Đồ Án tốt nghiệp tên Đề tài tính toán, thiết kế hệ thống lái Ô tô con trên cơ sở xe honda accord sm 2014

Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng • Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít đòn quay.. • Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít vô tận.Hình Phâ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

MỤC LỤC

Mục lục i

Danh mục hình iii

Danh mục bảng iv

Mở đầu 1

Chương 1: Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế 2

1.1 Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô 2

1.1.1 Công dụng của hệ thống lái trên ô tô 2

1.1.2 Phân loại hệ thống lái trên ô tô 2

1.1.2.1 Phân loại theo phương pháp quay vòng của ô tô 2

1.1.2.2 Phân loại theo số lượng bánh xe dẫn hướng 2

1.1.2.3 Phân loại theo đặc điểm cấu tạo của cơ cấu lái 3

1.1.2.4 Phân loại theo kiểu dẫn động lái 5

1.1.2.5 Phân loại theo vị trí bố trí vành tay lái 6

1.1.2.6 Phân loại theo nguyên tắc hoạt động của bộ trợ lực 6

1.1.3 Yêu cầu đối với hệ thống lái trên ô tô 7

1.2 Cấu tạo hệ thống lái trên ô tô 8

1.2.1 Vành lái và trục lái 8

1.2.2 Cơ cấu lái 8

1.2.3 Dẫn động lái 13

1.2.4 Trợ lực lái 14

1.3 Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế 15

1.3.1 Giới thiệu xe tham khảo 15

1.3.2 Hệ thống lái trên xe Honda Accord SM 2014 16

1.3.3 Lựa chọn phương án thiết kế 18

Chương 2: Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con 20

2.1 Xác định lực đặt lên vành tay lái 20

2.1.1 Xác định mô men cản quay các bánh xe 20

2.1.2 Tỷ số truyền của dẫn động lái 23

2.1.3 Tỷ số truyền cơ cấu lái ic 23

2.1.4 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái 23

2.1.5 Chọn phương án cường hóa lái 24

2.2 Tính các thông số hình học của dẫn động lái 25

2.2.1 Tính động học của hình thang lái 25

2.2.2 Xây dựng đường đặc tính lý thuyết 27

2.2.3 Xây dựng đường đặc tính thực tế 28

2.2.4 Kiểm tra các thông số hình học của cơ cấu lái 30

2.3 Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu lái 31

2.3.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng 31

2.3.2 Xác định các thông số của bánh răng 31

2.3.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng 32

2.4 Tính kiểm tra bền hệ thống lái 33

2.4.1 Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng thanh răng 33

2.4.2 Vật liệu chế tạo bánh răng, thanh răng 34

2.4.3 Kiểm nghiệm độ bền 35

2.4.6 Tính bền đòn bên hình thang lái 39

2.4.7 Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái 40

2.4.8 Tính bền khớp cầu (rotuyl) 40

2.5 Thiết kế cường hóa lái 42

2.5.1 Công tiêu hao của người lái để quay vành tay lái 42

2.5.2 Xây dựng đặc tính cường hóa lái 43

2.5.3 Tính toán xi lanh lực 45

2.5.4 Chọn đường kính ngoài và kiểm bền xi lanh lực 46

2.5.5 Xác định năng suất của bơm 47

2.5.6 Tính các chi tiết của van phân phối 48

2.5.6.1 Tính góc xoay của van quay 48

2.5.6.2 Các thông số khác 49

2.5.7 Tính toán thanh xoắn 50

2.5.8 Tính mối ghép then hoa 50

Chương 3: Bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống lái trên ô tô con 53

3.1 Những hư hỏng thường gặp của hệ thống lái trên ô tô con 53

3.2 Bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống lái trên ô tô con 57

Kết luận 67

Tài liệu tham khảo 68

Phụ lục 1

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu trước 2

Hình 1.2 Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu phía sau 3

Hình 1.3 Hệ thống lái 4 bánh dẫn hướng 3

Hình 1.4 Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng 3

Hình 1.5 Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn 4

Hình 1.6 Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng 4

Hình 1.7 Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít vô tận 5

Hình 1.8 Cơ cấu dẫn động lái kiểu 4 khâu với hệ thống treo phụ thuộc 5

Hình 1.9 Cơ cấu dẫn động lái kiểu đòn ngang liên kết trên hệ thống treo độc lập 5

Hình 1.10 Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng bánh răng thanh răng 6

Hình 1.11 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực 6

Hình 1.12 Hệ thống lái trợ lực điện 7

Hình 1.13 Bố trí chung các bộ phận của hệ thống lái ô tô con 8

Hình 1.14 Cơ cấu lái trục vít con lăn 9

Hình 1.15 Cơ cấu lái trục vít chốt quay 10

Hình 1.16 Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi thanh răng cung răng 11

Hình 1.17 Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi thanh răng cung răng 12

Hình 1.18 Cơ cấu lái bánh răng thanh răng 12

Hình 1.19 Dẫn động lái bốn khâu 13

Hình 1.20 Dẫn động lái sáu khâu 14

Hình 1.21 Tuyến hình xe Honda Accord 2014 SM 16

Hình 1.22 Hệ thống lái trên xe Honda Accord SM 2014 17

Hình 1.23 Vành tay lái xe Honda Accord SM 2014 17

Hình 1.24 Cơ cấu lái trên xe Honda Acoord SM 2014 17

Hình 1.25 Dẫn động lái trên xe Honda Acoord SM 2014 18

Hình 1.26 Trợ lực thủy lực trên xe Honda Accord SM 2014 18

Hình 1.27 Phương án thiết kế hệ thống lái 19

Hình 2.1 Bố trí chung hệ thống lái thiết kế 24

Hình 2.2 Quan hệ góc quay lý thuyết của các bánh xe dẫn hướng 28

Hình 2.3 Đường đặc tính thực tế 30

Hình 3.1 Kiểm tra độ rơ vô lăng 57

Hình 3.2 Kiểm tra trợ lực 58

Hình 3.3 Điều chỉnh thanh dẫn hướng thanh răng 58

Hình 3.4 Vít dẫn hướng thanh răng 59

Hình 3.5 Siết vít dẫn hướng 59

Hình 3.6 Kiểm tra liên kết lái và hộp số lái 60

Hình 3.7 Tháo vô lăng 60

Hình 3.8 Tháo vô lăng khỏi trục lái 61

Hình 3.9 Kiểm tra cột lái 61

Hình 3.10 Kiểm tra áp suất bơm 62

Hình 3.11 Mở van ngắt A 63

Hình 3.12 Tháo đai dẫn động A 64

Hình 3.13 Lắp đai dẫn động A 65

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1-1 Thông số kĩ thuật của xe Honda Accord SM 2014 16Bảng 2-1 Thông số đầu vào tính toán 20

Với ngành công nghiệp ô tô, để đảm bảo tính tiện nghi, an toàn cho người sử dụngthì việc thiết kế một hệ thống lái đảm bảo đầy đủ các yêu cầu đặt ra là một điều rất cầnthiết trong xã hội hiện đại Một hệ thống lái phải đảm bảo tính quay vòng đúng của cácbánh xe dẫn hướng, điều khiển dễ dàng, dễ chăm sóc sửa chữa, bảo dưỡng và phù hợpvới phần lớn đối tượng sử dụng.

Cũng vì thế mà hệ thống lái ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo

và sử dụng hệ thống lái ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ hơn

Qua tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với yêu cầu nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp em

được giao nhiệm vụ : “Tính toán, thiết kế hệ thống lái ô tô con trên cơ sở xe Honda Accord SM 2014”.

Do điều kiện thời gian hạn chế nên trong đồ án này tập trung vào cơ cấu lái và tínhtoán cường hóa lái là chủ yếu Trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những sai sót,rất mong được các thầy hướng dẫn và các bạn tận tình giúp đỡ

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.1 Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô

1.1.1 Công dụng của hệ thống lái trên ô tô

Ô tô tham gia giao thông phải đảm bảo an toàn chuyển động, đồng thời hướngchuyển động của xe phải được kiểm soát bởi người điều khiển Khi xe chuyển động,chúng có thể đi thẳng, quay vòng, tránh chướng ngại vật, đó chính là các tác động điềukhiển xe chuyển động theo ý muốn Hệ thống lái sẽ đảm nhận chức năng này Hệ thốnglái tiếp nhận tác động của người lái xe, thông qua các bộ phận, cơ cấu dẫn động thực hiệnđiều khiển quay các bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng trong mặt phẳng đường một cáchlinh hoạt, nhanh chóng và chính xác

1.1.2 Phân loại hệ thống lái trên ô tô

1.1.2.1 Phân loại theo phương pháp quay vòng của ô tô

• Thay đổi phương chuyển động của các bánh xe dẫn hướng

• Đổi hướng mô men kéo ở các bánh xe chủ động

• Phương pháp quay vòng các phần khác nhau của ô tô

• Kết hợp thay đổi phương chuyển động của các bánh xe dẫn hướng và đổi hướng

mô men kéo ở các bánh xe chủ động

1.1.2.2 Phân loại theo số lượng bánh xe dẫn hướng

• Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu phía trước

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.1 Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu

trước

• Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu phía sau

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.2 Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu

phía sau

• Hệ thống lái 4 bánh dẫn hướng

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.3 Hệ thống lái 4 bánh dẫn hướng

1.1.2.3 Phân loại theo đặc điểm cấu tạo của cơ cấu lái

• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.4 Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu bánh

răng thanh răng

• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.5 Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít

con lăn

• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.6 Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít

êcu bi thanh răng bánh răng

• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít đòn quay

• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít cung răng

• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít bánh vít

• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít vô tận.

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.7 Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít

vô tận

1.1.2.4 Phân loại theo kiểu dẫn động lái

• Cơ cấu dẫn động lái kiểu 4 khâu với hệ thống treo phụ thuộc (dầm cầu liền)

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.8 Cơ cấu dẫn động lái kiểu 4 khâu với hệ

thống treo phụ thuộc

• Cơ cấu dẫn động lái kiểu đòn ngang liên kết trên hệ thống treo độc lập

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.9 Cơ cấu dẫn động lái kiểu đòn ngang liên

kết trên hệ thống treo độc lập

• Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng đòn quay

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.10 Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập

với cơ cấu lái dạng bánh răng thanh răng

1.1.2.5 Phân loại theo vị trí bố trí vành tay lái

• Hệ thống lái với vành tay lái ở bên trái của ô tô

• Hệ thống lái với vành tay lái ở bên phải của ô tô

1.1.2.6 Phân loại theo nguyên tắc hoạt động của bộ trợ lực

• Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.11 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

• Hệ thống lái trợ lực điện thuỷ lực

• Hệ thống lái trợ lực khí nén

• Hệ thống lái trợ lực điện

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.12 Hệ thống lái trợ lực điện

1.1.3 Yêu cầu đối với hệ thống lái trên ô tô

Trong quá trình ô tô chuyển động trên đường hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến

sự an toàn chuyển động nhất là ở tốc độ cao do đó nó phải đảm bảo các yêu cầu sau

- Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển dễ dàng, nhanh chóng Các cơ cấu điềukhiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảo không gâylên các dao động và va đập trong hệ thống lái

- Truyền tối thiểu các va đập nghịch đảo lên vành tay lái

- Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạngthái chuyển động thẳng hoặc là để quay về trạng thái chuyển động thẳng thì chỉ cần đặtlực lên vành lái nhỏ hơn khi ô tô đi vào đường vòng

- Hệ thống lái không được có độ dơ lớn: Ví dụ với ô tô có vận tốc lớn nhất lớn hơn

100 Km/h độ dơ vành lái cho phép không vượt quá 18°, với ô tô có vận tốc lớn nhất nằmtrong khoảng (25 ÷ 100) Km/h độ dơ vành lái cho phép không vượt quá 27°

- Với hệ thống lái không có trợ lực, số vòng quay toàn bộ của vành lái không đượcvượt quá 5 vòng, tương ứng với góc quay bánh xe dẫn hướng phía trong về cả hai phía kể

từ vị trí trung gian là 35° Ở các vị trí biên cần phải có vấu tì hạn chế quay của bánh xe

- Khi đi trên đường cong có bán kính không đổi bằng 12m với tốc độ 10Km/h, lựcđặt lên vành lái tối đa không vượt quá 250N

- Ngoài các yêu cầu trên còn có các yêu cầu cụ thể đối với hệ thống lái như sau

• Với các hệ thống lái có trợ lực thì khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn có thểđiểu khiển được ô tô

• Thuận tiện trong việc sử dụng và bảo dưỡng.

*Nhờ các quy định về an toàn chuyển động của ô tô này nên hệ thống lái ngày càngđược hoàn thiện hơn*

1.2 Cấu tạo hệ thống lái trên ô tô

Bố trí chung hệ thống lái với các bộ phận cơ bản và chức năng của chúng như sau:

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.13 Bố trí chung các bộ phận của hệ thống

lái ô tô con

1.2.1 Vành lái và trục lái

Vành lái là một vành tròn, nhận tác động điều khiển xoay tròn từ tay người lái xe,chúng tạo nên mô men quay và truyền tới trục lái

1.2.2 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái là cơ cấu cơ khí có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục lái thànhchuyển động lắc của các đòn dẫn động và làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng.+Phương án 1: Cơ cấu lái trục vít con lăn

Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng rãi Phần lớn các ô tô Liên Xô loại

có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này Cơ cấu lái gồm trục vít bô-it 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quayđứng Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theolực truyền qua cơ cấu lái

glô-Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.14 Cơ cấu lái trục vít con lăn

Ưu điểm:

- Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhưng sựtiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được áp suấtriêng và tăng độ chống mài mòn

- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ô tô mà làm conlăn có hai đến bốn vòng ren

- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn

- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng Đường trục của conlăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn Δ = 5 ÷ 7 mm, điều này cho phép triệttiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá trình sử dụng

Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác định theocông thức:

z1 - số đường ren của truc vít

Tỷ số truyền của cơ cấu lái i c sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng 5 ÷ 7%nhưng sự tăng này không đáng kể coi như tỷ số truyền của loại trục vít con lăn là khôngthay đổi Hiệu suất thuận ηth = 0,65, hiệu suất nghịch ηng = 0,5

+Phương án 2: Cơ cấu lái trục vít chốt quay Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:

- Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.15 Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Ưu điểm:

Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trước.Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu láichốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trítrung gian Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hay đònquay và trục vít phát sinh ma sát trượt Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòncủa trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi

Nếu bước của trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:

Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít được sử dụng vì ápsuất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thân chốt có độ chịu mài mònkém

Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay đứngtheo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái

+Phương án 3: Kiểu bi trục vít êcu bi thanh răng cung răng Cấu tạo:

Gồm một trục vít, cả hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn Trục vít và êcu córãnh tròn có chứa các viên bi, các viên bi lăn trong rãnh và truyền lực Khi đến cuối rãnhthì các viên bi theo đường hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.

Khi truc vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này làmquay răng rẻ quạt Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng Khi bánh răng rẻquạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm quay bánh xe dẫnhướng

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.16 Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi thanh

răng cung răng

Cơ cấu lái kiểu trục vít - êcu bi thanh răng - cung răng có những ưu điểm sau: Dolực cản nhỏ, do ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt rất nhỏ (do có ma sát lăn)

Ta có thể giảm nhẹ lực đánh lái khi xe chạy chậm hoặc đang đỗ bằng cách thay đổi

tỷ số truyền của cơ cấu lái Tuy nhiên khi tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái thì làm giảm độnhạy của cơ hệ thống lái Trên các xe có trợ lực lái ta dùng cơ cấu lái có tỷ số truyềnkhông thay đổi được

Đặc điểm của loại cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi là các bán kính ăn khớp của

răng đai ốc bi cũng bằng nhau Do vậy tỷ số truyền của mỗi răng là không đổi ở bất kỳgóc quay nào của trục răng rẻ quạt và bằng tỷ số sau:

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.17 Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi thanh

răng cung răng

+Phương án 4: Kiểu bánh răng - thanh răng

Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính ănkhớp với thanh răng, trục bánh răng được lắp trên các ổ bi Thanh răng có cấu tạo dạngrăng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía giữa, phần thanh còn lại có tiếtdiện tròn Khi vô lăng quay, bánh răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sangphải hoặc sang trái trên hai bạc trượt Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đònbên qua các đầu thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xuay đứng

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.18 Cơ cấu lái bánh răng thanh răng

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng, trụcrăng đặt nghiêng ngược chiều với 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

Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng có các ưu điểm sau:

- Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụngnhư thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang như các cơ cấu lái khác.+Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp Sức cản trượt, cản lăn nhỏ vàtruyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ.

+Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải chăm sóc bảo dưỡng

1.2.3 Dẫn động lái

Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của tất

cả các 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, đònkéo ngang và các đòn bên Sự quay vòng của ô tô là rất phức tạp, để đảm bảo đúng mốiquan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điềukhó thực hiện vì phải cần tới dẫn động lái 18 khâu Hiện nay người ta chỉ đáp ứng điềukiện gần đúng của mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo lênhình thang lái

+Dẫn động lái bốn khâu (Hình thang lái Đantô):

Hình thang lái bốn khâu đơn giản dễ chế tạo đảm bảo được động học và động lựchọc quay vòng các bánh xe Nhưng cơ cấu này chỉ dùng trên xe có hệ thống treo phụthuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng) Do đó chỉ được áp dụng cho các xe tải và những xe

có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên xe du lịch ngày nay có hệ thống treo độc lập thìkhông dùng được

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.19 Dẫn động lái bốn khâu

+ Dẫn động lái sáu khâu:

Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệ thống treo độclập lắp trên cầu dẫn hướng Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu là dễ lắp đặt cơ cấu lái,giảm được không gian làm việc, bố trí trợ lực lái thuận tiện ngay trên dẫn động lái, Hiệnnay dẫn động lái sáu khâu được dùng rất thông dụng trên các loại xe du lịch như: Toyota,Nisan, Mercedes, Kia …

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.20 Dẫn động lái sáu khâu

1.2.4 Trợ lực lái

Trợ lực lái bao gồm: nguồn năng lượng; van điều khiển; cơ cấu chấp hành (xy lanhlực) Chức năng của trợ lực lái nhằm làm giảm nhẹ lực tác động điều khiển trên vành láicho người lái xe nhưng vẫn đảm bảo cảm giác lái Mặt khác vẫn có thể đảm bảo ô tôchuyển động an toàn ở tốc độ cao nếu như sự cố nổ lốp xảy ra ở bánh xe dẫn hướng.Trên ô tô hiện nay, khi đánh lái người lái có thể quay tối đa từ 1,5 - 3 vòng về mỗiphía (ứng với góc quay lớn nhất trên vành lái 540 - 1080), khi đó góc quay tối đa củabánh xe dẫn hướng nhỏ (từ 30 - 400 với ô tô con, từ 40 - 550 với ô tô tải) Như vậy hệthống lái có tỷ số truyền góc lớn (tỷ số truyền gốc)

Hệ thống lái còn có tỷ số truyền lực, tỷ số truyền này còn đảm bảo với lực tác độngtrên vành lái nhất định mà vẫn có thể thắng được lực cản bánh xe dẫn hướng khi khôngcần tới trợ lực lái

Khi tỷ số truyền lớn, lực tác động lên vành lái nhỏ nhưng phải quay nhiều vòng vàngược lại Lực tác động lớn nhất lên vành lái khi không có trợ lực lái đối với ô tô con(theo tiêu chuẩn quốc tế) không vượt quá 150 N, ô tô tải có tổng trọng lượng 3,5 tấn lựctác động lớn nhất không vượt quá 200 N

Mặt khác tỷ số truyền của hệ thống lái bao gồm: tỷ số truyền cơ cấu lái (iccl); tỷ sốtruyền dẫn động lái, tuy nhiên tỷ số truyền dẫn động lái thường xấp xỉ bằng 1 Tỷ sốtruyền của cơ cấu lái với ô tô con hiện nay vào khoảng 13 - 22 đối với ô tô con, khoảng

20 - 36 đối với ô tô tải, buýt và ô tô khách

Hiệu suất của hệ thống lái Hiệu suất của hệ thống lái được xác định như là tích củahiệu suất của cơ cấu lái với hiệu suất của dẫn động lái Hiệu suất của hệ thống lái đánh giá

sự mất mát cho ma sát trong cơ cấu lái và dẫn động lái Mất mát do ma sát trong cơ cấulái vào khoảng 50% tổng số mất mát cho ma sát trong hệ thống lái, và dẫn động lái, trụcquay bánh xe dẫn hướng chiếm khoảng 40 - 50%

Có hai hiệu suất của hệ thống lái đó là hiệu suất thuận (n) và hiệu suất nghịch (.).Hiệu suất thuận đánh giá khả năng truyền lực từ vành lái tới các bánh xe dẫn hướng, giátrị này vào khoảng 0,67-0,82 và hiệu suất nghịch đánh giá khả năng truyền lực ngược lại

từ bánh xe dẫn hướng tới vành lái, giá trị này vào khoảng 0,58 - 0,65 Nếu xét riêng cơcấu lái hiệu suất thuận, nghịch của chúng thường nằm trong khoảng:

Itch = 0,65 - 0,95; Incl = 0,55 - 0,85

Hệ thống lái cần có giá trị hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch, bởi trong trongtrường hợp này sẽ mất mát ít cho ma sát và điều khiển ô tô được nhẹ nhàng Giá trị hiệusuất nghịch cần đủ lớn để đảm bảo khả năng tự ổn định hướng của bánh xe dẫn hướng tốt,tuy nhiên giá trị này lớn quá sẽ làm gia tăng việc truyền xung lực va đập từ mặt đường lênvành lái, gây mỏi mệt cho người điều khiển Mặt khác, giá trị hiệu suất nghịch nhỏ cũng

sẽ làm mất cảm giác bám đường

1.3 Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế

1.3.1 Giới thiệu xe tham khảo

Honda là hãng sản xuất động cơ đốt trong lớn nhất hiện nay Bởi vậy hãng có đủđiều kiện và cơ sở để đầu tư những công nghệ hàng đầu cho các mẫu xe của hãng, HondaAccord 2014 sử dụng động cơ 2.4L i-VTEC áp dụng cấu trúc mới với trọng lượng giảm4,5% Hộp số tự động 5 cấp, có chế độ thể thao S (sport) và lẫy chuyển số sau vô lăng phùhợp với những tay lái thích cảm giác lại thể thao Luôn đề cao tính năng an toàn là tiêuchí hàng đầu của hãng xe danh tiếng Nhật Bản Bởi vậy nên Honda Accord 2014 sở hữu

hệ thống tiên tiến 4 túi khí cho hàng ghế trước với 2 túi trước trang bị công nghệ i-SRS, 2túi bên hông cho ghế trước; hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) với hệ thống phânphối lực phanh điện tử (EBD); hỗ trợ lực phanh khẩn cấp (BA); hệ thống cân bằng điện

tử (VSA) và hỗ trợ khởi hành ngang dốc (HSA) Hệ thống cân bằng điện tử VSA kết hợpcùng hệ thống chống bó cứng phanh và hệ thống van bướm ga điện tử mang lại sự ổnđịnh cho xe khi vào cua Nếu tình trạng văng đầu/văng đuôi được phát hiện, hệ thống sẽđóng bớt bướm ga và sẽ tự động phanh lên các bánh xe bị trượt nhằm ổn định lại thân xe.Accord hoàn toàn mới sử dụng thép tăng cứng cường độ cao Cấu trúc thân xe sử dụng kĩthuật tương thích tiên tiến (ACE) giúp hấp thụ lực tác động của va chạm, giảm thiểu nguy

cơ chấn thương

Tuyến hình xe :

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.21 Tuyến hình xe Honda Accord 2014 SM

Thông số kĩ thuật của xe tham khảo Honda Accord SM 2014 như trong Bảng Phântích, lựa chọn phương án thiết kế-1

Bảng Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế-1 Thông số kĩ thuật của xe Honda Accord

Bố trí chung hệ thống lái với các bộ phận cơ bản và chức năng của chúng như sau:

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.22 Hệ thống lái trên xe Honda Accord SM

2014

Vành tay lái :

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.23 Vành tay lái xe Honda Accord SM 2014

Cơ cấu lái :

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.24 Cơ cấu lái trên xe Honda Acoord SM

2014

Dẫn động lái :

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.25 Dẫn động lái trên xe Honda Acoord SM

2014

Trợ lực thủy lực :

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.26 Trợ lực thủy lực trên xe Honda Accord

SM 2014

Qua phân tích đặc điểm các hệ thống lái trợ lực, với những ưu điểm của hệ thống láitrợ thủy lực đã trình bày ở trên, em chọn phương án lựa chọn thiết kế là: hệ thống lái trợlực thủy lực Vậy ta cần phải lựa chọn và thiết kế các cụm chính sau: Lựa chọn thiết kế cơcấu lái, lựa chọn dẫn động lái, lựa chọn thiết kế trợ lực lái

+Với 4 phương án trên em lựa chọn phưong án 4 làm phương án thiết kế vì hệ thống

đã có trợ lực ta chỉ cần cơ cấu lái đơn giản không cần có tỉ số truyền phải lớn và thay đổi,

và lúc đó thanh răng được lấy luôn là 1 khâu của hình thang lái

+Phương án lựa chọn dẫn động lái:

Với hệ thống treo độc lập do đó ta chọn dẫn động lái sáu khâu Đặc điểm của dẫnđộng lái sáu khâu là có thêm thanh nối nên ngăn ngừa được ảnh hưởng sự dịch chuyểncủa bánh xe dẫn hướng này lên bánh xe dẫn hướng khác.

Hình Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.27 Phương án thiết kế hệ thống lái

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI CHO Ô TÔ CON

2.1 Xác định lực đặt lên vành tay lái

Số liệu đầu vào dựa trên xe tham khảo Honda Accord SM 2014 như trong BảngTính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con-2

Bảng Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con-2 Thông số đầu vào tính toán

1 Kích thước (DxRxC) 4930 x 1847 x 1475 mm

Lực tác động lên vành tay lái của ô tô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ô tô tạichỗ Lúc đó mômen cản quay vòng trên bánh xe dẫn hướng M c sẽ bằng tổng số củamômen cản chuyển động M1, mômen cản M2 do sự trượt lê bánh xe trên mặt đường vàmômen cảnM3 gây nên bởi sự làm ổn định các bánh xe dẫn hướng

M c=2(M1+M2+M3)1η

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

Mômen cản quay vòng được xác định theo công thức:

M1=G bx fa

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

a - cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng với xe thiết kế đo được a = 0,045 m

f - hệ số cản lăn ta xét trong trường hợp khi ô tô chạy trên đường nhựa và khô tachọn f = 0,015

Vậy: M1= 5500.0,045.0,015 = 3,71 (Nm)

+ Mô men cản M2 do sự trượt bên của bánh xe trên mặt đường:

Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường sẽ bịlệch đi đối với trục bánh xe Nguyên nhân lệch này là do sự đàn hồi bên của lốp Điểm đặtcủa lực Y sẽ nằm cách hình chiếu

của trục bánh xe một đoạn x về phía sau Đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảngcách của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài của nó theo công thức sau:

x=0.5√r2−r bx

2

(Tính toán, thiết kế

hệ thống lái cho ô

tô con.4)

Với bánh xe có cỡ lốp là: 235/45R18 94V

Với H là chiều cao lốp: H = 0,45.235 = 105,75 (mm)

Với d là đường kính vành bánh xe: d = 18 (ins) = 18.25,4 = 457,2 (mm)

M = (M1 + M2)λ

Với λ = 1,07- 1,15 ta chọn λ = 1,1 suy ra ta có:

M = (3,71 +205,8).1,1 = 230,46 (Nm)

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

tô con.7)

Vậy mô men cản quay vòng là: Mc = 2.230,46/0,7 = 658 (Nm)

2.1.2 Tỷ số truyền của dẫn động lái

Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tayđòn id = 0,85-1,1

Chọn sơ bộ id = 1 (cho cầu dẫn hướng)

2.1.3 Tỷ số truyền cơ cấu lái i c

Ta có công thức:

α’max=αmax.i

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

tô con.8)

α’max: gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng.

Ta lấy sơ bộ tỷ số truyền của hệ thống lái i =16

Tính lại α’max, ta có: α maz '

thiết kế

Do tỷ số truyền của dẫn động lái id = 1, nên tỷ số truyền của cơ cấu lái ic = 16

2.1.4 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái

Khi đánh lái trong trường hợp ô tô đứng yên tại chỗ thì lực đặt lên vành tay lái đểthắng được lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng là lớn nhất Lực lớn nhấtđặt lên vành tay lái được xác định theo công thức:

P vlmax= M c

R i c i d η

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

tô con.9)

Trong đó:

M c – mô men cản quay vòng: M c= 658 (Nm)

R - bán kính bánh lái: R = 0,18 (m)

i c - tỷ số truyền cơ cấu lái : i c = 16

η - hiệu suất của hệ thống lái: η = 0,8

i d - tỷ số truyền của truyền động lái: i d = 0,85 - 1,1 ; chọn id = 1

2.1.5 Chọn phương án cường hóa lái

Với thực tế và những vấn đề về cường hóa lái đã được giới thiệu ở phần trước, tachọn phương án thiết kế cường hóa như sau:

- Phương án cường hóa lái là cường hóa thủy lực

- Chọn bơm là bơm cánh gạt

- Phương án bố trí là sơ đồ 4: cơ cấu lái, xi lanh lực và van phân phối bố trí trên cùngmột khối

- Chọn van điều khiển là loại van xoay

Kết hợp với việc chọn phương án cơ cấu lái là bánh răng - thanh răng, và dẫn độnglái 6 khâu, ta có sơ đồ bố trí chung hệ thống lái thiết kế như sau:

Hình Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con.28 Bố trí chung hệ thống lái thiết kế

Nguyên lý hoạt động:

Khi quay vành lái đi một góc, lực từ vành lái truyền qua trục lái tới trục răng của cơcấu lái Mô men này làm quay trục răng, tác dụng làm thanh răng di chuyển sang tráihoặc phải, qua thanh dẫn động và đòn quay bên tác dụng làm cho bánh xe xoay sang phảihoặc sang trái, thay đổi hướng chuyển động của ô tô Khi lực đặt vào vành tay lái đến mộtgiá trị xác định (được tính trước), khi đó cường hóa lái bắt đầu làm việc và tác dụng lựclàm quay các bánh xe dẫn hướng

2.2 Tính các thông số hình học của dẫn động lái

Nhiệm vụ của tính động học dẫn động lái là xác định những thông số tối ưu củahình thang lái để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng một cáchchính xác nhất và động học đúng của đòn quay đứng khi có sự biến dạng của bộ phận đàn

Từ lý thuyết quay vòng ta thấy để nhận được sự lăn tinh của các bánh xe dẫn hướngkhi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quan hệ sau đây của góc quay bánh xedẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng.

Theo giáo trình “ thiết kế và tính toán ô tô máy kéo ” mối quan hệ đó được biểu hiện

ở công thức sau:

cotgα −cotgβ= B0

L

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

tô con.1 0)

Trong đó:

α: Là góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài của cầu dẫn hướng

β: Là góc quay của bánh xe dẫn hướng trong của cầu dẫn hướng

L: là chiều dài cơ sở của xe

B0: là khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng

A Trường hợp xe đi thẳng

Từ sơ đồ dẫn động lái trên ta có thể tính được mối liên hệ giữa các thông số theo cácbiểu thức sau:

X =B−2.(m cos θ+ p cos γ )

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

tô con.1 1)

Trong đó: sin γ =( y−m sin θ )/ p

⇒ cos γ=√1−sin2

γ=1

p .√p2−( y−m sin θ )2

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

tô con.1 2)

Thay vào ta được:

⇒ X =B−2.(m cos θ+√p2−( y−m sin θ )2

)

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

tô con.1 3)

Các đòn bên tạo với phương ngang một góc θ

Khi ô tô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau thì hình thang lái đantôkhông thỏa mãn hoàn toàn được quan hệ giữa α và β như công thức trên

Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho sai lệch với quan hệ lýthuyết trong giới hạn cho phép, không vượt quá 1o

Từ sơ đồ ta có mối quan hệ của các thông số như sau:

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

tô con.1 4)

tô con.1 5)

Từ quan hệ hình học trong tam giác ACD ta có:

tô con.1 6)

lái cho ô

tô con.1 7)

Từ mối quan hệ hình học trong tam giác ACD ta có:

tô con.1 8)

tô con.1 9)

Trong đó:

AD =2.[m cos θ+√p2−( y−m sin θ )2

)]−[m cos(θ−β )+√p2−( y−m sin(θ−β ))2

]

Ta có mối quan hệ của các góc quay bánh xe dẫn hướng như sau:

cot g α=Bo

L +cot g β

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

tô con.2 0)

Với Bo = 1490 mm, L = 2800 mm

Cho β các giá trị khác nhau từ 5 – 40, ta có các góc α tương ứng theo bảng sau:

α(0) 0 4,77 9,16 13,19 16,96 20,48 23,82 27,03 30,12

Từ bảng giá trị thu được ta xây dựng được quan hệ lý thuyết (Hình Tính toán, thiết

kế hệ thống lái cho ô tô con.29):

0 5 10 15 20 25 30 35

tô con.2 1)

Trong đó:

AD =2.[m cos θ+√p2−( y−m sin θ )2

)]−[m cos(θ−β )+√p2−( y−m sin(θ−β ))2

]

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

tô con.2 2)

Chọn các thông số như sau:

- m = 180 (mm): chiều dài đòn bên hình thang lái

- y = 188 (mm): khoảng cách giữa đòn ngang với trục trước trong hình thang lái.

- p = 280 (mm): chiều dài thanh nối bên hình thang lái

Cho lần lượt θ = 74°, 75°, 76°, 77°, 78° ta có được bảng số liệu như sau:

Như vậy với θ=77° thì ta có được đường cong thực tế gần với đường cong lý thuyết

nhất và thỏa mãn điều kiện về sai lệch giữa lý thuyết và thực tế

Ta xây dựng đồ thị quan hệ α và β thực tế và lý thuyết trên cùng đồ thị như sau:

0 5 10 15 20 25 30 35

Hình Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con.30 Đường đặc tính thực tế

Vì vậy ta chọn được θ=77°, ứng với góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng

là β max=40 °

và α max=29 ,5 °

Độ dài thanh kéo ngang :

) 2)

2.2.4 Kiểm tra các thông số hình học của cơ cấu lái

Theo sơ đồ dẫn động lái, khi bánh xe dẫn hướng quay được một góc βo max thì thanh

răng dịch chuyển một đoạn X1.

Do đó ta chọn chiều dài làm việc của thanh răng là L = 190 (mm), để đảm bảo khi xe

quay vòng hết thì thanh răng vẫn không bị chạm

2.3 Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu lái

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

+ Chọn trước đường kính vòng lăn của bánh răng từ đó tính ra vòng quay của bánhrăng có phù hợp không Có nghĩa là ứng với số vòng quay (n) nào đó thì thanh răng phảidịch chuyển được một đoạn X1 = 87,86 (mm)

+ Chọn trước số vòng quay của vành lái rồi sau đó xác định bán kính vòng lăn củabánh răng đối với cơ cấu lái loại bánh răng - thanh răng thì số vòng quay của vành lái thìcũng 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 xequay là n = 1,78 vòng

Ta có công thức :

X1 = 2Rn

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

tô con.2 3)

Suy ra: R = X1

2 π 1 ,78= 7,85 mm

Tính số răng theo tài liệu chi tiết máy

Dc = m n Z

cos β

(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô

tô con.2 4)

Trong đó:

Dc : Đường kính vòng chia: Dc = 2R = 2.7,85 = 15,7 (mm )

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

β : Góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ góc nghiêng β = 120

Z = D c m cos β

n = 15 ,7 cos 120

2 ,5 = 6,14Chọn số răng Z = 6 răng

Tính chính xác lại góc nghiêng, ta có :

cos β = Z m D n

c = 6.2 ,5 15 ,7 = 0,9554Suy ra β = arccos 0,9554 = 170

Mô đun ngang của bánh răng :

mt = m n cos β = 2.5

cos 170= 2,614

Số răng tối thiểu:

Zmin = 17cos3 = 17.cos3170 = 14,87  15Như vậy Zmin = 15 > 6 do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phải dịch chỉnh, tachọn kiểu dịch chỉnh đều  = 0

+ Đường kính cơ sở của bánh răng: