tính toán, thiết kế hệ thống lái ôtô tải nhỏ

Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải LỜI NÓI ĐẦU Kể từ khi ra đời đến nay ngành cơ khí ô tô không ngừng phát triển và đạt được 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 bảo vấn đề an toàn và tính cơ động của ôtô. Trong tập đồ án môn học này em được giao đề tài ” TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI ÔTÔ TẢI NHỎ”. Nội dung của đề tài này giúp em hệ thống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ôtô nói chung và hệ thống lái của ôtô tải nói riêng. từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về chuyên môn. Được sự hướng dẩn rất tận tình của thầy giáo Nguyễn Việt Hải, cùng với sự nổ lực 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 thiện hơn. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Việt Hải. Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong bộ môn đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý báu trong quá trình học tập ở trường và thời gian làm đồ án. Em xin chân thành cám ơn! Sinh viên thực hiện Lê Như Thành SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 1 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải MỤC LỤC Trang 1.CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆT THỐNG LÁI 3 1.1.Công dụng. 3 1.2. Yêu cầu 3 1.3. Phân loại 4 2. CƠ CẤU LÁI. 5 2.1 Loại trục vít - Cung răng. 5 2.2. Loại trục vít - con lăn. 7 2.3.Trục vít - chốt quay. 8 2.4. Bánh răng - thanh răng. 10 2.5. Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng. 11 3. SƠ ĐỒ DẪN ĐÔNG LÁI. 13 3.1. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập. 13 3.2. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc. 14 4. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LAI. 14 4.1. Thông số chính. 14 4.2. Tính tỉ số truyền. 15 4.3. Xác định mômen tác dụng lên bánh xe dẫn hướng. 16 4.4. Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng. 20 4.5. Tính toán động học hình thang lái. 20 4.6. Tính toán cơ cấu lai. 28 SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 2 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải 1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CÂU HỆ THỐNG LÁI. 1.1. Công dụng. Hệ thống lái là một tập hợp các cơ cấu dùng để. - Giữ cho ôtô chuyên động theo một hướng nào đó. - Thay đổi hướng chuyễn động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe. Hệ thống lái nói chung gồm các bộ phận chính sau: - Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mômen cho người lái tác động lên vô lăng đến dẫn động lái. - Dẫn động lái:dùng để truyền chuyễn động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng để đảm bảo tính quay vòng cần thiết của chúng. - Cường hoá lái: thường sử dụng trên xe có tải trọng lớn và vừa. Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái từ nguồn năng lượng bên ngoài. 1.2. Yêu cầu. + Đảm bảo chuyễn thẳng ổn định. - Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương đối với chuyễn động thẳng phải nhỏ. - Các bánh xe dẫn hướng phải có tính ổn định tốt. - Không có hiên tượng dao động các bánh xe dẫn hướng ơ mọi chế đọ làm việc và mọi chế độ chuyễn động. + Đảm bảo tính cơ động cao: tức là bánh xe có thể quay vòng thật ngoặt, trong một thời gian ngắn trên một diện tích bé. + Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bi trượt lê gây mòn lốp tiêu hao công suất, giảm tính ổn định của xe. + Giảm được các va đập: từ bánh xe dẫn hướng lên vô lăng khi xe chuyễn động trên đường xấu, gặp chướng ngại vật. + Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: lực điều khiển trên vô lăng theo tiêu chuẫn nghành hay tiều chuẫn quấc gia. 1.3.Phân loại. + Theo cách bố trí vô lăng: vô lăng bố trí bên trái, vô lăng bố trí bên phải. SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 3 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải + Theo kết cấu cơ cấu lái: - trục vít- cung răng. - Trục vít- con lăng - Trục vít chốt quay. - Bánh răng- thanh răng. - Thanh răng liên hợp (trục vít- thanh răng- cung răng- Ê cu bi) + Theo kết cấu cơ cấu lái: - cường hoá thuỷ lực. - Cường hoá khí nén, chân không. - Cường hoá điện. - Cường hoá cơ khí. + Ngoài ra còn phân loại theo: số lượng các bánh xe dẫn hướng, theo sơ đồ bố trí cơ cấu lái. 2. CƠ CẤU LÁI. 2.1 Loại trục vít - Cung răng. Hình 2.1. Trục vít lăn - cung răng đặt giữa 1- Ổ bi ; 2- Trục vít ; 3- Cung răng ; 4-Vỏ SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 4 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải Hình 2.2. Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng đặt bên 1- Ổ bi ; 2 - Trục vít; 3 - Cung răng ; 4 - Vỏ Cơ cấu trục vít - cung răng có 2 loại: + Trục vít - cung răng đặt ở bên cạnh trục vít như hình 1.1. + Trục vít - cung răng đặt ở giữa trục vít như hình 1.2. Loại cung răng đặt bên có ưu điểm là răng trục vít và cung răng tiếp xúc với nhau trên toàn bộ chiều dài răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm, do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng. Cơ cấu lái loại này dùng thích hợp cho các loại xe tải cở lớn. Nhược điểm cơ bản của loại này là có hiệu suất thấp. Loại trục vít - cung răng đặt giữa, đảm bảo khoảng hở ăn khớp thay đổi nhờ các bán kính khác nhau của đường sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng. Khi bị mòn khoảng hở ăn khớp tăng lên, người ta khắc phục khoảng hở này bằng cách đẩy cung răng và trục vít đến gần nhau nhưng không cho các vị trí rìa của cung răng bị kẹt. Ưu điểm của loại này là có kích thước và trọng lượng bé nhưng lại có hiệu suất thấp. Trục vít có thể có dạng hình trụ tròn hay glôbôit . Khi trục vít có dạng glôbôit thì số răng ăn khớp tăng, dẩn đến giảm được ứng suất tiếp xúc và mài SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 5 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải mòn Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiều dài của trục vít. Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công thức : i ω = 1 0 . 2 Ζt R π R 0 - Bán kính vòng lăn của cung răng t - Bước trục vít Z 1 - Số mối ren trục vít. Góc nâng của đường ren vít thường từ 8 0 - 12 0 . Khe hở ăn khớp khi quay đòn quay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên, thay đổi từ 0,03 ÷ 0,5 mm. Sự thay đổi khe hở được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng có bán kính khác. 2.2. Loại trục vít - con lăn. 2 Loại này sử dụng rộng rải trên các loại ôtô. Nó có ưu điểm : + Kết cấu gọn nhẹ. + Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn. + Hiệu suất thuận t η = 0,77 - 0,82. + Hiệu suất ngịch n η = 0,6. + Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần. SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 6 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải Hình 2.3. Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành. 1- 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. Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn đươc bố trí lệch với đường trục của trục vít một khoảng 5 - 7 mm. Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục quay của đòn quay đứng thì khoảng cách A sẻ thay đổi. Do đó khe hở ăn khớp cũng thay đổi. Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằng cách dịch chuyển trục quay O 2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít O 1 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 : i ω = 1 . 2 zt R k π = . . 2 1 0 zt R π 0 R R k = 0 0 R R i k Ở đây : t - Bước của mối răng trục vít, Z 1 - Số đường ren trục vít, R k - Bán kính vòng ( tiếp xúc ) giữa con lăn và trục vít ( khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng ), R 0 - Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục ví,t i 0 - Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít. Theo công thức trên ta thấy i ω thay đổi theo góc quay trục vít. Tuy vậy sự thay đổi này không lớn khoảng từ 5 - 7% ( từ vị trí giửa ra vị trí biên ). Nên có thể coi như i ω = const. 2.3.Trục vít - chốt quay. Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cách chế tạo bước răng trục vít khác nhau. 3 Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức: SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 7 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải 4 i ω = t R π 2 cosϕ Ở đây : ϕ - Góc quay của đòn quay đứng R 2 - Bán kính đòn dặt chốt Hiệu suất thuận và hiệu suất ngịch của cơ cấu loại này vào khoảng 0,7. Cơ cấu lái này dùng nhiều ở hệ thống lái không có cường hoá và chủ yếu trên các ôtô tải và khách. Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng. truûc vêt âoìn chuyãùn chäút quay Hình 2.4. Cơ cấu lái trục vít - chốt quay. 1 - chốt quay ; 2 - Trục vít ; 3 - Đòn quay. 2.4. Bánh răng - thanh răng. Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống dẩn hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng bằng lò xo. + Ưu điểm : - Có tỷ số truyền nhỏ, i ω nhỏ dẩn đến độ nhạy cao. Vì vậy được sử dụng rộng rải trên các xe đua, du lịch, thể thao - Hiệu suất cao - Kết cấu gọn, đơn giản, dể chế tạo. + Nhược điểm : SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 8 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải - Lực điều khiển tăng ( do i ω nhỏ ) - Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc -Tăng nhạy cảm do va đập từ mặt đường. 3 2 1 Hình 2.5. Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng 1 - Bánh răng ; 2-lò xo; 3- Thanh răng. 2.5. Loại liên hợp 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 thay đổi ma sát trượt thành ma sát lăn. Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thành thanh răng ăn khớp với cung răng trên trục (4 ). SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 9 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải Hình 2.6. 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 dẩn hướng bi ; 5 - Êcu ; 6 - Trục vít. 5 Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái loại này không đổi và xác định theo công thức. 6 i ω = t R 2 2 π 7 Ở đây : R 2 - Là bán kính chia cung răng t - Bước răng trục vít + Ưu điểm : - Hiệu suất cao: hiệu suất thuận η t = 0,7 - 0,85, hiệu suất nghịch η 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. SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 10 [...]... Hình 3.1 sơ đồ hệ thống lái với hệt thống treo phụ thuộc 1- vô lăng; 2-trục lái; 3-cơ cấu lai; 4- đòn quay ngang 3.2 sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 11 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải + Dẫn động lái của hệ thống treo độc lập: khả năng quay vòng rất cao nhưng cơ cấu phức tạp phải thông qua nhiều khâu khớp Hệ thống treo độc lập... lần 3 SƠ ĐỒ DẪN ĐÔNG LÁI Dẫn động lái bao gồm các chi tiết làm nhiệm vụ truyền từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và đảm bảo tính động học quay vòng của bánh xe dẫn hướng 3.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập + Dẫn động lái của hệ thống treo độc lập: phần tử hình than lái nằm ở phía trước việc dẫn động thông qua các đòn ngang và các đòn dọc Hệ thống treo độc lập có kết cấu đơn giản nhưng... học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Nguyễn Hửu Cẩn; Trần Đình Kiên THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ÔTÔ MÁY KÉO Tập 3 Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp HÀ NỘI, 1985 2 Nguyển Hửu Cẩn; Nguyển Văn Tài; Phạm Minh Thái ; Dư Quốc Trịnh; Lê Thị Vàng LÝ THUYẾT ÔTÔ MÁY KÉO Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2000 3 T.S Nguyễn Hoàng Việt GIÁO TRÌNH KẾT CẤU, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ÔTÔ. .. lực lái 4.5 Tính toán động học hình thang lái Nhiệm vụ của bài toán tính toán thiết kế hình thang lái là để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của các bánh xe dẫn hướng Từ sơ đồ quay vòng ta thấy rằng Muốn các bánh xe quay vòng không bị trượt thì chúng phải cùng quay quanh 1 tâm quay tức thời, tức là góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong và phía ngoài tâm quay vòng phải khác nhau và liên hệ với... thống treo độc lập vùa là bộ phận dẫn hướng vừa là cơ cấu giảm chấn Thông thường bố trí trên xe du lịch 3 7 8 5 2 4 1 Hình 3.2 sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 1- vô lăng; 2-trục lái; 3-cơ cấu lai; 4- đòn quay đứng; 5,8- thanh lắc; 6.khớp bản lề 4 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LAI 4.1 Thông số chính -Trọng lượng toàn bộ ô tô : Ga = 2850 (Kg) - Trọng lượng tác dụng lên cầu trước : G1 = 1050 (Kg) - Trọng... Lê Thị Vàng LÝ THUYẾT ÔTÔ MÁY KÉO Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2000 3 T.S Nguyễn Hoàng Việt GIÁO TRÌNH KẾT CẤU, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ÔTÔ Phần Hệ Thống Lái ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG 4.Phạm Minh Thái.HƯỚNG DẪN LÀM ĐỒ ÁN MÔN HỌC -THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI CỦA Ô TÔ - MÁY KÉO BÁNH BƠM.TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA 1991 SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 27 ... các vị trí biên không lớn hơn 1,8 vòng đối với ôtô du lịch và không lớn hơn 3 vòng đối với ôtô tải và xe khách, nhằm đảm bảo các yêu cầu cơ động cao và thuận tiện điều khiển khi xe quay vòng i ω - có thể được thiết kế không đổi hoặc thay đổi theo góc quay của vô lăng Ơ loại cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi, tỷ số truyền có thể tăng hay giảm khi quay bánh lái ra khỏi vị trí trung gian Giá trị của iω... là hình thang lái Đantô SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 18 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải Khi dùng hình thang lái thì tâm quay vòng O của các bánh xe trươc không nằm trên trục sau, mà nằm ở khoảng cách L ht < Lo so với đường AB (hình vẽ) Đặt l = Lht , rõ ràng tỷ số l càng gần đơn vị thì hình thang lái càng hoàn Lo thiện Giá trị l có thể tính từ các quan hệ hình học như... Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 19 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải + Xác định các thông số còn lại của hình thang lái theo các quan hệ hình θ t = arctg học sau : n= x.L0 0,5.m m 1 + 2 y cos θ t n = n y Trong đó : n _ Chiều dài của đòn kéo ngang (m) l _ Chiều dài của đòn kéo bên (m) Hình 4.4 Sơ đồ hình thang lái và đồ thị biểu diễn quan hệ x=f(m/L) 1; 2 và 3- Tương ứng với y = 0,12;... 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 α β tt β lt + So sánh βlt với βtt ta thấy sai lệch tương đối hình thang lái thực với hình thang lái lý thuyết không quá 5 % Vậy các kích thước hình thang lái đạt yêu cầu SVTH : Lê Như Thành –Lớp 10C4LT Trang 24 Đồ án môn học: Thiết Kế Ô Tô GVHD: ThS.Nguyễn Việt Hải + Tính bán kính quay vòng của các bánh xe dẫn hướng : - Từ hình 4.4b ta thấy Lht = OA.sinβ =OB.sin a OA _ . TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI ÔTÔ TẢI NHỎ”. Nội dung của đề tài này giúp em hệ thống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ôtô nói chung và hệ thống lái của ôtô tải nói. ĐÔNG LÁI. 13 3.1. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập. 13 3.2. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc. 14 4. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LAI. 14 4.1. Thông số chính. 14 4.2. Tính. khách 1 2 3 4 Hình 3.1. sơ đồ hệ thống lái với hệt thống treo phụ thuộc 1- vô lăng; 2-trục lái; 3-cơ cấu lai; 4- đòn quay ngang. 3.2. sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc. SVTH :