thiết kế cái cải tiến hệ thống lái xe tải có tải trọng trung bình

Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M LờI nói đầu Trong những năm gần đây các nhà máy lắp ráp ô tô tải tăng nhanh, theo số liệu thống kê hiện nay nớc ta có khoảng 114 cơ sở lắp ráp xe tải, do vậy một phần nào đáp ứng đợc nhu cầu xã hội. Các ô tô tải cải tiến theo hớng hiện đại hóa đáp ứng đợc các yêu cầu của nhà sử dụng. Tuy nhiện theo số liệu điều tra thực tế số lợng xe tải có tải trọng trung bình đợc sản xuất từ các nớc xã hội chủ nghĩa cũ nh Zil 130, IFA - W50, vẫn còn số lợng lớn và đang sử dụng tốt, nhng lực trên vành tay lái điều khiển lớn. Chính vì các lý do trên tôi đã đi chọn đề tài tốt nghiệp Thiết kế cái cải tiến hệ thống lái xe tải có tải trọng trung bình dới sự hớng dẫn của Th.S Lê Văn Quỳnh. Nội dung chính của đề tài: - Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô - Kiểm nghiệm hệ thống lái xe có tải trọng trung bình - Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe có tải trong trung bình - Kết luận Qua đây cho phép tôi đợc bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Th.S Lê Văn Quỳnh ngời hớng dẫn trực tiếp tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Tôi cũng xin đợc gửi lời cảm ơn tới các thầy trong Bộ môn Ôtô-Ban Động lực- Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án này. Do trình độ của bản thân và thời gian có hạn nên đề tài chắc chắn còn có sai sót rất mong sự đóng góp của các thầy, bạn bè quan tâm để đề tài của tôi đợc hoàn thiện hơn. Thái Nguyên, ngày 15 tháng 9 năm 2008 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Hằng Chơng 1 Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô 1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu 1.1.1. Công dụng: Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hớng chuyển động hoặc giữ cho ô tô chuyển động theo một quỹ đạo xác định nào đó. 1 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M 1.1.2. Phân loại Tuỳ thuộc vào yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống lái đợc chia thành các loại sau: *Theo cách bố trí vành lái - Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (theo chiều chuyển động của ô tô) đợc dùng trên ô tô của các nớc có luật đi đờng bên phải nh ở Việt Nam và một số nớc khác. - Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của ô tô) đợc dùng trên ô tô của các nớc có luật đi đờng bên trái nh ở Anh, Nhật, Thuỵ Điển, Nga. * Theo số lợng cầu dẫn hớng: - Hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở cầu trớc. - Hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở cầu sau. - Hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở tất cả các cầu. * Theo kết cấu của cơ cấu lái: - Cơ cấu lái loại trục vít - bánh vít. - Cơ cấu lái loại trục vít - cung răng. - Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn. - Cơ cấu lái loại trục vít - chốt quay. - Cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, cung răng). - Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng. * Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cờng hoá - Hệ thống lái có cờng hoá thuỷ lực. - Hệ thống lái có cờng hoá khí nén. - Hệ thống lái có cờng hoá liên hợp. 1.1.3. Yêu cầu Dựa vào yêu cầu tối thiểu về sự an toàn của xe và hàng thì hệ thống lái phải có các yêu cầu sau: 2 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M - Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô, có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé. - Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với ng- ời lái. - Đảm bảo đợc động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trợt lết khi quay vòng. - Hệ thống trợ lực phải chính xác, tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn h- ớng. - Đảm bảo quan hệ tuyến tính giữa góc quay vành lái và góc quay bánh xe dẫn hớng. - Cơ cấu lái phải đợc đặt ở phần đợc treo để kết cấu hệ thống treo trớc không ảnh hởng đến động học cơ cấu lái. - Hệ thống lái phải bố trí sao cho thụân tiện trong việc bảo dỡng và sửa chữa. 1.2. Cấu tạo chung hệ thống lái Sơ đồ cấu tạo của hệ thống lái đợc thể hiển trên hình 1.1, bao gồm các bộ phận chính nh sau: - Vành lái: Vành lái cùng với trục lái có nhiệm vụ truyền lực quay vòng của ngời lái từ trục vít của cơ cấu lái. 1- Vành lái 2- Trụ lái 3- Trục vít 4- Cung răng 5- Đòn quay đứng 6- Đòn kéo dọc 7 - Cam quay 8, 9, 1 0- Hình thang lái 11- Trục bánh xe 12- Dầm cầu dẫn hớng 3 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M Hình 1.1. Hệ thống lái với cầu dẫn hớng loại liền - Cơ cấu lái: Cơ cấu lái ở sơ đồ hình 1.1 gồm có trục vít 3 và cung răng 4. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và khuyếch đại lực điều khiển trên vành lái. - Dẫn động lái: Dẫn động lái bao gồm đòn quay đứng 5, thanh kéo dọc 6, cam quay 7. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động góc của đòn quay đứng 5 thành chuyển động góc của trục bánh xe dẫn hớng. - Hình thang lái: Hình thang lái bao gồm các đòn 8, 9 và 10. Ba khâu này hợp với dầm cầu dẫn hớng tạo thành bốn khâu dạng hình thang nên gọi là hình thang lái. Hình thang lái có nhiệm vụ tạo chuyển động góc của hai bánh xe dẫn hớng theo một quan hệ xác định bảo đảm các bánh xe không bị trợt khi quay vòng. 1.3. Các loại hệ thống lái 1.3.1. Hệ thống lái với cầu dẫn hớng loại liền hình 1.1 và hệ thống lái với cầu dẫn hớng loại rời hình 1.2 Hình 1.2. Hệ thống lái với bánh dẫn hớng trong hệ thống treo độc lập ở hệ thống lái cầu liền (hệ thống treo phụ thuộc) khi ô tô hoặc cầu dao động thì toàn bộ các chi tiết của hình thang lái dao động cùng một khối với cầu dẫn hớng. Nhng ở hệ thống lái với hệ thống treo độc lập hình 1.2 các bánh xe dẫn hớng bên trái hoặc bên phải có thể dao động độc lập với nhau nên cấu tạo của dẫn động lái và hình thang lái có khác so với loại cầu liền. Đó là thanh ngang của hình thang lái không thể làm liền mà phải cắt rời thành nhiều đoạn và liên kết với nhau bằng các khớp cầu. 4 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M Còn các bộ phận khác nh vành lái, trục lái, cơ cấu lái đều có cấu tạo và nguyên lý làm việc nh đã nói trong mục 2. 1.3.2. Hệ thống lái có cờng hoá Bố trí chung của hệ thống lái loại này đợc thể hiện trên hình 1.3. Hình 1.3. Hệ thống lái có cờng hoá So với hệ thống lái không có cờng hoá đã trình bày ở trên, cấu tạo chung của hệ thống lái có cờng hoá gồm hai phần chính: phần lái cơ khí và phần cờng hoá. Phần lái cơ khí có cấu tạo và nguyên lý giống nh các trờng hợp đã trình bày ở trên. Phần cờng hoá với các bộ phận chính sau: - Nguồn năng lợng của bộ cơng hoá, trong sơ đồ hình 1.3 là bơm thuỷ lực. - Van phân phối (van điều khiển). 5 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M - Cơ cấu chấp hành (xi lanh lực). 1. 4. CấU TạO CủA CáC Bộ PHậN TRONG Hệ THốNG LáI 1. 4.1. Trục lái Trục lái có hai loại: loại cố định không thay đổi đợc góc nghiêng hình 1.4.a và loại thay đổi đợc góc nghiêng hình 1.4.b. Hình 1.4. Cấu tạo trục lái a) Trục lái cố định không thay đổi đợc góc nghiêng. b) Trục lái thay đổi đợc góc nghiêng. Đối với loại không thay đổi đợc góc nghiêng thì trục lái gồm một thanh thép hình trụ rỗng. Đầu trên của trục lái đợc lắp bằng then hoa với moayơ của vành lái (vô lăng), còn đầu dới cũng đợc lắp bằng then hoa với khớp các đăng. Trục chính đợc đỡ trong ống trục lái bằng các ổ bi. ống trục lái đợc cố định trên vỏ cabin bằng các giá đỡ. Vành lái có dạng một thanh thép hình tròn với một số nan hoa (hai hoặc ba) nối vành thép với moayơ vành lái cũng bằng kim loại. Moayơ có làm lỗ với các then hoa để ăn khớp then với đầu trên của trục lái. Đối với loại không thay đổi đợc góc nghiêng thì ngoài những chi tiết kể trên, trục chính không phải là một thanh liên tục mà đợc chia thành hai phần có thể chuyển động tơng đối với nhau trong một góc độ nhất định nhờ kết cấu đặc biệt của khớp nối (hình 1.4.b). Tuỳ thuộc vào t thế và khuôn khổ của ngời lái mà vành lái có thể đợc điều chỉnh với góc nghiêng phù hợp. 1.4.2. Cơ cấu lái 6 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M Cơ cấu lái là hộp giảm tốc đảm bảo tăng mômen quay của ngời lái từ vành lái tới các bánh xe dẫn hớng. Cơ cấu lái có các thông số đặc trng cho tính năng kỹ thuật sau: - Tỷ số truyền i c : = = d d i c (1-1) Trong đó: dd , - là các góc quay nguyên tố tơng ứng của vành lái và trục đòn quay đứng; , - là góc quay tơng ứng của vành lái và trục đòn quay đứng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái có thể thay đổi hoặc không thay đổi. Tỷ số truyền cơ cấu lái có phạm vi thay đổi rộng, cao ở vùng vị trí trung gian và thấp ở các vị trí rìa thờng đợc dùng ở hệ thống lái không có cờng hoá. - Hiệu suất thuận: Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống. Hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Vì vậy, nói chung khi thiết kế cơ cấu lái yêu cầu phải có hiệu suất thuận cao. - Hiệu suất nghịch: Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ dới đòn quay đứng lên trục lái. Thông thờng yêu cầu phải có hiệu suất nghịch phải có trị số bé hơn hiệu suất thuận. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyển động của ô tô sẽ không truyền đến vành lái đợc vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái. Đây là một tính chất rất quý của cơ cấu lái. Tuy nhiên, không thể đa hiệu suất nghịch xuống quá thấp, vì lúc đó bánh xe dẫn hớng sẽ không tự trả lại đợc về vị trí ban đầu dới tác dụng của các mômen ổn định. Vì vậy, để đảm bảo khả năng tự trả bánh xe dẫn hớng từ vị trí đã quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ đờng lên vành lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái đợc thiết kế với một hiệu suất nghịch nhất định. a, Cơ cấu lái loại trục vít cung răng hình 1.5 Cơ cấu lái loại trục vít cung răng có u điểm là giảm đợc trọng lợng và kích thớc so với loại trục vít bánh răng. Cung răng có thể là cung răng thờng hình 1.5.a hoặc cung răng bên hình 1.5.b. Cung răng bên có u điểm là tiếp xúc 7 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M theo toàn bộ chiều dài răng, do đó giảm đợc ứng suất tiếp xúc và răng ít hao mòn, cho nên thờng dùng cho ô tô tải cỡ lớn. Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng đợc xác định nh sau: t r i o c 2 = (1-2) Trong đó: r o - bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng; t - bớc trục vít. Hình 1.5. Cơ cấu lái loại trục vít cung răng a) Cung răng thờng b) Cung răng bên Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị không đổi. Hiệu suất thuận khoảng 0,5 còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4. b, Cơ cấu lái loại trục vít con lăn hình 1.6 Hình 1.6. Cơ cấu lái loại trục vít con lăn Cơ cấu lái loại trục vít con lăn có những u điểm sau: 8 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M - Nhờ trục vít có dạng glôbôit cho nên mặc dù chiều dài trục vít không lớn nhng sự tiếp xúc của các răng ăn khớp đợc lâu hơn và trên diện rộng hơn, có nghĩa là giảm đợc kích thớc chung và giảm ứng suất tiếp xúc của các răng. - Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc với nhau đợc phân tán, tuỳ theo loại ô tô mà có thể làm con lăn có từ hai đến bốn vòng ren. - Tổn thất do ma sát ít hơn nhờ thay ma sát trợt bằng ma sát lăn. - Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp của các bánh răng. Đờng trục của con lăn nằm lệch với đờng trục của trục vít một khoảng e = 5 - 7 mm. Điều này cho phép điều chỉnh lại khe hở ăn khớp sau một thời gian làm việc các chi tiết bị hao mòn. Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít con lăn tại vị trí trung gian xác định theo công thức: 1 2 2 tz r i c = (1-3) Trong đó: r 2 - bán kính vòng tròn ban đầu của hình glôbôit của trục vít; t - bớc của trục vít; z 1 - số mối ren của trục vít. Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng từ 5 - 7%, nhng sự tăng này không đáng kể nên có thể bỏ qua và coi nh tỉ số truyền không đổi. Hiệu suất thuận vào khoảng 0,65 và hiệu suất nghịch vào khoảng 0,5. Cơ cấu lái loại này đợc sử dụng rộng rãi trong các loại ô tô khác nhau. c, Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay hình 1.7 Cơ cấu lái loại này có u điểm cơ bản là có thể thiết kế tỷ số truyền thay đổi theo các quy luật khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng. 9 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M Hình 1.7. Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay Nếu bớc của trục vít t không đổi thì tỷ số truyền đợc xác định theo công thức: t r i c = cos2 2 (1-4) Trong đó: - góc quay của đòn quay đứng; r 2 - bán kính từ chốt quay đến trục đòn quay đứng. Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái loại này đều vào khoảng 0,7. Cơ cấu lái loại này thờng đợc sử dụng ở hệ thống lái không có c- ờng hoá trên ô tô tải và ô tô khách. d, Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng hình 1.8 Hai đầu trục vít đợc đỡ bằng ổ bi đỡ chặn, một đai ốc bi chạy trên trục vít nhờ rất nhiều các viên bi ở trong các rãnh xoắn trên trục vít và bên trong đai ốc. Các viên bi lăn trong các rãnh này, các rãnh đợc thiết kế để cho phép các viên bi tuần hoàn một cách liên tục. 10 [...]... phải cải tiến hệ thống lái cơ khí thành hệ thống lái có cờng hoá Nhằm mục đích để giảm sức lao động nặng nhọc cho ngời lái xe, đồng thời tăng sức cơ động của ô tô đảm bảo an toàn khi chuyển động 2.5 Kiểm tra bền hệ thống lái Hệ thống lái của xe IFA - W50 sau khi đã đợc cải tiến có trợ lực Do đó lực tác động lên vành tay lái sẽ nhỏ, tải trọng tác động lên cơ cấu lái cũng giảm Song khi kiểm tra bền hệ thống. .. đồ hệ thống lái xe IFA - w50 đợc thể hiện trên hình 2.1 1- Vành tay lái 2- Trục tay lái 3- Cơ cấu lái 4- Đòn quay đứng 5- Đòn kéo dọc 6- Đòn quay ngang 7- Đòn kéo ngang 8- Đòn bên 17 SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M Đồ án tốt nghiệp 9- Dầm cầu trớc 10- Bánh xe dẫn hớng Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống lái của xe IFA - W50 a, Đặc điểm Hệ thống lái lắp trên xe IFA - W50 có các đặc điểm sau: - Là hệ thống lái. .. bên ngoài để các bánh xe cùng quay trên một tâm quay tức thời thì kích thớc của các thanh lái ngang, cánh bản lề và góc phải có những giá trị xác định 14 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M Hình 1.12 Hình thang lái ở một số ô tô do kết cấu của hệ thống treo và hệ thống lái khác nhau nên hình thang lái cũng đợc suy biến theo 1 5 góc đặt bánh xe Các góc đặt bánh xe và trụ quay đứng nhằm... nghiệm hệ thống lái xe ifa - w50 2.1 Đặc điểm và các thông số kỹ thuật của xe ifa - w50 * Đặc điểm kỹ thuật của xe IFA - W50 Xe IFA-W50 do nhà máy chế tạo ô tô IFA của Cộng hoà dân chủ Đức sản xuất năm 1969 Vỏ xe bằng kim loại có sàn xe tự đổ, thành sau mở lật đợc, đổ tải qua 3 phía Trang bị khí nén, thuỷ lực, điện để nâng ben của rơmoóc Cabin có 2 chỗ ngồi bằng kim loại * Các thông số kỹ thuật của xe. .. lên vành tay lái khi cờng hoá không làm việc Pvl - lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cờng hoá Pvl - lực để thắng cản ma sát và lực ép dầu tuần hoàn trong hai khoang của xi lanh lực - hệ số tăng tải của hệ thống lái khi cờng hoá không làm việc, chọn = 1,05 Khi đó ta có: Pvl = 1,05 60,52 = 63,55 (KG) Nh vậy, khi kiểm tra bền hệ thống lái ta lấy lực cực đại tác dụng lên vành tay lái là Pvl =... khi xe đi thẳng nên khắc phục đợc hiện tợng kẹt răng - Hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch (t = 0,72; n = 0,55), do vậy giảm đợc va đập từ mặt đờng lên vành lái - Độ bền và chống mòn của trục vít và con lăn cao, có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa trục vít và con lăn, do đó điều chỉnh đợc độ dơ vành tay lái c, Nhợc điểm của hệ thống lái xe IFA - W50 - Là hệ thống lái cơ khí nên lực lái. .. - hệ số tải trọng KH = KH KHV (2 - 18) 30 SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M Đồ án tốt nghiệp KH - hệ số phân phối tải trọng không đều trên chiều rộng vành răng 3 K H T Z = 1 + 2 1 2 m T 2 max (2 - 19) - hệ số biến dạng phụ thuộc vào q và Z1 Tra bảng ứng với q = 10, Z1 = 1 ta có = 108 T2max - mômen xoắn trung bình trên con lăn T2 m = T t n t n 2i i i 2i (2 - 20) 2i Vì cơ cấu lái có. .. nên gây mệt mỏi cho ngời lái, làm giảm tính năng cơ động của xe - Lực va đập từ bánh xe với mặt đờng lên vành tay lái còn lớn, nên vành tay lái bị rung lắc mạnh khi xe đi vào đờng xấu 2.3 tính động học hình thang lái Nhiệm vụ của việc tính động học hình thang lái là xác định những thông số tối u của hình thang lái Sự chuyển động của ô tô là quá trình kết hợp hài hoà giữa bánh xe dẫn hớng với những góc... Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái thực tế 19 SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M Đồ án tốt nghiệp Xe tải IFA - W50 có cấu tạo hình thang lái là cơ cấu 4 khâu hay còn gọi là hình thang lái kiểu Đan - tô C B n Hình 2.2 Sơ đồ hình XL thang lái L Thông qua hình thang lái, từ mối quan hệ hình học chúng ta rút ra đợc về mối quan hệ giữa các góc quay của bánh xe dẫn hớng bên ngoài và bên trong, đợc... ngời lái lên vành tay lái khi cha có cờng hóa: Pvl max = M cvl Rvl (2 - 11) Với: Rvl - bán kính vành tay lái, Rvl = 0,25 m Mcvl - mômen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái Mcvl = 15,13 KG.m Vậy ta có: Pvl max = M cvl 15,13 = = 60,52 (KG) Rvl 0,25 Nh vậy, lực của ngời lái tác dụng lên vành tay lái để điều khiển xe là rất lớn, sẽ gây mệt mỏi cho ngời lái Vì vậy, để khắc phục nhợc điểm trên cần thiết . nghiệp Thiết kế cái cải tiến hệ thống lái xe tải có tải trọng trung bình dới sự hớng dẫn của Th.S Lê Văn Quỳnh. Nội dung chính của đề tài: - Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô - Kiểm nghiệm hệ thống. về hệ thống lái trên ô tô - Kiểm nghiệm hệ thống lái xe có tải trọng trung bình - Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe có tải trong trung bình - Kết luận Qua đây cho phép tôi đợc bày tỏ lòng cảm. hớng Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống lái của xe IFA - W50 a, Đặc điểm Hệ thống lái lắp trên xe IFA - W50 có các đặc điểm sau: - Là hệ thống lái cơ khí, không có cờng hoá lái. - Cơ cấu lái loại trục vít