ cấu lái iω 25

3.1.1.2 Tỷ số của dẫn động lái id 25

3.1.1.3 Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái ig 26

3.1.1.4 Tỷ số truyền lực của hệ thống lái Il 26

3.1.2 Tính toán động học của hệ thống lái 30

3.1.2.1 Tính toán động học của hình thang lái 30

3.1.2.2 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết 32

3.1.2.3 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế 33

3.1.2.4 Xác định góc quay vành lái và bán kính quay vòng ô tô 35

3.1.3 Tính toán các chi tiết cảu dẫn động lái 37

3.1.3.1 Tính trục lái 37

3.1.3.2 Tính đòn quay đứng 38

3.1.3.3 Tính đòn kéo dọc 40

v

3.1.3.4 Tính đòn kéo ngang 41

3.1.3.5 Tính đòn kéo bên 44

3.1.3.6 Tính khớp cầu (Rơ tuyn) 45

3.2 Tính toán cơ cấu lái trục vít – êcu bi thanh răng – cung răng 47

3.2.1 Thông số hình học 47

3.2.2 Thiết kế bộ truyền trục vít – êcu bi 47

3.2.3 Thiết kế bộ truyền thanh răng – cung răng 51

3.2.3.1 Chọn vật liệu 52

3.2.3.2 Xác định các thôn số của bộ truyền 52

3.2.3.3 Tính bánh răng rẻ quạt theo độ bền uốn 55

3.3 Thiết kế trợ lực lái 55

3.3.1 Yêu cầu về phương án chọn trợ lực lái 55

3.3.2 Lựa chọn phương án bố trí trợ lực lái 56

3.3.2.1 Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái 56

3.3.2.2 Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái 57

3.3.2.3 Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, tách biệt với xi lanh 58

3.3.2.4 Van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau 59

3.3.3 Xây dựng đặc tính cường hóa lái 61

3.3.4 Xác định lực tính toán 63

3.3.5 Tính toán xilanh lực 64

3.3.6 Tính các chi tiết của van phân phối 67

3.3.6.1 Tính góc xoay của van xoay 67

3.3.6.2 Các thông số khác 68

3.3.6.3 Tính toán thanh xoắn 68

vi

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D CƠ CẤU LÁI BẰNG CÔNG CỤ

INVENTOR 70

4.1 Khái quát cơ bản về phần mềm AUTODESK INVENTOR 70

4.2 Mô hình hóa cơ cấu lái trục vít - êcu bi thanh răng – cung răng 71

KẾT LUẬN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Một số dạng kết cấu thay đổi hướng chuyển động của ô tô 7

Hình 2.2 Nguyên lý cơ sở về sự quay vòng ô tô 8

Hình 2.3 Góc nghiên ngang của bánh xe 9

Hình 2.4 Định nghĩa độ chụm của bánh xe dẫn hướng 11

Hình 2.5 Định nghĩa góc nghiêng ngang của trụ đứng 12

Hình 2.6 Kết cấu góc nghiêng ngang trụ đứng trên ô tô 12

Hình 2.7 Đinh nghĩa góc nghiêng dọc trụ dứng 13

Hình 2.8 Các sơ đồ bố trí trợ lực lái 15

Hình 2.9 Sơ đồ, nguyên lý làm việc của mạch trợ lực thủy lực 16

Hình 2.10 Sơ đồ dẫn động hình thang lái 4 khâu bản lề 19

Hinh 2.11: Sơ đồ cơ cấu lái thanh răng bánh răng 20

Hình 2.12: Cơ cấu lái trục vít - êcu bi thanh răng - cung răng 22

Hình 2.13: Cơ cấu lái trục vít con lăn 23

Hình 3.1 Sơ đồ trụ đứng nghiên trong mặt phẳng ngang 26

Hình 3.2 Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái 27

Hình 3.3 Điểm đặt lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vòng 28

Hình 3.4 Sơ đồ động học hình thang lái khi xe đi thẳng 31

Hình 3.5 Sơ đồ động học quay vòng của ô tô có hai bánh dẫn hướng phía trước 32

Hình 3.6 Các giá trị xác định hình thang lái thực tế 33

Hình 3.7 Đồ thị đặc tính động học hình thang lái 35

Hình 3.8 Bán kính quay vòng ô tô 36

Hình 3.9 Thông số kích thước trục 37

Hình 3.10 Sơ đồ biểu diễn các kích thước của đòn quay đứng 38

Hình 3.11 Sơ đồ lực tác dụng lên đòn ngang hình thang lái 42

viii

Hình 3.12 Biểu đồ mô men uốn của đòn bên lái lái 44

Hình 3.13: Sơ đồ kết cấu khớp cầu (Rô tuyn) 45

Hình 3.14 Cơ cấu lái trục vít – ê cubi thanh răng – cung răng 47

Hình 3.15 Các thông số của trục vít – ê cubi – thanh răng – cung răng 48

Hình 3.16 Cơ cấu lái liên hợp 51

Hình 3.17 Bộ cường hóa lái bố trí CCL – VPP - XLL thành một cụm 57

Hình 3.18 Bộ cường hóa bố trí CLL riêng, XLL và XPP thành một cụm riêng 58

Hình 3.19 Bộ cường hóa bố trí van phân phối cơ cấu lái và xilanh lực đặt riêng rẽ 59

Hình 3.20 Bộ cường hóa bố trí van phân phối và cơ cấu lái 60

Hình 3.21 Đồ thị đặc tính của bộ cường hóa lái 61

Hình 3.22 Sơ đồ hành trình dịch ngang của thanh kéo khi xe quay vòng lớn nhất 65

ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Thông số xe tải hyunDai HD170 18 Bảng 2: Quan hệ giữa β và α theo lý thuyết 33 Bảng 3: Bảng giá trị quan hệ giữa β và α phụ thuộc vào góc 𝜃 34

x

PHẦN LIỆT KÊ CÁC TỪ VIẾT TẮT

1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài

- Thiết kế hệ thống lái là một lĩnh vực không kém quan trọng trong ngành kỹ thuật ô tô và cơ khí Với sự nghiên cứu phát triển và đưa vào thực tế những công nghệ mới cũng như nhu cầu ngày càng tăng về an toàn và hiệu suất của xe hơi, đối với một sinh viên cơ khí ô tô em đã quan tâm và được thu hút bởi lĩnh vực này

- Hệ thống lái là một phần quan trọng của một chiếc xe và ảnh hưởng nhiều đến sự an toàn và trải nghiệm lái xe của người lái Nghiên cứu, phát triển và cải tiến hệ thống lái phù hợp sẽ giúp giảm nguy cơ tai nạn giao thông và đảm bảo rằng xe sẽ di chuyển an toàn và dễ dàng trong mọi điều kiện Nếu thiết kế ra hệ thống lái tốt sẽ giảm thiểu được chi phí bảo trì và sữa chữa, tăng cường hiệu xuất vận hành của xe Nó cũng sẽ tăng tính cạnh tranh và mang lại nhiều lợi ích cho những công ty khi xe của họ có hệ thống lái tốt Và từ đó đưa tên tuổi, thương hiệu của những chiếc ô tô có hệ thống lái tốt đi khắp thế giới

- Thiết kế hệ thống lái đang rất có triển vọng trong tương lai Em mong muốn học được các kỹ năng và kiến thức về cơ khí, động lực học, vật liệu, điện tử và tính toán số để thiết kế và tính toán các thông số kỹ thuật của hệ thống lái Ngoài ra, việc nghiên cứu để tính toán thiết kế hệ thống lái cũng giúp em nắm được rõ hơn về các tiêu chuẩn an toàn và quy định liên quan đến hệ thống lái, giúp em có được tầm nhìn tổng thể và hiểu rõ hơn các yêu cầu an toàn và hiệu suất của hệ thống lái

- Với những luận điểm về hệ thống lái nêu trên, em quyết định lựa chọn đề tài luận

văn tốt nghiệp “ Tính toán, thiết kế hệ thống lái của xe HUYNDAI 8,5 tấn – HUYNDAI HD170 sử dụng công cụ INVENTOR” với mục đích nắm rõ về cấu tạo

của hệ thống lái cũng như học hỏi được những công nghệ, các giải pháp thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất và an toàn của hệ thống lái

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu những ảnh hưởng có thể xảy ra trên hệ thống lái đang thiết kế và phân tích những ảnh hưởng đó tác động như thế nào đến hiệu suất và an toàn của hệ thống lái, bao gồm: Độ chính xác, độ bền, độ nhạy cảm, độ tin cậy và độ ổn định cũng như nhiều vấn đề liên quan khác tác động đến hệ thống lái

2

- Tối ưu hóa hiệu suất cũng như đáp ứng được sự an toàn của hệ thống lái trên xe tải Huyndai HD170

- Tìm hiểu những ảnh hưởng có thể xảy ra trên hệ thống lái đang thiết kế và phân tích những ảnh hưởng đó tác động như thế nào đến hiệu suất và an toàn của hệ thống lái, bao gồm: Độ chính xác, độ bền, độ nhạy cảm, độ tin cậy và độ ổn định

- Thiết kế và phát triển hệ thống lái hiện được sử dụng trên xe HUYNDAI HD170 để đáp ứng các tiêu chuẩn về hiệu suất và an toàn

- Hiểu rõ cấu tạo chi tiết và nguyên lí hoạt động của hệ thống lái, từ đó tính toán thiết kế và vẽ mô hình 3D mô phỏng lại hế thống lái bằng công cụ Inventor

1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu xoay quanh việc nghiên cứu để tính toán và đưa ra phương án để thiết kế hệ thống lái xe HUYNDAI HD170 và vẽ mô phỏng lại hệ thống lái từ những thông số tính toán được

- Đối tượng của đề tài nghiên cứu gói gọn trong hệ thống lái của xe HUYNDAI HD170

3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI XE HUYNDAI HD170 2.1 Những vấn đề chung của hệ thống lái

2.1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại

2.1.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống lái

- Hệ thống lái có vai trò rất lớn việc thay đổi phương chuyển động của ô tô bằng cách điều khiển quay các bánh xe để tạo ra chuyển động thẳng hoặc chuyển động cong khi cần thiết

- Để quay vòng một chiếc ô tô cần có mô-men quay vòng Mô-men quay vòng được tạo ra bằng cách tạo ra các phản lực bên trong quá trình quay bánh xe dẫn hướng Thao tác điều khiển hướng chuyển động của xe thông qua hệ thống lái diễn ra theo quy trình như sau:

+ Vành lái: Tài xế tác động lực lên vô lăng, vô lăng nhận lực tác động này và chuyển tiếp nó xuống trục lái

+ Trục lái: Trục lái là thành phần quan trọng chịu trách nhiệm truyền mô-men từ vô lăng vào cơ cấu lái

+ Cơ cấu lái: Cơ cấu lái tăng mômen truyền từ trục lái và chuyển đổi nó thành chuyển động của các thanh dẫn động lái

+ Các thanh dẫn động lái: Chịu trách nhiệm truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng Thông qua các liên kết và bộ truyền động, chuyển động được truyền từ cơ cấu lái tới bánh xe, từ đó thay đổi hướng di chuyển của xe

- Kết cấu lái của mỗi loại xe có thể khác nhau, phụ thuộc vào cấu trúc và thiết kế chung của xe đó Các loại xe khác nhau có thể có các cơ cấu lái đặc biệt phù hợp với yêu cầu cụ thể của chúng Tuy nhiên, quá trình điều khiển hướng chuyển động của xe thông qua hệ thống lái vẫn tuân theo nguyên tắc chung

- Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay vòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái quay vòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo

4

2.1.1.2 Yêu cầu của hệ thống lái

- An toàn khi tham gia giao thông vận tải bằng ô tô là một yếu tố cực kỳ quan trọng và là chỉ tiêu hàng đầu để dánh giá chất lượng một chiếc ô tô Hệ thống lái đóng vai trò quan trọng trong đảm bảo an toàn và ổn định chuyển động của ô tô Để đáp ứng yêu cầu này, hệ thống lái cần đáp ứng những điều sau đây:

+ Quay vòng ô tô thật ngoặc trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé (tức là khả năng quay vòng hẹp được thực hiện một cách dễ dàng) + Trong quá trình quay vòng, các bánh xe của một xe ô tô cần lăn theo những vòng tròn đồng tâm để đảm bảo sự ổn định và hiệu quả của hệ thống lái (Nếu các bánh xe không lăn theo các vòng tròn đồng tâm và trượt trên đường, sẽ xảy ra hiện tượng mất ma sát và lốp sẽ bị mòn nhanh hơn Đồng thời, công suất của động cơ sẽ bị mất đi để vượt qua lực ma sát trượt, dẫn đến tăng tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất giảm)

+ Lái nhẹ, có nghĩa là người lái có thể dễ dàng và mượt mà xoay vô-lăng mà không cần tác động lực quá lớn

+ Bánh xe dẫn hướng phải giữ được độ ổn định, khi xe chạy thẳng vẫn đảm bảo được độ ổn định

+ Đặt cơ cấu lái trên phần được treo (việc đặt cơ cấu lái trên phần được treo giúp tách biệt hoạt động của hệ thống lái và hệ thống treo giúp động học tốt hơn cũng như độ nhạy và độ phản hồi tốt hơn)

+ Khả năng quay vòng bị động của xe phải được bảo đảm + Khả năng an toàn bị động của xe phải được bảo đảm

+ Góc quay bánh xe dẫn hướng và góc quay vô lăng cần phải đảm bảo tỷ lệ thuận giữa

+ Đáp ứng độ nhạy và chính xác đối với lệnh lái từ người lái, dễ dàng thao tác khi sử dụng xe và đặc biệt là ổn định ở những tình huống tốc độ cao

+ Độ rơ của hệ thống lái phải ổn định và không được quá lớn

+ Các hệ thống trợ lực lái được bố trí phải cung cấp mức trợ lực phù hợp để người lái có thể điều khiển xe một cách dễ dàng và thoải mái

5

2.1.1.3 Phân loại của hệ thống lái

- Hệ thống lái xe ô tô được phân loại dựa theo nhiều tiêu chí khác nhau, dưới đây là một số phương pháp để phân loại hệ thống lái:

a) Phân loại hệ thống lái theo phương pháp chuyển hướng

+ Hệ thống lái trước: các bánh xe trước được sử dụng để chuyển hướng và quay đầu Loại này phổ biến trên nhiều loại xe hơi hiện nay và có độ ổn định cao

+ Hệ thống lái tất cả các bánh xe hay hệ thống lái cùng hướng: cả bánh xe trước và bánh xe sau đều được sử dụng để chuyển hướng và quay đầu Phương pháp này cung cấp khả năng vận hành tốt trên nhiều điều kiện địa

c) Phân loại hệ thống lái theo cấu tạo của cơ cấu lái - Cơ cấu lái loại trục vít: gồm 4 loại cơ bản:

+ Trục vít bánh vít

+ Trục vít và cung răng đặt ở giữa trục vít + Trục vít và cung răng đặt ở cạnh bên trục vít + Trục vít và con lăn

- Cơ cấu lái loại trục vít vô tận: gồm 4 loại cơ bản:

+ Trục vít vô tận – êcu – đòn: iω tăng ở vị trí ngoài rìa + Trục vít vô tận di động – êcu: iω giảm ở vị trí ngoài rìa + Trục vít vô tận – êcu di động: iω tăng ở vị trí ngoài rìa + Trục vít – êcu – cung răng: iω không đổi

6

- Cơ cấu lái loại đòn quay: gồm 2 loại cơ bản: + Trục vít và đòn quay với 1 chốt quay + Trục vít và đòn quay với 2 chốt quay - Cơ cấu lái loại thanh khía

d) Phân loại theo bố trí vô lăng

- Hệ thống lái với vô lăng bố trí bên phải: Là hệ thống lái được sử dụng trong các nước mà chiều thuận (phía phải của đường) là quy định chính thức Một số quốc gia và khu vực sử dụng hệ thống lái này bao gồm các nước thuộc phe xã hội chủ nghĩa như Nga, Trung Quốc, Cuba và cũng bao gồm một số nước có ảnh hưởng từ Pháp như Việt Nam, Lào, Campuchia

- Hệ thống lái với vô lăng đặt bên trái là một hệ thống lái được sử dụng trong các quốc gia mà chiều thuận (phía trái của đường) là quy định chính thức Một số quốc gia nổi tiếng sử dụng hệ thống lái này bao gồm Anh, Nhật Bản, Úc, New Zealand, Thụy Điển, và nhiều quốc gia khác

e) Phân loại theo số lượng cầu dẫn hướng + Hệ thống lái một cầu dẫn hướng + Hệ thống lái hai cầu dẫn hướng 2.1.2 Vấn đề quay vòng và dẫn hướng đối với ô tô

2.1.2.1 Vấn đề quay vòng của xe

- Các phương pháp quay vòng được sử dụng trên những xe được thể hiện trên hình 2.1 bao gồm:

+ Quay vòng bằng cách quay bánh xe dẫn hướng (a,b,c,d)

+ Quay vòng bằng cách thay đổi hướng của một phần trục dọc thân xe (e) - Ngoài những cách quay vòng như trên, các phương tiện cơ động khác nhau có thể sử dụng các phương pháo quay vòng khác nhau, bao gồm thay đổi hướng của toàn bộ cầu xe và thay đổi vận tốc dài của hai bên bánh xe

- Phương pháp thay đổi hướng chuyển động bằng cách quay bánh xe dẫn hướng xung quanh trụ quay O (trụ đứng) được sử dụng rộng rãi trên ô tô

7

- Với các loại ô tô khác nhau, tâm quay vòng lí thuyết P có thể khác nhau tùy từng loại ô tô Vị trí tâm quay vòng lí thuyết P cho các kết cấu được mô tả trên

(hình 2.1)

Hình 2.1 Một sô dạng kết cấu thay đổi hướng chuyển động của ô tô O: Trụ quay, Q: Khớp quay, v: Hướng chuyển động

a) Ô tô 2 cầu, 2 bánh trước dẫn hướng d) Ô tô 2 cầu, 4 bánh đều dẫn hướng b) Ô tô 3 cầu, 2 bánh trước dẫn hướng e) Ô tô 2 cầu, với kiểu “bẻ gãy thân xe” c) Ô tô 4 cầu, 4 bánh trước dẫn hướng P: Tâm quay vòng lí thuyết

- Trên (hình 2.2) trình bày phương pháp quay vòng thông dụng trên xe ô tô

bằng cách quay các bánh xe cầu trước xung quanh trụ đứng O để quay vòng ô tô Tại một điểm nhất định, sự quay vòng cơ bản cần được thực hiện sao cho véc tơ vận tốc của các bánh xe lăn trên nền có tâm quay P

- Hiểu đơn giản là tâm quay P được đặt trên đường kéo dài của trục ngang cầu sau của ô tô đang chạy Các bánh xe dẫn hướng được điều khiển bơi vô lăng với các góc khác nhau xung quanh tâm quay P

- Trong thực tế, bánh xe được điều khiển từ vành lái và quay quanh tâm của trụ đứng (điểm O) Quan hệ giữa các góc quay bánh xe dẫn hướng được thiết lập quanh điểm O nhằm thỏa mãn sự hình thành tâm quay tức thời P của ô tô Để đảm bảo rằng các bánh xe lăn không bị trượt bên và thực hiện điều khiển hướng chuyển động của ô tô theo ý muốn người lái

8

- Cần chú ý rằng: Cả bánh xe dẫn hướng và bánh xe không dẫn hướng đều tham gia vào quá trình điều khiển hướng của xe Quá trình điều khiển hướng chỉ có hiệu quả khi các bánh xe lăn và tiếp xúc với mặt đường Ví dụ như khi ô tô bị trượt hoặc mất tiếp xúc đủ với mặt đường, ô tô có thể sẽ mất khả năng chuyển hướng một cách hiệu quả

Hình 2.2 Nguyên lý cơ sở về sự quay vòng ô tô

O: Tâm trụ đứng bánh xe dẫn hướng ω: Vận tốc góc quay thân xe

V1n , V1t : Vận tốc dài các bánh xe trước V2n , V2t :Vận tốc dài các bánh xe sau 2.1.2.2 Vấn đề dẫn hướng của xe

- Thiết kế hệ thống lái của một chiếc xe sẽ bị ảnh hưởng từ rất nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm điều kiện khai thác kỹ thuật, thời tiết và các yêu cầu cụ thể khác nhau của người sử dụng

+ Xe có số cầu dẫn hướng từ 1 – 2 cầu

+ Xe sử dụng một cầu dẫn hướng: Thường dùng với ô tô du lịch, ô tô có tải trọng nhỏ

+ Xe sử dụng 2 cầu dẫn hướng: Thường dùng ở xe ô tô tải cỡ trung bình, cỡ lớn và có tính năng thông qua cao

9 2.1.3 Các góc kết cấu của bánh xe dẫn hướng

- Ngoài chức năng đỡ toàn bộ tải trọng ô tô và tạo nên chuyển động thân xe, bánh xe dẫn hướng còn đảm nhận nhiệm vụ dẫn hướng, do vậy các bánh xe cần được bố trí với các góc kết cấu nhằm giải quyết nhiệm vụ:

+ Đảm bảo điều kiện truyền lực tốt nhất giữa các bánh xe với mặt đường + Đảm bảo ổn định chuyển động cho ô tô khi đi thẳng và khi quay vòng - Trong thực tế khi xe đứng yên chưa chịu tải, bánh xe dẫn hướng được bố trí với các góc đặt bánh xe gồm: góc nghiêng trên mặt phẳng ngang và góc nghiên trên mặt phẳng dọc (độ chụm) Các góc này được bố trí nhằm mục đích: Bánh xe dẫn hướng có khả năng thường xuyên lăn vuông góc và tiếp nhận tốt nhất các phản lực từ mặt đường

2.1.3.1 Góc nghiên ngang bánh xe dẫn hướng (Camber)

- Góc nghiên ngang bánh xe dẫn hướng là góc đặt nghiên bánh xe đó trên mặt phẳng ngang giữa mặt phẳng lăn bánh xe so với mặt phẳng đối xứng dọc của xe

- Nhìn từ phía trước lại, góc nghiên này trược trình bày trên (hình 2.3)

Hình 2.3 Góc nghiên ngang của bánh xe

10

- Trên đa số ô tô ngày nay bố trí cấu trúc góc nghiêng ra ngoài (góc nghiêng ngang dương), trên các ô tô đua tốc độ cao có thể gặp góc nghiêng vào trong (góc

nghiên ngang âm) như thể hiện trên (hình 2.3c)

* Bố trí bánh xe dẫn hướng với góc nghiêng ngang dương có tác dụng:

- Khi bánh xe chịu tải, khắc phục các khe hở trong kết cấu, góc nghiêng ngang giảm nhỏ, đảm bảo đa số thời gian bánh xe lăn phẳng giúp bánh xe có khả năng tiếp nhận phản lực tốt hơn và tạo sự mài mòn đều bề mặt lăn của lốp

- Phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe có xu hướng đẩy bánh xe vào trong, khắc phục độ rơ ổ bi moay ơ bánh xe

- Giảm cánh tay đòn “c” tức là giảm nhỏ mô men cản quay vòng

* Bố trí bánh xe dẫn hướng với góc nghiêng ngang âm có tác dụng:

- Giúp giảm khả năng trượt ngang của bánh xe ngoài trong các vận tốc cao và chuyển động cong, cung cấp sự ổn định và khả năng lái tốt hơn

- Tăng sự ổn định của xe khi điều hướng trong các tình huống như cua và làm việc trên đường cong Nó tạo ra một lực nâng dọc trục bánh xe, cung cấp khả năng tăng cường lực hướng tâm và giảm sự trượt của bánh xe trong quá trình lái xe

2.1.3.2 Góc nghiêng dọc bánh xe dẫn hướng (độ chụm – toe in, toe uot)

- Góc nghiên dọc của bánh xe dẫn hướng là góc đặt nghiên của bánh xe đó trên mặt phẳng song song với nền đường giữa mặt phẳng lăn bánh xe với mặt phẳng đối xứng dọc của xe Nhìn từ phía trên xuống, góc nghiêng này được thể

hiện trên (hình 2.4) Góc nghiêng dọc được xác định khi không tải trên nền phẳng

thông qua độ chụm (V = b – a)

- Khi bánh xe dẫn hướng bố trí chụm lại ở phía trước thì gọi là độ chụm

dương (hình 2.4a) Bố trí ngược lại 2 bánh xe dẫn hướng nghiên ra ngoài được gọi là độ chụm âm (hình 2.4b)

- Trên một số cầu chủ động, bánh xe dẫn hướng thường xuyên chịu lực kéo (hướng cùng với chiều chuyển động) Mô men quay bánh xe có xu hướng làm quay bánh xe về vị trí bánh xe lăn phẳng Như vậy, bánh xe dẫn hướng được bố trí với

độ chụm âm (hình 2.4b)

11

Hình 2.4 Định nghĩa độ chụm của bánh xe dẫn hướng

- Độ chụm của bánh xe dẫn hướng được kiểm tra định kỳ khi xe không tải với các giá trị thường gặp như sau:

+ V = 2÷4 (mm) đối với ô tô con

+ V = 5÷10 (mm) đối với xe tải và xe buýt cỡ lớn

- Nếu độ chụm trước quá lớn hoặc quá nhỏ so với thiết kế ban đầu, có thể gây ra hiện thượng mòn lốp không đều trên bề mặt lăn, lực vành lái lớn

- Độ chụm không đúng có thể gây ra căng thẳng và hao mòn không đều trên các bộ phận lái như cụm trục, bánh răng và khớp nối

2.1.4 Các góc đặt trụ đứng của bánh xe dẫn hướng

Sự ổn định của bánh xe dẫn hướng được đảm bảo nhờ góc nghiêng ngang và góc nghiêng dọc của trụ đứng trong mặt phẳng ngang và mặt phẳng dọc

2.1.4.1 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)

- Góc nghiêng ngang trụ đứng là góc kết cấu đặt nghiêng trụ đứng, được đo trên mặt phẳng ngang giữa đường tâm trụ đứng với mặt phẳng đối xứng dọc của xe Góc nghiêng ngang trụ đứng thường nghiêng phía trên vào trong

- Khi quay vòng, bánh xe dẫn hướng quay xung quanh trụ đứng Tại mặt đường, các phản lực dọc của bánh xe đặt cách đường tâm kéo dài của trụ với cánh tay đòn “c” gây nên mô men quay với trụ đứng Mô men này được gọi là “mô men ổn định bánh xe dẫn hướng” Mô men này xuất hiện khi bánh xe rời khỏi vị trí trung gian

12

Hình 2.5 Định nghĩa góc nghiêng ngang của trụ đứng

Hình 2.6 Kết cấu góc nghiêng ngang trụ đứng trên ô tô

- Khi người lái quay vành lái, bánh xe dẫn hướng quay xung quanh trụ đứng và rời khỏi vị trí trung gian Nếu nền đường biến dạng, bánh xe phải đào sâu xuống phía dưới mặt đường và tạo nên phản lực đẩy bánh xe quay trở về vị trí xe đi thẳng Nếu mặt đường cứng tuyệt đối, thân xe bị nâng lên, thế năng của thân xe tăng, bánh xe bị đẩy về vị trí trung gian do hệ thống có xu thế trở về vị trí có thế năng thấp nhất Điều đó còn có thể lý giải thông qua việc xuất hiện thành phần phản lực tạo nên mô men quay đẩy bánh xe về vị trí trung gian với cánh tay đòn “c” Với cấu trúc như vậy, người lái muốn quay vòng ô tô cần thắng được mô men ổn định này Do vậy cánh tay đòn “c” kết hợp giá trị góc nghiêng ngang trụ đứng được bố

b

13

trí nhằm mục đích làm ổn định chuyển động bánh xe dẫn hướng và tạo nên mô men cản quay vòng tối ưu

- Kết cấu góc nghiêng ngang trụ đứng đối với dầm cầu liền thể hiện trên (hình

2.6a), đối với hệ thống treo độc lập hai đòn ngang – trên (hình 2.6b)

- Trong kết cấu của hệ thống treo độc lập khoảng cách “c” có thể dương, bằng 0 hay âm Khi “c” âm, mô men ổn định đổi chiều, tuy nhiên hiệu quả ổn định không thay đổi Trong trường hợp “c” âm, bánh xe dẫn hướng chủ động bố trí độ chụm bánh xe dương

2.1.4.2 Góc nghiêng dọc trụ đứng (Caster)

- Trụ đứng còn được bố trí nghiêng theo mặt phẳng dọc của xe với góc nghiêng dọc trụ đứng Góc nghiêng trụ đứng là góc đặt nghiêng trụ đứng đo trên mặt phẳng dọc, trụ đứng thường đặt nghiêng phía trên về sau và được gọi là dương, ngược lại là âm

- Tương tự tác dụng của góc nghiêng ngang, mô men ổn định do bố trí góc nghiêng dọc trụ đứng tạo khả năng cho bánh xe quay về vị trí chuyển động thẳng và được gọi chung là “mô men ổn định của bánh xe dẫn hướng”

Hình 2.7 Đinh nghĩa góc nghiêng dọc trụ dứng

14 2.1.5 Trợ lực lái

- Trợ lực hệ thống lái được gọi tắt là trợ lực lái Trợ lực lái sử dụng nguồn năng lượng của cơ cấu khác (từ động cơ nhiệt ô tô, năng lượng từ bình điện) để trợ lực cho người lái điều khiển hướng chuyển động của ô tô

2.1.5.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại trợ lực lái

- Trợ lực lái có công dụng:

+ Khi hỏng trợ lực, hệ thống lái vẫn có thể làm việc

+ Khi có trợ lực, lực trên vành lái đủ để có thể gây cảm nhận sự biến đổi lực điều khiển với các bán kính quay khác nhau (cũng có nghĩa lực trên vành lái vẫn duy trì giá trị nhất định đủ đảm bảo cho người lái cảm nhận được sức cản của mặt đường và trạng thái của mặt đường)

+ Đảm bảo tỷ lệ giữa góc quay của vành lái và bánh xe dẫn hướng + Không xảy ra hiện tượng tự trợ lực

+ Hệ thống trợ lực cần có độ nhạy cao, trợ lực một cách hiệu quả + Khi có trợ lực, độ rơ vành lái phải nằm trong giới hạn cho phép + Kết cấu đơn giản, hợp lí, giá thành phù hợp

- Các yêu cầu trên nhằm đảm bảo cho hệ thống lái làm việc theo nguyên tắc tùy động, có nghĩa là: đánh tay lái ít thì bánh xe dẫn hướng quay ít, đánh lái nhiều thì quay nhiều, giữ nguyên vành lái thì bánh xe dẫn hướng không quay

- Kết cấu trợ lực lái được phân ra các loại: Thủy lực, khí nén, điện thủy lực, điện … Trong đó, trợ lực thủy lực ngày nay được sử dụng rộng rãi hơn cả Đây là loại trợ lực lái sử dụng chất lỏng thủy lực như dầu để truyền đạt lực tác động từ bánh lái đến hệ thống lái Hệ thống này sử dụng một bơm thủy lực và một xi lanh để tạo ra lực trợ giúp khi lái xe Hệ thống trợ lực lái thủy lực đã được sử dụng rộng rãi trong quá khứ và vẫn được sử dụng trong một số loại xe hiện đại

2.1.5.2 Các cụm cơ bản và sơ đồ tổng quát của trợ lực lái

- Hệ thống trợ lực lái có thể bố trí trong hay ngoài cơ cấu lái (CCL) và bao gồm: + Nguồn cung cấp năng lượng ( NNL)

+ Van phân phối (VPP) điều khiển cấp năng lượng + Xi lanh lực (XLL) cấp năng lượng trợ lực

15

Hình 2.8 Các sơ đồ bố trí trợ lực lái

e) CCL, VPP, XLL đặt riêng rẽ

- Sơ đồ a: Bố trí CCL, XLL,VPP thành một cụm: Nguồn cung cấp năng lượng là bơm thủy lực được dẫn động bởi động cơ thông qua dây đai Ưu điểm của sơ đồ này là kết cấu nhỏ gọn, vì các thành phần quan trọng được tổ chức và gắn kết lại thành một khối duy nhất, nhưng cấu tạo bên trong rất phức tạp Điều này giúp giảm tổn hao trên các đường ống, vì đường ống ngắn hơn so với việc phân tách các thành phần riêng biệt

- Sơ đồ b: Bố trí CCL – VPP cùng một cụm, XLL được thiết kế riêng biệt, với cách bố trí này, cơ cấu lái chịu lực tác động nhỏ

- Sơ đồ c: Bố trí XLL – VPP chung thành một khối, CCL được bố trí riêng biệt Phương án bố trí này vẫn đảm bảo được khả năng làm việc và cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt cũng như sữa chữa

16

- Sơ đồ d: Bố trí CCL - XLL chung thành một cụm, còn VPP được bố trí riêng biệt Ưu điểm của sơ đồ này là cấu tạo đơn giản và dễ chế tạo cũng như sữa chữa Việc tách riêng VPP cũng giúp tăng tính linh hoạt và tiện lợi trong việc điều chỉnh áp lực và phân phối năng lượng trong hệ thống lái

- Sơ đồ e: Cả CCL, VPP, XLL đều được bố trí riêng biệt Sự tách biệt giữa CCL, VPP, XLL trong sơ đồ e mang lại một số ưu điểm Đầu tiên, nó cho phép tăng tính linh hoạt trong việc lựa chọn vị trí và không gian để bố trí các thành phần Điều này hữu ích khi không gian trên ô tô hạn chế và yêu cầu một sự tinh chỉnh chi tiết để đảm bảo hiệu quả và tính ổn định của hệ thống lái

2.1.5.3 Nguyên lý làm việc của trợ lực lái thủy lực

a) Cấu tạo mạch điều khiển trợ lực cơ bản

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý làm việc của mạch trợ lực thủy lực

- Sơ đồ mạch điều khiển trợ lực thủy lực cơ bản có dạng mạch cầu như (hình 2.9) Cấu tạo bao gồm: Bơm, bình chứa và cụm van chứa van V1, V2, V3 và V4

- Cụm van được liên kết với vành lái CCL trên hình là loại trục vít – êcu bi thanh răng – cung răng Êcu chính là pittong di chuyển qua lại trong XLL

17

- Khi quay vành lái sang trái, pittong chuyển động sang phải, van V1 và V4 mở, còn các van V2 và V3 đóng Dầu được bơm hút từ bình chứa đẩy qua van V1 vào phía trái của pittong trong cơ cấu lái, pittông chuyển động sang trái, thông qua cung răng và các đòn dẫn động bánh xe dẫn hướng quay sang trái Dầu từ phía phải của pittong được chuyển qua van V4 về bình chứa

- Khi quay vành lái sang phải, pittong dịch chuyển sang trái, van V1 và V4 đóng, còn các van V2 và V3 mở ra Dầu sẽ được bơm đẩy qua van V2, vào XLL và CLL, pittong chuyển động sang trái, các bánh xe dẫn hướng quay sang phải Dầu từ phía trái của pittong được đẩy qua van V3 về bình chứa

- Cụm chi tiết quan trọng nhất của trợ lực lái là VPP Ngày nay trên ô tô kết cấu VPP rất đa dạng, các dạng kết cấu thường gặp là:

+ Van kiểu con trượt + Van kiểu xoay + Van cánh

2.2 Giới thiệu chung về xe tải HUYNDAI HD170

18

- Hệ thống lái xe tải Hyundai HD170 được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu vận chuyển hàng hóa nặng và đa dạng Xe có khối lượng tải trọng cao, cho phép chở được hàng hóa lớn và nặng nhưng vẫn đảm toàn Hệ thống lái được trang bị để cung cấp độ ổn định cao điều khiển một cách linh hoạt trên đường

- Hình thang lái của xe tuân thủ điều kiện liên kết của hình thang lái 4 khâu bản lề, và sử dụng trợ lực thủy lực để trợ lực cho hệ thống lái

- Để phù hợp với hệ thống đường giao thông ở Việt Nam, Hyundai đã nghiên cứu rất kỹ đến việc trang bị động cơ máy móc cho các dòng xe của mình Cụ thể ở dòng xe tải HD170 8,5 tấn này Hyundai đã trang bị thế hệ động cơ mới D6AB-D với công suất mạnh mẽ lên tới 290PS Động cơ này hoạt động bền bỉ, mạnh mẽ và đặc biệt tiết kiệm nhiên liệu tối ưu đem lại hiệu quả sử dụng và kinh tế cao cho chủ sở hữu

Bảng 1: Thông số xe tải Huyndai HD170

Trọng lượng phân bố lên cầu trước Ga1 7000 KG Trọng lượng phân bố lên cầu sau Ga2 11800 KG

25 Chiều dài cơ sở 4395 mm

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế

2.3.1 Lựa chọn phương án dẫn động lái

Hình 2.10 Sơ đồ dẫn động hình thang lái 4 khâu bản kề

20

- Dẫn động lái là hệ thống gồm tất cả các chi tiết truyền động lực từ cơ cấu lái đễn ngõng trục quay của bánh xe dẫn hướng khi quay vòng

- Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái 4 khâu bản lề, nó được cấu tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và đòn kéo dọc Sự quay vòng của ô tô là một quá trình phức tạp và đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo mối quan hệ động học giữa bánh xe phía trong và bánh xe phía ngoài khi quay vòng Mặc dù không thể đạt được mối quan hệ động học hoàn hảo, các hệ thống lái hiện đại sử dụng hình thang lái 4 khâu bản lề, cùng với các khâu khớp và đòn kéo, để tạo ra một sự tương đối gần đúng của mối quan hệ động học khi quay vòng

- Như vậy chọn phương án thiết kế dẫn động lái là hình thang lái 4 khâu bản lề 2.3.2 Lựa chọn cơ cấu lái

2.3.2.1 Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng

- Cơ cấu lái kiểu này thường được phổ biến trên các loại xe có 4-5 chỗ ngồi Có hai dạng cấu tạo sau:

+ Thanh răng liên kết với đòn ngang bên qua ổ bắt bu lông + Thanh ngang liên kết với đòn ngang bên ở hai đầu thanh răng

Hình 2.11 Sơ đồ cơ cấu lái thanh răng bánh răng

1 Trục lái, 2: Chụp nhựa, 3: Đai ốc điều chỉnh, 4: Ổ bi trên, 5: Vỏ cơ cấu lái 6: Dẫn hướng thanh răng, 7: Đai ốc, 8: Đai ốc điều chỉnh, 9: Lò xo

10: Thanh răng, 11: Trục, 12: Ổ bi dưới

21 * Đặc điểm:

- Thanh răng có răng cưa chỉ ở một phía, phần còn lại của thanh răng có tiết diện tròn Thanh răng được thiết kế để trượt lên các bạc trượt hình vành khăn Hệ thống bạc trượt bao gồm hai loại bạc trượt Một bạc trượt nằm ở phía dưới không có răng cưa, và một bạc trượt nữa hình vành khăn nằm phía dưới thanh răng Các bạc trượt này cho phép thanh răng trượt một cách ổn định và có thể điều chỉnh thông qua êcu điều chỉnh nằm phía dưới cơ cấu lái Giữa bạc trượt và êcu có một khe hở nhỏ để đảm bảo tác dụng của lò xo tỳ sát bạc và thanh răng Khe hở này giúp duy trì một mức tỳ sát chính xác và giữ cho hệ thống lái ổn định

* Ưu điểm:

- Độ nhạy cao: Do cơ cấu lái bánh răng, thanh răng truyền động trực tiếp và ăn khớp trực tiếp, nên có độ nhạy cao

- Truyền mômen tốt và tay lái nhẹ

- Hiệu suất cao: Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng có hiệu suất thuận bằng hiệu suất nghịch từ 0.8 – 0,9

- Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng có độ rơ nhỏ ( lượng di chuyển ngang của thanh răng nhỏ)

- Cấu trúc gọn gàng: Các cơ cấu được bao kín nên ít phải bảo dưỡng và sữa chữa

2.3.2.2 Cơ cấu lái trục vít – êcu bi thanh răng – cung răng

* Đặc điểm

- Trục vít và êcu bi: Trục vít là một trục có rãnh xoắn, và êcu bi là một bộ phận hình trụ có rãnh tương ứng Trục vít quay quanh tâm và êcu bi quay quanh ôm ngoài trục vít thông qua các viên bi ăn khớp

- Khi trục vít quay, êcu di chuyển lên xuống theo đường trục vít, tạo ra chuyển động truyền động

- Các rãnh dẫn bi trên trục vít và êcu bi được thiết kế để hướng dẫn và hỗ trợ chuyển động của các viên bi trong quá trình quay và di chuyển Rãnh dẫn bi trên trục vít và êcu bi có hình dạng phù hợp với viên bi giúp lăn trơn tru và ổn định

22

Hình 2.12: Cơ cấu lái trục vít - êcu bi thanh răng - cung răng 1: Vỏ, 2: Ổ bi, 3: Trục lái, 4: Êcu bi thanh răng, 5: Ổ bi, 6: Phớt, 7: Đai ốc điều chỉnh, 8: Đai ốc hãm, 9: Bánh răng rẻ quạy, 10: Bi

- Trục vít - êcu bi có tỷ số truyền cố định, nghĩa là một vòng xoay đầy của trục vít sẽ dẫn đến một di chuyển xác định của êcu bi Bộ trợ lực lái được sử dụng để giảm sức nặng và hỗ trợ lực cho người lái khi đánh lái Trong trường hợp này, trục vít - êcu bi chịu trách nhiệm truyền động từ bộ trợ lực lái đến hệ thống lái * Ưu điểm:

- Giảm lực cản lăn: Nhờ có viên bi giữa trục vít và ê cu bi, ma sát trượt giữa chúng được giảm đáng kể Việc giảm ma sát trượt giữa các bộ phận truyền động giúp giảm lực cản lăn và năng lượng tiêu thụ Điều này giúp tăng hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong quá trình truyền động

- Tỷ số truyền lớn: Cơ cấu lái trục vít - êcu bi có khả năng cung cấp tỷ số truyền lớn Tỷ số truyền có thể đạt đến mức rất cao, thậm chí lên đến 40 Điều này cho phép chuyển đổi chuyển động từ trục vít thành chuyển động lớn hơn trên trục bị động Tỷ số truyền lớn cung cấp độ nhạy cao và kiểm soát chính xác trong quá trình lái xe hoặc ứng dụng khác

- Cơ cấu lái trục vít-ê cu bi có hiệu suất cao, tức là năng lượng đầu vào được truyền đến năng lượng đầu ra một cách hiệu quả Hiệu suất nghịch bằng hiệu suất nghịch và trong khoảng (0,7 - 0,85) Điều này đảm bảo sự tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu quả hoạt động của hệ thống lái

23

2.3.2.3 Cơ cấu lái trục vít – con lăn

Hình 2.13 Cơ cấu lái trục vít con lăn

1: Vỏ cơ cấu lái, 2: Trục bị động, 3: Con lăn, 4: Phớt, 5: Trục vít lõm 6: Nắp đổ dầu, 9: Trục vít con lăn, 10: Trục chủ động

13: Phớt, 14: Đòn quay đứng, 15: Êcu

* Đặc điểm:

- Cơ cấu lái trục vít – con lăn bao gồm hai thành phần chính là trục vít và con lăn Trục vít có dạng vít lõm, và con lăn tiếp xúc với mặt xoắn ốc của trục vít

- Truyền động: Chuyển động từ vành lái được truyền vào trục vít thông qua cơ cấu dẫn động Trục vít lõm ăn khớp với con lăn đặt trên các ổ bi kim Con lăn có góc ren ăn khớp với trục vít, khi trục vít quay, con lăn cũng quay theo Điều này tạo ra chuyển động trục vít thành chuyển động trục bị động

- Con lăn muốn tiếp xúc được với mặt xoắn của trục vít, thì giữa tâm con lăn và trục vít có độ lệch tâm (5-7mm) và để sử dụng khi chỗ ăn khớp bị mòn, khi đó có thể điều chỉnh độ ăn khớp bằng cách đẩy sâu con lăn vào ăn khớp với trục vít tạo nên độ ăn khớp mới với độ rơ cho phép bằng đai ốc điều chỉnh ở đầu trục bị động

- Tỷ số truyền: Cơ cấu lái trục vít – con lăn cung cấp tỷ số truyền cố định Tỷ số truyền phụ thuộc vào số răng của con lăn và trục vít Thông thường, loại con lăn 3 răng được sử dụng để giảm áp lực tác động lên con lăn

24

- Hiệu suất và ma sát: Cơ cấu trục vít – con lăn có hiệu suất cao trong việc truyền động Hiệu suất thuận (hiệu suất năng lượng đầu ra) của cơ cấu này thường nằm trong khoảng 0,6 - 0,7 trong khi hiệu suất nghịch (hiệu suất năng lượng đầu vào) thường nằm trong khoảng 0,3 – 0,5 Con lăn quay trơn trên trục, thường thông qua ổ bi kim, giúp giảm ma sát và tăng hiệu suất

* Xe đang tính toán thiết kế là xe có tải trọng trung bình nên các phương án ở trên được nêu ra ta lựa chọn phương án như sau:

+ Dẫn động lái: Sử dụng phương pháp dẫn hướng cầu trước với hình thanh lái 4 khâu bản lề

+ Cơ cấu lái: Chọn cơ cấu lái trục vít – êcu bi thanh răng – cung răng vì có khả năng trợ lực lớn

25

CHƯƠNG 3: TÍNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE HUYNDAI HD170 3.1 Thiết kế dẫn động lái

3.1.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái 3.1.1.1 Tỷ sô truyền của cơ cấu lái iω

- Là tỉ số của góc quay vô lăng chia cho góc quay của đòn quay đứng Tủy theo cơ cấu lái iω có thể không đổi hoặc thay đổi Ở loại cơ cấu lái có tỉ số truyền thay đổi, tỉ số truyền có thể tăng hay giảm khi quay vành tay lái ra khỏi vị trí trung gian

- Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít – êcu bi thanh răng – cung răng được tính theo công thức sau:

𝑖𝜔 =2 𝜋 𝑅0 𝑡 Trong đó:

t: Bước ren của trục vít

R0: Bán kính vòng chia của cung răng

- Do t và R0 là không đổi nên tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít – êcu bi thanh răng – cung răng là không đổi Nhưng tỉ số truyền cảu cơ cấu lái có thể thay đổi nếu bán kính vòng chia của cung răng và bước thanh răng thay đổi

- Tỷ số truyền của cơ cấu lái này thường được chọn như sau: iω = 16÷32, ta chọn iω = 24

3.1.1.2 Tỷ số của dẫn động lái id

- Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn Trong quá trình quay vòng của bánh xe dẫn hướng giá trị cánh tay đòn dẫn hướng sẽ thay đổi Trong các kết cấu hiện nay id thường thay đổi không nhiều.

id = 0,85÷1,1 Chọn id = 1

26

3.1.1.3 Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái ig

- Là tỷ số của góc quay vành tay lái lên góc quay cảu bánh dẫn hướng Tỷ số này bằng tích số của tỷ số truyền cơ cấu lái iω và tỷ số truyền của dẫn động lái id

ig = iω id

- Tỷ số truyền góc của hệ thống lái chọn sơ bộ: ig = iω.id = 24.1 = 24

3.1.1.4 Tỷ số truyền lực của hệ thống lái Il

Hình 3.1 Sơ đồ trụ đứng nghiên trong mặt phẳng ngang

- Il là tỷ số của tổng lực cản khi ô tô quay vòng (pc) và lực đặt trên vành tay lái khi cần để khắc phục lực cản quay vòng (pl)

Mc: Mômen cản quay vòng của bánh xe

c: Cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp

đến đường trục đứng kéo dài (hình 3.1)

ML: Mômen lái đặt trên vành lái (hình 3.1) R: Bán kính vành tay lái