thiết kế hệ thống lái cho ôtô tải cỡ lớn có hai cầu dẫn hướng

Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng Lời nói đầu Trong nền kinh tế quốc dân hiện nay, vai trò của giao thông ôtô rất quan trọng trong việc vận chuyển ngời và hàng hoá. Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của ôtô là điều khiển hớng chuyển động, nhiệm vụ này đợc đảm bảo bởi hệ thống lái của ôtô. Đối với xe tải lớn, do tải trọng phân bố lên cầu trớc lớn nên với hệ thống lái một cầu dẫn hớng, để đảm bảo an toàn, kích thớc các chi tiết phải đủ lớn, do đó việc sửa chữa thay thế khó khăn. Từ đó em đợc giao nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống lái cho xe tải 27 tấn có hai cầu dẫn hớng, với công thức bánh xe 8 x 4. Trong quá trình làm đồ án, đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo Phạm Hữu Nam và các thầy giáo trong bộ môn, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Do trình độ bản thân và thời gian có hạn nên đồ án của em không tránh khỏi khiếm khuyết. Em mong đợc sự chỉ bảo của các thầy. Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên: Vũ Văn Hoà chơng I nhiệm vụ, yêu cầu Hệ thống láI trên xe tảI lớn 1. Nhiệm vụ hệ thống lái. Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hớng chuyển động của ôtô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hớng cũng nh để giữ phơng chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ôtô khi cần thiết . Trong quá trình chuyển động trên đờng, hệ thống lái có ảnh hởng rất lớn đến an toàn chuyển động của xe nhất là ở tốc độ cao, do đó chúng không ngừng đợc hoàn thiện. Đồ án tốt nghiệp 1 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng Việc điều khiển hớng chuyển động của xe đợc 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 hớng). Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe. Để quay vòng đợc thì ngời lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực, đồng thời để quay vòng đợc thì cần có một phản lực sinh ra từ mặt đờng lên bánh xe. Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hớng quay trên những đờng tròn đồng tâm với nhau. Đó là tâm quay tức thời khi quay vòng 2. Phân loại hệ thống lái. Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô: a . Phân loại theo phơng pháp chuyển hớng . +Chuyển hớng hai bánh xe ở cầu trớc +Chuyển hớng tất cả các bánh xe b . Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực . +Hệ thống lái cơ khí . +Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén. c . Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái. +Cơ cáu lái kiểu trục vít lõm - con lăn. + Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít -đai ốc . + Cơ cấu lái kiểu trục vít - thanh răng. + Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng. + Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn . d . Phân loại theo bố trí vành lái . + Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đờng bên trái ). + Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đờng bên phải ). e . Phân loại theo kết cấu đòn dẫn động. - Dẫn động lái một cầu - Dẫn động lái hai cầu 3. Yêu cầu đối với hệ thống lái xe tải lớn An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất lợng thiết kế và sử dụng phơng tiện này. Đồ án tốt nghiệp 2 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô là hệ thống lái. Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động, hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau : + Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an toàn. + Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hớng + Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng + Đảm bảo lực lái thích hợp + Hệ thống lái không đợc có độ dơ lớn + Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe + Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa góc quay vô lăng với góc quay bánh xe dẫn hớng. + Không đòi hỏi ngời lái xe một cờng độ lao động quá lớn khi điều khiển ôtô. 4. Sơ đồ tổng quát hệ thống lái ôtô. Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực gồm có vành tay lái, trục lái, cơ cấu lái và dẫn động lái. Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái. 1.vành tay lái 5.Thanh kéo dọc 2.Trục lái. 6.Đòn quay ngang 3.Cơ cấu lái. 7.Hình thang lái 4.Đòn quay đứng Đồ án tốt nghiệp 3 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 1 6 2 3 7 4 5 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng 4.1. Vành tay lái. Để tạo ra mô men quay vòng thì ngời lái cần phải tác dụng một lực lên vô lăng.Vô lăng có dạng vành tròn, có nan hoa bố trí đều hay không đều quanh vành trong của vành tay lái. 4.2. Trục lái. Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục lái chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và ống trục lái để cố định trục lái vào thân xe. Đầu phía trên của trục lái chính đợc gia công ren và then hoa để lắp vô lăng lên đó và đợc giữ chặt bằng một đai ốc. 4.3. Cơ cấu lái. Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của ngời lái đến các bánh xe dẫn hớng, chúng có chức năng giảm lực đánh lái bằng cách tăng mô men đầu ra, tỷ số giảm tốc đợc gọi là tỷ số truyền của cơ cấu lái và thờng bằng 18 đến 20 đối với xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải . Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhng ngời lái phải quay vô lăng nhiều hơn khi quay vòng . 4.4. Dẫn động lái . Dẫn động lái bao gồm tất cả những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của bánh xe. Vì vậy dẫn động lái trên xe phải đảm bảo các chức năng sau : + Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hớng. + Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hớng sao cho không xảy ra hiện tợng trợt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫn hớng. + Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trớc ,đòn kéo ngang và đòn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng một góc thì các bánh xe dẫn hớng sẽ quay đi một góc nhất định. Hình thang lái có thể bố trí trớc hoặc sau cầu dẫn hớng tùy theo bố trí chung. 5 . Số liệu tham khảo . Xe tải hạng nặng HUYNDAI đời 1994 Chiều dài toàn bộ :12270 mm Đồ án tốt nghiệp 4 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng Chiều cao toàn bộ :2780 mm Khoảng cách giữa hai trụ quay đứng : B 0 =1880 mm Chiều dài cơ sở của cầu dần hớng thứ nhất là : L 1 =7060 mm Chiều dài cơ sở của cầu dẫn hớng thứ hai là : L 2 =5360 mm. Trọng lợng không tải : G 0 =93000 N Trọng Lợng toàn tải : G T =273000 N Ký hiệu lốp :10.00-20 Trọng lợng toàn tải phân bố ra hai cầu dẫn động lái (cầu I và cầu II) : G T1 =G T2 =32500 N Trọng lợng toàn tải phân bố ra hai cầu sau (cầu III và cầu IV ) : G T3 =G T4 =104000 N Chơng ii thiết kế dẫn động lái Dẫn động lái gồm tất cả các cơ cấu truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của các bánh xe dẫn hớng khi quay vòng. Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó đợc tạo bởi cầu trớc, đòn kéo ngang và các đòn kéo bên. Sự quay vòng của ôtô rất Đồ án tốt nghiệp 5 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng phức tạp, để đảm bảo mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện. Hiện nay ngời ta chỉ đáp ứng gần đúng mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo nên hình thang lái. Với xe thiết kế là xe tải hạng nặng, ta chọn phơng án dẫn động lái bao gồm hai cầu dẫn hớng, với hai hình thang lái ĐANTÔ và một cơ cấu liên động giữa hai cầu. 1. Tỷ số truyền của hệ thống lái. 1.1. Tỷ số truyền của dẫn động lái I d . Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thớcvà quan hệ của các cánh tay đòn. I d =0,85-1,1 Chọn sơ bộ I d =1 ( cho cầu dẫn hớng thứ nhất) 1.2. Tỷ số truyền của cơ cấu lái I . Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại trục vít-êcu-bi-răng rẻ quạt đợc tính theo công thức sau : t R i 0 2 = Trong đó : t-bớc vít của trục vít R 0 - bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt. R 0 và t không đổi nên tỷ số truyền của loại cơ cấu lái trục vít vô tận-êcu cung răng là không đổi. Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này thờng lấy theo kinh nghiệm thiết kế 2522 ữ= i , ta chọn sơ bộ 24= i . 1.3. Tỷ số truyền của hệ thống lái. Tỷ số truyền của hệ thống lái bằng tích số của tỷ số truyền cơ cấu lái (i ) và tỷ số truyền của dẫn động lái(i d ). d iii . = Tỷ số truyền cho cầu dẫn hớng thứ nhất 11 . d iii = Tỷ số truyền cho cầu dẫn hớng thứ hai 22 . d iii = Đồ án tốt nghiệp 6 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng Trong đó i d1 , i d2 lần lợt là tỷ số truyền của dẫn động lái đến bánh xe dẫn hớng cầu thứ nhất và cầu thứ hai. Giá trị tỷ số truyền đối với cầu dẫn hớng thứ nhất chọn sơ bộ i 1 =1.24=24 1.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái. I l - là tỷ số của tổng lực cản khi ôtô máy kéo quay vòng(P c ) và lực đặt trên vành tay lái khi cần thiết để khắc phục đợc lực cản quay vòng(P l ). l c l P P I = Trong đó: R M P c M P l l c c = = Với : M c - mômen cản quay vòng của bánh xe M l - mômen đặt trên vành tay lái. c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đờng trục đứng kéo dài. R - bán kính vành tay lái. 2. Tính toán các thông số hình học của hệ dẫn động lái. 2.1. Tính toán hình thang lái. a) Công dụng của hình thang lái: - Hình thang lái có tác dụng đảm bảo sự quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hớng. Khi đó các bánh xe dẫn hớng không có sự trợt khi xe chuyển động. - Đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe dẫn hớng bên trái và bên phải sao cho các bánh xe lăn trên các đờng tròn khác nhau nhng đồng tâm. Đồ án tốt nghiệp 7 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 rbx c Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng b)Xây dựng đờng đặc tính ly thuyết của hệ thống lái hai cầu trớc: Muốn các bánh xe thực hiện quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải thoả mãn công thức sau : Cotg 1 -Cotg 1 = 1 0 L B Cotg 2 - Cotg 2 = 2 0 L B Trong đó : 1 , 2 : Là góc quay của bánh xe dẫn hớng ngoài của cầu dẫn hớng thứ nhất và thứ hai 1, 2 : Là góc quay của bánh xe dẫn hớng trong của cầu dẫn hớng thứ nhất và thứ hai . L 1 ,L 2 : chiều dài cơ sở của hai cầu (trên hình vẽ). B 0 : Khoảng cách giữa hai đờng tâm trụ quay đứng . Đồ án tốt nghiệp 8 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 L 2 L L 1 A 1 A 2 B 1 B 2 1 O C D B 0 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng Sơ đồ động học khi quay vòng. Theo hình vẽ : Cotg 1 = 1 L OD Cotg 2 = 2 L OD Ta tìm đợc mối quan hệ của các góc quay bánh xe dẫn hớng với góc 1 nh sau : 1 1 0 1 Cotg L B Cotg += 2 2 0 2 Cotg L B Cotg += 1 1 2 2 Tg L L Tg = Cho 1 các giá trị khác nhau từ 00 400 ữ ta lần lợt xác định đợc các góc 221 ,, tơng ứng theo bảng sau : Bảng 1: Bảng thông số của đ ờng đặc tính lý thuyết của các góc quay cầu thứ nhất và quan hệ góc quay giữa cầu thứ nhất và cầu thứ hai. 1 ( ) 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1 ( ) 0 0 4,89 9,56 14,04 18,36 22,53 26,58 30,55 34,44 2 ( ) 0 0 3,80 7,62 11,50 15,47 19,50 23,67 28,00 32,50 Bảng 2: Cầu thứ hai: 2 ( 0 ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 20 ( 0 ) 0 4,85 9,43 13,76 17,89 21,84 25,65 29,34 32,96 Từ bảng giá trị thu đợc ta xây dựng đợc quan hệ : )2(f2 )1(f1 )1(f2 = = = c)Xây dựng đờng đặc tính thực tế. Đồ án tốt nghiệp 9 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng Nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế hình thang lái Đantô là xác định đúng góc nghiêng của các đòn bên khi xe chạy thẳng : Sơ đồ xác định các kích thớc của hình thang lái Cần xác định góc và độ dài mỗi đòn bên m và đòn ngang n. Quan hệ thực tế giữa các góc quay 2và2,1và1 phụ thuộc vào góc và độ dài m của đòn bên . Khi xe chạy thẳng: Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình ta có thể tính đợc mối quan hệ giữa các thông số theo biểu thức sau: m2 nB sin = Khi xe quay vòng : Đồ án tốt nghiệp 10 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 B 0 m m n [...]... Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng Đặc tính quay vòng của cầu thứ nhất Thực tế Lý thuyết 1 a1 quan hệ góc quay vòng của bánh xe dẫn hứơng thứ nhất với bánh xe dẫn hứơng thứ hai Thực tế Lý thuyết a2 a1 Đồ án tốt nghiệp 18 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng đặc tính quay vòng của cầu thứ hai Thực tế Lý thuyết 2 a2 *.Tính tỷ số truyền của dẫn động lái: tỷ số truyền của hệ dẫn. .. nên khớp cầu thoả mãn điều kiện cắt Fc 961,625 tại tiết diện nguy hiểm nhất Kết luận: Khớp cầu đủ bền trong quá trình làm việc chơng iii Đồ án tốt nghiệp 28 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng thiết kế cơ cấu lái 1 Các yêu cầu của cơ cấu lái Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo.Vì vậy cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau : + Có thể quay... Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng 2.2 Xác định góc quay vòng lớn nhất của vô lăng max= 1max.i Trong đó : max :gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng 1max :góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hớng cầu trớc (350) I1 :gọi là tỷ số truyền hệ thống lái đối với cầu trớc (i1 =24) lớn nhất từ 1,0 ữ 1,75 vòng đối với xe du lịch từ 2,0 ữ 2,5 vòng đối với xe tải lớn. .. giả thiết ln1=ln2) Theo mối quan hệ góc quay của cầu một và cầu thứ hai ta có: tg 2 = L2 tg 1 L1 (1.17) Thay vào (1.16) ta đợc : Đồ án tốt nghiệp 16 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng b c L tg 1 = 2 tg 1 a d L1 Suy ra: d = a.c L2 b L1 (1.18) (1.18) là công thức biểu diễn quan hệ kích thớc các đòn dẫn động đảm bảo mối quan hệ quay vòng đúng của cầu dẫn hớng thứ nhất và cầu. .. lăng lớn nhất : max = 24.35 0 = 840 0 2,33 (vòng) (trong giới hạn cho phép đối với xe tải) 2.3 Tính toán thông số hình học của dẫn động lái 1 10 9 b 2 C a A 8 c D S'2 d S'1 A1 ln1 3 B1 B S1 6 4 7 ln2 5 Sơ đồ tính toán dẫn động lái 1 2 3 4 5 Cơ cấu lái Đòn quay đứng Đòn kéo dọc cầu trớc Đòn kéo ngang cầu trớc Bánh xe Đồ án tốt nghiệp 15 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 S2 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn. .. góc quay vòng lớn nhất của cầu dẫn hớng thứ 2 : 2 max = 28 0 Tính các thông số cho cầu dẫn hớng thứ hai Tính Thay số : Cotg (90 0 2 ) = Đồ án tốt nghiệp 1880 = 0,25 2.0,7.5360 13 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng ta tính đợc 2 14 0 < 35 0 ( theo kinh nghiệm thiết kế) Chọn 2 các giá trị xung quanh giá trị đã chọn ( 2=140) và công thức (4) để tìm quan hệ thực tế của... 1.Rô tuyn lái 2.Đòn quay đứng 3.Trục quay đòn quay đứng(trục quay của bánh răng rẻ quạt) I-I :tiết diện nguy hiểm 3 I I 2 c ld b B 1 Q Đồ án tốt nghiệp 22 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng Đòn quay đứng để truyền chuyển động từ trục thụ động của cơ cấu lái đến đòn dọc của dẫn động lái Đòn quay đợc nối với dẫn động lái nhờ các khớp cầu và nối với trục cơ cấu lái bằng then... nghiệm cho cả hai cầu độ dài đòn bên : m1=m2=0,15.Bo=282 (mm) Chọn sơ bộ góc ban đầu theo công thức của Chuđakôp: Cotg (90 0 ) = Bo 2.0,7.L (1.8) Từ đó ta tính đợc Tính các thông số cho cầu dẫn hớng thứ nhất (cầu I) Tính Thay số: Cotg (90 0 1 ) = Đồ án tốt nghiệp 1880 = 0,19 2.0,7.7060 11 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng Ta tính đợc 1 110 < 35 0 ( theo kinh nghiệm thiết. .. 1 4 5 7 8 6 9 1 0 1 2 11 Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng 1.Trục lái 7.Đai ốc 2.Chụp nhựa 8.Đai ốc điều chỉnh 3.Đai ốc điều chỉnh 9.Lò xo Đồ án tốt nghiệp 30 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng 4 ổ bi trên 10.Thanh răng 5.Vỏ cơ cấu lái 11.trục răng 6 Dẫn hớng thanh răng 12 ổ bi dới Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng, trục... (1.23) Mômen vành tay lái : Ml = PD l d Md 452,58 = = = 23,57( KG.m) = 235,7 (N.m) t i t i 0,8.24 Trong đó : Đồ án tốt nghiệp 33 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng t - hiệu suất thuận của cơ cấu lái (chọn theo kinh nghiệm thiết kế t =0,8) Lực ngời lái tác dụng lên vành tay lái là: M l 23,57.1000 = = 94,29( KG ) = 942,9 (N) Rl 250 Pl = Mômen quay vành lái chính là mômen . Lớp Ôtô k46 Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô là hệ thống lái. Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động, hệ thống. lao động quá lớn khi điều khiển ôtô. 4. Sơ đồ tổng quát hệ thống lái ôtô. Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực gồm có vành tay lái, trục lái, cơ cấu lái và dẫn động lái. Hình 1.2-Sơ. nhất của ôtô là điều khiển hớng chuyển động, nhiệm vụ này đợc đảm bảo bởi hệ thống lái của ôtô. Đối với xe tải lớn, do tải trọng phân bố lên cầu trớc lớn nên với hệ thống lái một cầu dẫn hớng,