tiểu luận tìm hiểu cơ cấu lái trên ô tô

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ CÁC THÀNH VIÊN Chiếm ít không gian, tháo lắp và điều chỉnh dễ dàng bánh xe lên vành lái + Cơ cấu lái trục vít cung răng răng + Hiệu suất truyền lực của cơ cấu lái

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

TIỂU LUẬN:

TÌM HIỂU CƠ CẤU LÁI TRÊN Ô TÔ

Giáo viên hướng dẫn: TS Lưu Đức Lịch Môn học: Kết cấu & Tính toán ô tô Lớp học phần: 20.17

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ CÁC THÀNH VIÊN

Chiếm ít không gian, tháo lắp

và điều chỉnh dễ dàng

bánh xe lên vành lái + Cơ cấu lái trục vít cung

răng

răng + Hiệu suất truyền lực của

cơ cấu lái cao

Cơ cấu lái trục vít - ecu bi - thanh răng - cung răng

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU……… 4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 5

1.1 Khái quát chung về hệ thống lái trên ô tô 5

1.2 Nhiệm vụ của hệ thống lái 6

1.3 Yêu cầu cơ bản của hệ thống lái 6

1.4 Phân loại 6

1.4.1 Theo bố trí vành lái: 6

1.4.1.1 Vành lái bố trí bên phải 6

1.4.1.2 Vành lái bố trí bên trái 7

1.4.2 Theo số lượng bánh dẫn hướng: 7

1.4.2.1 Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước 7

1.4.2.2 Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau 8

1.4.2.3 Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở hai cầu (4WS) 8

1.4.3 Theo kết cấu của cơ cấu lái 8

1.4.4 Theo kết cấu bộ trợ lực 8

1.5 Kết cấu hệ thống lái 9

1.5.1 Vô lăng 9

1.5.2 Trục lái 9

1.5.3 Cơ cấu lái 9

1 CHƯƠNG 2 CƠ CẤU LÁI TRÊN HỆ THỐNG LÁI CỦA Ô TÔ 10

2.1 Khái niệm, công dụng của cơ cấu lái trên ô tô 10

2.2.1 Tỷ số truyền của cơ cấu lái 10

2.2.2 Hiệu suất truyền lực cao 12

2.2.3 Độ rơ của cơ cấu lái nhỏ 13

2.2.4 Kết cấu đơn giản, giá thành thấp tuổi thọ cao 13

2.2.5 Chiếm ít không gian, tháo lắp điều chỉnh dễ dàng 13

2.2.6 Hạn chế va đập ngược từ bánh xe dẫn hướng lên vành lái 14

2.3 Phân loại cơ cấu lái 15

2.3.1 Cơ cấu lái loại trục vít – cung răng 15

2.3.1.1 Cấu tạo 15

2.3.1.2 Tỷ số truyền và hiệu suất: 16

2.3.1.3 Ưu điểm nhược điểm 16

2.3.2 Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng: 17

2.3.2.2 Hiệu suất ưu nhược điểm 19

2.3.3 Cơ cấu lái kiểu trục vít - con lăn: 19

2.3.3.1 Cấu tạo cơ cấu lái 19

2.3.3.2 Tỷ số truyền, hiệu suất 20

2.3.3.3 Ưu nhược điểm 21

2.3.4 Cơ cấu lái kiểu trục vít - ecu bi - thanh răng - cung răng: 22

2.3.4.1 Cấu tạo cơ cấu lái 22

2.3.4.2 Tỉ số truyền 24

2.4.4.3 Hiệu suất - ưu nhược điểm 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO………26

LỜI NÓI ĐẦU

Trong hệ thống giao thông vận tải của chúng ta ngành giao thông đường bộ đóng vai trò chủ đạo và phần lớn lượng hàng và người được vận chuyển trong nội địa bằng ô

tô

Ô tô hay xe hơi là loại phương tiện di chuyển chủ yếu của nhiều người Là một loại phương tiện chạy bằng động cơ có 4 bánh xe trở lên Thường sử dụng nhiên liệu để tiêu thụ như xăng hoặc dầu diesel để tạo ra momen để có thể di chuyển Xe ô tô gồm có nhiều hệ thống trong đó có hệ thống lái, hệ thống treo, khung xe… Khi chúng ta muốn chuyển hướng của xe theo hướng mà mình muốn thì chúng ta chỉ cần xoay vô lăng, đó

là nhờ hệ thống lái trên ô tô

Từ khi ô tô ra đời cho đến nay, hệ thống lái được cải tiến không ngừng để đáp ứng các tiêu chí về an toàn và tiện nghi, tính an toàn chủ động trong điều kiện chuyển động với vận tốc cao và mật độ các phương tiện tham gia giao thông lớn

Quá trình phát triển các hệ thống lái trên xe ô tô có thể liệt kê thành các hệ thống lái sau: hệ thống lái thuần cơ khí, hệ thống lái trợ lực thủy lực, hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện, hệ thống lái trợ lực điện, hệ thống lái tích cực, hệ thống lái Steer by wire, hệ thống lái tự động

Trong bài báo cáo tiểu luận này, chúng em mong muốn đưa ra một cái nhìn tổng quát nhất về Lưu Đức Lịch Nội dung bài làm được tham khảo qua nhiều quan điểm tài liệu và dựa trên ý chí chủ quan của các thành viên nên sẽ không tránh khỏi nhiều thiếu sót và hạn chế Chính vì vậy, nhóm rất mong được thầy và các bạn thông cảm và góp ý

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ

1.1 Khái quát chung về hệ thống lái trên ô tô

Hệ thống lái cho phép người lái xe điều khiển hướng của xe bằng cách xoay các bánh xe dẫn hướng Hệ thống lái bao gồm các bộ phận như hình sau:

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống lái trên ô tô

Hình 1.2 Hệ thống lái trên ô tô

1.2 Nhiệm vụ của hệ thống lái

Hệ thống lái của ô tô là hệ thống dùng để điều khiển hướng chuyển động của ô

tô bằng cách quay các bánh xe dẫn hướng thông qua vành lái

- Đảm bảo khả năng quay vòng với bán kính quay vòng bé

- Đảm bảo động học quay vòng tốt

- Đảm bảo điều khiển nhẹ nhàng, lực và hành trình điều khiển tỷ lệ với mức độ quay vòng của ô tô

- Đảm bảo các bánh xe dẫn hướng có khả năng tự ổn định cao

- Giảm được các va đập từ bánh xe dẫn hướng truyền lên vành lái

- Bánh xe dẫn hướng phải có động học đúng yêu cầu của hệ thống lái và hệ thống treo

1.4.1 Theo bố trí vành lái:

1.4.1.1 Vành lái bố trí bên phải

Hình 1.3 Vành lái bên phải

1.4.1.2 Vành lái bố trí bên trái

- Vành lái bố trí bên phía trái hay phải tuỳ theo luật đường bộ của từng quốc gia qui định

1.4.2 Theo số lượng bánh dẫn hướng:

1.4.2.1 Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước

Hình 1.4 Vành lái bên trái

Hình 1.5 Xe dẫn hướng cầu trước

1.4.2.2 Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau

1.4.2.3 Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở hai cầu (4WS)

1.4.3 Theo kết cấu của cơ cấu lái

 Cơ cấu lái loại trục vít - cung răng

 Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng

 Cơ cấu lái trục vít – con lăn

 Cơ cấu lái trục vít – êcu – thanh răng – cung răng

1.5.3 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái là bộ phận cơ bản trong hệ thống lái, nó có nhiệm vụ biến chuyển động quay vòng của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và đảm bảo tỷ số truyền theo yêu cầu

Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống

1 – Vô lăng, 2 - Trục lái, 3 – Cơ cấu lái, 4 – Đòn quay đứng, 5 – Đòn kéo dọc,

6 – Hình thang lái, 7 – Đòn ngang, 8 – Cam quay, 9 – Bánh xe dẫn hướng

CHƯƠNG 2 CƠ CẤU LÁI TRÊN HỆ THỐNG LÁI CỦA Ô TÔ 2.1 Khái niệm, công dụng của cơ cấu lái trên ô tô

Cơ cấu lái là một hộp giảm tốc có tỷ số truyền lớn để tăng momen điều khiển hướng chuyển động của ô tô ,đảm nhận chức năng giảm nhẹ lực trên vành lái, tăng tính tiện nghi trong sử dụng

2.2 Các yêu cầu cơ bản của cơ cấu lái trên ô tô

Khi đánh giá hệ thống lái, cơ cấu lái đóng vai trò quan trọng và cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

2.2.1 Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Đảm bao tỷ số truyền hợp lý: nhằm giảm nhẹ lực trên vành lái trong giới hạn số

vòng quay vành lái cho phép

Hình 2.1 Cơ cấu lái và các bộ phận khác của hệ thống

lái

Tỷ số truyền của hộp số lái (

Hình 2.2 Cơ cấu lái trục vít – con lăn có tỷ số truyền thay đổi

1 – Trục vít, 2 - Con lăn, 3 – Đòn chuyển hướng của dẫn động lái

Ở hình 2.3 chính nhờ có bộ bánh răng trung tâm mà tỉ số truyền của hộp số lái có thể thay đổi được Ở thanh răng cũng được trợ lực bằng thủy lực giúp cho việc lái xe

được nhẹ nhàng hơn

2.2.2 Hiệu suất truyền lực cao

Hiệu suất truyền lực của cơ cấu lái phải cao vì đó là một yếu tố quan trọng trong việc điều khiển và điều chỉnh xe Điều này đảm bảo rằng người lái có thể kiểm soát và điều khiển xe một cách dễ dàng và mượt mà

Cơ cấu lái có nhiệm vụ truyền tải lực từ tay lái hoặc bàn đạp của người lái đến hệ thống lái xe Nó chịu trách nhiệm chuyển đổi chuyển động xoay thành chuyển động tuyến tính để điều khiển hướng di chuyển của xe

Khi cơ cấu lái có hiệu suất truyền lực cao, nó sẽ giúp giảm thiểu sự mất điện năng trong quá trình truyền tải Điều này có nghĩa là năng lượng từ người lái được chuyển

Hình 2.3 Cơ cấu bánh răng hành tinh trong cơ cấu lái

Ngoài ra, hiệu suất truyền lực cao cũng đảm bảo một sự phản hồi nhanh chóng

từ hệ thống lái xe đến người lái Điều này giúp người lái có thể cảm nhận và phản ứng với tình huống trên đường một cách nhanh nhạy và an toàn

Tóm lại, hiệu suất truyền lực cao của cơ cấu lái là góp phần quan trọng để tăng tính điều khiển và an toàn của xe

2.2.3 Độ rơ của cơ cấu lái nhỏ

Độ rơ cơ cấu lái nhỏ, còn được gọi là "play" hoặc "dead zone", là một khái niệm trong hệ thống lái ô tô Nó thể hiện một khoảng không gian nhỏ mà bánh lái có thể di chuyển mà không gây ra sự chuyển động nào của hệ thống lái

Độ rơ cơ cấu lái nhỏ có thể là kết quả của các yếu tố như lỏng lẻo, mòn hay hỏng hóc của các bộ phận cơ cấu lái Nếu độ rơ này quá lớn, nó có thể gây ra cảm giác không kiểm soát được và làm yếu đi khả năng điều khiển và định vị của lái xe

2.2.4 Kết cấu đơn giản, giá thành thấp tuổi thọ cao

Đơn giản: Một cấu trúc đơn giản giúp giảm khối lượng, kích thước và phức tạp trong quá trình sản xuất Điều này giúp giảm chi phí và tăng tính ổn định và đáng tin cậy của cơ cấu lái

Giá thành thấp: Cơ cấu lái được thiết kế đơn giản giúp giảm chi phí sản xuất và lắp đặt Điều này làm giảm giá thành tổng thể cho sản phẩm, làm cho nó trở nên phù hợp với thị trường và dễ truy cập đối với người tiêu dùng

Tuổi thọ cao: Với một cơ cấu lái đơn giản và ít phức tạp, khả năng sự cố và hỏng hóc được giảm xuống Điều này đồng nghĩa với việc mức độ bảo trì và sửa chữa cũng giảm xuống, giúp tăng tuổi thọ của cơ cấu lái và giảm hỏng hóc, nhất là trong điều kiện vận hành bình thường

Sự dễ dàng trong việc thay thế và sửa chữa: Một cơ cấu lái đơn giản cũng đồng nghĩa với việc nó dễ dàng thay thế các phụ tùng và sửa chữa khi cần thiết Điều này giúp giảm thời gian tắt máy và đảm bảo rằng phương tiện vẫn hoạt động hiệu quả

2.2.5 Chiếm ít không gian, tháo lắp điều chỉnh dễ dàng

Để chiếm ít không gian, các hãng xe thường sử dụng các loại hệ thống lái như hệ thống lái điện, hệ thống lái trợ lực điện, hệ thống lái trợ lực thủy lực, v.v Các loại hệ

thống này thường được thiết kế nhỏ gọn và có thể được lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau trên xe

Để tháo lắp và điều chỉnh dễ dàng, các hãng xe thường sử dụng các loại cơ cấu lái có thể tháo rời và có thể điều chỉnh được độ nghiêng, độ cao, v.v Các loại cơ cấu này thường được thiết kế để dễ dàng tháo lắp và sửa chữa khi cần thiết

Để thiết kế cơ cấu lái chiếm ít không gian, các nhà sản xuất thường sử dụng các công nghệ và vật liệu mới để giảm kích thước và trọng lượng của các thành phần Ví dụ,

hệ thống lái điện thường được thiết kế nhỏ gọn và có thể được lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau trên xe Các loại cơ cấu lái như trục lái, bánh răng, thanh răng, ống thủy lực, v.v cũng được thiết kế để có kích thước nhỏ gọn và có thể tháo rời dễ dàng

Để tháo lắp và điều chỉnh dễ dàng, các nhà sản xuất thường sử dụng các loại cơ cấu lái có thể tháo rời và có thể điều chỉnh được độ nghiêng, độ cao, v.v Các loại cơ cấu này thường được thiết kế để dễ dàng tháo lắp và sửa chữa khi cần thiết Ngoài ra, các nhà sản xuất cũng sử dụng các công nghệ mới như kết nối không dây và điều khiển

từ xa để giúp người sử dụng thao tác và điều chỉnh hệ thống lái và cơ cấu lái một cách

dễ dàng và thuận tiện hơn

2.2.6 Hạn chế va đập ngược từ bánh xe dẫn hướng lên vành lái

Khi đánh giá hệ thống lái và cơ cấu lái, yêu cầu hạn chế va đập ngược từ bánh xe dẫn hướng lên vành lái nhằm đảm bảo an toàn và ổn định cho xe

Việc hạn chế va đập ngược giúp ngăn chặn sự chuyển động không mong muốn của bánh xe dẫn hướng, giữ cho lái xe ổn định và dễ kiểm soát Tình huống va đập ngược

có thể xảy ra khi xe đi qua vết xuống hố, vệt ngang hoặc vượt qua chướng ngại vật

Bằng cách hạn chế va đập ngược, hệ thống lái và cơ cấu lái đảm bảo rằng lực tác động từ bánh xe sẽ không gây ra sự dao động không kiểm soát và ảnh hưởng tới sự điều khiển của lái xe

2.3 Phân loại cơ cấu lái

Hiện nay trên ôtô thường sử dụng các cơ cấu lái như: trục vít – cung răng, bánh răng – thanh răng, trục vít – con lăn, trục vít – êcu – thanh răng – cung răng

2.3.1 Cơ cấu lái loại trục vít – cung răng

2.3.1.1 Cấu tạo

Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít (Hình 2.4) hoặc đặt ở phía bên cạnh (Hình 2.5) Cung răng đặt bên có ưu là đường tiếp xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển trên toàn bộ chiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm, do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng

Cơ cấu lái loại này dùngthích hợp cho các xe tải cỡ lớn Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm) Khi trục vít có dạng glôbôít thì số rang ăn khớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc và mài mòn Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng

mà không cần tăng chiều dài của trục vít

Hình 2.4 Cơ cấu lái trục vít hình trụ - cung răng đặt giữa

1- ổ bi; 2 - trục vít; 3 - cung răng; 4 - vỏ

2.3.1.2 Tỷ số truyền và hiệu suất:

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công thức:

0 1

2 r

i tz

Hiệu suất thuận cơ cấu lái khoảng 0,5, hiệu suất nghich là 0,4

2.3.1.3 Ưu điểm nhược điểm

Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững Tuy vậy có nhược

Hình 2.5 Cơ cấu lái trục vít hình trụ-thanh răng đặt bên ( Xe URAL-375)

1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4- Vỏ

2.3.2 Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng:

2.3.2.1 Cấu tạo cơ cấu lái

Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng gồm một bánh răng nối trực tiếp với một ống kim loại và một thanh răng được gắn trên ống kim loại khác Thanh nối có nhiệm vụ nối hai đầu mút của thanh răng Kết cấu cơ khí này khá đơn giản, phù hợp với những dòng

xe du lịch, ô tô tải nhỏ và xe SUV

Cấu tạo các chi tiết chính của cơ cấu lái bao gồm: bánh răng 5 liên kết với trục lái thực hiện chuyển động quay của vành lái, thanh răng 11 ăn khớp với bánh răng thực hiện chuyển động tịnh tiến trong vỏ cơ cấu lái 12 Phần lớn cơ cấu lái loại này sử dụng bánh răng (chủ động) và thanh răng (bị động) răng nghiêng Khe hở ăn khớp giữa bánh răng 5 và thanh răng 11 được tự động khắc phục, nhờ lò xo 9

Hình 2.6 Mô phỏng cấu tạo cơ cấu lái bánh răng – thanh răng

Khi quay vành lái, bánh răng 5 quay, thanh răng dịch chuyển, thông qua đòn ngang bên 14 và đòn ngang hình thang lái bánh xe dẫn hướng quay

Trong đó: R vl– bán kính vành lái, r br – bán kính vòng lăn của bánh răng

2.3.2.2 Hiệu suất ưu nhược điểm

- Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng có kết cấu đơn giản, có khả năng tự động triệt tiêu khe hở tại chỗ ăn khớp, hiệu suất thuận và nghịch bằng nhau (𝜂𝑡 = 𝜂𝑛𝑔 = 0,8 ÷ 0,9) Ngày nay cơ cấu lái loại này được dùng phổ biến với trợ lực thủy lực nhằm hạn chế va đập ngược lên vành lái

- Cơ cấu bánh răng-thanh răng được phân biệt bởi thiết kế đơn giản và hiệu quả cao Ưu điểm của nó cũng bao gồm:

+ Ít bản lề và thanh hơn;

+ Nhỏ gọn và giá thấp;

+ Độ tin cậy và tính đơn giản của thiết kế

- Nhược điểm của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng là kích thước chiều dài cơ cấu lớn, thanh răng chế tạo từ thép chất lượng cao, kích thước nhỏ, tuy vậy dễ bị cong trong quá trình sử dụng

2.3.3 Cơ cấu lái kiểu trục vít - con lăn:

2.3.3.1 Cấu tạo cơ cấu lái

- Cơ cấu lái này thường được sử dụng trên các loại xe có tải trọng trung bình Kiểu cơ cấu lái này sử dụng cặp ăn khớp trục vít, con lăn để thực hiện quá trình điều khiển xe chuyển hướng hay quay vòng

- Cấu tạo:

Hình 2.9 Cấu tạo cơ cấu trục vít – con lăn

Trục vít lõm (3) được ghép căng với trục chủ động (trục lái) (1) và quay trên hai

ổ đỡ cầu Con lăn (7) quay trên trục (6) và ăn khớp với trục vít lõm Giữa con lăn và trục (6) có ổ bi kim, trục (6) được gá trên nạng (8) đây cũng là trục bị động, trục bị động quay trên bạc tựa dài (9) và được cố định theo phương dọc trục bằng các đai ốc Đầu ngoài của trục bị động (8) có lắp đòn quay đứng (14) và được hãm chặt bằng đệm vênh

và êcu

Khi trục chủ động (1) quay làm trục vít lõm (3) quay theo Do trục vít lõm (3) ăn khớp với con lăn (7) nên làm nó quay theo làm toàn bộ nạng (8) quay về hai phía tuỳ theo chiều quay của trục lái (1) Trục bị động (8) quay làm làm đòn quay đứng (14) quay theo và tác động vào cơ cấu dẫn động lái

2.3.3.2 Tỷ số truyền, hiệu suất

- Tỷ số truyền được tính theo công thức:

Trong đó:

r2: Bán kính vòng tròn cơ sở của trục vít glô bô ít

t: Bước của trục vít

z1: Số đường ren của trục vít

+Tỷ số truyền của cơ cấu lái tăng dần từ vị trí trung gian đến các vị trí xa nhất (khoảng 5 – 7%) nhưng sự tăng này không đáng kể và có thể coi ic của cơ cấu lái dạng này là không đổi