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

Việc điều khiển hớng chuyển động của xe đợc thực hiện nhờ vô lăngvành lái , trục lái truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấulái tăng lực quay của vô lăng để truyền môme

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 nhờquay vòng các bánh xe dẫn hớng cũng nh để giữ phơng chuyển động thẳnghay 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 khôngngừng đợc hoàn thiện

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 cấulái (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 cácbánh 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 lênbánh 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

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

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

4.1 Vành tay lái.

Để tạo ra mô men quay vòng thì ngời lái cần phải tác dụng một lực lên vôlăng.Vô lăng có dạng vành tròn, có nan hoa bố trí đều hay không đều quanhvành trong của vành tay lái

1

6

2 3

7

4

5

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 cơcấu lái và ống trục lái để cố định trục lái vào thân xe Đầu phía trên của trụclái chính đợc gia công ren và then hoa để lắp vô lăng lên đó và đợc giữ chặtbằng 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 cáchtăng mô men đầu ra, tỷ số giảm tốc đợc gọi là tỷ số truyền của cơ cấu lái vàthờng 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 lăngnhiều 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 đếnngõng quay của bánh xe Vì vậy dẫn động lái trên xe phải đảm bảo các chứcnăng 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 rahiện tợng trợt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữacác bánh xe dẫn hớng

+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trớc ,đònkéo ngang và đòn kéo bên Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng mộtgóc thì các bánh xe dẫn hớng sẽ quay đi một góc nhất định Hình thanglái 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

Chiều cao toàn bộ :2780 mm

Khoảng cách giữa hai trụ quay đứng : B0=1880 mm

Chiều dài cơ sở của cầu dần hớng thứ nhất là : L1=7060 mm

Chiều dài cơ sở của cầu dẫn hớng thứ hai là : L2=5360 mm

Dẫn động lái gồm tất cả các cơ cấu truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõngquay của các bánh xe dẫn hớng khi quay vòng.

Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó đợc tạobởi cầu trớc, đòn kéo ngang và các đòn kéo bên Sự quay vòng của ôtô rấtphức tạp, để đảm bảo mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong vàphía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện Hiện nay ngời ta chỉ đápứng gần đúng mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéotạo nên hình thang lái

Với xe thiết kế là xe tải hạng nặng, ta chọn phơng án dẫn động lái baogồm hai cầu dẫn hớng, với hai hình thang lái ĐANTÔ và một cơ cấu liên độnggiữa 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 cáccánh tay đòn

Id=0,85-1,1

Chọn sơ bộ Id=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 theocông thức sau :

R0 - bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt

R0 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

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(id)

d i i

i .

Tỷ số truyền cho cầu dẫn hớng thứ nhất i1 i.i d1

Tỷ số truyền cho cầu dẫn hớng thứ hai i2 i.i d2

Trong đó id1, id2 lần lợt là tỷ số truyền của dẫn động lái đến bánh xe dẫnhớng cầu thứ nhất và cầu thứ hai

Giá trị tỷ số truyền đối với cầu dẫn hớng thứ nhất chọn sơ bộ i1=1.24=24

1.4 Tỷ số truyền lực của hệ thống lái.

Il - là tỷ số của tổng lực cản khi ôtô máy kéo quay vòng(Pc) và lực đặt trênvành tay lái khi cần thiết để khắc phục đợc lực cản quay vòng(Pl)

c c





Với : Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe

Ml - mômen đặt trên vành tay lái

c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa củalốp 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 xedẫn 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 bênphải sao cho các bánh xe lăn trên các đờng tròn khác nhau nhng đồng tâm

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 phảithoả mãn công thức sau :

rbx

c



Cotg β1-Cotg α1=

1

0

L B

Cotg β2- Cotg α2=

2

0

L B

L1,L2 : chiều dài cơ sở của hai cầu (trên hình vẽ)

B0 : Khoảng cách giữa hai đờng tâm trụ quay đứng

Sơ đồ động học khi quay vòng.

Theo hình vẽ : Cotg α1=

1

L OD

Cotg α2=

2

L OD

Ta tìm đợc mối quan hệ của các góc quay bánh xe dẫn hớng với góc α1

Bảng 1: Bảng thông số của đờng 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 ( 1

) 1 ( 2

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  1 và  1 ,  2 và  2 phụ thuộc vàogóc  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 hệgiữa các thông số theo biểu thức sau:

m 2

n B sin   

Hình vẽ 2.6 - Sơ đồ hình thang lái khi quay vòng.

Khi bánh xe dẫn hớng bên trái quay đi một góc  và bên phải quay

đi một góc  , lúc này đòn bên phải hợp với phơng thẳng ngang một góc

2

) sin(

)

( cos

sin 2 sin 2 ) sin(

arcsin

) sin(

.

) cos(

Bo m

Bo m m

7 , 0 2 ) 90

1880 )

Cho 1 c¸c gi¸ trÞ xung quanh gi¸ trÞ s¬ bé (1=110) vµ c«ng thøc (1.7)

1 2 2

1 1

2 1

1 1

1

1 1 1

1

) 1 sin(

)

( cos

sin 2 sin

2 ) sin(

arcsin

) sin(

.

) cos(

Bo m

Bo m m

Bo m

Bảng 3.Bảng thông số của đờng đặc tính thực tế cho cầu thứ nhất.

max

0 max

-Độ dài thanh kéo ngang n1=B 2 m sin 1  1753 , 13 (mm)

Dựa vào bảng 1, ta tìm đợc góc quay vòng lớn nhất của cầu dẫn hớng thứ 2 :

0 max

1880 )

 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  và 

Cho lần lợt 2=120, 130, 140, 150, 160, sẽ tìm đợc mối quan hệ thực tếgiữa2 và 2.

2 2 2

2 2 2

2 2

2 2

2 2

2

2 2 2

2

) sin(

)

( cos

sin 2 sin

2 ) sin(

arcsin

) sin(

.

) cos(

Bo m

Bo m m

Bo

m arctg

Từ bảng giá trị thu đợc ta xây dựng đồ thị quan hệ 2 và 2 thực tếtrên cùng đồ thị quan hệ 2 và 2 theo lý thuyết

Theo bảng giá trị trên ta chọn góc  2 sao cho sự sai lệch so với đờng lýthuyết   2 nhỏ nhất và nhỏ hơn 10, ta chọn đợc  2=160, ứng với góc quayvòng lớn nhất của bánh xe dẫn hớng của cầu thứ tơng ứng là

0 max

2

0 max

-Độ dài thanh kéo ngang n2=B0  2 m sin 2  1724 , 54 (mm)

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  1 , 75 vòng đối với xe du lịch

từ 2 , 0  2 , 5vòng đối với xe tải lớn

Thay những thông số tính đợc vào công thức trên ta tìm đợc góc quay vô lănglớn nhất :

33 , 2 840 35

6 Đòn kéo dọc cầu sau

7 Đòn kéo ngang cầu sau

a

ln1

c

ln2 d

10 Đòn lắc.

Khi đòn quay đứng quay 1 góc  , đòn lắc thứ nhất (chiều dài a) quay mộtgóc1, đòn lắc thứ hai ( chiều dài d ) quay một góc 2

Gọi a,b,c,d : lần lợt là kích thớc của các cánh tay đòn trên hình vẽ

S1,S2,S’1,S’2:lần lợt là dịch chuyển dọc của các điểm A, B, C, D

ln1,ln2 :là kích thớc đòn ngang của cầu thứ nhất và cầu thứ hai

Theo hình vẽ ta có: độ dịch chuyển dọc của điểm A chính bằng độ dịchchuyển dọc của điểm A1 và bằng S1, tơng tự độ dịch chuyển của điểm B bằng

độ dịch chuyển dọc của điểm B1 và bằng S2

Dựa vào những tam giác đồng dạng ta tìm đợc các mối quan hệ sau:

S

a b S

S

2 2 1 1

1 1

'

'

S d c S

S a b S

1 1 1

tg l S

2 1

2 2 1

1

.

.

c tg

a b

tg l d

c tg

l a

b

n n

(với giả thiết ln1=ln2)

Theo mối quan hệ góc quay của cầu một và cầu thứ hai ta có:

1 1

c tg a

.

L

L b

c a

d  (1.18)

(1.18) là công thức biểu diễn quan hệ kích thớc các đòn dẫn động đảmbảo mối quan hệ quay vòng đúng của cầu dẫn hớng thứ nhất và cầu dẫn hớngthứ hai.

Dựa vào công thức (1.18) ta tính đợc kích thớc các đòn bằng cách sau:

5360 140

190 400

Lý thuyÕt Thùc tÕ

a2

quan hÖ gãc quay vßng cña b¸nh xe dÉn hø¬ng thø nhÊt víi b¸nh xe dÉn hø¬ng thø hai.

*.Tính tỷ số truyền của dẫn động lái:

tỷ số truyền của hệ dẫn động lái đến cầu thứ nhất:

14 , 1 290

Với ld ,ln là kích thớc các đòn quay đứng và đòn ngang của hệ thống lái

Tỷ số truyền của dẫn động lái đến cầu thứ hai:

86 , 0 290 14 , 412 140

330 190 400

c b

a i

*.Tính góc quay lớn nhất của các đòn dẫn động lái.

Tính góc quay lớn nhất của đòn quay đứng:

Gọi S là độ dịch dọc lớn nhất của điểm A1 ứng với góc quay lớn nhất

1

max 1

39

8 , 0 35 290

330

.

l

l tg

tg l tg l

d n

n d

Tính góc quay lớn nhất của đòn lắc 2 (đòn lắc có kích thớc bằng d):

' 8 23

43 , 0

.

.

0 2

l b tg

l tg a

b c

tg

d d

Trong đó:

2

 - góc quay lớn nhất của đòn lắc 2,

 - góc quay lớn nhất của đòn quay đứng,

a, b, c, ld, ln – các kích thớc của các đòn đợc thể hiện trên hình vẽ 2.7.Góc quay lớn nhất của trục bánh răng rẻ quạt khi đánh lái từ rìa bên nàysang rìa bên kia bằng hai lần góc quay lớn nhất của đòn quay đứng

Gọi rq- là góc quay lớn nhất của trục bánh răng rẻ quạt, ta có:

rq

 =2   2 39 0  78 0

3 Tính các chi tiết của dẫn động lái

3.1 Chọn đờng kính của trục đòn quay đứng.

Khi quay vành lái, trục đòn quay đứng chịu mômen lớn nhất so với tất cảcác chi tiết của hệ thống lái Lực cản quay vòng của các bánh xe dẫn hớngphụthuộc vào phần trọng lợng của xe đặt lên trục trớc, kích thớc lốp, bánh xe quayvòng và nhiều nhân nhân tố khác, vì vậy mômen truyền từ cơ cấu lái tới camquay bánh xe dẫn hớng sẽ khác nhau đối với những xe khác nhau

Thêm vào đó là tỷ số giữa chiều dài của đòn quay đứng và đòn kéongang gần nh bằng một, nên có thể xem nh toàn bộ mômen để khắc phục lựccản quay vòng của các bánh xe dẫn hớng đều đợc truyền qua đòn quay đứng.Những va đập nghịch đảo tác động lên một trong hai bánh xe dẫn hớng khi xechạy trên mặt đờng gồ ghề sẽ đợc truyền tới vành tay lái và ở trên trờng hợpnày trục đòn quay đứng cũng chịu lực va đập toàn bộ Vì vậy, đờng kính trục

đòn quay đứng phải đợc xem là một trong những kích thớc cơ bản của cơ cấulái khi chọn lựa cơ cấu lái hoặc khi tính toán thiết kế mới

Đờng kính của trục đòn quay đứng đợc xác định theo công thức sau:

3 , 0

.

0, 2.

c

k M d

Thay những giá trị vào công thức ta xác định đợc:

d = 42mm, phù hợp với số liệu thực tế đo đợc

3.2 Tính trục lái.

Trục lái làm bằng thép rỗng đợc tính theo ứng suất xoắn do lực tác dụngtrên vành tay lái

) (

2 , 0

4 4 max

d D

D R

Plmax- lực lái lớn nhất tác dụng lên vô lăng

D, d - đờng kính trong và đờng kính ngoài của trục lái

Chọn vật liệu chế tạo trục lái là thép C40 không nhiệt luyện, phôi chế tạo

là phôi thép ống.ứng suất tiếp xúc cho phép    50  80MN/m2

Chọn sơ bộ kích thớc của trục lái là:

).

20 30 (

2

,

0

10 10 30 250 29 ,

94

12 4

L

.

.

2 

  (rad)

Trong đó:

L - chiều dài của trục lái (m)

G - mô đuyn đàn hồi dịch chuyển (G=8.104MN/m2)

1 40 , 54 2

, 3

180 045 ,

Giả sử tiết diện cắt ngang của đòn quay đứng dạng hình chữ nhật

Hình dạng và kích thớc tính toán đòn quay đứng đợc thể hiện ở hình vẽ sau: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

Đòn quay đứng để truyền chuyển động từ trục thụ động của cơ cấu lái

B 1

2 3

Q

ld

b

c

Dựa vào số liệu thực tế đo đợc ta chọn sơ bộ kích thớc tại mặt cắt I-I :a=75 (mm)

b=25 (mm)

Kiểm tra đòn quay đứng theo uốn:

Đòn quay đứng bị uốn do mô men Q.ln gây lên

Ta tính ứng suất tại tiết diện nguy hiểm nhất I – I

Trong đó:

) ( 5 , 23437 6

75 25 6

mm b

, 23437

10 95 ,

mm N

1500

mm N



Vậy u  219 , 73N/mm2  u  1000N/mm2 nên thoả mãn điều kiện bên uốn

Kiểm tra đòn quay đứng theo xoắn:

Đòn quay đứng bị xoắn do mômen Q.c gây lên

2

.

a b

c Q W

.

a b

c Q

3.3 2 Kiểm tra bền các đòn dẫn động lái.

*.Tính bền đòn kéo dọc và đòn kéo ngang.

Tính các đòn dẫn động chủ yếu là tính đòn dọc AA1và đòn ngang DE.

Đòn dọc đợc kiểm tra theo uốn dọc do lực Q và đòn ngang đợc kiểm tra theouốn dọc do lực N Lực Q =15605,9 (N) Lực N đợc xác định theo giá trị lựcphanh bằng công thức sau :

e

c m G e

c X

2

.





ở đây:

Xp-lực phanh tác dụng lên một bánh xe

m1p - hệ số phân bố lại trọng lợng lên cầu dẫn hớng khi phanh (m1p=1,4)

 - hệ số bám giữa lốp với đờng (lấy =0,8)

Tính bền đòn kéo dọc và đòn kéo ngang cho dẫn động lái cầu dẫn hớng thứ nhất:

Tính e:

mm m

c X

2

.

mm d

/ 4 , 28 5 , 549

59 , 1560

m MN f

95 , 264

m MN f

b d

d ud

l f

J E

lb = l AA1= 770 (mm) (Lấy theo số liệu thực tế đo đợc).

l3 – chiều dài đòn kéo dọc cầu trớc

Tính mômen quán tính Jd:

4 4

4 2

2

2 0

2

2

1 2 16 16

4

1 cos

d ud

l f

J E

.

2



) / ( 65 , 1095 770

5 , 549

75 , 171718

10 1 , 2

m MN

n f

J E

n

n un

75 , 171718

10 1 , 2 14 ,

2

5 2

m MN



Hệ số dự trữ tính cho đòn kéo dọc nd = 38 , 58

4 , 28

65 , 1095

Hệ số dự trữ tính cho đòn kéo ngang nn = 43 , 48

82 , 4

52 , 210

*.Kiểm bền cho các đòn bên.

Để đảm bảo an toàn và tính ổn định của quá trình làm việc, đòn bên đợc làmbằng thép 20X Đòn bên của dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn Do vậy

ta tính theo điều kiện bền uốn:

Mômen uốn tác dụng lên đòn bên đợc xác định theo công thức sau:

2

33 , 10208 6

, 10208

10 60 , 236

mm N W

/ 800

mm N

mm N

Tơng tự ta kiểm nghiệm đòn bên của hình thang lái dẫn động cầu sau(với gia thiết tiết diện cắt ngang của đòn bằng tiết diện cắt ngang của đòn bêncủa dẫn động lái cầu thứ nhất.

2

/ 65 ,

u 

 , thoả mãn điều kiện bền uốn

*.Kiểm nghiệm bền khớp cầu (Rôtuyn lái).

Vật liệu chế tạo khớp cầu là thép 20XH có cd  30N/mm2, khớp cầu đợckiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc và kiểm tra độ bền cắttại vị trí ngàm

Lực tác dụng lên khớp cầu chính là lực tác dụng lên đòn quay đứng PD

1

10 61 , 1560

, vậy thoả mãn điều kiện chèn dập tại

bề mặt làm việc của khớp cầu

Kiểm tra theo độ bền cắt.

Kiểm tra rôtuyn tại vị trí nguy hiểm nhất (vị trí ngàm), với ứng suất cắt chophép là:

2

625 , 961 4

35 14 , 3 4

.

mm D

Suy ra:

 c c

1 , 15606

, nên khớp cầu thoả mãn điều kiện cắttại tiết diện nguy hiểm nhất

Kết luận: Khớp cầu đủ bền trong quá trình làm việc

chơng iii 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 đợc cả hai chiều để đảm bảo chuyển động.+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suấtthuận lớn hơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đ-ờng đợc giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái

+ Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết.+ Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp củacơ cấu lái

+ Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất

+ Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổithọ cao

+ Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp

Lực dùng để quay vô lăng đợc gọi là lực lái ,giá trị của lực này đạt giá trịlớn nhất khi xe đứng yên tại chỗ, và giảm dần khi tốc độ của xe tăng lên và

đạt nhỏ nhất khi tốc độ của xe lớn nhất

Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hởng tới sự truyền các va đập từ măt ờng lên vô lăng Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít,nhng nếu độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hởng đến khả năng chuyển động của xe

đ-Độ đàn hồi của hệ thống lái đợc xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tínhtrên vành lái vô lăng và mô men đặt trên vành lái Độ đàn hồi của hệ thống láiphụ thuộc vào độ đàn hồi của các phần tử nh cơ cấu lái, các đòn dẫn động

2 Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh

xe dẫn hớng ở mỗi loại cơ cấu lái khác nhau thì cách tính tỷ số truyền cũngkhác nhau

ở có cấu lái kiểu trục vít -êcu bi -cung răng thì tỷ số truyền của cơ cấulái đợc tính bằng tỷ số giữa góc quay của vô lăng và góc dịch chuyển của đònlắc(đòn quay đứng )

ở cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng, tỷ số truyền của cơ cấu lái đợctính bằng tỷ số giữa góc quay của vô lăng và góc quay của bánh trớc( bánhdẫn hớng)

Đối với xe con tỷ số truyền của cơ cấu lái nằm trong khoảng từ 16 đến 22

3 Các kiểu cơ cấu lái.

có nhiều kiểu cơ cấu lái, nhng hiện nay kiểu cơ cấu lái bánh răng – thanhrăng và kiểu cơ cấu lái trục vít-êcu bi –cung răng đợc dùng phổ biến trên cả

xe con và xe tải

1 Kiểu bánh răng – thanh răng.

Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng gồm bánh răng ở phía dới trục lái

chính ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng đợc lắp trên các ổ bi Điều chỉnhcác ổ này dùng êcu lớn ép chặt ổ bi, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm bảotrục răng quay nhẹ nhàng

Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răngnằm ở phía giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn Khi vô lăng quay, bánhrăng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trênhai bạc trợt.Sự dịch chuyển của thanh răng đợc truyền tới đòn bên qua các

đầu thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hớng quanh trụ xoay đứng

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

bố trí vành lái trên xe

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

+ Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cơ cấu lái nhỏ và bảnthân thanh răng tác dụng nh thanh dẫn động lái nênkhông cần các đòn kéo ngang nh các cơ cấu lái khác.+ Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp.+ Sức cản trợt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nêntay lái nhẹ

2 Kiểu bi trục vít-êcu bi –cung răng.

Cấu tạo :

11 1

Gồm một trục vít, cả hai đầu trục vít đợc đỡ bằng ổ bi đỡ chặn Trục vít vàêcu có rãnh tròn có chứa các viên bi,các viên bi lăn trong rãnh và truyền lực.Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đờng hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu Khi trục vít quay, êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này làm quayrăng rẻ quạt Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng Khi bánh răng

rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm quaybánh xe dẫn hớng

Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn

Đặc điểm của loại cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi là các bán kính ănkhớp của các răng rẻ quạt C1,C2,C3 là bằng nhau và các bán kính ăn khớp

D ,D,D của các răng đai ốc bi cũng bằng nhau Do vậy tỷ số truyền của mỗi

32

răng là không đổi ở bất kỳ góc quay nào của trục răng rẻ quạt và bằng tỷ sốsau :

C

D

c=c=c d=d=d

C C

D D

Cơ cấu lái loại trục vít -êcu bi –cung răng(tỷ số truyền không đổi).

Căn cứ vào các điều kiện trên, ta chọn cơ cấu lái cho xe tính toán là loại

n

c D

l

M c a

d b

1 D2

D1

.

P

P P

n

c n

c

l

M c a

d b l

PD1 ,PD2: lần lợt là lực cản quy dẫn của cầu thứ nhất và cầu thứ hai

về đầu đòn quay đứng

Mc1 ,Mc2: Mômen cản quay vòng các bánh xe cầu dẫn hớng thứ nhất

và cầu dẫn hớng thứ hai.(Mc1=Mc2=Mc/2).Thay các giá trị đã tính đợc ở phầntrên vào công thức (1.21) ta tính đợc :

0 , 76 ) 10 1560 , 61 ( )

330

292,61 330

a

d

M F

M«men vµnh tay l¸i :

) ( 57 , 3 24 8 , 0

452,58

.

.

m KG i

M i

l P M

t

d t

d D

1000 57 , 23

KG R

M P

.



F p

1

Trong đó :

5 , 0

d

H

tv H

H h

a tv

.

2 58 , 452

R i

0

0 2

2

1



 i i

75 14 , 3 2

mm

Lấy theo tiêu chuẩn t=20 (mm)

Tính lại tỷ số truyền của cơ cấu lái:

23 48

, 20 2

150 14 , 3 2







i (thoả mãn sai số cho phép )

Góc vít của trục vít theo công thức (1.26):

' 16 12

22 , 0 30 14 , 3

48 , 20

h h  

*.Tính toán độ bền và độ cứng vững của trục vít.

Khi tính toán trục vít, coi trục vít là thanh thẳng chịu tác dụng của uốn,xoắn và lực dọc trục

ở đây ta tính bền trong trờng hợp tiếp xúc ở điểm giữa

Lực dọc trục do bánh răng rẻ quạt tác dụng lên trục vít (theo công thức 1.23):

rq

d v

M F

150

452,58.10



a) Tính bánh răng rẻ quạt theo độ bền tiếp xúc.

Tính toán nhằm thoả mãn điều kiện tiếp xúc lớn nhất H sinh ra khicác đôi răng ăn khớp không vợt quá trị số cho phép H

ứng suất tiếp xúc lớn nhất đợc tính theo công thức Héc đối với hai hìnhtrụ tiếp xúc dọc đờng sinh.Ta có điều kiện bền:

 H

n M H

Do bánh răng rẻ quạt chế tạo bằng thép nên ZM=275(MPa)1/2

Vì hiện tợng tróc rỗ xảy ra tại phần chân răng gần vùng tâm ăn khớp,nên tatính toán độ bền tiếp xúc của răng tại tâm ăn khớp

Đối với bánh răng trụ răng thẳng cờng độ tải trọng pháp tuyến,có xét đến sựphân bố không đều tải trọng theo chiều rộng vành răng và tải trọng động

H

Hv H d Hv

H H

n

K K M K

K l

F q

cos

2

Để đơn giản trong tính toán ta giả thiết có hai răng ăn khớp cùng một lúc

Do đó tổng chiều dài tiếp xúc lH bằng chiều rộng vành răng b