Thiết kế tính toán hệ thống lai có trợ lực xe tải 2,5 tấn

Mục LụcLời nói đầu1Chương I: Tổng quan Hệ thống lái4I. Mô tả chung hệ thống lái.41. Tổng quan.42. Các trạng thái quay vòng của xe.43. Phân loại hệ thống lái.54. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.6II. các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô.71. Vành lái.72. Trục lái.73.Cơ cấu lái.84. Dẫn động lái.255. Các góc đặt bánh xe.286. Hệ thống lái có trợ lực.31CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE TẢI 2,5 TẤN34I. Tính toán động học của hệ thống lái341. Tính toán động học hình thang lái342. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết373. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế384. Xác định mômen cản quay vòng425. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái456. Xác định góc quay vành lái và bán kính quay vòng ôtô:46II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI TRỤC VÍT ÊCU BI THANH RĂNG CUNG RĂNG.471. Thông số hình học:472. Thiết kế bộ truyền trục vít êcu bi.483 Thiết kế bộ truyền thanh răngcung răng.52III. Tính bền hệ thống lái563.1. Tính bền trục lái563.2. Tính bền đòn quay đứng573. 3. Tính bền đòn kéo dọc593. 4. Tính bền đòn kéo ngang613. 5. Tính bền đòn bên633. 6. Tính bền khớp cầu (Rotuyl)65CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƯỜNG HOÁ LÁI68I. ĐẶC ĐIỂM CỦA CƯỜNG HOÁ LÁI.681.1 Các yêu cầu của cường hoá.681.2 Chọn loại trợ lực.68II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CƯỜNG HOÁ LÁI.692.1. Một số phương án bố trí cường hoá hệ thống lái692.2 Chọn van phân phối:74III.TÍNH TOÁN CƯỜNG HÓA LÁI763.1. Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái763.2. Xây dựng đặc tính cường hoá lái773.3. Xác định lực tính toán793.4. Tính toán xilanh lực803.5. Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái833.6. Tính toán các chi tiết của van phân phối84CHƯƠNG IV: BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI87I. BẢO DƯỠNG KỸ THUẬT HỆ THỐNG LÁI871.1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống87II. SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI872.1 Những hiện tượng hư hỏng chính của hệ thống lái872.2. Kiểm tra điều chỉnh cơ cấu lái:922.3. Kiểm tra dẫn động lái và khắc phục khe hở:922.4. Kiểm tra trợ lực lái:92KẾT LUẬN94TÀI LIỆU THAM KHẢO95

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Thiết Kế tính toán hệ thống lai có trợ lực xe tải 2,5 tấn

2 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

1 Tổng quan về hệ thống lai ô tô

2 Kiểm nghiệm hệ thống lái cơ sở

3 Tính toán thiết kế hệ thống lái

4 Sửa chữa và bảo dưỡng hệ thống lái

5 Kết luận

3 Phần bản vẽ

1 Sơ đồ tổng thể Ôtô (1A0)

2 Bản vẽ lựa chọn các phương án trợ lực (1A0)

3 Bản vẽ quan hệ động học quay vòng và đặc tính cường hóa (1A0)

4 Bản vẽ các phương án thiết kế hệ thông lái (1A0)

5 bản vẽ cơ cấu lái , xylanh lực, van phân phối (1A0)

6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ trợ lực (1A0)

7 Bản vẽ chi các chi tiết của hệ thống lái (1A0)

5 Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan

Trang 2

6 Ngày giao nhiệm vụ:

Ngày tháng năm 2012

7 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Ngày tháng năm 2012

Thông qua bộ môn: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Ngày…… tháng……năm 2012 (Ký, ghi rõ họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp toàn

bộ bản báo cáo cho bộ môn

Ngày……tháng……năm 2012 (ký tên)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Ký, ghi rõ họ tên)

Lêi nãi ®Çu

ThiÕt kÕ hÖ thèng l¸i cã trî lùc cho xe t¶i 2,5 tÊn 2

Trang 3

=== ===

Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kinh tế quốc dân đòi hỏi cần chuyên chở khối lợng hàng hoá và hành khách Tính cơ động cao, tính việt dã và khả năng hoạt động trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ôtô trở thành một trong những phơng tiện chủ yếu để chuyên chở những hàng hoá và hành khách Cùng với sự phát triển của ngành khoa học và kỹ thuật khác, ngành sản xuất chế tạo ôtô trên thế giới cũng ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn đáp ứng khả năng vận chuyển, tốc độ, an toàn cũng nh đạt hiệu quả kinh tế cao Chủng loại xe cũng ngày càng phong phú Hyundai là một hãng xe lớn của Hàn Quốc họ cho ra đời rất nhiều chủng loại xe và xuất sang các nớc khác trong đó có Việt Nam Họ xuất sang ta chủ yếu là các loại xe tải nhỏ vừa và lớn Các loại xe này có giá thành thấp và phù hợp với địa hình nớc ta Một số loại xe tải lớn đã có thiết kế bộ trợ lực lái tuy nhiên các loại xe tải nhỏ nh loại 2,5 tấn thì cha có do vậy để giảm bớt nặng nhọc cho ngời lái thì yêu cầu đề ra là phải thiết kế bộ trợ lực lái cho các loại xe này và đó cũng chính là nội dung đồ án em đợc giao

Trong quá trình tính toán và thiết kế đồ án này em đã cố gắng tìm hiểu và vận dụng các kiến thức đã học Nhng do thời gian có hạn, kinh nghiệm bản thân còn thiếu, nên không tránh đợc những sai sót trong quá trình làm đồ án Em rất mong đợc các thầy và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án của em đợc hoàn thiện, đầy đủ Sinh viên Lại Quang Hiệp Mục Lục Lời nói đầu 1

Chơng I: Tổng quan Hệ thống lái 4

I Mô tả chung hệ thống lái 4

1 Tổng quan. 4

2 Các trạng thái quay vòng của xe. 4

3 Phân loại hệ thống lái 5

4 Yêu cầu của hệ thống lái ôtô. 6

II các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô 7

1 Vành lái 7

2 Trục lái 7

Trang 4

3.Cơ cấu lái 8

4 Dẫn động lái. 25

5 Các góc đặt bánh xe. 28

6 Hệ thống lái có trợ lực 31

Chơng II:tính toán hệ thống lái xe tải 2,5 tấn 34

I Tính toán động học của hệ thống lái 34

1 Tính toán động học hình thang lái 34

2 Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái lý thuyết 37

3 Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái thực tế 38

4 Xác định mômen cản quay vòng 42

5 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái 45

6 Xác định góc quay vành lái và bán kính quay vòng ôtô: 46

II Tính toán thiết kế cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng 47

1 Thông số hình học: 47

2 Thiết kế bộ truyền trục vít- êcu bi. 48

3 Thiết kế bộ truyền thanh răng-cung răng. 52

III Tính bền hệ thống lái 56

3.1 Tính bền trục lái 56

3.2 Tính bền đòn quay đứng 57

3 3 Tính bền đòn kéo dọc 59

3 4 Tính bền đòn kéo ngang 61

3 5 Tính bền đòn bên 63

3 6 Tính bền khớp cầu (Rotuyl) 65

Chơng III: thiết kế hệ thống cờng hoá lái 68

I đặc điểm của cờng hoá lái 68

1.1 Các yêu cầu của cờng hoá. 68

1.2 Chọn loại trợ lực. 68

II Lựa chọn phơng án bố trí cờng hoá lái 69

2.1 Một số phơng án bố trí cờng hoá hệ thống lái 69

2.2 Chọn van phân phối: 74

iii.tính toán cờng hóa lái 76

3.1 Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái 76

3.2 Xây dựng đặc tính cờng hoá lái 77

3.3 Xác định lực tính toán 79

3.4 Tính toán xilanh lực 80

3.5 Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái 83

3.6 Tính toán các chi tiết của van phân phối 84

Chơng iv: bảo dỡng - sửa chữa hệ thống lái 87

I Bảo dỡng kỹ thuật hệ thống lái 87

1.1 Bảo dỡng kỹ thuật hệ thống 87

Ii sửa chữa hệ thống lái 87

2.1 Những hiện tợng h hỏng chính của hệ thống lái 87

2.2 Kiểm tra điều chỉnh cơ cấu lái: 92

2.3 Kiểm tra dẫn động lái và khắc phục khe hở: 92

2.4 Kiểm tra trợ lực lái: 92

kết luận 94

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn 4

Trang 5

tài liệu tham khảo 95

Việc điều khiển hớng chuyển động của xe đợc thực hiện nh sau: vành láitiếp nhận lực tác động của ngời lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyềnmômen từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tớicác thanh dẫn động lái, 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 củatừng chủng loại xe

Để quay vòng đợc thì ngời lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực Đồngthời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đờng lên mặt vuông góc với bánh xe Đểquay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hớng phải quay quanh một tâm quay tứcthời khi quay vòng

2 Các trạng thái quay vòng của xe.

Sự chuyển động và thay đổi hớng chuyển động của xe trên đờng là quá trìnhphức tạp Khi xe chuyển động trên đờng vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vịtrí góc quay của vành tay lái nhất định vl xe sẽ quay vòng với một bán kínhquay vòng R0 tơng ứng Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quay vòng

đủ)

Trong thực tế xe thờng chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quayvòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thờng gặp là trạng thái quayvòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển

động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo

Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R0 ngời láiphải tăng góc quay vành lái một lợng vl Khi quay vòng thừa, để thực hiện quayvòng xe theo bán kính R0 ngời lái phải giảm góc quay vành lái một lợng vl.Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm,làm mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vậntốc quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng) ở những

Trang 6

trạng thái này yêu cầu ngời lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt Vấn đề chất tải, độ

đàn hồi của lốp cũng có ảnh hởng tới tính năng quay vòng và tính an toànchuyển động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn

Trang 7

Hình 1.1-Các trạng thái quay vòng của xe.

3 Phân loại hệ thống lái.

Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:

3.1 Phân loại theo phơng pháp chuyển hớng.

+Chuyển hớng hai bánh xe ở cầu trớc (2WS)

+Chuyển hớng tất cả các bánh xe (4WS)

3.2 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

3.3 Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.

+Cơ cáu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi

+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng

3.4 Phân loại theo cách bố trí vành lái.

+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đờng bên phải)

+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đờng bên trái)

4 Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.

Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển

động của ôtô là hệ thống lái Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:

 Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòngnhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé

Trang 8

 Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với ngời 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 có 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 hớng

4 5 6

7

9 8

Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.

1.Vành lái 6.Hình thang lái

2.Trục lái 7.Đòn quay ngang

3.Cơ cấu lái 8.Trụ xoay đứng

Mvl=Pl.rvl

Trong đó:

Mvl : Là mô men vành lái

Pl : Là lực mà ngời lái tạo ra trên vành lái

Trang 9

rvl : Là bán kính vành lái.

Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con không

đợc vợt quá 80

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 truc lái để cố định trục lái vào thân xe Trục lái kết hợp với một cơcấu hấp thụ va đập Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên ngời lái khi có

va đập mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra

Trục lái thờng có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi đợc góc nghiêng và loại trục lái không thay đổi đợc góc nghiêng.

Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có thêm một số cơcấu điều khiển nh : cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái

để có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phơng thẳng đứng phù hợp với ngời lái,

hệ thống trợt trục lái để có thể điều chỉnh đợc chiều dài của trục lái và đạt đợc vịtrí ngồi lái tốt nhất cho ngời lái

3 Cơ cấu lái.

Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của ngời lái đếncác bánh xe dẫn hớng Tỷ số truyền của cơ cấu lái thờng bằng 18 đến 20 đối với

xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải

3.1 Các yêu cầu của cơ cấu lái.

Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

+ Có thể quayđợc cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệusuất nghịch để các va đập từ mặt đờng 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 của cơ cấu lái

+ Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất

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

+ Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp

Trang 10

Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hởng tới sự truyền các va đập từ măt đờnglên vô lăng Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít, nhngnếu độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hởng đến khả năng chuyển động của xe Độ đànhồi của hệ thống lái đợc xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vành láivô lăng và mô men đặt trên vành lái Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào

độ đàn hồi của các phần tử nh cơ cấu lái, các đòn dẫn động

3.2 Tỉ số truyền của cơ cấu lái:

Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quaycủa đòn quay đứng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh xedẫn hớng Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhng ngời lái phải quay vô lăngnhiều hơn khi quay vòng

Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quaycủa vô lăng thì bánh xe phải quay đợc tối đa từ

350 đến 450 từ vị trí trung gian trở đi Quy luật

thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất đợc thể

hiện trên giản đồ bên:

Trong phạm vi góc quay   /2 thì tỷ số

truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại đảm bảo

chính xác cao trong khi lái ôtô trên đờng thẳng

với tốc độ cao và giúp lái nhẹ nhàng vì đa số

thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ

quanh vị trí trung gian Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ

cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo qui luật nh

thế sẽ giảm ảnh hởng của những va đập từ bánh

dẫn hớng lên vành lái

180 360 540

720 180 360 540 720

5 10 15 20 25

Hình 1.3: Quy luật thay đổi

tỷ số truyền i c của cơ cấu

lái

c

d i d

Trang 11

Khi  > /2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu nh không thay

đổi ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hớng quay một góclớn giúp khả năng quay vòng của ôtô tốt hơn

3.3 Tỷ số truyền của dẫn động lái i d

Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thớc và quan hệ của các cánh tay đòn.Trong quá trình bánh xe dẫn hớng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽthay đổi Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9  1,2

3.4 Tỷ số truyền lực của hệ thống lái i l

Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hớng và lực

đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng

c l l

p i

Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe

c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đ ờngtrục đứng kéo dài

Ml - mômen lái đặt trên vành lái

l

M r i

c M



(1 - 4) Bán kính vành tay lái ở da số ôtô hiện nay là 200  250mm và tỷ số truyềngóc ig không vợt quá 25 vì vậy il không đợc lớn quá, il hiện nay chọn trongkhoảng từ 10  30

3.5 Hiệu suất thuận

Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống Hiệusuất thuận càng cao thì lái càng nhẹ Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệusuất thuận cao

định Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban

Trang 12

đầu và để hạn chế các va đập từ đờng tác dụng lên hệ thống lái trong một phạm

vi nào đấy thì cơ cấu lái đợc thiết kế với một hiệu suất nghịch nhất định

3.7 Một số loại cơ cấu lái thờng dùng:

3.7 1 Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:

+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay

+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay

con lăn

11

21

31

Trang 13

3.7.3.Cơ cấu lái trục vít -êcu bi - thanh răng - cung răng.

Gồm một trục vít có hai đầu đợc đỡ bằng ổ bi đỡ chặn Trục vít và êcu córãnh tròn có chứa các viên bi lăn trong rãnh Khi đến cuối rãnh thì các viên bitheo đờng hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu

Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển độngnày làm quay răng 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 độnglàm quay bánh xe dẫn hớng

Cơ cấu lái kiểu trục vít- êcu bi – cung răng có u điểm lực cản nhỏ, ma sát giữatrục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn)

Trang 14

Trang 15

Hình 1.12 - Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc

Góc nghiêng dọc của trụ đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa trụ xoay

đứng và phơng thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe Khoảng cách từ giao điểm của

đờng tâm trục đứng với mặt đất đến đờng tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đờng

đợc gọi là khoảng Caster c

Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dới tác dụng của lực ly tâm khi

bánh xe vào đờng vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng ợng xe khi xe đi vào đờng nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe vớimặt đờng sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb

Khi trụ quay đứng đợc đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều

tiến của xe (Caster dơng) thì phản lực bên Yb của đờng sẽ tạo với tâm tiếp xúcmột mô men ổn định, mô men đó đợc xác định bằng công thức sau:

M=Yb.c (1- 6)

Mômen này có xu hớng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi nó

bị lệch khỏi vị trí này Nhng khi quay vòng ngời lái phải tạo ra một lực để khắcphục mô men này Vì vậy, góc Caster thờng không lớn Mômen này phụ thuộcvào góc quay vòng của bánh xe dẫn hớng Đối với các xe hiện đại thì trị số củagóc Caster bằng khoảng từ 00đến 30

5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin).

Góc nghiêng ngang của trụ đứng đợc xác định trên mặt cắt ngang của xe.Góc Kingpin đợc tạo nên bởi hình chiếu của đờng tâm trụ đứng trên mặt cắtngang đó và phơng thẳng đứng

Tác dụng:

Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng lệchtâm là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r0 Nếu r0 lớn sẽsinh ra mô men lớn quanh trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm

tăng lực đánh lái Do vậy giá trị của r0 có thể đợc giảm để giảm lực đánhlái, phơng pháp để giảm r0 là tạo Camber dơng và làm nghiêng trụ quay

đứng (tạo góc KingPin)

Hình 1.13 - Góc nghiêng ngang trụ đứng

90°

(+) (-) Kingpin

Trang 16

Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho cácbánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do có mômenphản lực (gọi là mômen ngợc) tác dụng từ mặt đờng lên bánh xe Giá trị củamômen ngợc phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin.

Với góc  nh thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn

định vành tay lái

Hình 1.15 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.

ở cầu dẫn hớng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh

xe về phía trớc Bởi vậy góc  giảm.Trong trờng hợp này, để giảm ảnh ởng của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột(phanh bằng động cơ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt  có giá trị nhỏhơn hoặc bằng không

h-Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn 27

R 0

P f

R 0

Trang 17

6 Hệ thống lái có trợ lực.

6.1 Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cờng độ lao động của ngời lái.

Trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe

có sự cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái Ngoài ra

để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bảnrộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đờng Kết quả là cần mộtlực lái lớn hơn

Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái nhỏ, phải

có một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái

6.2 Phân loại hệ thống trợ lực lái.

Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh

Dựa vào vị trí của van phân phối và xi lanh lực:

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơcấu lái

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong đòn kéo Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phânphối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung Còn nguồn năng lợng là một bơm cánhgạt đợc dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai

6.3 Nguyên lý trợ lực lái.

Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảmnhẹ lực lái Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằmtrong xy lanh lực Piston trợ giúp cho việc chuyển động của thanh răng Mức độtrợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston Vì vậy nếucần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu

6.3.1 Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng).

Dầu từ bơm đợc đẩy lên van điều khiển Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả dầu

sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm Vì áp suất dầu bên trái và bên phải piston là nh nhau nên piston không chuyển động về hớng nào

Trang 18

BơmKhối van điều khiển

Piston

Hình 1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian

Xy lanh lực

6.3.2 Khi quay vòng

Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hớng nào, giả sử quay sang phải thì van

điều khiển cung di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộnghơn Vì vậy làm thay đổi lợng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu đợc tạo

ra Nh vậy tạo ra sự trênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải của piston Sựtrênh lệch áp suất đó làm piston dịch chuyển về phía có áp suất thấp, dầu bên ápsuất thấp sẽ đợc đẩy qua van điều khiển về bơm

BơmKhối van

điều khiển

Piston

Xy lanh lực

Trang 19

Hình 1.17 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.

Chơng II tính toán hệ thống lái xe TảI 2,5 TấN-XE THAM

KHảO:HYUNDAI 2,5 TấN HD65

Các thông số kỹ thuật cơ bản của xe: Hyundai 2,5 tấn I.

Tính toán động học của hệ thống lái

1 Tính toán động học hình thang lái

Nhiệm vụ của tính toán động học dẫn động lái là xác định những thông

số tối u của hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫnhớng một cách chính xác nhất và động học đúng của đòn quay đứng khi có sự

Trang 20

biến dạng của bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của

hệ thống truyền dẫn động lái

Từ lý thuyết quay vòng ta thấy để nhận đợc sự lăn tinh của các bánh xedẫn hớng khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quay hệ sau đây củacủa góc quay bánh xe dẫn hớng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng.Theo giáo trình thiết kế và tính toán ôtô máy kéo mối quan hệ đó đợc thể hiện ởcông thức sau:

B0

Cotg Cotg

L

    (2 - 1) Trong đó:

 : là góc quay của bánh xe dẫn hớng bên ngoài

 : là góc quay của bánh xe dẫn hớng bên trong

B0 : là khoảng cách giữa hai đờng tâm trụ đứng

L : là chiều dài cơ sở của ôtô

Từ biểu thức trên để bánh xe dẫn hớng lăn tinh mà không bị trợt lết trongquá trình quay vòng thì hiệu số cotg góc quay của bánh xe bên ngoài và bêntrong phải luôn là một hằng số và bằng B/L

Hình thang lái phải đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn ớng Nó bao gồm các khâu đợc nối với nhau bằng các khớp cầu và các đòn bên

h-đợc bố trí nghiêng một góc so với dầm cầu trớc

a Trờng hợp xe đi thẳng

Các đòn bên tạo với phơng dọc một góc 

Khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa

 và  vẫn đợc giữ nguyên nh công thức trên thì hình thang lái Đan - Tô khôngthể thoả mãn hoàn toàn đợc

Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho sai lệch với quan

hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quay vòng thực

tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn, nhng cũng không đợc



Trang 21

a Trờng hợp khi xe quay vòng

Trong trờng hợp khi xe vào đờng vòng để đảm bảo cho các bánh xe dẫn ớng không bị trợt lết hoặc trợt quay thì đờng vuông góc với các véc tơ vận tốcchuyển động của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó là tâmquay vòng tức thời của xe (điểm 0 trên hình 2.2)

Theo giáo trình thiết kế và tính toán ôtô ta có quan hệ giữa  và  nh sau: Hình 2.2Sơ đồ động học quay vòng của ôtô có hai bánh dẫn h ớng phía tr ớc.





B L

R s

0





Trang 22

Trên thực tế có nhiều phơng pháp để kiểm tra động học của hình thang láixong để đơn giản ta dùng phơng pháp đồ thị để kiểm tra sự sai khác của đờng

đặc tính hình thang lái thực tế so với lý thuyết theo quan hệ  = f(,)

2 Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái lý thuyết

Trên hệ trục toạ độ đề các 0 ta xác định đợc đờng cong đặc tính lýthuyết qua quan hệ  = f(,)

Trang 23

3 Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái thực tế

Để xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái thực tế ta phải xây dựng

đ-ợc đờng cong biểu thị hàm số  = f(,) Theo mối quan hệ này thì nếu biết trớcmột góc  nào đó ứng với một giá trị của góc  thì ta có một giá trị của góc .Mối quan hệ giữa các góc ,  và  theo giáo trình thiết kế tính toán ôtô đợc thểhiện nh sau:

 - góc quay của trục bánh xe dẫn hớng bên ngoài

 - góc quay của trục bánh xe dẫn hớng bên trong

L - chiều dài cơ sở của xe L = 3350 (mm)

B0 - khoảng cách giữa hai trục đứng của cầu dẫn hớng B0 = 1450(mm)

 - góc tạo bởi đòn bên hình thang lái và phơng dọc

m - chiều dài đòn bên hình thang lái m = 152 (mm)

n - chiều dài đòn ngang hình thang lái n = 1290 (mm)

Dựa vào công thức (2 - 4) ta xây dựng các đờng đặc tính hình thang lái thực

tế ứng với mỗi giá trị của góc  = (00, 50, , 450) ta lấy góc  theo xe thiết kế

 = 160 Đồng thời ta lấy thêm một vài giá trị lân cận với góc  để so sánh Cácgiá trị tơng ứng đợc thể hiện trong bảng dới đây:

Trang 24

ThiÕt kÕ hÖ thèng l¸i cã trî lùc cho xe t¶i 2,5 tÊn

Trang 25

Dựa vào các số liệu trong bảng trên ta vẽ đợc đồ thị đặc tính động học hìnhthang lái lý thuyết và thực tế trên cùng một hệ trục toạ độ

Nhận thấy rằng độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và góc quay vòng

lý thuyết đều nhỏ hơn 1,50 trong phạm vi có thể quay vòng của bánh xe dẫn ớng do đó các thông số của hình thang lái xe thiết kế là thoả mãn

Với xe thiết kế là xe tải cho nên tỷ số truyền góc nằm trong khoảng

16  32 Vì ta chọn idđ = 1 cho nên ig = 20,5 tức là khi góc quay lớn nhất củabánh xe dẫn hớng là 370 thì góc quay của vành tay lái là 7600

Thời gian quay vòng tay lái là thời gian mà ngời lái phải quay vành tay lái từ

vị trí tận cùng bên trái sang vị trí tận cùng bên phải tức là phải quay vành tay lái

đi một góc 760  2 = 15200

Nếu ngời lái đánh lái với vận tốc 1,5(v/s) thì thời gian quay vòng là:

0 0

1520

2,81( )1,5.360





Hình 2.3

Đồ thị đặc tính động học hình thang lái

Trang 26

4 Xác định mômen cản quay vòng

Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái:

Lực tác động lên vành tay lái của ôtô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quayvòng ôtô tại chỗ Lúc đó mômen cản quay vòng trên bánh xe dẫn hớng Mc sẽbằng tổng số của mômen cản chuyển động M1, mômen cản M2 do sự trợt lê bánh

xe trên mặt đờng và mômen cản M3 gây nên bởi sự làm ổn định các bánh xe dẫnhớng

m

d c

B t

Trang 27

4.2 Mômen cản M 2 do sự trợt lê của bánh xe trên mặt đờng

Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc giữa lốp và

đờng sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe Nguyên nhân lệch này là do sự đàn hồibên của lốp Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu của trục bánh xe một

đoạn x về phía sau đoạn x đợc thừa nhận bằng nửa khoảng cách của tâm diệntích tiếp xúc đến rìa ngoài của nó theo

Sơ đồ lực ngang tác dụng

Trang 28

 - góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe.

 - góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe

 - góc lệch của vết tiếp xúc của lốp với mặt đờng so với mặt phẳng giữa của bánh xe

 - góc doãng của bánh xe dẫn hớng

c – góc chụm của bánh xe dẫn hớng

Tất cả các góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhng chúng làm xuất hiệnmômen cản M3 Trong tính toán giá trị mômen cản M3 đợc kể đến bởi hệ số   - hệ số tính đến ảnh hởng của M3 do cầu trớc của ôtô bị nâng lên

2 1, 44 30,56  

117,3( )0,6

c

5 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái

Khi đánh lái trong trờng hợp ôtô đứng yên tại chỗ thì lực đặt lên vành tay lái để thắng đợc lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hớng là lớn nhất Lực lớn nhất đặt lên vành tay lái đợc xác định theo công thức:

Trang 29

Mc – mômen cản quay vòng Mc = 117,3 (KGm).

R – bán kính bánh lái R = 0,2 (m)

ic – tỷ số truyền cơ cấu lái ic = 20,5

th – hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái

trục vít -ecubi hiệu suất thuận th = 0,7

itr – tỷ số truyền của truyền động lái

n tr d

l i l

   (2 - 12)Vậy ta có:

0, 2.20,5.1.0,7

6 Xác định góc quay vành lái và bán kính quay vòng ôtô:

6.1 Góc quay vành lái lớn nhất:

Góc quay vành lái lớn nhất đợc xác định theo góc quay bánh xe dẫn hớng yêucầu nhằm tạo nên khả năng quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ nhất.Thôngthờng góc quay bánh xe dẫn hớng kẻ từ vị trí trung gian đến vi trí quay lớn nhất ,lấy trung bình cho cả hai bên bxmaxcó thể lấy với xe tải cỡ nhỏ: bxmax

Trang 30

B L



       (2- 14)

ChiÒu réng hµnh lang quÐt:B hl R nmin  R tmin  8586 5435 3151(   mm) (2-15)

II TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¬ cÊu l¸i trôc vÝt - ªcu bi - thanh r¨ng - cung r¨ng.

Trang 31

do đó: i =

Ω d

θ d =

p

i

2 Thiết kế bộ truyền trục vít- êcu bi

Tỷ số truyền của hệ thống lái:

t L

c

P R

M i



max

.

 (2-18)

Trong đó: Mc - Mômen cản khi quay vòng tại chỗ, Mc = 1173 (Nm)

PLmax - Lực lái lớn nhất của ngời lái, Plmax = 408,7 (N)

i  

1

32

Trang 32

Hình 2.10- Các thông số của trục vít - êcu- bi

Khi đánh lái, trục vít bị xoay, tạo ra lực vuông góc từ bề mặt rãnh vít qua các viên bi tác dụng vào bề mặt rãnh bi trên ê cu Lực này đợc phân ra thành 2 thành phần: là lực vòng Pv và lực dọc trục Pd Lực Pd chính là lực tác dụng làm quay bánh răng rẻ quạt

Lực Pd có giá trị nh sau:

n c

t d c d

L R

L M P

.

2



 (2-20) Trong đó:

Mc- mômen cản quay vòng khi xe đứng tại chỗ, Mc = 1173 (Nm)

Ld - Độ dài đòn quay đứng, Ld = 200 (mm)

Ln - Độ dài đòn quay ngang, đoạn nối giữa trục bánh xe với đòn kéo dọc,

Ld = 200 (mm)

th – hiệu suất thuận của cơ cấu lái, th = 0,7

Rc2- bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt,

p

i

= 20,5.11 2.3,14 = 36 (mm)Vậy : 1173.0, 2.0.7

22808( ) 0,036.0, 2.

Trang 33

Xác định đờng kính trong của ren trục vít theo độ bền kéo:

 K

d

P d





3 , 1 4

Dtb = d1+ 2(r1 –c) = 22+2.(3,06- 0,04) =28,04(mm) Đờng kính trong của đai ốc:

D1= Dtb + 2(r1 – c) =28,04 + 2.(3,06- 0,04)=34,08(mm) Chiều sâu của profin ren: h1 = ( 0,3  0,35) d b  0 , 35 6  2 , 1 (mm)

Đờng kính ngoài của trục vít: d= d1 + 2h1 22  2 2 , 1  26 , 2 (mm)

Đờng kính ngoài của ê cu: D =D1 – 2 h1 =34 , 08  2 2 , 1  29 , 88 (mm)

Góc nâng trục vít đợc xác định nh sau:

0

11( ) ( ) 6,5 tb 28,04

Vậy: 0 0 , 00050

45 sin 22

004 , 0 2

Trang 34

Trong đố: LK – chiều dài rãnh hồi bi LK =30(mm)

Tổng số viên bi: Z = Zb + Zk = 36+ 5 = 41 (viên)

b b

d a

d Z

P

q  (2-25)

Trong đó:  = 0,8 - hệ số phân bố không đều tải trọng cho các viên bi

qa = 228082 636.6 0,8.10  =22 (MN/m2)

Từ khe hở tơng đói  và tải trọng riêng dọc trục qa, theo đồ thị xác định ứngsuất lớn nhất max., ta xác định đợc ứng suất lớn nhất max=3800 Mpa

[max] = 5000 Mpa đối với mặt làm việc của trục vít

Do đó trị số max thoả mãn điều kiện: max < [max]

Trang 35

Hình2.11: Cơ cấu lái liên hợp

1 Thanh răng 2 Cung răng

3.1 Chọn vật liệu.

Thanh răng và bánh răng rẻ quạt đợc chế tạo bằng thép 20XH, thờng hoá,

độ rắn HRC 50, σb  650MPa, σch  400MPa, phôi rèn

3.2Xác định các thông số của bộ truyền:

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

Bánh răng rẻ quạt là bánh răng trụ răng thẳng.Tính toán nhằm thoả mãn điều kiện tiếp xúc lớn nhất  H sinh ra khi các 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 hình trụ tiếp xúc dọc đờng sinh.Ta có điều kiện bền:

 H

n M H

2

q

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 ta tính 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

sự phân bố không đều tải trọng theo chiều rộng vành răng và tải trọng động là:

H 2

Hv H d Hv

H H