Khai thác kết cấu, tính năng kỹ thuật, nghiên cứu quy trình chẩn đoán, kiểm tra, sửa chữa hệ thống lái xe Tucson G2.0 2011

MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU6PHẦN 1: MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI71.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI71.1.1. Tính Cấp Thiết Của Đề Tài71.1.2. Ý Nghĩa Của Đề Tài81.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI81.3. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI81.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU91.4.1. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn91.4.2. Phương pháp nghiên cứu tài liệu91.4.3. Phương Pháp Thống Kê Mô Tả9PHẦN 2: NỘI DUNG ĐỒ ÁN10CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI101.1. Công dụng, phân loại và yêu cầu101.1.1. Công dụng101.1.2. Phân loại hệ thống lái101.1.3. Các yêu cầu cơ bản của hệ thống lái111.2. Lý thuyết hệ thống lái111.2.1. Các thông số động học quay vòng111.2.2. Ảnh hưởng của tính chất đàn hồi của lốp tới tính năng quay vòng của ô tô141.2.3. Động lực học quay vòng ô tô161.3. Một số hệ thống lái211.3.1. Hệ thống lái cơ khí211.3.1.1. Cơ cấu lái22a. Cơ cấu lái trục vít con lăn23b. Cơ cấu lái bánh răng thanh răng24c. Cơ cấu lái trục vít êcu bi thanh răng bánh răng25d. Cơ cấu lái kiểu trục vít chốt khớp.261.3.1.2. Dẫn động lái27a. Dẫn động lái dùng đòn kéo giữa.27b. Dẫn động lái loại thanh răng bánh răng.28c. Dẫn động lái loại hình bình hành.28d. Trục lái291.3.2. Hệ thống lái dùng trợ lực thủy lực.331.3.2.1. Các bộ phận cơ bản của bộ trợ lực thuỷ lực. a. Bơm thuỷ lực và các thiết bị phụ trợ.34b. Bơm phiến gạt34c. Bơm dầu kiểu phiến trượt.36d. Van phân phối.381.3.3. Hệ thống lái dùng bộ trợ lực điện39a. Khái niệm chung về bộ trợ lực điện.39b. Các bộ phận cơ bản của bộ trợ lực điện.391.3.4. Hệ Thống Lái điện42CHƯƠNG 2: KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE HUYNDAI TUCSON G2.0 2011452.1. Thông số kỹ thuật xe Huyndai Tucson G2.0 2011452.1.1. Bảng thông số của xe452.1.2. Bảng thông số kỹ thuật hệ thống lái.472.2. Sơ đồ cấu trúc và hoạt động của hệ thống lái xe huyndai Tucson G2.0 2011472.3. Trợ lực lái.482.3.1. Hệ thống lái thuỷ lực.492.3.2. Cấu tạo của các cụm chi tiết lái.49a. Bình chứa.49b. Bơm trợ lực50c. Van điều khiển lưu lượng.52d. Hộp cơ cấu lái có trợ lực.552.3.3. Dẫn động lái.58a. Các chi tiết của dẫn động lái58b. Giảm chấn của hệ thống.60CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH THÁO LẮP HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC XE HUYNDAI TUCSON G2.0 2011613.1. Quy trình tháo vô lăng và trục tay lái613.2. Tháo rời và kiểm tra trục lái.643.2.1. Cụm bản lề trục lái.643.2.2. Kiểm tra trục tay lái.643.3. Quy trình tháo cụm cơ cấu lái.653.4. Quy trình tháo rời cơ cấu lái.693.5. Kiểm tra một số chi tiết cơ cấu lái743.6 . Quy trình tháo bơm trợ lực lái753.6.1. Tháo cụm bơm.753.6.2. Quy trình tháo rời bơm.763.6.3. Quy trình tháo.773.6.4. Kiểm tra bơm dầu.78CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH KIỂM TRA BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG LÁI794.1. Các hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục.794.2. Kiểm tra độ dơ vành tay lái804.3. Kiểm tra lực đánh lái814.4. Kiểm tra thay thế dầu trợ lực lái.814.5. Không khí lẫn trong dầu.824.6. Kiểm tra áp suất bươm dầu.834.7. Kiểm tra và điều chỉnh góc đặt bánh xe.834.7.1. Độ chụm (Toe).844.7.2. Camber854.7.3. Caster864.7.4. Góc nghiêng ngang của trụ đứng (góc kingpin)874.7.5. Bán kính quay vòng (góc bánh xe, góc quay vòng).88

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN PHẢN

BIỆN

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 6

PHẦN 1: MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI 7

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 7

1.1.1 Tính Cấp Thiết Của Đề Tài 7

1.1.2 Ý Nghĩa Của Đề Tài 8

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 8

1.3 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 8

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

1.4.1 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 9

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu tài liệu 9

1.4.3 Phương Pháp Thống Kê Mô Tả 9

PHẦN 2: NỘI DUNG ĐỒ ÁN 10

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI 10

1.1 Công dụng, phân loại và yêu cầu 10

1.1.1 Công dụng 10

1.1.2 Phân loại hệ thống lái 10

1.1.3 Các yêu cầu cơ bản của hệ thống lái 11

1.2 Lý thuyết hệ thống lái 11

1.2.1 Các thông số động học quay vòng 11

1.2.2 Ảnh hưởng của tính chất đàn hồi của lốp tới tính năng quay vòng của ô tô 14

1.2.3 Động lực học quay vòng ô tô 16

1.3 Một số hệ thống lái 21

1.3.1 Hệ thống lái cơ khí 21

1.3.1.1 Cơ cấu lái 22

a Cơ cấu lái trục vít - con lăn 23

b Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng 24

c Cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng - bánh răng 25

d Cơ cấu lái kiểu trục vít chốt khớp 26

a Dẫn động lái dùng đòn kéo giữa 27

b Dẫn động lái loại thanh răng bánh răng 28

c Dẫn động lái loại hình bình hành 28

d Trục lái 29

1.3.2 Hệ thống lái dùng trợ lực thủy lực 33

1.3.2.1 Các bộ phận cơ bản của bộ trợ lực thuỷ lực a Bơm thuỷ lực và các thiết bị phụ trợ 34

b Bơm phiến gạt 34

c Bơm dầu kiểu phiến trượt 36

d Van phân phối 38

1.3.3 Hệ thống lái dùng bộ trợ lực điện 39

a Khái niệm chung về bộ trợ lực điện 39

b Các bộ phận cơ bản của bộ trợ lực điện 39

1.3.4 Hệ Thống Lái điện 42

CHƯƠNG 2: KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE HUYNDAI TUCSON G2.0 2011 45

2.1 Thông số kỹ thuật xe Huyndai Tucson G2.0 2011 45

2.1.1 Bảng thông số của xe 45

2.1.2 Bảng thông số kỹ thuật hệ thống lái 47

2.2 Sơ đồ cấu trúc và hoạt động của hệ thống lái xe huyndai Tucson G2.0 2011 47

2.3 Trợ lực lái 48

2.3.1 Hệ thống lái thuỷ lực 49

2.3.2 Cấu tạo của các cụm chi tiết lái 49

a Bình chứa 49

b Bơm trợ lực 50

c Van điều khiển lưu lượng 52

d Hộp cơ cấu lái có trợ lực 55

2.3.3 Dẫn động lái 58

a Các chi tiết của dẫn động lái 58

b Giảm chấn của hệ thống 60

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH THÁO LẮP HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC XE HUYNDAI TUCSON G2.0 2011 61

3.1 Quy trình tháo vô lăng và trục tay lái 61

3.2 Tháo rời và kiểm tra trục lái 64

3.2.1 Cụm bản lề trục lái 64

3.2.2 Kiểm tra trục tay lái 64

3.3 Quy trình tháo cụm cơ cấu lái 65

3.4 Quy trình tháo rời cơ cấu lái 69

3.5 Kiểm tra một số chi tiết cơ cấu lái 74

3.6 Quy trình tháo bơm trợ lực lái 75

3.6.1 Tháo cụm bơm 75

3.6.2 Quy trình tháo rời bơm 76

3.6.3 Quy trình tháo 77

3.6.4 Kiểm tra bơm dầu 78

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH KIỂM TRA BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG LÁI 79

4.1 Các hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 79

4.2 Kiểm tra độ dơ vành tay lái 80

4.3 Kiểm tra lực đánh lái 81

4.4 Kiểm tra thay thế dầu trợ lực lái 81

4.5 Không khí lẫn trong dầu 82

4.6 Kiểm tra áp suất bươm dầu 83

4.7 Kiểm tra và điều chỉnh góc đặt bánh xe 83

4.7.1 Độ chụm (Toe) 84

4.7.2 Camber 85

4.7.3 Caster 86

4.7.4 Góc nghiêng ngang của trụ đứng (góc kingpin) 87

4.7.5 Bán kính quay vòng (góc bánh xe, góc quay vòng) 88

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

ôtô……… 15

Hình 1.2 Sơ đồ động học khi ô tô quay vòng không bị trượt……….…

15 Hình 1.3 Sơ đồ cơ cấu hình thang lái……… 16

Hình 1.4 :Sơ đồ động học quay vòng ô tô khi lốp bị biến dạng ngang……… 18

Hình 1.5 Ảnh hưởng tính đàn hồi của lốp đến tính ổn định chuyển động thẳng của ô tô máy kéo………

… 19

Hình 1.6 Các lực và mô men tác dụng lên ô tô khi quay vòng……… ….20

Hình 1.7 Sơ đồ xác định mô men cản quay vòng trên bánh xe……….……

20 Hình 1.8.Sơ đồ các phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe dẫn hướng……… 22

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống lái……….24

Hình 1.10 Cơ cấu lái trục vít - con lăn……… 26

Hình 1.11 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng……….…27

Hình 1.12.Cấu tạo cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng……… 28

Hình 1.13 Hình vẽ phối cảnh các chi tiết lắp ráp cơ cấu lái trục vít đòn quay………29

Hình1.14 Hệ thống lái cơ khí……… ……30

Hình 1.15 Cơ cấu dẫn động lái loại thanh răng bánh răng……… 31

Hình 1.16 Cơ cấu dẫn động lái loại hình bình hành……….32

Hình1.17 Cấu tạo một trục lái………33

Hình 1.18 Kết cấu trục lái……….…….33

Hình 1.19 Kết cấu của khớp then trên trục trung gian……….34

Hình 1.20.Cấu tạo trục chữ thập………

… 35

Hinh 1.21.Hình vẽ phối cảnh khớp các đăng sử dụng trong truyền động lái………….35

Hinh 1.22 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thuỷ lực……….

….35 H.ình 1.23 Cấu tạo của bơm trợ lực kiểu phiến gạt……….… 36

Hình 1.24 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm thuỷ lực phiến gạt………

… 37

Hình 1.25 Biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa lưu lượng dầu và tốc độ động cơ… …38

Hình 1.26 Cấu tạo của bơm dầu kiểu phiến trượt……….

… 39

Hình 1.27 Cấu tạo van phân phối kiểu van trượt………40

Hình 1.28 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện……….41

Hình1.29 Cấu tạo của động cơ điện một chiều……… ….42

Hình 1.30 Cấu tạo cảm biến mô men trục lái……….42

Hình 1.42 Cách bố trí các cảm biến trên xe……….43

Hình 1.43 Mô phỏng của hệ thống lái điện tử………

… 43

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống lái trên xe tucson G2.0 2011……… 45

Hình 2.2: Hệ thống lái trợ lực thủy lực……….

…….50

Hình 2.3 Bố trí bình chứa dầu trợ lực lái……….50

Hình 2.4 Bố trí bơm trợ lực lái………51

Hình 2.5 Kết cấu bơm trợ lực kiểu cánh gạt………52

Hình 2.5 Các bộ phận của bơm trợ lực lái xe TUCSON G2.0 2011……….52

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của bơm……… …

52 Hình 2.7 Van điều khiển lưu lượng………53

Hình 2.8 Hoạt động của van điều tiết ở tốc độ thấp……… …

54 Hình 2.9 Hoạt động của van tiết lưu ở tốc độ cao……….….54

Hình 2.9 Hoạt động của van tiết lưu ở tốc độ cao……….….55

Hình 2.10 Hoạt động của van an toàn……… 55

Hình 2.11 Sơ đồ cấu tạo hộp cơ cấu lái có trợ lực……….56

Hình 2.12 Hình dáng bên ngoài và vị trí nắp đặt loại van quay trên cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng………56

Hình 2.13 Cấu tạo của van quay……… …

57 Hình 2.14 Hoạt động của van điều khiển tại vị trí trung gian……….… ….58

Hình 2.16 Hoạt động của van điều khiển khi xe quay vòng sang trái……….… 59

Hình 2.17 Đòn dẫn động……….

…….59

Hình 2.18 Khớp cầu……….….…59

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo cơ cấu lái trục vít – thanh răng……….…… 65

Hình 3.2 Các bộ phận chính của bơm trợ lực lái xe Tucson G2.0 2011………… 76

Hình 4.1 Độ chụm……… 84

Hình 4.2 Góc camber……….… 85

Hình 4.3 góc caster……… …….86

Hình 4.4 Góc nghiêng ngang trụ đứng ( Góc kingpin )………

… 87

Hình 4.5 Vai trò góc kingpin………

….87 Hình 3.6 Giảm lực phản hồi………

….88

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 ô tô đãchế tạo ra nhiều loại ô tô với hệ thống lái có tính năng kỹ thuật rất cao để đảm bảo vấn đề

an toàn và tính cơ động của ô tô

Trong tập đồ án tốt nghiệp này em được giao đề tài “Khai thác kết cấu, tính năng kỹ thuật, nghiên cứu quy trình chẩn đoán, kiểm tra, sửa chữa hệ thống lái

xe Tucson G2.0 2011 ” Nội dung của đề tài này giúp em hệ thống được những kiến thức

đã học, tìm hiểu các hệ thống của ô tô nói chung và hệ thống lái của ô tô TUCSON G2.0

2011 từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về chuyên môn

Tập đồ án này trang bị cho người sử dụng, vận hành ô tô có những kiến thức cơbản về các hệ thống trên ô tô mà đặc biệt là hệ thống lái Trong quá trình làm việc của hệthống lái không thể tránh khỏi những hư hỏng hao mòn các chi tiết Vì vậy đề tài này còn

đề cập đến vấn đề bảo dưỡng, sửa chữa

Được sự hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo Vũ Đình Nam cùng với sự cố gắngcủa bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này Vì thời gian và kiến thức có hạnnên trong tập đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót nhất định Vì vậy em mongcác 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 duyệt: Qua đây em cũng xin gửilời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong bộ môn đã trụyền đạt cho em rất nhiều kiến thứcquý báu trong quá trình học tập ở trường và thời gian làm đồ án tốt nghiệp

Hưng Yên, ngày…tháng … năm 2012

Sinh viên thực hiện

Đặng Quang Thắng

PHẦN 1: MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1.1.1 Tính Cấp Thiết Của Đề Tài

Bước sang thế kỷ 21, sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật của nhân loại đã bước lênmột tầm cao mới Rất nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật, các phát minh, sáng chếmang đậm chất hiện đại và có tính ứng dụng cao Là một quốc gia có nền kinh tế đangphát triển, nước ta đã và đang có những cải cách mới dể thúc đẩy kinh tế Việc tiếpnhận, áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến của thế giới đựơc nhà nước quan tâmcải tạo, đẩy mạnh sự phát triển những ngành công nghiệp mới, với mục đích đưa nước

ta từ một nước nông nghiệp kém phát triển thành một nước công nghiệp phát triển.Trải qua rất nhiều năm phấn đấu và phát triển Hiện nay nước ta đã là thành viên củakhối kinh tế quốc tế (WTO) Với việc tiếp cận các quốc gia có nền kinh tế phát triển,chúng ta có thể giao lưu, học hỏi kinh nghiệm, tiếp thu và áp dụng các thành tựu khoahọc tiên tiến để phát triển hơn nữa nền kinh tế trong nước, bước những bước đi vữngchắc trên con đường quá độ lên chủ nghĩa xã hội

Trong các ngành công nghiệp mới đang đựơc nhà nước chú trọng, đầu tư pháttriển thì công nghiệp ô tô là một trong những ngành tiềm năng Do sự tiến bộ về khoahọc công nghệ nên quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá phát triển một cách ồ ạt, tỉ

lệ ô nhiễm các nguồn nước và không khí do chất thải công nghiệp ngày càng tăng, cácnguồn tài nguyên thiên nhiên như: Than đá, dầu mỏ… Bị khai thác bừa bãi nên ngàycàng cạn kiệt Điều này đặt ra bài toán khó cho ngành động cơ đốt trong nói chung và

ô tô nói riêng, đó là phải đảm bảo chất lượng khí thải và tiết kiệm nhiên liệu Các hãngsản xuất ô tô như KIA, FORD, TOYOTA, MESCEDES, HUYNDAI… đã có rất nhiềucải tiến về mẫu mã, kiểu dáng công nghệ cũng như chất lượng phục vụ của xe, nhằmđảm bảo an toàn cho người sử dụng, tiết kiệm nhiên liệu và giảm nguy cơ ô nhiễm môitrường Để đáp ứng được những yêu cầu đó thì các hệ thống điều khiển trên ô tô nóichung và hệ thống lái nói riêng phải có sự hoạt động an toàn, chính xác,độ bền cao…

Trên thực tế trong các trường kỹ thuật của nước ta hiện nay thì trang thiết bịcho sinh viên, học sinh thực hành còn thiếu rất nhiều, đặc biệt là thiết bị, mô hình thựctập tiên tiến hiện đại.Tài liệu về các hệ thống điều khiển hiện đại trên ô tô còn thiếuchưa được hệ thống hóa một cách khoa học Các bài tập hướng dẫn thực tập, thực hànhcòn thiếu thốn Vì vậy người kỹ thuật viên ra trường gặp khó khăn, khó tiếp xúc vớinhững kiến thức thiết bị tiên tiến trong thực tế

1.1.2 Ý Nghĩa Của Đề Tài

Đề tài giúp sinh viên năm cuối khi sắp tốt nghiệp có thể củng cố kiến, tổng hợp

và nâng cao kiến thức chuyên ngành cũng như những kiến thức ngoài thực tế, xã hội

Đề tài nghiên cứu về ‘‘ Khai thác kết cấu, tính năng kỹ thuật, nghiên cứu quy trình chẩn đoán, kiểm tra, sửa chữa hệ thống lái xe Tucson G2.0 2011 ’’ không chỉ

giúp cho chúng em tiếp cận với thực tế mà còn trở nên quen thuộc với học sinh - sinhviên Tạo tiền đề nguồn tài liệu cho các bạn học sinh – sinh viên các khóa sau có thêmnguồn tài liệu để nghiên cứu, học tập

Những kết quả thu thập được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên sẽ giúpcho chúng em, những sinh viên lớp ĐLK9LC có thể hiểu sâu hơn về hệ thống lái biếtđược kết cấu, điều kiện làm việc và một số hư hỏng cũng như phương pháp kiểm trachẩn đoán các hư hỏng thường gặp đó

Tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước để hoàn thành đề tài

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Nhiệm vụ chính được đặt ra của đề tài là nghiên cứu cơ bản lý thuyết điều khiển

hệ thống lái trên xe TUCSON G2.0 2011 Đề tài có thể dùng để giảng dạy về hệ thốnglái và có thể phục vụ cho việc nghiên cứu nâng cao về điều khiển lái tự động (khôngngười lái)

1.3 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

Nội dung đề tài gồm 4 phần chính:

- Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu

- Kết cấu của hệ thống lái trên xe TUCSON G2.0 2011

- Quy trình tháo lắp và kiểm tra hệ thống lái trên xe TUCSON G2.0 2011

- Hư hỏng kiểm tra chẩn đoán

- Kết luận và kiến nghị

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.4.1 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Bước 1: Quan sát , tìm hiểu các thông số kết cấu ( thông số bên ngoài), tính năng

kỹ thật của hệ thống lái

Bước 2: Nghiên cữa quy trình chẩn đoán sửa chữa hệ thống lái

Bước 3: Đề suất cải tiến quy trình kiểm tra sửa chữa hệ thống lái xe TUCSONG2.0 2011 cho phù hợp với điều kiện Việt Nam

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Bước 1: Thu thập, tìm kiếm các tài liệu viết về hệ thống lái trên ô tô

Bước 2: Sắp xếp các tài liệu khoa học thành một hệ thống lôgic chặt chẽ theo từng

Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích các tài liệu nói về “hệ thống lái trợ lựcbằng thủy lực”, phân tích kết cấu, nguyên lý làm việc một cách khoa học.

Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích được, hệ thống hoá lại những kiến thức(liên kết từng mặt, từng bộ phận thông tin đã phân tích) tạo ra một hệ thống lý thuyếtđầy đủ và sâu sắc

1.4.3 Phương Pháp Thống Kê Mô Tả

Là phương pháp tổng hợp kết quả nghiên cứu thực tiễn và nghiên cứu để đưa rakết quả chính xác và khoa học:

PHẦN 2: NỘI DUNG ĐỒ ÁN CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1 Công dụng, phân loại và yêu cầu

1.1.1 Công dụng

Hệ thống lái dùng để điều khiển hướng chuyển động của ô tô, thay đổi hướngchuyển động hay là giữ nguyên hướng chuyển động của xe Nó được thực hiện từbuồng lái tới các bánh xe dẫn hướng

1.1.2 Phân loại hệ thống lái

Theo phương pháp chuyển hướng:

+ Chuyển hướng hai bánh xe trên cầu trước

+ Chuyển hướng tất cả các bánh xe( 4WD)

Theo đặc điểm truyền lực

+ Hệ thống lái cơ khí

+ Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thủy lực

+ Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng điện

Theo kết cấu của cơ cấu lái:

+ Cơ cấu lái kiểu bánh vít trục vít, thanh răng

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít lõm, con lăn

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít eecubi, thanh răng, bánh răng

Theo cách bố trí vành tay lái:

+ Vành tay lái bên trái

+ vành tay lái bên phải

1.1.3 Các yêu cầu cơ bản của hệ thống lái

- Tính linh hoạt tốt: Khi xe quay vòng trên đường gấp khúc và hẹp thì hệ thốnglái phải xoay được bánh trước chắc chắn, dễ dàng và êm

- Lực lái thích hợp: Để lái dễ dàng hơn và thuận lợi trên đường đi thì nên chếtạo hệ thống lái nhẹ hơn ở tốc độ thấp và nặng hơn ở các tốc độ cao

- Phục hồi vị trí êm: Trong khi xe đổi hướng, lái xe phải giữ vô lăng chắc chắn.Sau khi đổi hướng, sự phục hồi nghĩa là quay bánh xe trở lại vị trí chạy thẳng phảidiễn ra êm khi lái xe thôi tác động lực lên vô lăng

- Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khiquay vòng

- Hệ thống trợ lực phải chính xác tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ

- Đảm bảo quan hệ tuyến tính giữa góc quay vành lái và góc quay bánh xe dẫnhướng.

- Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trướckhông ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái

- Hệ thống lái phải bố trí sao cho thụân tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa

- Giảm thiểu truyền các chấn đọng từ mặt đường lên vô lăng: Không để mất vôlăng hoặc truyền ngược chấn động khi xe chạy trên đường gồ ghề

- Có giá thành thấp: Mỗi một sản phẩm khi thiết kế và chế tạo cần phải phù hợpvới giá thị trường một trong các yếu tố đó là giá thành thấp mà chất lượng không đổithì sẽ được dùng phổ biến hơn

vụ dẫn hướng

Biện pháp thứ hai : tạo ra sự chênh lệch về trị số mô men chủ động trên cácbánh bên trái và bên phải, cũng chính là tạo ra sự chênh lệch các lực chủ động Pk1 vàPk2 (hình 1.1b) Xe sẽ quay vòng sang phía có lực chủ động nhỏ hơn Biện pháp nàyđược áp dụng phổ biến trên ô tô một cầu, đôi khi cũng được áp dụng trên ô tô có haicầu chủ động, các bánh xe lớn và như nhau

Biện pháp thứ ba : kết hợp hai phương pháp trên, nghĩa là vừa xoay các bánhdẫn hướng đồng thời tạo ra sự chênh lệch mô men chủ động bằng cách phanh bánh chủđộng bên phía quay vòng (hình 1.1c) Biện pháp này thường được sử dụng trên ô tôcầu sau chủ động bánh khi cần quay vòng gấp trên điều kiện chuyển động phức tạp

Biện pháp thứ tư (gập khung): xoay tương đối giữa nửa khung trước và sau(Hình 1.1d) Biện pháp này thường áp dụng trên các ô tô đòi hỏi có bán kính quayvòng nhỏ, tính cơ động cao Các ô tô gập khung thường sử dụng hai cầu chủ động cókích thước các bánh như nhau

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý quay vòng của ôtô

Các thông số động học cơ bản đặc trưng cho quá trình quay vòng là: quỹ

đạo chuyển động, bán kính quay vòng và tốc độ quay vòng Các thông số này phụ

thuộc vào nhiều yếu tố như các thông số cấu tạo, điều kiện mặt đường, tốc độchuyển động, tải trọng kéo, trình độ nghề nghiệp của người lái,

Trước hết ta xét trường hợp đơn giản với giả thiết: ôtô thực hiện quay vòng vớibán kính không đổi, chuyển động đều trên mặt phẳng ngang, các bánh xe không bịtrượt lê hoặc trượt quay

Trên hình 1.2 là sơ đồ động học quay vòng của ô tô sử dụng hai bánh dẫnhướng phía trước

Hình 1.2:Sơ đồ động học khi ô tô quay vòng không bị trượt



vnB

Một số khái niệm:

 Tâm quay vòng 0 : là tâm quay tức thời của ô tô trong chuyển động vòng

 Bán kính quay vòng R: là khoảng cách từ tâm quay vòng đến mặt phẳng đối

xứng dọc của ô tô

 Bán kính quay vòng nhỏ nhất Rmin: đó là trị số bán kính quay vòng ứng vớigóc xoay lớn nhất có thể của các bánh dẫn hướng

 Tốc độ quay vòng ω là tốc độ quay tương đối quanh tâm quay vòng

Trong các thông số trên, bán kính quay vòng nhỏ nhất Rmin là một thông số quantrọng dùng để đánh giá khả năng quay vòng và tính cơ động của ô tô

Trường hợp quay vòng không bị trượt (hình 1.2), tâm quay vòng 0 chính là giaođiểm của các trục hình học của các bánh xe , còn bán kính quay vòng R chính làkhoảng cách từ tâm quay vòng đến điểm giữa của

cầu sau Tốc độ quay vòng quanh tâm 0 là ω =

vk/R.

Từ sơ đồ trên hình 1.2 ta có thể rút ra được

điều kiện để xe quay vòng không bị trượt là:

L

B g

2

cot     (1.1)

Ở đây: α1, α2  góc xoay của các bánh dẫn

hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay

vòng của ô tô

L  chiều dài cơ sở của ô tô

B1  khoảng cách giữa hai đường tâm của hai trụ quay đứng của các bánh dẫnhướng

Như vậy, về phương diện lý thuyết để đảm bảo cho các bánh xe lăn thuần tuý(không bị trượt) khi xe vào đường vòng thì hiệu số cotg của các góc xoay bánh dẫnhướng bên trong và bên ngoài phải luôn luôn bằng B1/L Nói cách khác là giữa cácbánh dẫn hướng có mối quan hệ động học quay vòng α1 = f(α2)

Trong thực tế, để duy trì được mối quan hệ động học quay vòng giữa các bánhdẫn hướng, trên ôtô bánh hiện nay người ta thường sử dụng cơ cấu hình thang lái(hình 1.3) Nó bao gồm cầu trước 1, các thanh dọc 2 và thanh kéo ngang 3 Nếu lựachọn kích thước hợp lý, cơ cấu này tạo ra được mối quan hệ giữa các góc α1 và α2 gầngiống như biểu thức (1.1)

Từ sơ đồ động học trên hình 1.2 ta xác định được bán kính quay vòng :

Hình 1.3

Sơ đồ cơ cấu hình thang lái

232

1

tg

L

R  (1.2)Trong đó α là trung bình cộng của góc lệch bên trái và bên phải:



tg

L

R  (1.3)Như vậy, bán kính quay vòng tối thiểu phụ thuộc vào chiều dài cơ sở L của

ô tô máy kéo và góc xoay lớn nhất của các bánh dẫn hướng αmax , tức là phụ thuộcvào kết cấu của cơ cấu lái Ở các máy kéo thông dụng αmax= 35  450

Quá trình vào đường vòng là quá trình từ chuyển động thẳng đến chuyểnđộng vòng với bán kính không đổi R = const Để thực hiện quá trình đó ta cần xoaycác bánh dẫn hướng từ  = 0 đến một góc  xác định cần thiết Ngược lại, khi ra khỏi

sự quay vòng bán kính quay vòng sẽ liên tục tăng lên cho đến khi R=  Như vậychỉ có một phần quĩ đạo quay vòng là cung tròn với bán kính không đổi, phần còn lại

là đường cong với độ cong thay đổi liên tục  còn gọi là phần quĩ đạo chuyển tiếp.Chiều dài của phần quĩ đạo chuyển tiếp phụ thuộc vào chiều dài cơ sở L , các thông sốcấu tạo của cơ cấu lái, cũng như phụ thuộc vào tốc độ chuyển động và tốc độ xoay cácbánh dẫn hướng Tốc độ chuyển động càng cao và tốc độ xoay các bánh dẫn hướngcàng chậm thì phần quĩ đạo chuyển tiếp càng tăng và do đó làm tăng diện tích cầnthiết để quay vòng Do vậy khi quay vòng với diện tích bị hạn chế cần phải giảm vậntốc chuyển động của máy và cần xoay các bánh dẫn hướng nhanh

1.2.2 Ảnh hưởng của tính chất đàn hồi của lốp tới tính năng quay vòng của ô

tô

Khi xe quay vòng sẽ xuất hiện lực ly tâm gây ra sự biến dạng của lốp theophương ngang và dẫn đến chuyển động lệch của các bánh xe so với trường hợp lốpkhông bị biến dạng ngang Trong thực tế độ biến dạng ngang của các bánh xe là khácnhau và do đó mức độ chuyển động lệch của chúng cũng khác nhau Song có thể chấpnhận giả thiết độ lệch của các bánh trên cùng một cầu là như nhau

Với giả thiết trên, phương vận tốc của điểm giữa cầu trước v1 sẽ lệch đi mộtgóc δ1 và vận tốc cầu sau v2 sẽ lệch đi một góc δ2 so với trường hợp lốp không bị biếndạng (Hình 1.4 )

Để dễ so sánh, trên hình 1.4 biểu thị cả hai trường hợp: khi các bánh xe không

lốp bị biến dạng tâm quay vòng là Oδ và bán kính quay vòng là Rδ.

Để xác định tâm quay vòng Oδ và bán kính quay vòng Rδ trước hết ta cần xácđịnh phương vận tốc v1 và v2 so với trục đối xứng dọc của xe , cụ thể là v1 sẽ lệch mộtgóc (α  δ1 ) và v2 sẽ lệch một góc δ2 Kẻ các đường vuông góc với véc tơ vận tốc v1

và v2 , điểm cắt nhau của chúng chính là tâm quay vòng Oδ

Từ sơ đồ trên hình 1.4 ta xác định được bán kính quay vòng:

2

1 ) (  



tg tg

L R





 (1.4)Trong thực tế các góc lệch δ1 và δ2 không lớn lắm nên có thể chấp nhận gầnđúng tg(α  δ1) = tgα  δ1 , tgδ2 = δ2 và biểu thức (1.4) có thể được viết lai:

3 Trường hợp δ1< δ2 : xe có tính năng quay vòng thừa Rδ < R, nghĩa là dễquay vòng hơn so với hai trường hợp trên.

Những nhận xét trên mới đề cập đến khả năng quay vòng, chúng ta cần phântích tiếp ảnh hưởng tính đàn hồi của lốp đến tính ổn định chuyển động thẳng của ô tô

Khi có gió tác động ngang vào xe hoặc khi máy kéo chuyển động ngang quasườn dốc sẽ xuất hiện lực ngang Y (hình 1.5) gây ra sự biến dạng ngang của lốp và cácbánh xe sẽ chuyển động lệch Góc chuyển động lệch của cầu trước δ1 và cầu sau δ2thường không như nhau dẫn đến hiện tượng xe tự quay vòng, tức là không tự duy trìđược chuyển động thẳng Đây cũng là một đặc tính quan trọng vì nó ảnh hưởng xấuđến năng suất, chất lượng công việc và an toàn lao động

Trường hợp δ1>δ2 (Hình 1.5a), lực ly tâm Plt ngược chiều với lực ngang Y,nghĩa là lực ly tâm có tác dụng duy trì cho xe tự chuyển động thẳng

Trường hợp δ1<δ2 (Hình 1.5b), lực ly tâm Plt tác động cùng chiều với lực ngang

Y và do đó càng làm cho xe tự quay vòng nhanh hơn với bán kính quay vòng nhỏ dần

Sự mất ổn định càng lớn khi vận tốc của xe càng cao vì lực ly tâm tỷ lệ bậc hai với vậntốc Để tránh khả năng lật đổ người lái phải nhanh chóng đánh tay lái theo hướngngược với chiều xe bị lệch để mở rộng bán kính quay vòng

Hình 1.5 Ảnh hưởng tính đàn hồi của lốp đến tính ổn định

chuyển động thẳng của ô tô máy kéo

1.2.3 Động lực học quay vòng ô tô

Trên hình 1.6 là sơ đồ lực và mô men tác động lên ô tô khi chuyển động vòngtrên mặt phẳng ngang với tốc độ ổn định ω = const và bán kính quay vòng không đổiR=const

Khi chuyển động vòng sẽ xuất hiện lực quán tính ly tâm :

Ta có thể phân tích lực quán tính ly tâm thành hai thành phần: thành phầnngang Plty=Pltcosγ và thành phần dọc theo máy kéo Pltx= Pltsinγ.

Do tác động của lực quán tính ly tâm, trên các bánh xe không chỉ chịu tác độngcác phản lực pháp tuyến của mặt đường (không thể hiện trên hình 1.6) và các lực tácdụng theo phương chuyển động, mà còn xuất hiện các phản lực bên Các phản lực trêncác bánh dẫn hướng có thể quy về điểm giữa 0n của cầu trước, bao gồm: lực cản lănPfn và phản lực bênYn Các phản lực trên bánh chủ động bên trái và bên phải bao gồm:các lực kéo tiếp tuyến Pk1,Pk2; các lực cản lăn Pfk1,Pfk2 và các phản lực bên Yk1,Yk2

Lực cản kéo ở móc PT có phương nghiêng với mặt phẳng dọc của xe một góc θ

và cũng có thể phân tích thành hai thành phần: PTcosθ và PTsinθ

Sự chuyển động của ô tô trên đường vòng sẽ làm thay đổi điều kiện làm việccủa các bánh xe so với khi chuyển động thẳng Sự chuyển động của các bánh xe có thểđược xem như là tổng hợp của hai chuyển động: vừa lăn vừa xoay xung quanh trụcthẳng đứng với vận tốc góc ω Do đó tại bề mặt tiếp xúc sẽ xuất hiện lực ma sát và cácphản lực của mặt đường Chúng tạo ra một mô men cản chống lại sự xoay của bánh xe,nghĩa là chống lại sự quay vòng của xe Ngoài ra, sự biến dạng ngang của lốp cũnggây cản trở sự quay vòng

Mô men cản quay vòng

Trên hình 1.7 là sơ đồ biểu diễn các phản lực chống lại sự xoay của bánh xe vớigiả thiết chúng là các lực phân bố đều theo bề rộng của lốp Trong trường hợp này mômen cản quay vòng của một bánh xe có thể được xác định theo công thức:

4424

24

1

b G b b G b

F

M P     (1 7)Trong đó µ là hệ số cản quay vòng của bánh xe Nó phụ thuộc vào hệ số masát giữa bánh xe và mặt đường, khả năng chống biến dạng ngang của đất và của lốp, vàbán kính quay vòng của xe Khi chuyển động thẳng hệ số cản µ = 0, còn khi quay vòngvới bán kính nhỏ µ  φ , trong đó φ  hệ số bám của bánh xe

Trang 20

Hình 1.6 Các lực và mô men tác dụng lên ô tô

khi quay vòng



P

Mô men cản quay vòng của tất cả các bánh xe là:

44

n n k k p

b G b G

M   (1.8)trong đó : Gk , Gn  tải trọng pháp tuyến trên cầu sau và cầu trước;

bk , bn  bề rộng của bánh sau và bánh trước

Đối với ô tô hoặc loại máy kéo có các bánh như nhau :

4

Gb

M P  (1.9)trong đó : G, b  trọng lượng của xe và bề rộng của bánh xe

Sự chuyển động vòng của ôtô quanh tâm O có thể phân thành hai chuyểnđộng : chuyển động tịnh tiến với vận tốc v bằng vận tốc của điểm giữa của cầu sau(điểm 00 trên hình 1.6) và chuyển động quay quanh điểm 00 với vận tốc góc ω=v/R

Từ sơ đồ lực và mô men trên hình 1.6 ta thấy mô men cản quay các bánh xe M

P và các thành phần lực ngang có chiều chống lại sự chuyển động quay tương đối của

ô tô quanh điểm giữa cầu sau 00 Các thành phần đó có thể gộp chung lại và gọi là mô

men cản quay vòng tổng cộng, ký hiệu là Mc :

Mc = MP + PTsinθlT + Pltyb + PfnsinαL (1.10)

Mô men quay vòng

Thành phần phản lực bên trên các bánh dẫn hướng Yn tạo ra mô men cùng chiều

quay vòng và được gọi là mô men quay vòng của ô tô, ký hiệu Mq và được xác định

theo biểu thức:

Mq = Yncosα.L (1.11)

Hình 1.6 Các lực và mô men tác dụng lên ô tô

khi quay vòng

Xét sự cân bằng mô men của tất cả các lực lấy đối với điểm giữa cầu sau 00

M

n  

(1.13)

Phản lực ngang Yn phụ thuộc vào khả năng bám

ngang của các bánh xe dẫn hướng, do đó nó sẽ phụ thuộc

vào tải trọng pháp tuyến, các thông số cấu tạo của bánh

xe , điều kiện mặt đường và phụ thuộc cả vào tải trọng tiếp

tuyến của bánh xe Nếu lực bám ngang không đủ lớn thì các bánh xe dẫn hướng sẽvừa lăn vừa trượt ngang và bán kính quay vòng thực tế sẽ lớn hơn bán kính quayvòng lý thuyết Khi các bánh xe dẫn hướng bị trượt ngang hoàn toàn thì xe sẽkhông thể quay vòng được Khả năng lái bình thường của ô tô cũng có thể bị phá

vỡ nếu các bánh chủ động (các bánh sau) bị rê ngang do không đủ bám

Cần lưu ý rằng, khi chuyển động vòng bánh xe dẫn hướng đồng thời chịu tácđộng phản lực tiếp tuyến Pfn và phản lực ngang Yn (hình 1.8) Như vậy trênphương của hợp lực Rn đất sẽ chịu tải trọng tiếp tuyến lớn nhất Khi phản lực tổnghợp đạt đến gí trị cực đại bằng lực bám Rnmax= Pφn = φGn thì bánh xe sẽ bị trượthoàn toàn Do vậy, điều kiện để đảm bảo cho máy kéo có thể quay vòng được theokhả năng bám sẽ là:

2 2 2

(0,3  0,4) G, trong đó G là trọng lượng máy kéo Hệ số cản lăn f n khi máy kéo

quay vòng sẽ lớn hơn so với khi chuyển động thẳng, vì khi đó sự biến dạng của lốp

và đất đều tăng lên Sự quay vòng với bán kính càng nhỏ thì lực cản lăn sẽ càngtăng Sự tăng lực kéo ở móc cũng sẽ làm xấu khả năng lái vì nó làm giảm tải trọngpháp tuyên trên cầu trước

Đối với máy kéo, nếu điều kiện (1.14) không đảm bảo thì có thể sử dụng phanhmột bên để tăng mô men quay vòng Trường hợp này mô men quay vòng sẽ được bổ

Rn Yn

Pfn

Hình 1.8

Sơ đồ các phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe

dẫn hướng

sung thêm một lượng:

2)(P1 P2 B

 (1.15)trong đó : B  bề rộng cơ sở của ô tô ;

Pk1 , Pk2  lực kéo tiếp tuyến của bánh bên ngoài và bánh bên trong

Từ điều kiện cân bằng lực theo phương dọc của máy kéo ta nhận được phươngtrình cân bằng lực:

Pk = Pk1 + Pk2Thay các biểu thức tính Pk1 , Pk2 vào ta nhận được :

Pk = Pfn cosα + Pfk +Ynsinα + PTcosθ  PltX (1.16)

Trên cùng điều kiện như nhau, nếu chuyển động thẳng lực cản lăn của các bánh dẫn hướng và lực cản kéo sẽ nhỏ hơn so với khi quay vòng thì nhận được :

Pf0 = Pfncosα + PfkPT0 = PTcosθPhương trình cân bằng lực kéo:

Pk0 = Pfncosα + Pfk + PTcosθ (1.17)

Từ so sánh hai phương trình (1.16) và (1.17) ta thấy lực kéo tiếp tuyến khi quayvòng lớn hơn khi chuyển động thẳng Pk > Pk0 , và do đó sẽ cần chi phí công suất động

cơ lớn hơn

1.3 Một số hệ thống lái

1.3.1 Hệ thống lái cơ khí

* Sơ đồ

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống lái.

1 Vành lái 2 Trục lái 3 Bánh xe dẫn hướng 4 Đòn quay dẫn động 5 Đòn kéo dọc

6 Trụ đứng 7 Đòn bên 8 Khớp cầu 9 Cơ cấu lái 10 Đòn ngang liên kết

Nguyên lý làm việc

Khi muốn thay đổi hướng chuyển động của xe, người lái tác dụng một lực đểquay vành tay lái Giả sử muốn xe quay vòng sang phải, người lái quay vành tay láitheo chiều kim đồng hồ Mômen quay được trục lái truyền tới cơ cấu lái làm trục vítquay, bánh vít quay theo và đòn quay đứng xoay một góc về phía sau trong mặt phẳngthẳng đứng Thanh kéo dọc tác động vào đòn quay ngang làm cam quay bánh xe xoaymột góc về phía phải Qua cơ cấu hình thang lái, bánh xe bên phải cũng xoay về phíaphải một góc nhất định, hướng chuyển động của xe quay vòng sang phải Muốn xechuyển động thẳng, người lái cần phải quay vành tay lái theo chiều ngược lại

Trường hợp muốn xe quay vòng sang trái, người lái tác dụng một lực quay vànhtay lái theo chiều ngược chiều kim đồng hồ Các quá trình xảy ra tương tự như trườnghợp quay vòng sang phải, nhưng với chiều ngược lại

1.3.1.1 Cơ cấu lái

- Có thể quay cả hai chiều để đảm bảo chuyển động ổn định

- Có hiệu suất cao để lái nhẹ nhàng, trong đó hiệu suất chiều thuận lớn hơn hiệusuất theo chiều ngược để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái

- Trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng

+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng, cơ cấu này được sử dụng rộng rãi với hiệusuất làm việc cao

a Cơ cấu lái trục vít - con lăn

Hình 1.10 Cơ cấu lái trục vít - con lăn.

1 Trục đển ối với trục lái 2 Trục vít 3 Con lăn 3.Răng 4 Đòn quay đứng.

Trục vít lõm được bắt với vành lái thông qua trục lái và trục các đăng Trục vít

ép căng với trục và quay trên hai ổ bi, ổ bi có thể điều chỉnh độ dơ dọc nhờ các cănđệm điều chỉnh

Con lăn luôn ăn khớp với trục vít và quay trơn trên trục nhờ ổ bi kim, do đó masát trượt được chuyển thành ma sát lăn, hiệu suất của cơ cấu lái tương đối cao Trụccon lăn đặt trên nạng đồng thời là trục bị động Trục bị động đặt trên bạc tựa dài vàđược hạn chế dọc trục nhờ ốc giữ và điều chỉnh Đầu ngoài trục bị động dạng hình cônnhỏ có then tam giác để lắp đòn quay đứng dẫn động các đòn của hệ thống lái Để giữchặt đòn đứng với trục quay nhờ đệm vênh và êcu Vị trí tương đối của con lăn và trụcvít có độ chênh lệch, khi sử dụng chỗ ăn khớp bị mài mòn có thể đẩy sau con lăn vàotrục bị động tạo nên khả năng ăn khớp mới với độ dơ nhỏ Vỏ cơ cấu lái có các lỗ đểbắt trên giá của xe, trên lắp còn có lỗ đổ dầu và xác định mức dầu trong cơ cấu lái

Khi quay vô lăng, trục vít quay làm con lăn quay quanh trục của nó, đồng thờixoay theo đường bao của trục vít, do đó trục bị động và đòn quay đứng xoay để tácđộng vào dẫn động lái

b Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

Hình 1.11 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.

1 Bánh răng 2 Thanh răng 3.Đòn nối khớp cầu.

Cơ cấu lái bánh răng, thanh răng biến đổi chuyển động quay của vành tay láithành chuyển động tịnh tiến của dẫn động lái một cách trực tiếp.Bánh răng có cấu tạorăng nghiêng, đầu dưới lắp trên ổ bi kim, đầu trên lắp trên ổ bi cầu Để điều chỉnh các

ổ này, dùng một êcu lớn ép chặt ổ cầu trên vỏ Êcu rỗng trong đó có phớt che bụi đảmbảo bánh răng quay nhẹ nhàng Vì bánh răng có kích thước nhỏ nên được chế tạo liềntrục

Thanh răng nằm dưới bánh răng có cấu tạo răng nghiêng Phần cắt răng củathanh răng nằm ở phía trái, phần thanh còn lại có dạng tròn, thanh răng chuyển độngtịnh tiến trên hai bạc trượt Cụm bạc trượt có tiết diện dạng vành khăn nằm bên phải,cụm bạc trượt nửa vành khăn nằm phía dưới bánh răng Bạc trượt nửa vành khăn có lò

xo trụ tỳ chặt và được điều chỉnh thường xuyên trong sử dụng thông qua các êcu điềuchỉnh Giữa bạc trượt và êcu điều chỉnh luôn tồn tại khe hở để đảm bảo tác dụng của lò

xo tỳ Trên êcu điều chỉnh có ốc khóa chặt để tránh tự nới lỏng ốc điều chỉnh Cơ cấulái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền bánh răng nghiêng

Bộ truyền được bôi trơn bằng mỡ, hai đầu của vỏ có nắp tôn bao kín ở phầnbên phải thanh răng có các lỗ ren để bắt đòn ngang bên Vỏ cơ cấu lái bắt với vỏ xenhờ hai ụ cao su đặt ở hai đầu cơ cấu lái

Phía đầu ngoài của trục bánh răng có mặt vát để lắp cố định mặt bích của trụclái với cơ cấu lái Mặt bích của khớp nối có đệm cao su để truyền êm lực va đập từ mặtđường lên vành lái

c Cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng - bánh răng

Hình 1.12.Cấu tạo cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng.

Cấu tạo cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng được thể hiện trênhình 1.12 Trục vít được nối với trục lái qua khớp các đăng Êcu ôm ngoài trục vít và

ăn khớp với trục vít thông qua các viên bi , một bên phía ngoài êcu dược gia công răngtạo thành một thanh răng Cung răng ăn khớp với thanh răng, trục cung răng có liênkết cứng với đòn quay đứng

Cung răng gia công liền trục được gia công răng thẳng, côn nhờ vậy có thể điềuchỉnh khe hở giữa cung răng và thanh răng Đầu ngoài của trục bọ động có then tamgiác dạng côn để lắp với đòn quay đứng dẫn động lái

Trục vít đóng vai trò chủ động, khi trục vít quay làm các viên bi ăn khớp trongrãnh chuyển động làm cho êcu thanh răng chuyển động lên xuống, các viên bi nàychuyển động trong vòng kín của các rãnh dẫn bi, các rãnh này được tạo lên nhờ mộtnữa rãnh nằm trên trục vít và một nửa nằm trên êcu Êcu thanh răng chuyển động lênxuống làm cho cung răng và đòn quay đứng quay và truyền chuyển động điều khiểnđến cơ cấu dẫn động lái

Toàn bộ cơ cấu này được bôi trơn bằng dầu nên độ bền cao Cơ cấu lái nàythường sử dụng trên các loại xe lớn có thể có trợ lực hoặc không có trợ lực

d Cơ cấu lái kiểu trục vít chốt khớp.

Cơ cấu lái kiểu trục vít chốt khớp thực hiện quá trình truyền động lái thông qua

sự ăn khớp của chốt khớp và trục vít Các chi tiết tháo rời của cơ cấu này được thểhiện trên hình

Hình 1.13 Hình vẽ phối cảnh các chi tiết lắp ráp cơ cấu lái trục vít đòn quay.

1 - Trục đòn quay đứng 4 - Đòn quay đứng 7 - Shims điều chỉnh.

2 - Chốt khớp 5 - Vòng bi

3 - Trục lái 6 - Trục vít.

Trục đòn quay đứng (1) được lắp ghép vuông góc với trục vít (6), trục đòn (1)

có ghép cứng đòn quay có chốt (2), chốt này luông ăn khớp vào rãnh của trục vít (6).Hai đầu của trục vít quay trên vòng bi (5), độ rơ lỏng của cơ cấu được điểu chỉnh bằngshims (7)

Nguyên lý làm việc

Khi trục vít (3) quay làm cho trục vít (6) quay theo, chốt khớp ăn khớp với trụcvít sẽ chuyển động qua lại tuỳ thuộc vào chiều quay của vành lái làm, cho trục đònquay đứng (1) quay và làm cho đòn quay (4) quay theo và tác động đến cơ cấu dẫn

1.3.1.2 Dẫn động lái

a Dẫn động lái dùng đòn kéo giữa.

Hình1.14 Hệ thống lái cơ khí.

1 Vành tay lái 2 cơ cấu lái 3 trục lái 4 đòn quay đứng 5 thanh kéo dọc 6 đòn quay

ngang 7 cần chuyển hướng 8 Thanh kéo giữa 9.trục chuyển hướng.

Nguyên lý làm việc.

Khi người điều khiển xoay vành tay lái (1) qua lại, trục lái (3) quay theo, cơ cấu lái (2) hoạt động làm cho đòn quay đứng (4) xoay tới lui chung quanh trục của nó kéo theo thanh dọc (5), làm cho đòn quay ngang (6) xoay trục chuyển hướng (9) làm tác động lên các cần chuyển hướng (7) và thanh kéo giữa (8) Như vậy các bánh xe dẫn

hướng di chuyển Khi ngừng tác động lên vành tay lái thì bánh xe ngưng chuyểnhướng

b Dẫn động lái loại thanh răng bánh răng.

Hình 1.15 Cơ cấu dẫn động lái loại thanh răng bánh răng.

1- 3 Các khớp cầu được nối với các cần chuyển hướng 2 thanh răng 4 bánh răng 5.

Mặt bích được nối với trục lái.

+ Nguyên lý làm việc:

Khi người điều khiển tác động lực xoay vành tay lái qua lại sẽ làm cho thanhrăng di chuyển qua bên phải và qua bên trái, làm dịch chuyển các cần chuyển hướng

do đó các bánh xe dẫn hướng di chuyển Khi người điều khiển ngừng tác động lên

vành tay lái, cũng có nghĩa là các bánh xe dẫn hướng không còn hoạt động

c Dẫn động lái loại hình bình hành.

Hình 1.16 Cơ cấu dẫn động lái loại hình bình hành.

1 Cơ cấu lái 2 Thanh nối.

+ Nguyên lý làm việc:

thanh nối qua lại, như vậy làm cho các bánh xe dẫn hướng di chuyển.

Khi người điều khiển ngừng tác động lên vành tay lái, cũng có nghĩa là các bánh xe dẫn hướng không còn hoạt động

d Trục lái

Trục lái bao gồm trục lái chính làm nhiệm vụ truyền mô men quay từ vành láiđến hộp số lái và ống đỡ trục lái để cố định trục lái vào thân xe Đầu trên của trục láichính được làm thon và sẻ răng cưa và vành lái được siết chặt vào trục lái bằng đai ốc.Đầu dưới của trục lái chính nối với cơ cấu lái bằng khớp nối mềm hoặc khớp các đăng

để giảm thiểu việc truyền chấn động từ mặt đường lên vành tay lái

Ngoài chức năng truyền mô men quay từ vành lái xuống hộp số lái trục lái còn

là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ô tô như: Cần điều khiển hệ thống đèn, cần điềukhiển hệ thống gạt nước, cơ cấu nghiêng tay lái, cơ cấu hấp thụ va đập, cơ cấu khoátay lái, cơ cấu trượt tay lái… Các cơ cấu này giúp cho người điều khiển thoải mái khi

di chuyển ra vào ghế lái và có thể điều chỉnh vị trí tay lái cho phù hợp với khổ người

Trục lái cần phải đảm bảo đủ cứng để truyền mô men điều khiển nhưng lại phảiđảm bảo giảm rung động trong hệ thống lái, không gây rung, ồn trong buồng điềukhiển cơ cấu điều khiển hệ thống lái cần có kết cấu gọn, bố trí hợp lí, đồng thời có khảnăng đàn hồi tốt theo phương dọc xe để hạn chế tổn thương có thể xẩy ra khi gặp tainạn Hiện nay kết cấu trục lái rất đa dạng, đa số các xe sử dụng loại trục gẫy được cấutạo từ các trục có các khớp các đăng nối trục.[8]

Hình 1.17 Cấu tạo một trục lái.

1 - Vành lái 4 - Vỏ trục lái 6 - Trục các đăng.

2 - Cụm công tắc gạt mưa 5 - Khớp các đăng 7 - Khớp cao su.

Trên trục trung gian có lắp khớp then để giảm thiểu những rung động dọc trụctruyền lên vành lái Trên các loại xe có hệ thống treo phụ thuộc cơ cấu lái được lắp cốđịnh trên trên dầm cầu, khi xe chuyển động trên đường không bằng phẳng dầm cầu sẽrung động làm cho khoảng cách từ cơ cấu lái tới vành lái bị thay đổi, khớp then sẽkhắc phục được những thay đổi này đảm bảo cho quá trình truyền mô men từ vành láixuống cơ cấu lái một cách liên tục.

Ngoài ra trong trường hợp cần thiết như xẩy ra va chạm trên đường trục lái cóthể co ngắn lại làm giảm thương tích mà vành lái gây ra cho người lái Trên hình (2)giới thiệu kết cấu của một khớp then với biện dạng then hình thang Then ngoài củanạng bị động ăn khớp với then trong của nạng chủ động, khi cơ cấu lái dịch chuyểnnạng bị động sẽ dịch chuyển lên trên bảo đảm cho trục lái chính không bị ảnh hưởng

Hình 1.19 Kết cấu của khớp then trên trục trung gian.

1 - Nạng chủ động 3 - Then ngoài.

2 - Then trong 4 - Nạng bị động.

Góc nghiêng giữa các trục dẫn động lái nằm trong khoảng (100 ÷ 200) Trongtruyền động lái sử dụng loại các đăng kép bao gồm hai các đăng đơn như trên hình(H.1) Các đăng đơn có cấu tạo khá đơn giản bao gồm hai nạng liên kết với nhau bằngmột trục chữ thập, sử dụng bạc lót hay ổ bi kim bôi trơn bằng mỡ, nhờ trục các đăng

có thể thiết kế trục lái có hình dàng phù hợp với không gian và các bộ phận xungquanh

Ngoài khớp các đăng trục lái của một số loại xe ngày nay có sử dụng loại khớpmềm Khớp nối mềm được làm bằng vật liệu cao xu nhờ đó đường tâm của trục lái vàtrục đầu vào cơ cấu lái có lệch nhau một góc nhất định Cao xu trong khớp có chứcnăng hấp thụ một phần rung động và giữ cho vành lái ít bị rung

Hinh 1.22 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thuỷ lực.

1.3.2.1 Các bộ phận cơ bản của bộ trợ lực thuỷ lực.

a Bơm thuỷ lực và các thiết bị phụ trợ.

Bơm thuỷ lực là bộ phận cấu thành bộ trợ lực thuỷ lực Được dẫn động bởiđộng cơ bằng đai và puli, nó có chức năng tạo ra áp suất dầu đủ lớn để cung cấp chovan phân phối dẫn đến các ngả của xylanh lực hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xedẫn hướng.Đây là bộ phận phức tạp và chịu tải trọng lớn nhất của bộ trợ lực, bơm làmviệc với tốc độ cao (bằng với tốc độ của động cơ), do sự thay đổi về cường độ làm việc

và môi trường xung quanh nên nhiệt độ của bơm có thể đạt tới 100 – 110 (0c), áp suấtdầu tạo ra trong khoảng 55 – 80 (kG/cm2)

Do yêu cầu về áp suất tạo ra và làm việc trong điều kiện môi trường bất lợi nênbơm trợ lực là bộ phận được chế tạo chính xác và chỉ được tháo lắp, kiểm tra, sửa chữakhi có đầy đủ dụng cụ và vệ sinh sạch sẽ, các van phải điều chỉnh theo tài liệu hướngdẫn và có thiết bị đo áp suất Không cho phép điều chính áp suất và lưu lượng bơm.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số loại bơm thuỷ lực đang được sử dụng hiệnnay

b Bơm phiến gạt

Cấu tạo của loại bơm phiến gạt được thể hiện trên hình (H1.23)

H.ình 1.23 Cấu tạo của bơm trợ lực kiểu phiến gạt.

1 - Bình chứa dầu 4 - Rôto quay 7 - Cụm van điều tiết

2 - Van xả không khí 5 - Trục quay 8 - Vỏ bơm

3 - Đĩa phân phối 6 - Phiến gạt 9 - Nắp bơm.

Bình chứa dầu (1) được dập bằng thép, là nơi chứa dầu chịu áp suất cao cungcấp cho bơm làm việc, bình dầu có thể được lắp trực tiếp vào thân bơm hay lắp rời vàđược nối với bơm bằng hai ống mềm, thông thường trên nắp bình có một thước đo

mức để kiểm tra mức dầu Rôto (4) được lắp chặt với trục (5) bằng then, trên rôto cócác rãnh trong các rãnh có chứa các phiến gạt, các phiến gạt này có thể chạy tự dotrong rãnh và được giới hạn bởi đĩa (3) mặt trong của đĩa có dạng hình ô van, mặtngoài có dạng hình tròn và được cố định với thân bơm (8) bằng bu lông, thông thườngthân bơm được đúc bằng gang Lưu lượng của bơm được ổn định băng cụm van điềutiết (7).

Nguyên lý hoạt động

Khi Rôto (4) mang các phiến gạt (3) quay, các phiến gạt văng ra ngoài nhờ lực

ly tâm và tỳ vào bề mặt ô van của vỏ Sự quay của phiến gạt tạo nên sự thay đổi về thểtích của khoang chứa dầu được tạo nên từ hai phiến gạt, rôto, và bề mặt côn của vỏ.Ban đầu dầu được nạp vào trong khoang lúc này thể tích khoang còn đang lớn, khi thểtích khoang nhỏ đi dầu được ép ra ngoài Dầu được đưa vào các khoang theo rãnh dài

và được ép ra theo lỗ ô van, một phần dầu có áp suất cao được đưa vào phía trong củaphiến gạt để ép thêm phiến gạt tỳ vào mặt côn để tăng độ kín của khoang chứa dầu.Phần lớn dầu áp suất cao được đưa tới van điều áp, van điều tiết lưu lượng và lượngdầu chính được đưa vào bộ trợ lực lái Như vậy trong một vòng quay của rôto mỗiphiến gạt có hai lần nạp và ép Áp suất của dầu bơm được điều chỉnh bằng vít (6)

Hình 1.24 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm thuỷ lực phiến gạt.

1,5 - Cửa nạp 3,7 - Cửa xả 6 - Rô to

2 - Trục Rô to 4 - Vòng cam 8 - Phiến gạt.

Trong quá trình hoạt động bơm được dẫn động bằng động cơ do đó lưu lượngcủa bơm thay đổi theo tốc độ của động cơ Khi động cơ quay chậm thì lưu lượng dầunhỏ do đó người lái cần tác động lực lớn hơn, khi động cơ quay nhanh thì lưu lượngdầu lớn hơn gấp nhiều lần do đó người lái cần tác động lực nhỏ hơn Nói cách khácyêu cầu về lực đánh tay lái thay đổi theo tốc độ của động cơ đây là điều bất lợi về mặt

ổn định lái Vì vậy việc duy trì lưu lượng của bơm không đổi, không phụ thuộc vào tốc

độ của động cơ là một yêu cầu cần thiết do đó trên các loại bơm được lắp thêm vanđiều tiết lưu lượng.

Mặt khác khi xe chạy ở tốc độ cao sức cản lốp xe nhỏ do đó lực xoay các bánh

xe dẫn hướng sẽ nhỏ hơn vì vậy lực đánh tay lái cũng nhỏ hơn Vì vậy một yêu cầucủa bộ trợ lực nữa là ít trợ lực hơn ở điều kiện tốc độ cao mà vẫn đạt được lực lái thíchhợp Để đảm bảo được các yêu cầu trên, trên các bộ trợ lực thường được gắn thêm vanđiều tiết lưu lượng Sau đây xin trình bầy loại van điều tiết lưu lượng loại nhậy cảmvới tốc độ

Với loại van điều tiết lưu lượng loại này khi tốc độ động cơ tăng lên nhưnglượng dầu được bơm tới cơ cấu lái lại giảm xuống

Lưu lượng của bơm được thể hiện bằng biểu đồ sau

Hình 1.25 Biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa lưu lượng dầu và tốc độ động cơ.

c Bơm dầu kiểu phiến trượt.

Bơm phiến trượt tạo ra áp suất thuỷ lực lớn nhất khoảng 90 (kG/cm2) [10]Hiệu suất: 0.7 - 0.75.[10]

Ưu điểm của loại bơm này là kết cấu và công nghệ đơn giản dễ chế tạo, khốilượng nhỏ, giá rẻ tuy nhiên các chi tiết không bền, nhanh hỏng hóc

Cấu tạo của bơm phiến trượt được thể hiện trên hình (H 1.26)

Bình dầu (1) được làm bằn chất dẻo hay dập bằng thép, có thể được gắn trựctiếp lên bơm hay gắn rời và được nối với bơm bằng hai ống mềm Vỏ bơm (2) đượcgia công chính xác, bằng thép, bên trong vỏ có các rãnh, tại các rãnh có phiến trượt(6), lò xo (3) và phiến tỳ (4) Rôto (5) hình trụ có dạng lệch tâm đặt bên trong vỏ phiến

trượt (2), bề mặt của rôto được gia công tinh đặt độ bóng cao Dưới sức ép của lò xo(3) các phiến trượt bị ép sát vào bề mặt của rô to

Khi rô to (5) quay thể tích nằm giữa phiến tỳ (4), phiến gạt (6) và cỏ (2) thay đổi Khi thể tích tăng chất lỏng được nạp vào khoang thể tích này và khi thể tích giảm chất lỏng được ép ra ngoài Như vậy một vòng quay của rô to phiến gạt thực hiện đượcmột hành trình làm việc

Hình 1.26 Cấu tạo của bơm dầu kiểu phiến trượt.

1 - Bình chứa dầu 4 - Phiến tỳ 7 - Cụm van điều tiết

2 - Vỏ phiến trượt 5 - Rôto lệch tâm quay 8 - Vỏ bơm

3 - Lò xo ép phiến trượt 6 - Phiến trượt 9 - Nắp bơm.

Bơm phiến trượt có cấu tạo gọn, các chi tiết bền và có hiệu suất làm việc khácao Tuy nhiên giá thành chế tạo loại bơm này hơi cao Áp suất dầu tạo ra trong khoảng

60 - 80 (kG/cm2) [10]

Cũng giống như bơm phiến gạt, để đảm bảo cho quá trình làm việc trên bơmphiến trượt cùng yêu cầu lắp đặt các thiết bị phụ trợ khác như: van an toàn, van điềukhiển lưu lượng và thiết bị bù không tải

Ngoài hai loại bơm đã được giới thiệu ở trên còn một số loại bơm thuỷ lực kháccũng được sử dụng trong các bộ trợ lực thuỷ lực tuy nhiên do đặc điểm về kỹ thuật nênkhông được sử dụng phổ biến trên các loại bộ trợ lực ngày nay như: Bơm piston, bơm bánh răng, bơm trục vít

d Van phân phối.

Van phân phối là bộ phận được bố chí trong hộp cơ cấu lái, có chức năng thayđổi đường dẫn dầu áp lực cao, thay đổi lượng dầu áp lực cao đến xylanh lực tuỳ theo

vị trí của vành lái Có bốn loại van phân phối được sử dụng phổ biến trên các loại trợlực thuỷ lực hiện nay là: Van quay, van ống, van cánh, van trượt [3]

Hình 1.27 Cấu tạo van phân phối kiểu van trượt.

1 - Thân van 5 - Vòng chặn 9 - Bạc trượt 13 - Nêm.

2 - Thanh xoắn 6 - Ổ bi 10 - Thân cơ cấu lái 14 - Thanh răng

3 - Mặt bích 7- Trục vít 11 - Lò xo 15 - Đường dầu tới

4 - Đường dầu hồi 8 - Chốt khóa 12 - Bulong điều chỉnh 16 - Phớt làm kín

Thân van (1) được nối với trục chủ động bằng khớp then và được cố định vớithanh xoắn (2) bằng thanh khóa Thanh xoắn (2) được cố định với trục vít bằng chốtkhóa (8) Khi trục chủ động quay làm trục (1) quay làm thanh xoắn và thân van quaytheo quay, do thanh xoắn không quay hoàn toàn nên chỉ truyền một phần mô men từtrục chủ động xuống trục vít Khi thân van quay sẽ làm thay đổi đường dầu từ bơm dẫntới các buồng xylanh