đồ án tốt nghiệp khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống lái ô tô land cruiser 200

Dẫn động hệ thống lái thông qua trục lái, khớp các đăng và các khâu khớp tronghình thang lái, cơ cấu lái và bơm trợ lực lái được bố trí riêng, cơ cấu lái được bắt chặtvào khung xe và nối

LỜI NÓI ĐẦU

Kể từ khi ra đời đến nay ngành cơ khí động lực không ngừng phát triển và đạtđược thành tựu to lớn

Ngày nay với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ôtô

đã chế tạo ra nhiều loại ôtô với hệ thống lái có tính năng kỹ thuật rất cao để đảm bảovấn đề an toàn và tính cơ động của ôtô

Trong tập đồ án tốt nghiệp này em được nhận đề tài ”Khảo sát và tính toánkiểm tra hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200” Nội dung của đề tài này giúp em hệthống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ôtô nói chung

và hệ thống lái của ôtô Land Cruiser nói riêng; từ đây có thể đi sâu nghiên cứu vềchuyên môn

Tập đồ án này trang bị cho người sử dụng, vận hành ôtô có những kiến thức cơbản về hệ thống lái trên ôtô Trong quá trình làm việc của hệ thống lái không thể tránhkhỏi những hư hỏng hao mòn các chi tiết Vì vậy đề tài này còn đề cập đến vấn đề bảodưỡng, sửa chữa

Được sự hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo Phan Minh Đức, cùng với sự nổlực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này Vì thời gian và kiến thức

có hạn nên trong tập đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót nhất định Vì vậy

em mong các thầy, cô trong bộ môn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiệnhơn

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phan Minh Đức Qua đây emcũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong bộ môn đã truyền đạt cho em rấtnhiều kiến thức quý bấu trong quá trình học tập ở trường và thời gian làm đồ án tốtnghiệp

Đà nẵng, ngày 18 tháng 5 năm 2009.Sinh viên thực hiện

Trần Bảo Cường

MỤC LỤC

Trang

1 Mục đích ý nghĩa đề tài 4

2 Giới thiệu ô tô LAND CRUISER 4

2.1 Các thông số kỹ thuật chính của ôtô LAND CRUISER 200 6

2.2 Khái quát hệ thống lái trên ô tô LAND CRUISER 200 8

3 Lý thuyết chung về hệ thống lái 8

3.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 8

3.1.1 Công dụng 8

3.1.2 Phân loại 8

3.1.3 Yêu cầu 9

3.2 Các sơ đò hệ thống lái 10

3.2.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc 10

3.2.2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 10

3.3 Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái 11

3.3.1 Vô lăng 11

3.3.2 Trục lái 11

3.3.3 Cơ cấu lái 11

3.3.3.1 Các thông số đánh giá cơ bản 11

3.3.4 Các loại cơ cấu lái thông dụng 14

3.3.4.1 Loại trục vít - Cung răng 14

3.3.4.2 Loại trục vít - con lăn 16

3.3.4.3 Trục vít - chốt quay 17

3.3.4.3 Bánh răng - thanh răng 18

3.3.4.5 Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng 19

3.3.5 Dẫn động lái 21

3.3.6 Hình thang lái 21

3.3.7 Hình học lái 22

3.3.7.1 Góc doãng 22

3.3.7.2 Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng 24

3.3.7.3 Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng 25

3.3.7.4 Độ chụm đầu 25

3.4 Cường hoá lái 26

3.4.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 26

3.4.1.1 Công dụng 26

3.4.1.2 Phân loại 26

3.4.1.2 Yêu cầu 27

3.4.2 Các thông số đánh giá 27

3.4.3 Các sơ đồ bố trí 28

3.5 Liên hệ giữa hệ thống lái và hệ thống treo 30

4 Hệ thống lái ôtô LAND CRUISER 200 32

4.1 Giới thiệu tổng quát về hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 32

4.2 Các thông số kỹ thuật chính của các chi tiết của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 33

4.3 Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 34

4.3.1 Vành tay lái 34

4.3.2 Trục lái và trục các đăng của hệ thống lái LAND CRUISER 200 35

4.3.3 Cơ cấu lái 36

4.3.4 dẫn động lái 41

4.3.5 Bơm trợ lực lái 41

5 Tính toán kiểm tra hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 42

5.1 Các thông số chính của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 42

5.2 Xác định mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng 43

5.3 Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng 46

5.4 Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái 46

5.4.1 Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái khi ô tô quay vòng tại chỗ 46

5.4.1.1 Tính bền đòn quay đứng 47

5.4.1.2 Tính bền thanh kéo bên 48

5.4.2 Tính toán kiểm nghiệm dẫn động lái khi phanh với cường độ cao 49

5.5 Tính toán kiểm tra hình thang lái 50

5.5.1 Cơ sở lý thuyết 50

5.5.2 Tính toán kiểm tra động học quay vòng 51

6 Chẩn đoán những hư hỏng của hệ thống lái ôtô LAND CRUISER 200 và biện pháp khắc phục 56

6.1 Độ rơ vành tay lái tăng 57

6.2 Lực trên vành tay lái gia tăng hay không đều 57

6.3 Áp suất của cường hóa lái thủy lực hệ thống lái không ổn định 57

7 Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 59

7.1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 59

7.1 Sữa chữa các chi tiết trong hệ thống lái 59

8 Kết luận 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

1 Mục đích ý nghĩa đề tài

Để đảm bảo an toàn khi ôtô chuyển động trên đường, người vận hành phải cókinh nghiệm xử lí và thành thạo các thao tác điều khiển Mặt khác, để thuận tiện chongười vận hành thực hiện các thao tác đó, đòi hỏi ôtô phải đảm bảo tính năng an toàncao Mà hệ thống lái là một bộ phận quan trọng đảm bảo tính năng đó Việc quay vònghay chuyển hướng của ôtô khi gặp các chướng ngại vật trên đường đòi hỏi hệ thống láilàm việc thật chuẩn xác

Chất lượng của hệ thống lái phụ thuộc rất nhiều vào công tác bảo dưỡng sửachữa Muốn làm tốt việc đó thì người cán bộ kỹ thuật cần phải nắm vững kết cấu vànguyên lí làm việc của các bộ phận của hệ thống lái

Đề tài: Khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống lái ôtô LAND CRUISER mongmuốn đáp ứng một phần nào mục đích đó Nội dung của đề tài đề cập đến các vấn đềsau:

- Khảo sát hệ thống lái

- Tính toán kiểm tra

- Bảo dưỡng sửa chữa

Các nội dung trên được trình bày theo các mục, nhằm mục đích nghiên cứu kếtcấu và nguyên lí làm việc cũng như công dụng, phân loại, yêu cầu chung của các chitiết cũng như từng cụm chi tiết Sự ảnh hưởng của các chi tiết hay từng cụm chi tiếtđến quá trình làm việc cũng như các thông số kỹ thuật, để đảm bảo cho ôtô vận hành

an toàn trên đường Ngoài ra đề tài này còn đề cập đến vấn đề bảo dưỡng sửa chữa một

số hiện tượng hư hỏng thường xuyên xảy ra của hệ thống lái

Đề tài này còn có thể giúp các cơ sở hình thành các tài liệu giảng dạy, đào tạonghề và giúp cho bạn đọc hiểu biết thêm về hệ thống lái của ôtô Đặc biệt là ô tôLAND CRUISER

2 Giới thiệu ô tô LAND CRUISER

Ô tô Land Cruiser là loại xe được sản xuất tại Nhật Bản vào năm 1951 và xuấthiện tại Việt Nam lần đầu tiên vào năm 2000 Suốt hơn 50 năm thống lĩnh trên khắpmọi địa hình, Land Cruiser danh tiếng đã trở thành một phương tiện thiết yếu cho khátkhao chinh phục những vùng đất hiểm trở nhất

Danh tiếng toàn cầu với sức mạnh và độ tin cậy tuyệt đối, Land Cruiser khẳngđịnh những giá trị truyền thống dựa trên nền tảng mới của thiết kế và công nghệ mộtcách thiết phục Cấu trúc thân xe cực kỳ chắc chắn cùng động cơ mạnh mẽ vượt trộimang đến khả năng vận hành ưu việt Dù trên đường cao tốc hay địa hình hiểm trở, vớicác tính năng an toàn hàng đầu, Land Cruiser đem lại cho chủ nhân sự an tâm và hài

lòng tuyệt đối Ấn tượng và thuyết phục, Land Cruiser luôn là sự lựa chọn tối ưu chonhững ai thực sự am hiểu dòng xe hai cầu đích thực.

Hình dáng tổng thể của ô tô Land Cruiser 200 được thể hiện trên hình 2.1

2.1 Các thông số kỹ thuật chính của ôtô LAND CRUISER 200

Dưới đây là các thông số kỹ thuật chính của ô tô LAND CRUISER 200

Bảng 2-1 Các thông số kỹ thuật chính của ô tô LAND CRUISER 200

Sau

Phụ thuộc, loại 4 điểm, lo xocuộn và tay đòn bên

23 Kính chiếu hậu ngoài chỉnh điện Có

Điều chỉnh

2.2 Khái quát hệ thống lái trên ô tô LAND CRUISER 200

Hệ thống lái trên ô tô Land Cruiser 200 là hệ thống lái có trợ lực lái kiểu bánhrăng thanh răng nên giúp giảm nhẹ lao động cho người lái và tăng tính an toàn laođộng Dẫn động hệ thống lái thông qua trục lái, khớp các đăng và các khâu khớp tronghình thang lái, cơ cấu lái và bơm trợ lực lái được bố trí riêng, cơ cấu lái được bắt chặtvào khung xe và nối với trục lái bằng khớp các đăng

Tay lái có thể điều chỉnh theo 4 hướng: gật gù và xa gần làm tăng sự thỏa máicho người lái

Tỷ số truyền của cơ cấu lái iω = 16,5

Bơm dầu trợ lực lái là loại bơm cánh gạt tác dụng kép, số cánh gạt là 10 cánh,trên thân bơm có bố trí van an toàn

3 Lý thuyết chung về hệ thống lái

3.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

3.1.1 Công dụng

Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô máy kéo chuyển độngtheo một hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theoyêu cầu cơ động của xe

Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:

- Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mômen do người lái tácdụng lên vô lăng đến dẫn động lái

- Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫnhướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng

- Cường hóa lái: Thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa Nó dùng đểgiảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài Trên các xe

cỡ nhỏ có thể không có

3.1.2 Phân loại

-Theo vị trí bố trí vô lăng, chia ra:

+ Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động) dùng cho những nước xãhội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ,

+ Vô lăng bố trí bên phải: dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên tráinhư: Anh, Thuỵ Điển

Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của người lái, đặt biệt làkhi vượt xe

-Theo kết cấu cơ cấu lái, chia ra:

+ Trục vít - Cung răng;

+ Trục vít - Chốt quay;

+ Trục vít - Con lăn;

+ Bánh răng - Thanh răng;

+ Thanh răng liên hợp (Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng)

- Theo số lượng bánh xe chuyển hướng, chia ra:

+ Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu;

+ Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu;

- Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ cường hoá lái, chia ra:

+ Cường hoá thuỷ lực;

+ Cường hoá khí (khi nén hoặc chân không);

+ Cường hoá điện;

+ Cường hoá cơ khí;

+ Ngoài ra còn có thể phân loại theo: Số lượng các bánh xe dẫn hướng (cácbánh dẫn hướng chỉ ở cầu trước, ở cả hai cầu hay tất cả các cầu), theo sơ đồ bố trícường hóa lái

3.1.3 Yêu cầu

Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:

- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:

+ Để đảm bảo yêu cầu này thì hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong

hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ(không lớn hơn 150 khi có trợ lực và không lớn hơn 50 khi không có trợ lực)

+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt

+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều

kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động

- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong mộtkhoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích thật bé

- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mònlốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe

- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặcchướng ngại vật

- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vôlăng (Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:

+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150  200 N;+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N

+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xedẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa gócquay của vô lăng và của bánh xe dẫn hướng.

3.2 Các sơ đò hệ thống lái

3.2.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc

Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc

1- Vô lăng; 2- Trục lái; 3- cơ cấu lái; 4- Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đònquay đứng; 6- Đòn kéo dọc; 7- Đòn quay ngang; 8- Cam quay; 9- Cạnh bên của hìnhthang lái; 10- Đòn kéo ngang; 11- Bánh xe; 12- Bộ phận phân phối ; 13- Xi lanh lực

3.2.2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập

Hình 3-2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập

1-Vô lăng; 2-Trục lái; 3- Cơ cấu lái; 4-Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đòn quayđứng; 6- Bộ phận hướng của hệ thống treo; 7- Đòn kéo bên; 8- Đòn lắc ; 9- Bánh xe.

3.3 Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái

3.3.1 Vô lăng

Vô lăng hay còn gọi là bánh lái thường có dạng tròn với các nan hoa, dùng đểtạo và truyền mô men quay do người lái tác dụng lên trục lái Các nan hoa có thể bố tríđối xứng hoặc không, đều hay không đều tuỳ theo sự thuận tiện khi lái

Bán kính vô lăng được chọn phụ thuộc vào loại xe và cách bố trí chổ ngồi của ngườilái, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cở nhỏ) đến 275 mm (đối với xe tải và xekhách cở lớn )

3.3.2 Trục lái

Trục lái là một đòn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men từ vôlăng xuống cơ cấu lái Độ nghiêng của trục lái sẽ quyết định góc nghiêng của vô lăng,nghĩa là ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái khi điều khiển

3.3.3 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển động quaytròn của vô lăng thành chuyển động góc (lắc) của đòn quay đứng và bảo đảm tăng mômen theo tỷ số truyền yêu cầu

3.3.3.1 Các thông số đánh giá cơ bản

a Tỷ số truyền động học

Hình 3-3 Các quy luật đặc trưng cho sự thay đổi tỷ số truyền động học

Tỷ số truyền động học:

v

d

d i

Giá trị của i phụ thuộc vào loại và cở xe, thường nằm trong giới hạn 13-22 đốivới ôt tô du lịch và 20-25 đối với ô tô tải và khách, trong một số trường hợp có thể tới40

Tỷ số truyền động học i có thể được thiết kế không đổi hoặc thay đổi theo gócquay của vô lăng Cơ cấu lái có i thay đổi thường được dùng trong hệ thống lái không

có cường hoá Mặc dù kết cấu không phức tạp nhưng tính công nghệ kém hơn nên đắthơn so với loại cơ cấu lái có i không đổi

Qui luật thay đổ i có một số dạng khác nhau tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ và tínhnăng của xe Đối với các xe thông thường: Qui luật thay đổi i có dạng như trên hình3-3 đường 4 là hợp lý nhất

Trong phạm vi góc quay  9001200, tỷ số truyền i cần phải lớn để tăng

độ chính xác điều khiển và giảm lực cần tác dụng lên vô lăng Khi xe chạy trên đườngthẳng với tốc độ lớn, theo số liệu thống kê thì đa số thời gian hệ thống lái làm việc vớigóc quay nhỏ của vô lăng quanh vị trí trung gian Ngoài ra i tăng còn làm giảm đượccác va đập từ mặt đường

Ở các góc quay > 900 - 1200 tỷ số iω cần giảm để tăng tốc độ quay vòng,tăng tính cơ động của xe

Đối với các xe tốc độ thấp và trọng tải toàn bộ lớn, quy luật thay đổi iω đượclàm theo đường 2, để khi quay vòng không ngoặt tương đối thường xuyên thì lực cầntác dụng nhỏ

Trên các xe tốc độ rất lớn: thường sử dụng qui luật như đường 1 Khi đó, trongthời gian chuyển động thẳng với tốc độ rất lớn điều khiển ô tô được nhạy, còn khiquay vòng ngoặt với tốc độ vừa phải thì giảm được lực tác dụng

Đối với các xe có cường hoá lái: thì i được làm không đổi (đường 3) vì lúc nàyvấn đề cần giảm nhẹ điều khiển đã có cường hoá giải quyết

b Tỷ số truyền lực

v

r F

Mr- Mô men ra khỏi cơ cấu lái (hay trên đòn quay đứng)

Mv- Mô men vào cơ cấu lái (hay trên vô lăng)

Khi sử dụng cường hoá thì yêu cầu đặt ra với các giá trị hiệu suất giảm đi nhiều

Do lúc này cường hoá vừa đảm bảo lái nhẹ vừa dập tắc những va đập truyền từ bánh

xe lên vô lăng

d Khe hở trong cơ cấu lái

Khe hở trong cơ cấu lái cần phải nhỏ ở vị trí trung gian của vô lăng ứng vớichuyển động thẳng của xe Ở vị trí này, bề mặt làm việc các chi tiết của cơ cấu lái làmviệc nhiều nên cường độ mài mòn lớn và khe hở tang nhanh hơn ở các vị trí khác Dovậy, để khi điều chỉnh khe hở không xảy ra kẹt ở các vị trí biên, khe hở ở các vị trí này

được làm tăng lên bằng các biện pháp kết cấu và công nghệ Trong quá trình sử dụng,chênh lệch giá trị khe hở sẽ giảm dần.

Hình 3-4 Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu lái1- cơ cấu lái còn mới; 2- cơ cấu lái đả sử dụng;

3- Sau khi đã điều chỉnh khe hở trung gian

3.3.4 Các loại cơ cấu lái thông dụng

3.3.4.1 Loại trục vít - Cung răng

Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững Tuy vậy có nhượcđiểm là hiệu suất thấp th= 0,5-0,7; ng=0,4-0,55, điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạpnếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít

Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít

(hình 3-5) hoặc đặt ở phía bên cạnh (hình 3-6) Cung răng đặt bên có ưu điểm là đườngtiếp xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển trên toàn bộchiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm, do đótuổi thọ và khả năng tải tăng Cơ cấu lái loại này thích hợp cho các xe tải cỡ lớn Trụcvít có thể có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm) Khi trục vít có dạng glôbôit thì số răng ănkhớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc và mài mòn

Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiềudài của trục vít

Hình 3-5 Trục vít lăn - cung răng đặt giữa1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ.

Hình 3-6 Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng đặt bên

Z1 - Số mối ren trục vít.

Góc nâng của đường ren vít thường từ 80 ÷ 120 Khe hở ăn khớp khi quay đònquay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên, thay đổi từ 0,03  0,5 mm Sự thayđổi khe hở được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng cóbán kính khác

3.3.4.2 Loại trục vít - con lăn

Hình 3-7 Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành1- Trục đòn quay đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh; 5- Trục vít; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn

Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 3-7) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô

tô do có ưu điểm:

+ Kết cấu gọn nhẹ;

+ Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn;

+ Hiệu suất thuận: ηt = 0,77 - 0,82;

+ Hiệu suất ngịch: ηn = 0,6;

+ Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần

Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn đươc bố trí lệchvới đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trụcquay của đòn quay đứng thì khoảng cách A sẽ thay đổi Do đó khe hở ăn khớp cũngthay đổi

Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằngcách dịch chuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít

O1 một lượng x =2,5-5 mm

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thức sau:

0

0 0 1

0 1

2 2

R

R i R

R tZ

R tZ

R0- Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;

i0- Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít

Theo công thức trên ta thấy iω thay đổi theo góc quay trục vít Tuy vậy sự thayđổi này không lớn khoảng từ 5-7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên) Nên có thể coi như iω

= const

3.3.4.3 Trục vít - chốt quay

Trên hình 3-8 là kết cấu của cơ cấu lái trục vít - chốt quay

Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cáchchế tạo bước răng trục vít khác nhau

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

Hình 3-8 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay.

3.3.4.3 Bánh răng - thanh răng

Hình 3-9 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

1- Bánh răng; 2- Thanh răng

Hình 3-10 Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

1- Khớp nối; 2- Thanh răng

Trên hình 3-9 là kết cấu của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng Thanh răng trượt trong các ốngdẩn hướng Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răngbằng lò xo

+ Ưu điểm:

- Có tỷ số truyền nhỏ, iω nhỏ dẫn đến độ nhạy cao Vì vậy được sử dụng rộngrãi trên các xe đua, du lịch, thể thao

- Hiệu suất cao

- Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo

+ Nhược điểm:

- Lực điều khiển tăng (do iω nhỏ)

- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc

- Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng

3.3.4.5 Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng

Trên hình 3-11 là kết cấu cơ cấu loại trục vít - êcu bi - thanh răng cung răng.Êcu (5) lắp lên trục vít (6) qua các viên bi nằm theo rảnh ren của trục vít cho phép thayđổi ma sát trượt thành ma sát lăn Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thành thanhrăng ăn khớp với cung răng trên trục (4)

Hình 3-11 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng

1- Trục cung răng; 2- Vít điều chỉnh; 3- Đệm tỳ; 4- Ống dẫn hướng bi;

- Hiệu suất cao: hiệu suất thuận t= 0,7 - 0,85, hiệu suất nghịch n = 0,85

Do hiệu suất nghịch lớn nên khi lái trên đường xấu sẽ vất vả nhưng ôtô có tính

ổn định về hướng cao khi chuyển động thẳng

- Khi sử dụng với cường hoá thì nhựơc điểm hiệu suất nghịch lớn không quantrọng

- Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụng trên các xe cở lớn

3.3.5 Dẫn động lái

Bao gồm tất cả các chi tiết làm nhiệm vụ truyền lực từ cơ cấu lái đến các bánh

xe dẫn hướng và đảm bảo cho các bánh xe có động học quay vòng đúng

Các thông số cơ bản:

+ Tỷ số truyền động học:

Gọi i là tỷ số truyền động học của hệ thống lái Xác định i theo công thức:

2 , 16 40

2 , 16







dd c

M

vl

dq v

r

Trong đó:

Mr (Mdq) - Mômen trên trục ra (hay trên đòn quay đứng);

Mv (Mvl) - Mômen trên trục vào (hay trên vô lăng)

+ Hiệu suất:

- Hiệu suất thuận (th): tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống

- Hiệu suất nghịch (ng ): tính theo chiều truyền lực từ bánh xe lên

- Với cơ cấu bánh răng-thanh răng ta có:

Hình thang lái có nhiều dạng kết cấu khác nhau Đòn ngang có thể cắt rời hayliền tuỳ theo hệ thống treo là độc lập hay phụ thuộc Nhưng dù trường hợp nào thì kếtcấu của hình thang lái củng phải phù hợp với động học bộ phận hướng của hệ thốngtreo, để dao động thẳng đứng của các bánh xe không ảnh hưởng đến động học của dẫnđộng, gây ra dao động của bánh xe dẩn hướng quanh trục quay.

Động học quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo nhờ việcchọn các thông số kỹ thuật của hình thang lái và không có khe hở trong dẫn động nhờ

- Giảm tải theo phương thẳng đứng: Nếu góc doãng bằng không tải trọng tácdụng lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường tâm lốp và trục (F’ trên hình 3-14) Nó

dễ làm trục hay cam quay bị cong Việc đặt góc doãng dương sẽ làm tải tác dụng vàophía trong của trục, ký hiệu F, giảm lực tác dụng lên trục và cam quay

- Ngăn ngừa sự tụt bánh xe: Phản lực F có độ lớn bằng tải trọng xe, tác dụng lên

với đường tâm trục và F2 song song với đường tâm trục Lực F2 đẩy bánh xe vào trongngăn cản bánh xe tụt khỏi trục Vì vậy ổ bi trong làm lớn hơn ổ bi ngoài để chịu tảitrọng này

- Ngăn cản góc doãng âm ngoài ý muốn do tải trọng gây ra: khi chất đầy tải lên

xe, phía trên các bánh xe có xu hướng nghiêng vào trong do sự biến dạng của chi tiếtcủa hệ thống treo và các bạc tương ứng Góc doãng dương giúp chống lại hiện tượngnày

- Giảm lực đánh tay lái: Khi bánh xe quay sang phải hay trái quanh trục quayđứng với khoảng lệch là bán kính Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra mômen lớn quanh trụcquay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh tay lái Do đó khi khoảngcách này nhỏ thì giảm lực đánh tay lái

Hình 3-14 Tác dụng của góc doãng dương+ Tác dụng của góc doãng âm:

- Khi tải thẳng đứng tác dụng lên lốp có đặt góc doãng, lốp có xu hướng lúnxuống Tuy nhiên do bị chặn bởi mặt đường nên gai lốp sẽ bị biến dạng lúc đó tínhđàn hồi của lốp sẽ chống lại sự biến dạng này và vì vậy tác dụng lên mặt đường theohướng A Kết quả là đường sinh ra phản lực B gọi là lực camber Lực camber tăngcùng với sự tăng góc nghiêng với mặt đường cũng như khi tăng tải

Hình 3-15 Tác dụng của góc doãng âm

- Khi quay vòng lực camber ở bánh xe phía ngoài có tác dụng giảm lực quayvòng do tăng góc doãng dương Lực ly tâm làm nghiêng xe đang chạy vòng do tácđộng của các lò xo của hệ thống treo, dẫn đến thay đổi góc doãng Ở một số xe đã tạomột chút góc doãng âm do xe khi chuyển động thẳng do đó sẽ giảm được góc doãngdương khi quay vòng, giảm lực camber và đạt lực quay vòng tối ưu

Góc doãng cũng có thể bằng không Lý do chính để đặt góc doãng bằng không

là để ngăn cản sự mòn không đều của lốp Cả góc doãng dương hay âm đều làm mònlốp nhanh Điều này dễ hiểu khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tập trung mộtbên lốp

3.3.7.2 Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng

Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: là sự nghiêng về phía trước hoặc phía saucủa trục xoay so với đường thẳng góc với mặt đường Nếu đầu trên trục xoay nghiêng

ra phía sau bánh xe ta có độ nghiêng dọc dương Nếu đầu trên trục xoay nghiêng raphía trước bánh xe ta có độ nghiêng dọc âm

Hình 3-16 Góc nghiêng dọc dương của trụ xoay đứng

1- Đường tim trục xoay; 2- Góc nghiêng dọc caster dương;

3- Đường thẳng góc mặt đất; 4-Khớp hình cầu; 5- Phía trước xe

Hình 3-17 Góc nghiêng dọca- Góc nghiêng dọc dương; b- Góc nghiêng dọc âm.

+ Tác dụng của góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: Làm tăng hiệu quả trở về

vị trí chuyển động thẳng của bánh xe dẫn hướng

3.3.7.3 Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng

Là góc đo giữa trục xoay và đường thẳng góc với mặt đường khi ta nhìn từ đầu

xe

+ Tác dụng góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng:

- Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng có tác dụng làm giảm mômen cản quayvòng, tức là giảm khoảng cách từ tâm trụ xoay đứng đến điểm tiếp xúc của bánh xe vớimặt đường

- Ô tô có khả năng tự ổn định trở về vị trạng thái chuyển động thẳng

- Khi ô tô quay vòng với góc quay vành tay lái lớn (bán kính quay vòng càngnhỏ), lực tác động lên vành tay lái càng lớn, tức tạo điều kiện cảm nhận được mức độquay vòng của ô tô trên vành tay lái và khả năng trả về chuyển động thẳng càng lớn

Hình 3-18 Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng

3.3.7.4 Độ chụm đầu

Khi phía trước của hai bánh xe gần nhau hơn phía sau của hai bánh xe khi nhìn

từ trên xuống thì gọi là độ chụm đầu (sự bố trí ngược lại gọi là độ mở) Độ chụm được

xác định bằng hiệu số của hai khoảng cách giữa các đầu nút sau (B) và trước (A) củavành bánh xe nằm ở chiều cao tâm bánh xe.

3.4 Cường hoá lái

3.4.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

3.4.1.1 Công dụng

Trên các xe ô tô tải trọng lớn, xe du lịch cao cấp và các xe khách hiện đạithường có trang bị cường hoá lái để:

+ Giảm nhẹ lao động cho người lái

+ Tăng an toàn cho chuyển động

Khi xe đang chạy một tốc độ lớn mà một bên lốp bị thủng, cường hoá lái đảmbảo cho người lái đủ sức điều khiển, giữ được ô tô trên đường mà không bị lao sangmột bên

Sử dụng cường hoá lái có nhược điểm là lốp mòn nhanh hơn (do lạm dụngcường hoá để quay vòng tại chỗ), kết cấu hệ thống lái phức tạp hơn và tăng khối lượngcông việc bảo dưỡng

3.4.1.2 Phân loại

Theo nguồn năng lượng:

+ Cường hoá thuỷ lực;

+ Cường hoá khí (khí nén hoặc chân không);

+ Cường hoá điện;

+ Cường hoá cơ khí;

Cường hoá thuỷ lực được dùng phổ biến nhất vì có kết cấu nhỏ gọn và làm việckhá tin cậy.

Theo sơ đồ bố trí phân ra làm 4 dạng:

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xylanh lực được bố trí chung thành một cụm;+ Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung;

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xy lanh lực bố trí riêng;

+ Xy lanh lực bố trí riêng, bộ phận phân phối và cơ cấu lái bố trí chung

3.4.1.2 Yêu cầu

Cường hoá lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:

+ Khi cường hoá lái hỏng thì hệ thống lái vẫn làm việc bình thường cho dù láinặng hơn

+ Thời gian chậm tác dụng nhỏ

+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng.+ Khi sức cản quay vòng tăng lên thì lực yêu cầu tác dụng lên vô lăng cũngtăng theo, tuy vậy không được vượt quá 100  150 N

+ Không xảy ra hiện tượng tự cường hoá khi xe đi qua chổ lồi lỏm, rung xóc.Phải có tác dụng như thế nào để khi một bánh xe dẫn hướng bị hỏng, bị nổ thìngười lái có thể vừa phanh ngặt vừa giữ được hướng chuyển động cần thiết của xe

3.4.2 Các thông số đánh giá

- Chỉ số hiệu dụng trợ lực:

Khq =

h l

l c

l

p p

p p

p



 (3-11)

Ở đây :

Pl - lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cường hoá;

Pc- lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hoá trong những điều kiệnquay vòng như trên;

Ph- Lực do bộ cường hoá đảm nhận qui về vành tay lái

- Chỉ số phản lực của cường hoá lên vành tay lái:

Ở đây: dPc - số gia lực tác dụng lên vành tay lái đã có trợ lực;

dMc - moomen cản quay vòng của các bánh dẫn hướng

Trong bộ trợ lực hiện nay  = 0,02- 0,05 [N/Nm].N/Nm]

- Độ nhạy: độ nhạy của cường hoá lái đặc trưng bằng lực tác dụng lên vô lăng

3.4.3 Các sơ đồ bố trí

Bất kỳ cường hoá lái nào cũng có ba bộ phận sau:

- Nguồn lăng lượng: bơm dầu, máy nén + bình chứa hoặc ắc quy

- Bộ phận phân phối: dùng để phân phối đều chỉnh năng lượng cung cấp cho bộphận chấp hành Đảm bảo sự tỷ lệ giữa các góc quay của bánh xe dẩn hướng

- Cơ cấu chấp hành: tạo và truyền lực (trợ lực) lên cơ cấu lái và dẫn động lái.Các bộ phận trên có thể được bố trí theo 4 sơ đồ sau:

+ Cơ cấu lái, bộ phạn phân phối và xilanh lực bố trí chung thành một cụm nhưtrên hình 3-20

+ Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung như trênhình 3-21

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xi lanh lực bố trí riêng như trên hình 3-22.+Xi lanh lực bố trí riêng, cơ cấu lái và bộ phận phân phối bố trí chung như trênhình 3-23

Hình 3-20 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung thành một

cụm

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xilanh lực

Hình 3-21 Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xilanh lực

Hình 3-22 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí riêng

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xi lanh lực

Hình 3-23 Sơ đồ bố trí xilanh lực riêng, cơ cấu phân phối và cơ cấu lái bố trí

chung

1 - cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - cơ cấu lái

Ưu nhược điểm của từng sơ đồ:

-Theo các sơ đồ hình 3-21; 3-22; 3-23

+ Ưu điểm: dễ bố trí, tăng tính thống nhất của sản phẩm, giảm tải tác dụng lêncác chi tiết hệ thống lái

+ Nhược điểm: kết cấu kém cứng vững hơn, chiều dài các đường ống lớn, dẫnđến tăng khả năng dao động các bánh xe dẫn hướng.

-Theo sơ đồ hình 3-20

+ Ưu điểm: Kết cấu gọn hơn, vững chắt hơn, chiều dài các đường ống nối ngắn,giảm hiện tượng dao động của bánh xe dẫn hướng

+ Nhược điểm: tất cả các chi tiết của hệ thốïng lái điều chịu tải lớn, là tổng lực

do người lái và cơ cấu chấp hành tác dụng Vì vậy trên các xe tải trọng lớn người takhông dùng sơ đồ bố trí này

3.5 Liên hệ giữa hệ thống lái và hệ thống treo

Hệ thống treo trước trên xe Land Cruiser là hệ thống treo độc lập gồm có cơcấu dẫn hướng, phần tử đàn hồi, thiết bị giảm chấn và thiết bị giữ ổn định ngang

Bộ treo là cơ cấu nối giữa vỏ xe và các bánh xe Toàn bộ các lực tác dụng lênbánh xe khi xe chạy đều được truyền lên khung vỏ xe qua bộ treo Các chi tiết bộ treo

có tác dụng làm dịu tải trọng động, làm giảm dao động của vỏ xe, đảm bảo độ ổn địnhtốt, xe chuyển động êm dịu Ngoài ra bộ treo còn có tác dụng cùng với hệ thống lái bảođảm khả năng quay vòng xe, điều khiển tay lái và điều chỉnh góc đặt bánh xe trước

Hình 3-24 Cấu tạo hệ thống treo trước

1- Lò xo; 2- Bộ giảm chấn ống; 3- Thanh nối của bộ cân bằng ngang.Trên hệ thống treo độc lập các bánh xe liên kết với thân xe thông qua các khâuđòn (khớp cầu, khớp trụ), do vậy chuyển vị của các bánh xe gần như không ảnh hưởnglẫn nhau.

Tổng quát, nếu bánh xe dịch chuyển tương đối một đoạn đối với khung xe (theochuyển vị z đàn hồi) sẽ tạo nên:

2

21



Hình 3-25 Quan hệ chuyển vị của hệ thống treo độc lập khi bánh xe dịch chuyển z1- Thân xe; 2- Các đòn liên kết hệ thống treo;

3- Bộ phận giảm chấn; 4- Lò xo; 5- Bánh xe

Nhìn chung, ô tô ngày nay có sự thay đổi giá trị ∆y, δ, β là rất nhỏ, trongkhoảng dịch chuyển thẳng đứng bánh xe z so với khung Tuy vậy trên các ô tô có yêu