Đồ án tốt nghiệp tên Đề tài tính toán, thiết kế hệ thống lái Ô tô con 5 chỗ

-Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển động quay vòng của ôtô khi cần t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ -    -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài:

Tính toán, thiết kế hệ thống lái ô tô con 5 chỗ

Sinh viên : NGUYỄN MẠNH TIẾN

Mã SV : 171300208 Lớp : CKOTO 4 - K58

Hệ : Chính quy Khóa: 58 Người hướng dẫn: TS Nguyễn Hùng Mạnh

HÀ NỘI – 2021

3

MỤC LỤC

MỤC LỤC 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 Công dụng, cấu tạo chung và phân loại hệ thống lái 6

1.2 Yêu cầu đối với hệ thống lái 10

1.3 Giới thiệu ô tô tham khảo 11

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế 13

1.5 Giới thiệu kết cấu tham khảo 20

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 22

2.1 Xác định lực tác động lên vành lái lớn nhất 22

2.2 Tính toán cơ cấu lái 27

2.3 Tính toán dẫn động lái 36

2.4 Tính toán trợ lực lái 50

CHƯƠNG 3: KHAI THÁC KỸ THUẬT HỆ THỐNG LÁI 54

3.1 Các nội dung kiểm tra, điều chỉnh hệ thống lái 54

3.2 Các hư hỏng thường gặp với hệ thống lái 55

KẾT LUẬN 61

5

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành ô tô giữ một vị trí quan trọng trong sự phát triển của xã hội Ô tô được dùng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân ở nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông vận tải, quốc phòng an ninh… Trên nền tảng của đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế ngành công nghiệp ô tô ở nước ta ngày càng được chú trọng và phát triển Thể hiện bởi các liên doanh lắp ráp ô tô giữa nước ta với nước ngoài ngày càng phát triển rộng lớn trên hầu hết các tỉnh của cả nước như: FORD, TOYOTA, DAEWOO Một vấn đề lớn đặt ra đó là việc nắm vững lý thuyết, kết cấu của các loại xe hiện đại, của từng hệ thống trên xe để từ đó khai thác và sử dụng xe một cách có hiệu quả cao, đáp ứng yêu cầu giữ tốt, dùng bền, an toàn, tiết kiệm

Một trong những hệ thống quan trọng của ô tô là hệ thống lái Hệ thống này

có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, đảm bảo tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của ô tô, đặc biệt đối với xe có tốc độ cao Do đó người ta không ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó

Xuất phát từ những yêu cầu và đặc điểm đó, em đã được giao thực hiện nhiệm

vụ đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Tính toán thiết kế hệ thống lái ô tô con 5 chỗ, xe

tham khảo Honda Civic 1.8MT 2006”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Công dụng, cấu tạo chung và phân loại hệ thống lái

1.1.1.Công dụng của hệ thống lái ô tô

-Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển động quay vòng của ôtô khi cần thiết

-Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng (vành lái), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái), cơ cấu lái (tăng lực quay của vô lăng để truyền mômen lớn hơn tới các thanh dẫn động lái),

và các thanh dẫn động lái (truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng)

1.1.2 Cấu tạo chung của hệ thống lái

-Hệ thống lái ô tô bao gồm: vành lái, trục lái, cơ cấu lái, dẫn động lái, hình

thang lái Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái được cho trên Hình 1.1

Hình 1.1 Cấu tạo chung 1.Vành lái; 2 Trục lái; 3 Cơ cấu lái; 4 Làm mát dầu trợ lực; 5 Bơm trợ lực; 6

Giá đầu trục bánh xe; 7 Bình chứa dầu

7

-Vành lái

+Vành tay lái (Volant) là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận

mô men quay của người lái và truyền cho trục lái

+Mô men tạo ra trên vành tay lái là tích số của lực lái do người lái tác dụng vào và bán kính của vành tay lái

+Độ dơ cực đại của vô lăng đối với vô lăng không được vượt quá 30 mm

Hình 1.2.Vành tay lái

Hình 1.3.Cấu tạo của vành tay lái

1 – Xương bằng thép, 2 – Vỏ bọc bằng cao su

- Trục lái

+Truyền mô men lái xuống cơ cấu lái

+Trục lái gồm có: Trục lái chính truyền chuyển động quay từ vô lăng xuống

cơ cấu lái và ống trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe

+Đầu phía trên của trục lái chính được gia công ren và then hoa để lắp vô lăng lên đó và được giữ chặt bằng một đai ốc

+Trục lái còn là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ô tô như: Cần điều khiển

hệ thống đèn, cần điều khiển hệ thống gạt nước, cơ cấu khoá tay lái, …

Hình 1.4 Cấu tạo một trục lái

1 - Vành lái 2 - Cụm công tắc gạt mưa 3 - Cụm khóa điện 4 - Vỏ trục lái.5 -

Khớp các đăng 6 - Trục các đăng

7 - Khớp cao su

9

Hình 1.5 Kết cấu trục lái

1 - Khớp các đăng.2 - Trục trung gian có khớp nối dài 3 - Trục lái chính

3 - Trục lái chính 4 - Vỏ trục lái.5-Vỏ cao su chắn bụi

-Cơ cấu lái

Cơ cấu lái có tác dụng biến chuyển động quay truyền đến từ vành lái thành

- Hình thang lái

Hình thang lái thực chất là một hình tứ giác gồm 4 khâu: dầm cầu, thanh lái ngang va hai thanh bên Hình thang lái sẽ đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe đẫn hướng nhờ vào các kích thước của các thanh lái ngang, cánh bản lề

và các góc đặt phải xác định

1.1.3 Phân loại hệ thống lái ô tô

- Theo cách bố trí vành tay lái

+ Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên trái;

+ Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên phải

- Theo số lượng cầu 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 cấu lái loại trục vít- bánh vít;

+ Cơ cấu lái loại trục vít- cung răng;

+ Cơ cấu lái loại trục vít- con lăn;

+ Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay;

+ Cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, ê cu, cung răng);

+ Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng

- Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của trợ lực

+ Hệ thống lái có trợ lực thủy lực;

+ Hệ thống lái có trợ lực khí nén;

+ Hệ thống lái có trợ lực điện

1.2 Yêu cầu đối với hệ thống lái

- Đảm bảo quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé

- Đảm bảo lực đặt lên vành tay lái bé

11

- Đảm bảo động học quay vòng đúng trong đó các bánh xe của tất cả các cầu phải lăn theo những vòng tròn đồng tâm

- Đảm bảo ô tô chuyển động thẳng ổn định

- Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch để giảm tác động từ mặt đường qua cơ cấu lái lên vô lăng

- Đảm bảo tính tùy động

1.3 Giới thiệu ô tô tham khảo

-Honda Civic thế hệ thứ tám được cho ra mắt thị trường vào năm 2005 Đặc biệt từ thế hệ này, Honda Civic bước đầu được lắp ráp tại nước ta

-Đối với thế hệ 2006, Honda chia các mẫu xe vào hai nền tảng gốc rễ khác nhau,một thiết kế chính dành cho thị trường nhà và Bắc Mỹ,một thiết kế khác dành cho Thị trường châu âu.Civic châu âu gồm có bản 3 cửa và năm cửa hatchback Ngoài ra bản Nhật/Bắc Mỹ gồm có phiên bản Sedan & phiên bản coupe hai cửa Ở Mỹ, một bản tinh chỉnh của Civic Si được làm mới bởi hãng độ xe Mugen của Honda là Honda Civic Mugen Si, thay đổi bề ngoài, Hệ thống giảm xóc và ống pô

-Các kiểu thân xe từ thế hệ trước liên tiếp được chế tạo ở thế hệ này Chiều dài cơ sở của bản Sedan là 2,700 milimet, bản hatchback là 2,634 mm, phiên bản coupé là 2,649 milimet

-Ở châu âu, Civic có các bản 3 hoặc năm cửa hatchback trang bị động cơ 1.4 VTEC, 1.8 VTEC(5.5–9 km/lít trong thành phố, 11.2-13.7 km/lít trên đường trường) Hoặc khối động cơ 2.0l(Type-R)(5.5-8.1 km/ lít trong thành phố & 8–10

km /lít trên đường trường) Và khối động cơ 2.2 N22A-i-CTDi diesel tăng tốc

0-60 dặm/giờ trong 8.6 giây với mức tiết kiệm nhiên liệu 10–12 km/ lít trong thành phố & 11–14 km/lít ở trên đường trường Trong khi có phiên bản saloon cho Hybrid, có động cơ 1.4 IMA tăng tốc 0-60 dặm/giờ trong tầm 12.41 giây

-Hệ dẫn động vẫn là loại dẫn động cầu trước FWD Khối động cơ xăng gồm các lựa chọn: 1.3L I4 LDA-MF5 (phiên bản hybrid), 1.4L I4 L13A7 (các dòng xe tại châu Âu), 1.6L I4 R16A1, 1.8L I4 R18A1, 2.0L I4 K20Z3, 2.0L I4 K20Z2, 2.4L I4 K24Z5 Trong khi, dòng xe thế hệ thứ bảy còn được trang bị động cơ diesel tăng áp 2.2L I4 N22A2 Các chọn lựa hộp số gồm: hộp số tự động 5 cấp, Hộp số sàn 5 cấp, 6 cấp & hộp số tự động AT biến thiên tiếp tục CVT

-Ở một số nước nhà như Mỹ, Anh, New Zealand, các mẫu xe Civic có trang

bị tiêu chuẩn gồm cửa sổ điều khiển điện, ABS (Anti-lock Braking System) và túi khí rèm hai bên

Hình 1.6 Hình dáng ngoài xe Honda civic 2006

13

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật xe

10 Kiểu động cơ

Xăng I-4( 4 xilanh thẳng hàng)

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế

1.4.1 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái

Trên ô tô con với hệ thống treo độc lập, cơ cấu lái thường sử dụng có 2 loại:

cơ cấu lái trục vít – con lăn và cơ cấu lái bánh răng – thanh răng

a Loại cơ cấu lái trục vít con lăn

Trên các loại xe trước kia, cơ cấu lái loại này thường được dùng rộng rãi trên các loại ô tô với những ưu điểm sau: cho tỷ số truyền lớn, kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa và giá thành thấp Nhược điểm lớn nhất khiến cho loại này ít được sử dụng hiện nay đó là khó khăn cho việc bố trí trợ lực lái

Hình 1.7 Cấu tạo cơ cấu lái trục vít – con lăn 1- Cácte của cơ cấu; 2-Trục của đòn quay đứng; 3-Con lăn ba răng; 4-Miếng lót; 5-Trục vít; 6-Nút; 7-Vòng đệm chặn; 8-Đai ốc mũ; 9-Trục con lăn; 10-Trục lái; 11-Vít điều chỉnh; 12-Chốt hãm; 13-Vòng

phớt; 14-Đòn quay đứng; 15-Đai ốc; 16-Ống lót bằng đồng thanh;

Trục lái của hệ thống lái được ép căng với trục vít lõm, nhận chuyển động

từ vành lái Trục vít globoit ăn khớp với con lăn đặt trên các ổ bi kim và có khả năng điều chỉnh dọc trục thông qua các lá căn ở mặt bích đầu trục Con lăn quay trơn trên trục thông qua ổ bi kim Con lăn (3) có góc nâng ren ăn khớp với trục vít (5) Trục con lăn mang theo con lăn quay trên trục bị động của cơ cấu lái Đầu ngoài của trục bị động có xẻ rãnh then hoa liên kết với đòn quay đứng của dẫn động lái Toàn bộ cơ cấu lái làm việc trong dầu bôi trơn và vỏ cơ cấu lái được bắt chặt lên trên khung xe

Hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch nên đảm bảo giảm va đập từ mặt đường lên vành lái Con lăn quay trơn nhờ ổ bi kim nên giảm được ma sát Hiệu suất thuận: 0,6 – 0,7; hiệu suất nghịch: 0,3 – 0,35

Dùng trục vít lõm nên cho phép tỷ số truyền có thể thay đổi tuy nhiên mực

độ thay đổi không lớn lắm (5 – 10%)

b.Loại cơ cấu lái bánh răng – thanh răng

Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng còn có 2 loại: không có trợ lực và có trợ lực

●Cơ cấu lái không có trợ lực

Cơ cấu lái không có trợ lực đã đáp ứng được phân lớn các yêu cầu của hệ thống lái nhưng vẫn còn chưa được hoàn thiện lắm ở chỗ khi quay xe người lái phải sử dụng lực tương đối lớn tác dụng lên vành lái để làm quay bánh dẫn hướng gây ra mệt mỏi cho người lái

Hình 1.8 Cơ cấu lái không có trợ lực 1-Đai ốc hãm; 2-Vòng chặn; 3-Đai ốc điều chỉnh; 4-Ổ bi đỡ trên trục; 5-Trục răng; 6-Ổ bi đỡ đầu trục răng; 7-Đai ốc điều chỉnh; 8-Bạc tỳ; 9-Lò xo nén; 10-Đai ốc hãm;11-Thanh răng; 12:Vỏ ngoài thanh răng; 13-Bạc dẫn hướng thanh răng; 14-Đòn ngang bên chuyển dẫn hướng bánh xe; 15-Đai giữ; 16-Bọc cao su; 17-Đai ốc hãm;18-Khóa kẹp; 19-Đầu ngoài đòn ngang bên chuyển hướng

Trục răng ăn khớp với thanh răng ở phía dưới Khi vành lái quay, trục răng quay làm di chuyển thanh răng sang trái hoặc phải, dẫn động các đòn ngang bên chuyển động Các đòn ngang bên được liên kết với đòn quay bánh xe thực hiện chuyển hướng bánh xe theo yêu cầu điều khiển

Thanh răng được cắt răng ở một phía, phần còn lại có tiết diện tròn Thanh răng được trượt trên các bạc trượt hình vành khăn Một bác trượt nằm ở phía không cắt răng và một bạc trượt nửa hình vành khăn ở phía dưới thanh răng có thể điều chỉnh thông qua ê cu điều chỉnh nằm ở phía dưới cơ cấu lái Giữa bạc trượt và ê cu có khe hở để đảm bảo tác dụng của lò xo tỳ, tỳ sát bạc vào thanh răng Ê cu được khóa để tránh sự tự nới lỏng

* Ưu điểm của cơ cấu lái trục răng – thanh răng:

– Do ăn khớp trực tiếp nên có độ nhạy cao

– Sự truyền mô men tốt do sức cản trong cơ cấu nhỏ nên tay lái nhẹ

17

– Hiệu suất thuận bằng hiệu suất nghịch bằng 0,8 – 0,9

– Độ dơ cơ cấu lái nhỏ và có khả năng tự điều chỉnh

– Cấu trúc đơn giản, gọn, nhẹ Các cơ cấu được bọc kín nên ít phải bảo dưỡng sửa chữa

●Cơ cấu lái có trợ lực

Thiết bị trợ lực lái được lắp trong hộp cơ cấu lái để làm giảm lực đánh lái cho lái xe Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng có thể kết hợp với hai loại thiết bị trợ lực lái: loại thủy lực và mô tơ điện

* Trợ lực thủy lực:

Hệ thống sử dụng năng lượng của động cơ để dẫn động bơm cánh gạt, bơm này tạo ra áp suất thủy lực Khi quay vô lăng, một mạch dầu sẽ được chuyển trong van điều khiển Khi áp suất dầu được cấp đến piston trợ lực bên trong xilanh trợ lực, lực cần thiết để vận hành vô lăng giảm đi Cần thiết phải kiểm tra rò rỉ của dầu trợ lực lái một cách định kì

Hình 1.9 Cơ cấu lái có trợ lực thủy lực

1 – Van phân phối; 2 – Bơm thủy lực; 3 – Vị trí đặt túi khí; 4 – Vô

lăng;5 – Trục lái; 6 – Hộp cơ cấu lái

+ Khi xe chuyển động thẳng: Dầu từ bơm qua van điều khiển Nếu van ở vị trí trung gian, các đường dầu chảy qua van vào cửa xả rồi trở lại bơm Áp suất

trong các khoang của xy lanh lực cân bằng nhau, piston của xy lanh lực ở vị trí trung gian ứng vói xe chuyển động thẳng

+ Khi xe chuyển động quay vòng: Khi trục lái quay theo một hướng nào đó

sẽ tác động đến van điều khiển, làm van điều khiển dịch chuyển đóng một đường dầu còn mọt đường dầu kia mở rộng hơn Do vậy làm tăng thể tích dầu và áp suất dầu Dầu từ bơm qua van điều khiển, dầu có áp suất lớn sẽ đưa tới khoang công tác của xy lanh lực làm dịch chuyển piston thực hiện việc điều khiển

Vậy dựa vào đặc điểm kết cấu và ưu nhược điểm của cơ cấu lái giới thiệu trên, lựa chọn phương án thiết kế hệ thống lái phù hợp với đối tượng ô tô con, chọn cơ cấu đơn giản là bánh răng – thanh răng, cơ cấu lái này thanh răng được lấy luôn là 1 khâu của hình thang lái Đồng thời ta có thể bố trí trợ lực lái nếu muốn có được tỉ số truyền thay đổi, ở đây, trợ lực lái lựa chọn để tính toán là trợ lực thủy lực kiểu van xoay

19

Cơ cấu lái có trợ lực điện sử dụng một mô tơ điện để đẩy thanh răng của hệ thống lái khi xe được đánh lái, giúp động cơ tiết kiệm nhiên liệu do không sử dụng sức mạnh động cơ để hoạt động

Với kết cấu thiết kế đơn giản và trợ lực nhẹ hơn so với trợ lực lái thủy lực cho nên dễ dàng sửa chữa hơn Ngoài ra, cơ cấu lái có trợ lực điện có cảm giác lái tốt hơn, nhẹ nhàng hơn khi ở tốc độ thấp, nặng và thật hơn khi ở tốc độ cao, mang đến cảm giác an toàn và ổn định cho xe

1.4.2 Lựa chọn phương dẫn động lái

Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của tất cả bánh xe dẫn hướng khi quay vòng

Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn bên Sự quay vòng của ô tô là rất phức tạp, để đảm bảo đúng mối quan hệ động học của bánh xe phía trong và phía ngoài là một điều khó thực hiện vì phải cần tới dẫn động lái 18 khâu Hiện nay người ta chỉ đáp ứng điều kiện gần đúng của mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo lên hình thang lái

Hình 1.7 Sơ đồ dẫn động lái với cơ cấu lái trục răng – thanh răng

Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập là loại dẫn động kiểu chia cắt với thanh răng chính đóng vai trò là 1 khâu thanh ngang của dẫn động lái Phía đầu ngoài thanh răng là 2 đòn bên lắp ren với thanh răng và đầu ngoài liên kết khớp cầu với tay quay của cụm đầu trục bánh xe dẫn hướng Với cách bố trí như vậy được coi như dẫn động 6 khâu

Với đề tài thiết kế hệ thống lái cho xe Honda Civic, hệ thống treo độc lập

do đó ta chọn dẫn động lái 6 khâu Với loại dẫn động lái này, đầu thanh răng nối với các đòn ngang bên qua các khớp cầu để dẫn động bánh xe Ưu điểm của dẫn động lái này có kết cấu gọn nhẹ, không phải điều chỉnh, dễ lắp đặt cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc

1.5 Giới thiệu kết cấu tham khảo

Hình 1.12: Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng

1 – Thanh xoắn; 2 – Trục van điều khiển; 3 – Phớt chắn dầu; 4 – Vỏ cơ cấu lái;5 – Ổ bi; 6 – Vỏ ngoài van phân phối; 7 – Trục răng; 8 – Thanh răng;9

21

động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên qua các đầu thanh răng, sau đó làm quay bánh

xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng, trục răng đặt nghiêng ngược chiều nghiêng của thanh răng nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn, do đó làm việc êm và phù hợp với việc bố trí vành lái trên xe

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 2.1 Xác định lực tác động lên vành lái lớn nhất

2.1.1 Xác định mômen cản quay các bánh xe dẫn hướng

Các thông số tính toán được thể hiện trên bảng:

Bảng 2.1: Các thông số tính toán mômen cản quay bánh xe dẫn hướng

Khoảng cách tâm hai trục đứng

Tải trọng tác dụng lên cầu trước Ga1 N 7900

Bán kính quay vòng nhỏ nhất

của bánh xe ngoài

Rng min

Lực tác động lên vành tay lái của ôtô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ôtô tại chỗ Lúc đó mômen cản quay vòng trên bánh xe dẫn hướng Mc sẽ bằng tổng số của mômen cản chuyển động M1, mômen cản M2 do sự trượt lết bánh xe trên mặt đường và mômen cản M3 gây nên bởi sự làm ổn định các bánh xe dẫn hướng

Tính cho một bánh xe dẫn hướng: Mc1 = ( M1 + M2 + M3 ) 1

ɳ (2.1) a) Mômen cản lăn M1 của một bánh xe dẫn hướng:

a – cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng

r – bán kính tự do của bánh

xe

Hình 2.2 Sơ đồ đặt lực xác định mômen ma sát giữa bánh xe với mặt đường

r – bán kính tự do của bánh xe

r bx – bán kính làm việc của bánh xe

bên của lốp Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu của trục bánh xe một đoạn x về phía sau, đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảng cách của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài của nó theo công thức sau:

Vậy: r = 381

2 + 126 = 316,5 (mm) = 0,3165 m

Do đó mômen cản của một bánh xe trượt lết là:

M2 = Gbx φ 0,14 r; với φ là hệ số bám, chọn φ = 0,8 (2.5) c) Mômen ổn định gây nên bởi góc đặt bánh xe M3

Mô men ổn định tạo nên bởi độ nghiêng ngang, nghiêng dọc của trụ đứng Giá trị của M3 thường tính thông qua hệ số λ = 1,07 ÷ 1,15, chọn λ = 1,1

d) Hiệu suất dẫn động của trụ đứng và hình thang lái

 = ηk ηt (2.6) Trong đó: k – hiệu suất của các khớp thanh kéo Chọn k = 0,8;

t – hiệu suất của trụ đứng Chọn t = 0,9

→  = ηk ηt = 0,8 0,9 = 0,72 e) Mômen cản lớn nhất của các bánh xe dẫn hướng

2.1.2 Tỉ số truyền của hệ thống lái

Hình 2.3 Sơ đồ quay vòng của xe

Từ sơ đồ quay vòng của xe ta xác định được:

2 min

ar

m

ng

L ctg

a – tay đòn của lực cản lăn đối với trụ đứng, a = 30 mm;

Rngmin – bán kính quay vòng nhỏ nhất của bánh xe bên ngoài,

Góc quay lớn nhất của các bánh xe dẫn hướng phía trong quanh trụ đứng được tính theo công thức :

idd : tỉ số truyền của dấn động lái, chọn idd = 1,1

il : tỉ số truyền của hệ thống lái

ic : tỉ số truyền của cơ cấu lái, 𝑖𝑐 = 𝑖𝑙

max max

C vl

vl c d th

M P

ic – tỷ số truyền cơ cấu lái, ic = 14,27;

th – hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái thanh răng – trục răng hiệu suất thuận th = 0,6;

id – tỷ số truyền của truyền động lái, id = 1

Thay vào công thức (2.12): 𝑃𝑣𝑙𝑚𝑎𝑥= 433,2

0,18.14,27.0,6 =281,08 (N)

(2.9)

27

Do 60N ≤ Pvlmax ≤ 120N nên cần bố trí thêm trợ lực lái nhằm làm giảm nhẹ sức lao động của người điều khiển

2.2 Tính toán cơ cấu lái

2.2.1 Xác định thông số cơ bản cơ cấu lái

a) Xác định chiều dài thanh răng

Để đảm bảo được những yêu cầu làm việc của cơ cấu lái thì vật liệu chế tạo trục răng, thanh răng được dùng là thép 40XH được tôi cải thiện có:

Với xe tham khảo có X = 215 mm

Do thanh răng quay về cả hai bên nên khoảng cách của thanh răng sẽ phải thoả mãn là: L = 215 (mm)  2 X1 = 2.86,65 = 173,3 (mm)

Vậy khoảng cách phải làm việc của thanh răng đo trên chiều dài của trục nhỏ bằng nửa lần chiều dài ( L = 215 mm ) Vậy thanh răng đủ dài để xe có thể quay vòng dễ dàng mà không bị chạm

b) Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng

Để xác định được bán kính vòng lăn của bánh răng ta có thể thực hiện theo các phương pháp sau:

– Chọn trước đường kính vòng lăn của bánh răng từ đó tính ra vòng quay của bánh răng có phù hợp không Có nghĩa là ứng với số vòng quay (n) nào đó thì thanh răng phải dịch chuyển được một đoạn X1 = 86,65 (mm)

– Chọn trước số vòng quay của vành lái rồi sau đó xác định bán kính vòng lăn của bánh răng, đối với cơ cấu lái loại bánh răng - thanh răng số vòng quay của vành lái cũng là số vòng quay của bánh răng

Dựa vào xe tham khảo, chọn số vòng quay về 1 phía của vành lái ứng với bánh xe quay là n = 1,5 vòng

Ta có công thức : X1 = 2π.R.n (2.14) Vậy bán kính vòng lăn của bánh răng :

c) Xác định các thông số của trục răng

+ Tính số răng theo tài liệu chi tiết máy

Trong đó: Dc : Đường kính vòng chia trục răng: Dc = 2R = 2 9 = 18 (mm )

mn : Môdun pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn mn = 2,5

 : Góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ  = 120 Vậy số răng của trục răng :

+ Môdun ngang của bánh răng :

cos cos13,5

n t

m m



= = = (2.18)

Số răng tối thiểu:

Zmin = 17 cos3 = 17 cos313,50 = 15,63 Chọn Zmin=15 (2.19) Như vậy Zmin = 15 >7 do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phải dịch chỉnh, ta chọn kiểu dịch chỉnh đều  = 0

Df = Dc – 2mn.(1,25 – ) = 18 – 2 2,5.(1,25 – 0,588) = 14,69 mm (2.22) + Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy  = 200

+ Đường kính cơ sở của bánh răng:

D0 = Dc cos = 18 cos200 = 16,9 mm (2.23) + Chiều cao răng :

h= (hf ’ + hf ” ).m =(1 +1,25) 2,5 = 5,625 mm (2.24) + Chiều cao đỉnh răng:

h’ = (f’ + ).m = (1+ 0,588) 2,5 = 3,97 mm (2.25)

(2.17)

(2.20)

+ Chiều dày của răng trên vòng chia:

d) Xác định kích thước và thông số của thanh răng

+ Đường kính của thanh răng được cắt tại mặt cắt nguy hiểm nhất:

x x

M d

Chọn Z = 22 răng

+ Hệ số dịch chỉnh thanh răng :

tr =  – br = 0,588 – 0 = 0,588 (2.30) + Đường kính vòng chia của thanh răng:

31

= 25,94 – 2.2,5.(1,25 – 0,588) = 22,63 mm

Với đường kính vòng đỉnh của thanh răng: Dd = D = 25,94 mm

+ Chiều cao của thanh răng

h = (f’ + f’’) mn = (1+ 1,25) 2,5 = 5,625 mm (2.32)

2.2.2 Tính toán, kiểm tra bền cơ cấu lái

Đối với loại truyền động truc răng - thanh răng phải đảm bảo cho các răng

𝑃𝑎 = 𝑃𝑣 𝑡𝑎𝑛𝛽 = 4011 𝑡𝑎𝑛13,5𝑜 = 963(𝑁)

b) Tính bền cơ cấu lái

Trong quá trình làm việc bánh răng trụ, thanh răng chịu ứng suất uốn tiếp xúc và chịu tải trọng va đập từ mặt đường Vì vậy thường gây ra hiện tương rạn nứt chân răng, do đó ảnh hưởng lớn tới sự tin cậy và tuổi thọ của cơ cấu lái

Ứng suất tiếp xúc cho phép: chọn HB = 260

− Giới hạn bền mỏi tiếp xúc ứng với số chu kỳ cơ sở của bánh răng:

HLim =2HB+70=2.260 70+ =590MPa.

Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng:

KXH – hệ số xét ảnh hưởng của kích thước bánh răng; KXH = 1;

KF – hệ số xét ảnh hưởng của độ độ bôi trơn; KF = 1

Thay các thông số vào công thức (2.37) ta được:

.0,95.1,1.1.1 560,5 1,1

Trong đó: YR – Hệ số kể đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt YR = 1,1;

KXF – hệ số kể đến ảnh hưởng của kích thước trục răng, KXF = 1;

33

* Kiểm nghiệm răng về độ bền

Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc theo công thức:

+ KHα – hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi bánh răng đồng thời ăn khớp, chọn KHβ = 1,03

+ ZM – hệ số xét đến cơ tính của vật liệu, ZM = 274 (đối với trục răng – thanh răng bằng thép);

+ ZH – hệ số xét đến hình dạng bề mặt tiếp xúc, tính theo công thức:

0 0

2.cos 2.cos13,5

1, 74sin(2 ) sin(2.20 )