thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe tải ifa-w50

Dẫn động lái gồm hệ thống các đòn để truyền lực từ cơ cấu lái đến cam quaybánh xe, đồng thời đảm bảo cho các bánh xe của ô tô quay vòng với động học đúng.. Ngoài ra kết cấu của hình than

Lời nói đầu

Ngành giao thông vận tải nói chung và ô tô nói riêng đóng vai tròhết sức quan trọng trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân nhtrong- Giao thông vận tải, Công nghiệp, Nông nghiệp, Lâm nghiệp, Xâydựng, Thuỷ lợi, Quốc phòng.v.v… Ngành ô tô chiếm vị trí rất quan trọng Ngành ô tô chiếm vị trí rất quan trọng

đối với sự hoạt động chung và sự phát triển của các ngành khác, đồngthời giải quyết phần lớn nhu cầu đi lại trong xã hội cũng nh chuyên chởhàng hoá

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cùng với sự pháttriển của lu thông hàng hoá trong cơ chế thị trờng và nhu cầu đi lại củacon ngời ngày càng tăng, điều đó yêu cầu phải nâng cao chất lợng vậntải, chất lợng phục vụ ngày càng hiện đại hơn, độ an toàn chuyển độngcủa ô tô cũng phải cao hơn

Xuất phát từ những yêu cầu trên trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp

này em đợc giao đề tài: "Thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe tải W50" nhằm mục đích giảm cờng độ cho ngời lái, làm tăng thêm tính cơ

IFA-động và độ an toàn chuyển IFA-động của xe

Đặc điểm kỹ thuật của xe IFA - W50

Xe IFA -W50 do nớc Cộng hoà dân chủ Đức chế tạo năm 1969, làloại xe tải thùng vạn năng Trên xe lắp đặt động cơ tổng thành kiểu 4VD14,5/12ISRW

5 Tiêu hao nhiên liệu trên đờng tốt (l/100km) 17 lít

7 Cơ cấu lái: Trục vít - con lăn

8 Dùng ly hợp khô 1 đĩa ma sát

9 Động cơ kiểu: 4VD 14,5/12ISRW

- Công suất lớn nhất Nemax ở 2300 (v/ph) 125 Mã lực

- Mômen cực đại Memax ở 1500 (v/ph) 43 KGm

1

- §éng c¬ 4 kú, 4 xi lanh, bè trÝ th¼ng hµng

- B¬m cao ¸p kiÓu DEF4BS 804/S

10 Hép sè c¬ khÝ: 3 trôc, 5 sè tiÕn, 1 sè lïi

2

Chơng I Tổng quan về hệ thống lái

1 Công dụng - yêu cầu - phân loại

Hệ thống lái phải đảm bảo:

- Quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên mộtdiện tích hẹp

- Lái nhẹ nhàng và tiện lợi

- Động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trợt lê khiquay vòng

- Tránh đợc các va đập từ bánh xe dẫn hớng truyền lên vành tay lái Giữ

đợc chuyển động thẳng ổn định của ô tô

- Có giá thành hạ, độ bền cao, thuận lợi trong sử dụng, bảo dỡng vàsửa chữa

1.3 Phân loại

Hệ thống lái đợc phân theo các loại sau:

1.3.1 Theo đặc điểm vị trí vành tay lái

Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên phải hoặc bên trái (theochiều chuyển động của ô tô) Vành tay lái bố trí bên trái dùng cho nhữngnớc thừa nhận luật đi đờng theo phía phải nh ở Việt Nam và các nớc xãhội chủ nghĩa Vành tay lái bố trí bên phải dùng cho các nớc thừa nhậnluật đi đờng theo phía trái nh ở Anh, Nhật, Thụy Điển… Ngành ô tô chiếm vị trí rất quan trọng

1.3.2 Theo số lợng cầu dẫn hớng

Hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở cầu trớc, ở cầu sau và ở tấtcả các cầu

1.3.3 Theo đặc điểm kết cấu của cơ cấu lái

Cơ cấu lái loại trục vít cung răng

- Loại cung răng đặt ở giữa

3

- Loại cung răng đặt ở bên

Cơ cấu lái loại trục vít con lăn

Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng

1.3.4 Theo phơng pháp trợ lực

- Loại cờng hoá bằng thuỷ lực

- Loại cờng hoá bằng khí nén

- Loại cờng hoá bằng điện

2 Đặc điểm kết cấu một số cơ cấu lái

2.1 Cơ cấu lái loại trục vít êcubi - thanh răng - cung răng

- Ưu điểm của loại này là: Trục vít ăn khớp với êcu, thông qua cácviên bi, do vậy giảm nhiều lực ma sát song không cho phép điều chỉnh đểtránh mòn Cần phải sử dụng vật liệu có độ bền mòn cao và nhiệt luyệntốt Đai ốc đồng thời là thanh răng ăn khớp với cung răng, do đó răngtrên thanh răng có độ rộng thay đổi để có thể điều chỉnh khi bị mòn

Tỷ số truyền không đổi và đợc tính nh sau:

iccl =

t

r

- Nhợc điểm: là cơ cấu lái phức tạp, nhiều chi tiết, giá thành cao

4

Hình 1.1 Cơ cấu lái trục vít êcubi - thanh răng - cung răng

2.2 Cơ cấu lái loại trục vít con lăn

Loại này có những đặc điểm sau:

- Nhờ trục vít có dạng glôbôít cho nên mặc dù chiều dài trục vítkhông lớn nhng sự tiếp xúc các răng ăn khớp đợc lâu hơn và trên diệnrộng hơn, nghĩa là giảm đợc áp suất riêng và tăng độ chống mòn

- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc với nhau đợc phân tán, tuỳtheo cỡ ô tô mà có thể chế tạo con lăn có hai hoặc bốn vòng ren

- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay ma sát trợt thành ma sát lăn

- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp các bánh răng Đờng trụccủa con lăn nằm lệch với đờng trục của trục vít một đoạn  = 5  7mm

Điều này cho phép triệt tiêu sự hao mòn khi ăn khớp bằng cách điềuchỉnh khi sử dụng

Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn tại vị trí trung gian xác địnhtheo công thức:

ic =

1

2 z

r

Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìakhoảng (5  7%) nh) nhng sự tăng này không đáng kể, có thể bỏ qua và coi

nh tỷ số truyền không đổi

Hiệu suất thuận th = 0,65 và hiệu suất nghịch ng = 0,5 Cơ cấu láinày đợc dùng rộng rãi trên các ô tô các cỡ khác nhau nh: Pô-đê-đa, ZIM,ZIC 110, GAZ 51, GAZ - 53, ZIL 150… Ngành ô tô chiếm vị trí rất quan trọng

2.3 Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Loại này có u điểm là: Có thể có tỷ số truyền thay đổi theo quyluật nào đấy

Nếu bớc của trục vít là t không đổi thì tỉ số truyền đợc xác địnhtheo công thức:

ic =

.

r

2  2

cos Trong đó:  - góc quay của đòn quay đứng

Hiệu suất thuận và nghịch của cơ cấu này vào khoảng 0,7 Cơ cấunày đợc dùng hầu hết ở hệ thống lái không có cờng hoá, nó đợc dùng chủyếu trên ôtô tải và khách

2.4 Cơ cấu lái loại liên hợp

Thờng dùng nhất là loại trục vít - êcu - thanh khía - cung răng Sựnối tiếp giữa trục vít và êcu bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít Nhờ

có dãy bi mà trục vít ăn khớp với êcu theo kiểu ma sát lăn Tỉ số truyềncủa cơ cấu này không đổi và đợc xác định theo công thức:

ic =

.

r

2  0

Trong đó: r0 - Bán kính ban đầu của cung răng

t - Bớc của trục vít Hiệu suất thuận khoảng 0,7, hiệu suất nghịch khoảng 0,85 Do hiệusuất nghịch của cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trên đờng mấpmô sẽ nặng nhọc, nhng nó có khả năng làm cho ô tô chạy ổn định ở hớngthẳng nếu vì một nguyên nhân nào đấy làm bánh xe quay vòng khỏi vị trítrung gian

Cơ cấu lái loại liên hợp có đặc điểm nổi bật là có khả năng làmviệc dự trữ rất lớn Vì vậy nó đợc dùng trên ô tô cỡ lớn nh KPAЗ - 255,MAЗ - 500, БEЛAZ - 540, trên ô tô ЗИЛ - 130, ЗИЛ - 131

7

Hình 1.3 Cơ cấu lái trục vít chốt quay

3 Dẫn động lái

Dẫn động lái bao gồm tất cả các chi tiết của hệ thống lái Dẫn

động lái gồm hệ thống các đòn để truyền lực từ cơ cấu lái đến cam quaybánh xe, đồng thời đảm bảo cho các bánh xe của ô tô quay vòng với

động học đúng

Bộ phận quan trọng của dẫn động lái là hình thang lái Hình thanglái làm nhiệm vụ đảm bảo động học cho các bánh xe dẫn hớng của ô tô,với mục đích làm cho các lốp xe khỏi bị trợt lê khi lái, do đó hạn chế đợchao mòn lốp Ngoài ra kết cấu của hình thang lái còn phải phù hợp với

bộ phận dẫn hớng của hệ thống treo, để khi bánh xe dao động thẳng

đứng thì không ảnh hởng tới động học của dẫn động lái

3.1 Dẫn động lái cho dầm cầu cứng (ô tô có hệ thống treo phụ thuộc)

Dẫn động lái cho dầm cầu cứng bao gồm cụm chi tiết: vành tay lái,trục lái, đòn quay đứng, đòn quay ngang của cơ cấu hình thang lái Hìnhthang lái có dạng liền, là cơ cấu 4 khâu, hay gọi là hình thang lái đan tô

9 Bánh xe dẫn hớng

10 Các khớp cầu

Hình 1.5 Dẫn động lái cho dầm cầu cứng

3.2 Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập

Đặc điểm kết cấu loại này là: dẫn động lái có đòn ngang của hìnhthang lái ở dạng cắt, đợc chia ra làm 2 hoặc nhiều phần liên kết với nhaubằng các khớp cầu Các kiểu bố trí dẫn động đợc phân ra thành hai loạisau:

- Loại 1: Đợc bố trí sau cơ cấu lái có chuyển động quay (thể hiệntrên hình vẽ 1.6) Với kết cấu này, các khớp bắt lên khung hoặc thân xe códạng trục, các khớp này nối với bánh xe nhằm tạo nên các chuyển vị phùhợp giữa hệ thống lái và hệ thống treo Tuỳ theo cách bố trí chung các đònngang và cơ cấu lái nằm trớc hoặc sau đờng tâm của trục cầu trớc

Hình 1.6 Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập

với cơ cấu lái có chuyển động quay

- Loại 2: Đợc bố trí sau cơ cấu lái có chuyển động tịnh tiến (Thểhiện trên hình vẽ 1.7) loại này bố trí kiểu cơ cấu lái - thanh răng bánhrăng Thanh răng có thể (hoặc không) là một khâu của đòn ngang và đợc

bố trí cùng cơ cấu lái trên khung xe

Các cơ cấu dẫn động lái đều có đòn ngang nhằm làm nhiệm vụ dẫn

động lái, đồng thời làm cơ cấu điều chỉnh độ chụm của bánh xe dẫn ớng

h-9

Hình 1.7 Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập

với cơ cấu lái có chuyển động tịnh tiến

4 Trợ lực lái

Khi điều khiển ô tô nhất là với xe có tải trọng lớn và có nhiều cầuthì cần phải có một lực lớn tác dụng lên vành tay lái Trong những trờnghợp ô tô hoạt động ở địa hình xấu, khi áp suất khí trong lốp không đủhoặc xe bị h hỏng, thì việc điều khiển ô tô càng trở nên khó khăn và nặng

nề hơn Song nếu trong điều kiện đó có bố trí trợ lực lái thì việc điềukhiển ô tô sẽ nhẹ nhàng hơn, dễ dàng hơn và đặc biệt là làm tăng độ antoàn khi chuyển động Ngày nay trợ lực lái đợc sử dụng ngày càng rộngrãi trên các loại xe tải, xe du lịch, xe ca… Ngành ô tô chiếm vị trí rất quan trọng

4.1 Tác dụng của trợ lực lái

- Làm giảm các va đập do đờng không bằng phẳng và đồng thờitránh va đập lên vành tay lái

- Rút ngắn thời gian quay vòng, giảm nhẹ lao động của ngời lái

- Trợ lực lái có tác dụng cao đặc biệt là tính chất tuỳ động (chéphình) kích thớc và khối lợng nhỏ gọn, tốc độ tác động cao, đóng vai trò

nh là một bộ giảm chấn để giảm va đập từ mặt đờng tác động vào hệthống lái

- Cho phép giữ đợc hớng chuyển động xác định của xe trong trờnghợp bị vỡ lốp

* Khi thiết kế bộ trợ lực lái phải thoả mãn yêu cầu sau:

- Nếu hỏng bộ trợ lực thì hệ thống lái vẫn làm việc đợc

- Bộ trợ lực chỉ làm việc ở một giá trị mômen cản quay vòng nhất

định (tức là không bắt đầu từ 0) để tránh tự trợ lực

- Không tăng độ rơ vành tay lái so với tiêu chuẩn quy định

- Giữ đợc cảm giác mặt đờng, đảm bảo đợc tính tuỳ động của hệthống, có độ nhạy cao, làm việc ổn định

động cơ Ngoài ra còn có các bộ phận khác nh bầu lọc, van an toàn… Ngành ô tô chiếm vị trí rất quan trọng

- Bộ phận phân phối, bộ phận này thờng là van phân phối kiểu tuỳ

động nhằm đảm bảo điều kiện cung cấp năng lợng (gồm dầu hoặc khínén) tới cơ cấu sinh lực để thực hiện quay các bánh xe dẫn hớng theo gócquay vành tay lái

- Cơ cấu sinh lực thờng là xi lanh lực nhằm tạo nên lực cần thiết đểquay các bánh xe dẫn hớng

Ch¬ng II KiÓm nghiÖm hÖ thèng l¸i xe IFA - W50

1.1 Đặc điểm

Hệ thống lái lắp trên xe IFA - W50 là hệ thống lái cơ khí, không

có cờng hoá lái Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn 3 răng, tỉ số truyềnic=23,4

Dẫn động lái gồm: Đòn quay đứng, đòn kéo dọc, đòn quayngang

Hình thang lái gồm có: Dầm cầu trớc, đòn kéo ngang và đòn bên,các chi tiết liên hệ với nhau thông qua các khớp cầu

1.2 Ưu điểm của hệ thống lái xe IFA - W50

áp suất tác dụng lên con lăn giảm đáng kể so với loại trục vít bánh vít, hoặc trục vít con lăn 2 răng

Khe hở giữa trục vít và con lăn nhỏ nhất khi xe đi thẳng nênkhắc phục đợc hiện tợng kẹt răng

- Hiệu suất của bộ truyền: t > n

t - Hiệu suất từ vành tay lái tới bánh xe dẫn hớng,  = 0,72

n- Hiệu suất truyền ngợc từ bánh xe dẫn hớng lên vành tay lái,

n = 0,55

Do vậy giảm đợc va đập từ mặt đờng lên vành tay lái

- Độ bền và chống mòn của trục vít và con lăn cao có khả năng

điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa trục vít và con lăn, do đó điều chỉnh

đ-ợc độ rơ vành tay lái

1.3 Nhợc điểm của hệ thống lái xe IFA - W50

- Là hệ thống lái cơ khí nên lực lái lớn, nhất là khi quay vòngnhanh gây mệt mỏi cho ngời lái, làm giảm tính năng cơ động của xe

- Lực va đập từ bánh xe với mặt đờng lên vành tay lái còn lớn,vành tay lái bị rung lắc mạnh khi xe đi vào đờng xấu … Ngành ô tô chiếm vị trí rất quan trọng

2 Động học hình thang lái

Nhiệm vụ của việc tính động học hình thang lái là xác địnhnhững thông số tối u của hình thanh lái Sự chuyển động của ô tô là quátrình kết hợp hài hoà giữa bánh xe dẫn hớng với những góc quay khácnhau Để nhận đợc sự lăn tinh của các bánh xe dẫn hớng khi quay vòng,các bánh xe dẫn hớng bên trái và bên phải khi quay vòng lăn trên vòngtròn đồng tâm Do đó cơ cấu hình thang lái sẽ giải quyết tốt những yêucầu trên

2.1 Quan hệ lý thuyết của góc quay bánh xe trong và ngoài

Nh ta đã biết từ lý thuyết quay vòng đã chứng minh rằng muốncác bánh xe ô tô quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải thoả mãn

điều kiện sau:

B0=1.500mm

L - Chiều dài cơ sở, L = 3.200mmCho  từ 0o  40o ta lần lợt tính đợc giá trị  của bánh xe dẫn h-ớng ngoài

Giá trị của  đợc xác định bởi biểu thức:

 = arctg

L

B g cot

1 0

2.2 Xây dựng đờng đặc tính thực tế và tính toán hình thang lái

Xe tải IFA - W50 có cấu tạo hình thang lái là cơ cấu 4 khâu haycòn gọi là hình thang lái kiểu Đan - tô

Hình 2.3 Sơ đồ hình thang lái

Thông qua hình thang lái, từ mối quan hệ hình học chúng ta rút ra

đợc về mối quan hệ giữa các góc quay của bánh xe dẫn hớng bên ngoài

2

) sin(

sin 2 sin 2 arcsin )

sin(

.

) cos(

0 2 2 0

0

2 0

B m

B m m

B

m

(2.3)

Trong đó:

- Góc quay của bánh xe dẫn hớng phía ngoài

- Góc quay bánh xe dẫn hớng phía trong

- góc nghiêng đòn bên của hình thang lái

m- Chiều dài đòn bên

B0- Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng

* Các bớc tiến hành xây dựng đờng đặc tính thực tế

Chọn sơ bộ chiều dài đòn bên hình thang lái: m = 200mm, m ờng chọn theo kinh nghiệm: m = (0,11  0,16)B0 với m = 0,135B0 Nhvậy là thoả mãn điều kiện trên

th-Tính sơ bộ  theo công thức:

cotg (90o - ) =

0

0 L X 2

B

(2.4)với X = 0,7

  = 90o - arctg [1,4

L

B0]Thay giá trị vào công thức ta có:

 = 90o - arctg [1,4

3200

1500

] = 19oChọn  trong khoảng 17o  20o vào công thức (2.3) Nh vậy cứ

ứng với một giá trị của  ta tìm đợc một loạt giá trị tơng ứng của  theo

Bảng 2: ứng với 2 = 18o

 lt(độ) 0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,942 24,436 27,797 31,06

 t(độ) 0 4,8495 9,4092 13,686 17,677 21,3702 24,7468 27,782 30,4454 ( lt - t ) 0 - 0,0455 - 0,1942 - 0,295 - 0,44 - 0,4282 - 0,3108 0,015 0,6146

Bảng 3: ứng với 3 = 19o

 lt(độ) 0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,942 24,436 27,797 31,06

 t(độ) 0 4,8401 9,3731 13,608 17,5427 21,166 24,461 27,4012 29,959 ( lt - t ) 0 - 0,0361 - 0,1221 - 0,217 - 0,2697 - 0,224 - 0,025 0,3958 1,101

Bảng 4: ứng với 4 = 20o

 lt(độ) 0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,942 24,436 27,797 31,06

 t(độ) 0 4,83046 9,3366 13,4352 17,407 20,9613 24,1735 27,021 29,475 ( lt - t ) 0 -0,02646 - 0,0856 - 0,0442 - 0,137 - 0,0193 0,2625 0,776 1,585

Từ công thức (2.2) ta xác định đợc các thông số trong bảng đặc

tính lý thuyết, dựa vào trục toạ độ vuông góc  và  ta lập đợc đờng

cong biểu thị mối quan hệ  = f () lý thuyết Cho trớc các giá trị của ,

chọn trớc m

Từ biểu thức (2.3) ta xây dựng đợc một họ đờng cong =f(,,

m) cũng trên toạ độ vuông góc nói trên

Hình 2.4 Đồ thị đặc tính động học hình thang lái

Từ bảng số liệu và đồ thị ta có nhận xét sau:

Ta thấy ứng với  = 18o thì giá trị t gần sát với đờng đặc tínhquay vòng lý thuyết hơn Vì với   35o thì sự sai lệch so với đờng đặctính lý thuyết là:  = (lt - t)  1o Nếu lớn hơn điều kiện này sẽ gâymòn lốp nhanh Do đó góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hớng phíatrong max = 35o và max = 28o Khi đó bánh xe dẫn hớng phía ngoài có

n

B0

Với : n - Chiều dài đòn kéo ngang hình thang lái

Vậy n = B0 - 2m sin 

3.1 Tính mô men cản quay vòng

Mômen cản quay vòng của bánh xe dẫn hớng đợc xác định khi ôtô quay vòng trên đờng nhựa khô và đủ tải Mô men cản quay vòng lớnnhất khi xe chạy trên đờng xấu, mặt đờng nghiêng hoặc xe quay vòngtại chỗ

Mô men cản quay vòng đợc xác định theo công thức:

Mc = (M1 + M2 + M3)



1

(2.4)Trong đó: MC - Mômen cản quay vòng tổng cộng

M1 - Mômen cản quay vòng do lực cản lăn gây raM2 - Mô men cản quay vòng khi có lực ngang Y M3 - Mômen ổ định gây lên bởi độ nghiêng ngang  của trụ quay đứng

3.1.1 Xác định mômen cản quay vòng M 1 do lực cản lăn gây ra

Mômen cản quay vòng M1 sinh ra là do trong quá trình quayvòng mômen này gây lên bởi lực cản lăn của bánh xe với mặt đờng.Mômen này tác động lên đòn quay, qua cơ cấu lái tác dụng lên vành taylái Về trí số nó đợc xác định bằng công thức sau:

Trong đó:

Gbx - tải trọng thẳng đứng tác dụng lên 1 bánh xe dẫn hớng

Gbx =

2

3400 2

1 

G

= 1.700KGf- hệ số cản lăn, chọn f = 0,02e- Cánh tay đòn lăn của bánh xe dẫn hớng,

e = 130mm = 0,13mVậy ta có: M1 = 1.700 0,02 0,13 = 4,42 KGm

3.1.2 Xác định mô men cản M 2 do các lực ngang gây ra

Khi quay vòng sẽ xuất hiện lực ngang Y Tổng hợp các lực thànhphần của lực ngang sẽ dịch chuyển về phía sau so với tâm vết tiếp xúcmột đoạn là x Giá trị x thừa nhận bằng 1/4 chiều dài vết tiếp xúc

R0 - Với lốp áp suất thấp

d B

Vậy ta có:

M2 = 1700 0,7 0,0623 = 74,14 KGm

Để làm ổn định các bánh xe dẫn hớng ngời ta làm các góc đặt bánh xe:  - Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe

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

 - Hiệu suất tính đến tiêu hao do ma sát ở cam quay và các khớpnối trong chuyển động lái, với xe thiết kế có một cầu dẫn hớng ở phíatrớc,  = 0,05  0,70 Ta chọn = 0,70

Thay toàn bộ các giá trị trên vào công thức (2.8) tacó:

Mc =

70 , 0

08 , 1 ).

17 , 74 42 , 4 (

= 242,2 KGmVậy Mc = 242,2 KGm

3.2 Tính mô men cản quy dẫn tới vành tay lái

MCVL =



i

M i

C

(2.9)Trong đó:

MCVL- Mômen cản lớn nhất quy dẫn về vành tay lái

ii - Tỷ số truyền của dẫn động lái

ii = icc idVới : icc - Tỷ số truyền cơ cấu lái, icc = 23,4

id - Tỷ số truyền của dẫn động lái

id =

210

220 L

L n

d

 = 0,95Lđ - Chiều dài đòn quay đứng, Lđ = 210mm

Ln - Chiều dài đòn quay ngang, Ln = 220mm

 - Hiệu suất truyền của cơ cấu lái: chọn  = 0,72

Thay giá trị vào công thức (2.9), ta có:

MCVL =

72 , 0 95 , 0 4 , 23

2 , 242

i i

M d cc

M

(2.10)Với: RVL- Bán kính vành tay lái: RVL = 0,25m

MCVL = 15,13 KGm Vậy ta có: PVLmax =

25 , 0

13 , 15

Nh vậy lực của ngời lái tác dụng lên vành tay lái để điều khiển xe

là rất lớn, sẽ gây mệt mỏi cho ngời lái Vì vậy để khắc phục nhợc điểm

trên cần thiết phải cải tiến hệ thống lái cơ khí thành hệ thống lái có ờng hoá Nhằm mục đích để giảm sức lao động nặng nhọc cho ngời lái

c-xe, đồng thời tăng sức cơ động của ô tô đảm bảo an toàn khi chuyển

động

4 Kiểm tra bền hệ thống lái

Hệ thống lái của xe IFA-W50 sau khi đã đợc cải tiến có trợ lực

do đó lực tác dụng lên vành tay lái sẽ nhỏ Tải trọng tác dụng lên cơcấu lái cũng giảm Song khi kiểm tra bền hệ thống lái ta vẫn xét trongtrờng hợp khi cờng hoá không làm việc

Do cờng hoá lái không làm việc nên lực tác dụng trên vành tay lái(PVL) khi quay vòng lớn nhất là 60,52KG Ngoài ra, còn có lực ma sátgiữa piston và vỏ xi lanh lực, lực ép dầu trong hai khoang của xi lanhlực Do có thêm các lực này, nên lực tác dụng lên vành tay lái sẽ tănglên

P* VL = PVL + P'VL = PVL (2.11)Trong đó:

P* VL-Lực tác dụng lên vành tay lái khi cờng hóa không làm việc PVL - Lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cờng hoá

P'VL - Lực để thắng cản ma sát và lực ép dầu tuần hoàn trong 2

khoang của xi lanh lực

- Hệ số tăng tải của hệ thống lái khi cờng hoá không làm việc, chọn  = 1,05

Khi đó ta có: P* VL = 1,05 60,52 = 63,55 KG

Nh vậy, khi kiểm tra bền hệ thống lái ta lấy lực cực đại tác dụnglên vành tay lái là PVL = 63, 55KG

4.1 Kiểm bền cơ cấu lái

Cơ cấu lái xe IFA - W50 là cơ cấu lái loại trục vít - con lăn 2răng, khi làm việc các răng của trục vít và con lăn tiếp xúc với nhau Vìvậy ta kiểm nghiệm bền cơ cấu lái theo:

- ứng suất chèn dập răng trục vít và răng con lăn

- ứng suất uốn răng trục vít

4.1.1 Tính ứng suất chèn dập răng trục vít và con lăn

22

2

r2

Hình 2.7 Sơ đồ tính diện tích tiếp xúc của cơ cấu lái trục vít con lăn

ứng suất chèn dập răng trục vít đợc tính theo công thức:

chd =

F

T

(2.12)Trong đó:

T- Lực chiều trục tác dụng lên răng trục vít, xác định theo công



tg r

R P 1

VL VL

(2.13)

Với:

PVL - Lực tác dụng lớn nhất lên vành tay lái Pvl = 63,55 KG RVL - Bán kính vành tay lái RVL = 250mmr1 - Bán kính vòng chia trục vít r1 = 32,4mm

 - Góc nâng của đờng ren trục vít r1 = 32,4mm

 = arctg(

1

1 q

3 , 67 m

= 5o71'

Thay số vào biểu thức (2.13) ta có:

T =

' 71 5 tg 4 , 32

250 55 , 63

o = 4904 KG

F - Diện tích tiếp xúc giữa trục vít với con lăn, coi nh tải trọngtác dụng lên một đờng ren con lăn Ta có công thức tính nh sau:

F = (1 - sin 1)r1 + (2 - sin 2)r2 (2.14)Trong đó:

1 - Góc của cung tiếp xúc giữa trục vít và con lăn

1 = 70o = 1,22 rad

2 - Góc nâng của cung tiếp xúc giữa con lăn và trục vít

2 = 84o = 1,47 radr1, r2 - Bán kính vòng chia của răng trục vít và con lăn

r1 = 32,4mm r2 = 27,6mm Thay số vào biểu thức (2.14) ta có:

4904

= 746,99 KG/cm2Con lăn đợc chế tạo bằng thép 30XH3A, 20XH, 12 XNA… Ngành ô tô chiếm vị trí rất quan trọng Trụcvít đợc chế tạo bằng thép 30X, 35XH… Ngành ô tô chiếm vị trí rất quan trọng có ứng suất chèn dập cho phéplà:

[chd] = 700 - 800 KG/cm2

Nh vậy kết quả ta tính đợc: chd = 746,99 Kg/cm2 < [chd]

Do đó trục vít và con lăn đủ bền

4.1.2 Tính ứng suất uốn con lăn

ứng suất uốn con lăn đợc xác định theo công thức:

u =

k 2 H 2

Y m q 3 , 1

K P

(2.15)Trong đó:

P2- Lực vòng sinh ra trên con lăn

P2 =

2

cc VL VL 2

2

d

i R P 2 d

M 2

Với : d2 - đờng kính vòng chia con lăn, d2 = 52,8mm

Thay số vào công thức (2.16) ta có-

P2 =

8 , 52

4 , 23 250 55 , 63 2

= 14082 KG KH- Hệ số tải trọng

m 2 3

2

T

T 1 Z

 - Hệ số biến dạng phụ thuộc vào q và Z1

Tra bảng ta có: ứng với q = 10; Z1 = 1 Vậy ta có  = 108

T2max - Mô men xoắn trung bình trên con lăn

T2m =

i 2 i

i 2 i i 2 n t

n t T





(2.19)Vì cơ cấu lái có thời gian làm việc khi quay vòng ngắn, tốc độquay vòng nhỏ cho nên T2max = hằng số = T2m Do vậy hệ số phân bố tảitrọng không đều trên răng con lăn:

KH = 1 KHV - Hệ số tải trọng động Với bộ truyền có vận tốc nhỏ, làm việc trong thời gian ngắn Nêntra bảng ta có: KHV = 1,3

Thay số vào công thức (2.17) ta có: Hệ số tải trọng

cos Z

L icc

Ln, Ld - Chiều dài đòn quay ngang và đòn quay đứng

icc - Tỉ số truyền của cơ cấu lái, icc = 23,4

 - Góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hớng phía trong  = 35oThay số vào công thức ta có:

Z2 = n1 icc = 2,4 23,4 = 56,16

Do đó ta có:

Zqd =

' 71 5 cos

16 , 56

o

3 = 57,15Tra bảng tìm hệ số răng, ứng với Zqd = 57,15 ta có hệ số dạngrăng Yk = 1,40

Thay số vào công thức (2.15) ta có:

u =

40 , 1 63 , 0 10 3 , 1

3 , 1 14082

2 = 2534,28 KG/cm2 = 253,43MN/m2Con lăn đợc chế tạo bằng thép 12XH3A có [u] = 480MN/m2 ứngsuất uốn của con lăn u = 253,43MN/m2 < [u] = 480MN/m2 do đó conlăn đảm bảo đủ bền khi làm việc

4.2 Kiểm tra bền đòn quay đứng

Đòn quay đứng dẫn động đòn kéo dọc vào van phân phối Khi ờng hoá không làm việc thì đòn quay đứng dẫn động đòn kéo dọc vớilực lái rất lớn Trong quá trình làm việc đòn quay đứng bị uốn xoắn, vìvậy ta kiểm tra bền đòn quay đứng theo ứng suất xoắn tại tiết diện nguyhiểm

c-l

1

c 1

b

a

d

i R

(2.20)Trong đó:

Qmax- Lực tác dụng lớn nhất trên đòn quay đứng

PVL- Lực lớn nhất tác dụng lên vành tay lái- PVL = 63,55KG icc- Tỉ số truyền của cơ cấu lái icc = 23,4

t - Hiệu suất thuận của cơ cấu lái t = 0,72

= 1274,63KG

4.2.1 Tính ứng suất uốn

Trên hình vẽ ta thấy tiết diện nguy hiểm là tiêt diện A-A (tại đó

đòn quay đứng thay đổi tiết diện) tiết diện hình chữ nhật đó là:

Chiều rộng: h = 25mm = 2,5cm Chiều ngang: b = 32mm = 3,2cm Cánh tay đòn: L = 186mm = 18,6cm ứng suất đợc xác định theo công thức:

u =

u

1 W

L Q

(2.21)Trong đó:

Q1 - lực lớn nhất tác dụng lên đòn quay đứng

b

 = 4267 mm2Thay số vào công thức (2.21) ta có:

u =

4267

186 63 , 1274

= 55,56 KG/mm2 = 555,6MN/m2

Đòn quay đứng đợc chế tạo bằng thép các bon trung bình 40X

đ-ợc tôi và ram, có [u] = 600MN/m2 và [x] = 260MN/m2 Nh vậy với u

= 555,6MN/m2 < [u] = 600MN/m2 nên đòn quay đứng đảm bảo đủbền

C- Khoảng cách lệch tâm, C = 50mm

ứng suất xoắn đợc tính theo công thức:

x =

x 1 x

x W

C Q W

25

32 h

b

 = 1,28 Tra bảng  = 0,219 Thay số vào ta có:

Wx = 0,219 25 322 = 5606,4 mm2Thay số vào công thức (2.22) ta có:

x =

4 , 5606

50 63 , 1274 W

C Q x

Đòn kéo dọc của hệ thống lái xe IFA-W50 có dạng hình trụ rỗng

Đờng kính ngoài D = 36mm, đờng kính trong d = 32mm Khi làm việc

đòn kéo dọc bị kéo, nén do mất ổn định (bị uốn dọc) vì vậy khi kiểm trabền ta cần tính theo ứng suất kéo, nén và ổn định

Hình 2.9 Sơ đồ lực tác dụng lên đòn kéo dọc

Tải trọng tác dụng lên đòn kéo dọc đạt tới lớn nhất khi phanh, lúc

đó mômen cản quay vòng quy dẫn tới đòn kéo dọc là:

PP1 = mP CT1 x Với: x - Hệ số bám dọc x = 0,8

Gbx - Tải trọng trên một bánh xe dẫn hớng Gbx = 1700KG

mP - Hệ số phân bố tải trọng khi phanh, mP = 1,5

Thay số vào ta có:

PP1 = 1,5 1700 0,8 = 2040 KG Thay số vào công thức (2.23) ta có:

2

2 , 242

Mdc  + 2040 130.10-3 = 386,3 KGm Vậy lực Q1 tác dụng lên đòn kéo dọc là:

3 n

d c 1

10 220

3 , 386 L

F- Diện tích tiết diện đòn kéo dọc

F =

4

(D2 - d2) =

4

14 , 3

(362 - 322) = 213,5mm2Thay số vào công thức (2.24) ta có:

n =

5 , 213

1756

= 8,23 KGmm2 = 82,3MN/m2

Nh vậy với n = 82,3MN/m2 < [n] = 150MN/m2 nên đòn kéo dọc

đủ bền về kéo nén

4.3.2 Kiểm tra độ ổn định đòn kéo dọc

Dới tác dụng của lực Q1 đòn kéo dọc có thể bị uốn dọc ứng suấtuốn dọc đòn kéo đợc tính theo công thức:

ud =

d 2 d min 2

F L

J E



(2.25)Trong đó:

E- Môđun đàn hồi của vật liệu, E = 2 106 KG/m2

J- Mômen quán tính tiết diện

364 (1 - 0,894) = 3070,7mm2 = 3,07.10

-8m2

Ld - Chiều dài đòn kéo dọc Ld = 780mm = 78cm

Fd- Diện tích tiết diện đòn kéo dọc Fd = 2,14cm2

Thay số vào công thức (2.25) ta có:

ud = 2 2 26 88

10 14 , 2 ) 10 70 (

10 07 , 3 10 2 14 , 3







= 26,44 106 KG/m2 =264,4MN/m2

Độ ổn định của đòn kéo dọc xác định theo công thức:

4 , 264

= 3,2 > [nôđ] = 2 2,5Vậy đòn kéo dọc đảm bảo độ ổn định khi làm việc

4.4 Kiểm bền đòn kéo ngang hình thang lái

Đòn kéo ngang hình thang lái dẫn động hai bánh xe dẫn hớng, tảitrọng lớn nhất tác dụng lên đòn kéo ngang khi cả hai bánh xe dẫn hớng

bị phanh Khi đó lực tác dụng lên đòn kéo ngang làm quay hai bánh xedẫn hớng là:

Q2 =

c

e

PP

(2.26)Trong đó:

Q2- Lực tác dụng lên đòn kéo ngang

e- Khoảng cách từ tâm vết tiếp xúc bánh xe đến tâm trụ đứng c- Khoảng cách từ đòn kéo ngang tới dầm cầu dẫn hớng,

c = 150mm

Pp - Lực phanh tác dụng lên hai bánh xe dẫn hớng

Pp = mp G1 x = 1,5 3400 0,8 = 4080 KG Thay số vào công thức (2.26) ta có:

Q2 =

150

130 4080

Hình 2.10 Sơ đồ lực tác dụng lên đòn kéo ngang

4.4.1 ứng suất nén của đòn kéo ngang

Do Q2 là lực tác dụng lên đòn kéo ngang và đợc xác định theocông thức-

n =

t

2 F

Q

(2.27)Trong đó:

Q2- Lực tác dụng lên đòn kéo ngang, Q2 = 3536 KG

Ft- Diện tích tiết diện đòn kéo ngang

Ft =

4

D4

Với D - đờng kính đòn kéo ngang D = 36mm

Vậy Ft =

4

36 14 ,

3 2 = 1017,36 mm2 = 10,1736cm2Thay số vào công thức (2.27) ta có:

n =

1736 , 10

3536

= 347,57 KG/cm2 = 34,757 MN/m2

Nh vậy, với n = 34,34757MN/m2 < [n] = 150MN/m2 nên đònkéo ngang đảm bảo đủ bền về chịu nén

4.4.2 Tính ổn định của đòn kéo ngang

ứng suất uốn dọc của đòn kéo ngang dới tác dụng của lực Q2 đợctính theo công thức sau:

ud =

d 2 n min 2

F L

J E



(2.28)Trong đó:

E- Môđun đàn hồi của thép, E = 2 106 KG/cm2

Jmin- Mômen quán tính của tiết diện đòn kéo ngang

Jmin =

64

36 14 , 3 64

D



 = 82406mm2 = 8,24cm2

Ln - Chiều dài đòn kéo ngang Ln = 1376mm

F- Diện tích tiết diện đòn kéo ngang F = 10,1736cm2

Thay số vào công thức (2.28) ta có:

ud =

1736 , 10 6 , 137

24 , 8 10 2 14 , 3

2 = 843,54 KG/cm2 = 84,354MN/m2Tính ổn định của đòn kéo ngang đợc xác định theo công thức

354 , 84

= 2,45

Nh vậy với nôđ = 2,45  [nôđ] = 2 2,5 Nên đòn kéo ngang đảmbảo độ ổn định khi làm việc

4.5 Kiểm bền khớp cầu

Khớp cầu của đòn dẫn động lái trên xe IFA-W50 đợc bố trí ở đầu

đòn kéo dọc đầu xi lanh lực và đầu đòn kéo ngang hình thang lái Trongcác khớp cầu đó thì khớp cầu ở cuối đòn kéo dọc để dẫn động đòn quayngang phải chịu lực tác dụng lớn nhất

Khớp cầu đợc cấu tạo bởi hai bát cầu, khe hở giữa chúng đợckhắc phục nhờ lò xo khi dẫn động đòn quay ngang

Khớp cầu bị chèn dập bề mặt tiếp xúc với bát cầu, chân khớp cầu

bị cắt và uốn Khớp cầu đợc chế tạo bằng thép 12XH3A đợc xêmentíthoá bề mặt và có ứng suất cho phép

Kích thớc của khớp cầu

- Đờng kính mặt cầu: dc = 35mm

- Đờng kính chân cầu: dA = 19mm

- Khoảng cách từ chân tới tâm bắt với đòn quay ngang L = 25mm

- Tải trọng tác dụng lớn nhất lên khớp cầu chính là lực lớn nhấttác dụng lên đòn kéo Q1 = 1260,45KG

Q

Trong đó:

Q1 - Lực tác dụng lên khớp cầu, Q1 = 1260,45 KG

Ftx - Diện tích tiếp xúc giữa chỏm cầu và bát cầu

Khi khớp cầu làm việc chỉ có một phần của chóp cầu tiếp xúc vớibát cầu do vậy ta có sơ đồ tính toán

Hình 2.12 Sơ đồ tính diện tích chèn dập của khớp cầu

Diện tích tiếp xúc của chỏm cầu đợc tính theo công thức:

Ftx = 2. Rc hcTrong đó:

Rc- Bán kính chỏm cầu RC = 17,5mm

hc- Chiều cao chỏm cầu hc = 5,5mm

Vậy Ftx = 2 3,14 17,5 5,5 = 604,45mm2 = 6,04cm2

Thay số vào công thức (2.29) ta có:

chd =

04 , 6

1756

= 290,73 KG/cm2 = 29,73 MN/m2Vậy với chd = 29,73 MN/m2 < [chd] = 110MN/m2 nên khớp cầu

đảm bảo đủ bền về chèn dập

4.5.2 ứng suất uốn của khớp cầu tại tiết diện A-A

Khi làm việc khớp cầu bị ngàm tại chân của nó, do vậy khớp cầuchịu uốn tại chân khớp cầu là lớn nhất

ứng suất uốn của khớp cầu đợc tính theo công thức:

u =

u

u W

Vậy: Mu = 1756 24 10-3 = 42 KGm

Wu - Mô đun chống uốn tại tiết diện nguy hiểm

Wu = 0,1 d3 A = 0,1 (19 10 -3) = 0,6859 m3Thay số vào công thức (2.30) ta có:

u =

6859 , 0

42

= 61,234 KG/m2 = 612 MN/m2

Nh vậy u = 612 MN/m2 < [u] = 620MN/m2 nên khớp cầu đảmbảo đủ bền trong quá trình làm việc

4.5.3 ứng suất cắt tại tiết diện A-A

Dới tác dụng của lực Q1, do bị ngàm nên khớp có thể bị cắt tạitiết diện A-A

ứng suất cắt đợc xác định theo công thức sau:

c =

A

1 F

Q

(2.31)Trong đó:

FA- Diện tích tại tiết diện bị ngàm A-A

FA =

4

) 10 19 ( 14 , 3 4

c = 2

10 834 , 2

1756

 = 619,61.10-2 KG/cm2 = 61,8 MN/m2

Nh vậy với c = 61,9 MN/m2 < [c] = 85MN/m2 nên khớp cầu đảmbảo bền về ứng suất cắt

Chơng III Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe ifa - w50

1 Những yêu cầu khi cải tiến hệ thống lái

- Đảm bảo việc điều khiển ô tô một cách nhẹ nhàng

- Tránh khả năng gây ra sự dao động của các bánh xe dẫn hớng

- Độ chậm tác dụng phải nằm trong phạm vi cho phép

- Không có hiện tợng tự cờng hoá, nghĩa là không có hiện tợngngời lái xe không đánh tay lái mà xe vẫn tự quay vòng

- Đảm bảo tính chất tuỳ động lực, có nghĩa "cảm giác của đờng",

đợc thể hiện ở chỗ lực đặt vào vành tay lái phải tăng cờng cùng với sựtăng của lực cản quay vòng

- Hệ thống lái vẫn đảm bảo làm việc đợc khi hệ thống cờng hoá

bị hỏng

- Có độ nhạy cao, làm việc ổn định, bộ phận cải tiến chi tiết là ítnhất

- Không làm ảnh hởng tới khả năng việt dã của xe

- Không làm thay đổi quan hệ động học và động lực học giữa hệthống treo và hệ thống lái

- Chăm sóc bảo dỡng đợc thuận tiện, dễ dàng

- Chế tạo đơn giản, có giá thành cải tiến thấp

2 Phân tích lựa chọn phơng án cải tiến

7 6

9

11

8

* Đặc điểm

Bộ phận cờng hoá đợc bố trí trên cơ cấu lái loại trục vít thanh răng, bánh răng Khối trục vít êcubi vừa là bộ phận của cơ cấu láivừa đóng vai trò là một piston của xi lanh lực, vỏ cơ cấu lái đồng thời là

2

1 4

3

10 11 7

6

9

11