thiết kế hệ thống lái có cường hoá cho xe du lịch

Lời nói đầu === === 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. Thiết kế hệ thống lái có cờng hoá cho xe du lịch Chơng I Giới thiệu tổng quan về hệ thống lái 1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 1.1.1. Công dụng 1 Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hớng chuyển động nhờ quay các bánh xe dẫn hớng cũng nh để giữ hớng chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ôtô khi cần thiết. 1.1.2. Phân loại Theo bố trí bánh lái chia ra hệ thống lái với bánh lái bố trí bên phải hoặc bên trái (tính theo chiều chuyển động của xe). Bánh lái bố trí bên trái dùng cho những nớc thừa nhận luật đi đờng theo phía phải nh ở các nớc xã hội chủ nghĩa. Bánh lái bố trí bên phải dùng cho những nớc thừa nhận luật đi đờng theo phía bên trái nh ở Anh, Nhật, Thụy Điển Theo số lợng bánh dẫn hớng chia ra hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở cầu trớc, ở hai cầu và ở tất cả các cầu. Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra loại trục vít loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, thanh khía, quạt răng). Loại thanh răng Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cờng hóa chia ra loại cờng hóa thuỷ lực, loại cờng hoá khí nén, loại cờng hoá liên hợp (kết hợp cả thuỷ lực và điện). 1.1.3. Yêu cầu Dựa vào yêu cầu tối thiểu về sự an toàn của xe và hàng thì hệ thống lái phải có các yêu cầu sau: Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé. Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với 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 chính xác tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn h- ớng. Đảm bảo quan hệ tuyến tính giữa góc quay vành lái và góc quay bánh xe dẫn hớng. 2 Cơ cấu lái phải đợc đặt ở phần đợc treo để kết cấu hệ thống treo trớc không ảnh hởng đến động học cơ cấu lái. Hệ thống lái phải bố trí sao cho thụân tiện trong việc bảo dỡng và sửa chữa. 1.2. Tỷ số truyền hệ thống lái 1.2.1. Tỷ số truyền cơ cấu lái i c Tỷ số truyền cơ cấu lái i c là tỷ số giữa góc quay các phần tử tơng ứng của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng. Tỷ số truyền i c có thể không đổi hoặc thay đổi. Cơ cấu lái với tỷ số truyền thay đổi trong giới hạn rộng đợc dùng trớc hết trong hệ thống lái không có cờng hóa. Trong trờng hợp này nên dùng qui luật thay đổi tỷ số truyền nh trên hình 1.1. Từ hình vẽ thấy rằng trong phạm vi góc quay /2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại điều này đảm bảo chính xác cao trong khi lái ôtô trên đờng thẳng với tốc độ cao và làm nhẹ nhàng khi lái vì đa số thời gian lái là quay bánh 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 làm giảm ảnh hởng của những va đập từ bánh dẫn hớng lên ngời lái. Khi > /2 thì i c giảm rất nhanh ở hai phía rìa của đồ thị thì i c hầu nh không thay đổi. ở đoạn này khi quay bánh lái một góc nhỏ thì có thể làm cho bánh dẫn hớng quay một góc lớn nghĩa là làm cho khả năng uốn lợn của ôtô tốt hơn. 3 c d i d = = (1 1) : góc quay bánh lái : góc quay đòn quay đứng 180360 540 720 180 360 540 720 5 10 15 20 25 Hình 1.1 Quy luật thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu lái i c thích hợp nhất. 1.2.2. 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 sẽ thay đổi. Trong các kết cấu hiện nay i d thay đổi không nhiều lắm. i d = 0,9 ữ 1,2 1.2.3. Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái i g Là tỷ số của góc quay vành tay lái và góc quay của bánh xe dẫn hớng. Tỷ số truyền này bằng tích số giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái i c và tỷ số truyền của dẫn động lái i d . i g = i c . i d (1 - 2) 1.2.4. 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 p = (1 - 3) , c l c l M M p p c r = = (1 - 4) Trong đó: M c - mômen cản quay vòng của bánh xe. c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đờng trục đứng kéo dài. M l - mômen lái đặt trên vành lái. r - bán kính vành tay lái. Nh vậy ta có: . c l l M r i c M = (1 - 5) Bán kính vành tay lái ở da số ôtô hiện nay là 200 ữ 250mm và tỷ số truyền góc i g không vợt quá 25 vì vậy i l không đợc lớn quá, i l hiện nay chọn trong khoảng từ 10 ữ 30. 4 1.2.5. Hiệu suất thuận Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống. Hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất thuận cao. 1.2.6. Hiệu suất nghịch Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trục lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyển động của ôtô sẽ không truyền đến bánh lái đợc vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái. Đây là một tính chất rất quí của cơ cấu lái. Nhng không thể đa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì khi đó bánh lái xẽ không tự trả lại đợc về vị trí ban đầu dới tác dụng của mômen ổn định. Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban 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. 1.3. Một số loại cơ cấu lái thờng dùng Hiện nay cơ cấu lái thờng dùng trên ôtô có những loại: trục vít cung răng, trục vít con lăn, trục vít chốt quay và loại liên hợp. 1.3.1 Cơ cấu lái trục vít con lăn Loại cơ cấu lái này hiện nay đợc sử dụng rộng rãi nhất. Trên phần lớn các ôtô Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này. Trên hình 1.2 trình bày cơ cấu lái loại trục vít con lăn. Cơ cấu lái gồm trục vít gơbôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng. Số lợng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái. 5 Hình 1.2 Cơ cấu lái trục vít con lăn A A A-A B Nhìn theo B 1 1 2 1 3 1 Ưu điểm: Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhng sự tiếp xúc các răng ăn khớp đợc lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm đợc áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn. Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc đợc phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm con lăn có hai đến bốn vòng ren. Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay đợc ma sát trợt bằng ma sát lăn. Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng. Đờng trục của con lăn nằm lệch với đờng trục của trục vít một đoạn = 5 ữ 7mm, điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá trình sử dụng. Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác định theo công thức: 2 1 2. . . c r i t z = (1 - 6) Trong đó: r 2 - bán kính vòng tròn ban đầu của hình glô-bô-it của trục vít. t - bớc của trục vít. 6 z 1 - số đờng ren của truc vít. Tỷ số truyền của cơ cấu lái i c sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng 5 ữ 7% nhng sự tăng này không đáng kể coi nh tỷ số truyền của loại trục vít con lăn là không thay đổi. Hiệu suất thuận th = 0,65, hiệu suất nghịch ng = 0,5. 1.3.2 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. Ưu điểm: Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trớc. Tùy theo điều kiện cho trớc khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian. Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hay đòn quay và trục vít phát sinh ma sát trợt. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt đợc đặt trong ổ bi. Nếu bớc của trục vít không đổi thì tỷ số truyền đợc xác định theo công thức: 7 Hình 1.3 Cơ cấu lái trục vít chốt quay 2 2. . . c r i Cos t = (1 - 7) Trong đó: - góc quay của đòn quay đứng. r 2 - bán kính đòn quay. Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7. Cơ cấu lái này đợc dùng trớc hết ở hệ thống lái không có cờng hoá nó đợc dùng chủ yếu cho ôtô tải và ôtô khách. Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít đợc sử dụng vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thân chốt có độ chịu mài mòn kém. Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay đứng theo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái. 1.3.3 Cơ cấu lái trục vít cung răng Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung răng là hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đờng nên toàn bộ chiều dài của cung răng đều truyền tải trọng. Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ mòn của trục vít và cung răng đều giảm. Để đạt độ cứng vững tốt ngời ta đặt trục đòn quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng. Khe hở ăn khớp thay đổi từ 0,03mm (ở vị trí trung gian), 0,25 ữ 0,6mm ở vị trí hai bên rìa. Điều chỉnh khe hở ăn khớp nhờ thay đổi chiều dày của đệm đồng 2. Khắc phục khoảng hở trong các ổ, thanh lăn nhờ giảm bớt các đệm điều chỉnh 1 từ nắp trên của vỏ. 8 Hình 1.4 Cơ cấu lái trục vít cung răng Ưu điểm: Cơ cấu lái trục vít cung răng có u điểm là giảm đợc trọng lợng và kích thớc so với loại trục vít bánh răng. Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của cung răng nên áp suất trên răng bé, giảm đợc ứng suất tiếp xúc và hao mòn. Tuy nhiên loại này có nhợc điểm là có hiệu suất thấp. Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng đợc xác định theo công thức: 0 2. . c r i t = (1 - 8) Trong đó: r 0 - bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng. t - bớc trục vít. Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị không đổi. Hiệu suất thuận khoảng 0,5 còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4. Cơ cấu lái loại này có thể dùng trên các loại ôtô khác nhau. 1.3.4. Cơ cấu lái loại liên hợp Loại cơ cấu lái này gần đây đợc sử dụng rộng rãi trên các loại ôtô tải GMC, không có cờng hoá thuỷ lực và trên ôtô ZIN - 130, ZIN - 131 với cờng hoá thuỷ lực. Cơ cấu lái loại liên hợp hay dùng nhất là loại trục vít - êcu - cung răng. Sự nối 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. 9 Hình 1.5 Cơ cấu lái loại liên hợp Tỷ số truyền của cơ cấu lái này có giá trị hkông đổi và đợc xác định theo công thức: 0 2. . c r i t = (1 - 9) Trong đó: r 0 - bán kính ban đầu của cung răng. t - bớc của trục vít. Hiệu suất thuận vào khoảng 0,7 hiệu suất nghịch vào khoảng 0,85. Do hiệu suất nghịch cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trên đờng mấp mô sẽ nặng nhọc, nhng nó có khả năng làm cho ôtô chạy ổn định ở hớng thẳng nếu vì một nguyên nhân nào đó làm bánh xe phải quay vòng. Cơ cấu lái loại liên hợp có đặc điểm nổi bật là có khả năng làm việc dự trữ rất lớn, vì vậy nó đợc dùng chủ yếu trên các loại ôtô cỡ lớn. 1.4. Cờng hoá hệ thống lái 1.4.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại a. Công dụng Cờng hoá của hệ thống lái có tác dụng làm giảm nhẹ cờng độ lao động cho ng- ời lái, giảm mệt mỏi khi xe chạy trên đờng dài. Ngoài ra cờng hoá lái còn nhằm 10 [...]... loại Các loại cờng hoá hệ thống lái hiện nay là: Cờng hoá hệ thống lái bằng khí nén Cờng hoá hệ thống lái bằng thuỷ lực Cờng hoá hệ thống lái bằng cơ khí và bằng điện (hiện nay ít đợc sử dụng) 1.4.2 Phân tích một số loại cờng hoá hệ thống lái a Hệ thống cờng hoá bằng khí nén Loại hệ thống cờng hoá này dùng lực khí nén để tạo ra lực cờng hoá Loại này hiện nay trong nghành thiết kế va tính toán ôtô... động khi có sự cố lớn ở bánh xe (nổ lốp, hết khí nén trong lốp) và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành lái b Yêu cầu Cờng hoá hệ thống lái phải thoả mãn các yêu cầu sau: Khi bộ cờng hoá hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc đợc tuy nhiên lái nặng hơn Chỉ gài bộ cờng hoá khi lực cản quay vòng lớn, khi lực cản quay vòng bé hệ thống lái làm việc nh bình thờng, tức là lúc ấy lực đặt lên vành lái đối... lái đối với ôtô du lịch P1= 10 ữ 20N, đối với ôtô tải P1= 30 ữ 40N Bộ cờng hoá phải giữ cho ngời lái có cảm giác sức cản trên mặt đờng khi quay vòng, thời gian tổn hao để cờng hoá phải là tối thiểu và phải đảm bảo tỷ lệ giữa lực tác dụng, góc quay trục vô lăng và góc quay bánh dẫn hớng Hệ thống lái có cờng hoá phải đảm bảo cho ngời lái giữ đợc hớng chuyển động khi bánh xe đột ngột có sự cố( rơi vào... sang phải, do đó bánh xe dẫn hớng 3 sẽ quay về bên A Xilanh lực Thanh kéo dọc phải Dầu bên dẫn hướng lực theo ống dẫn 13 và 4 trở về bình chứa 8 trái xilanh Bánh xe trượt Con Hệ thống cờng hoá lái thuỷ lực không có bộ ăcqui áp suất Bơm dầu b Sơ đồ nguyên lý: Van đĩa a Loxo định tâm Vành tay lái Đường dầu hồi 10,11- Đường dầu 13 Hình 1.7 Sơ đồ cường hoá hệ thống lái thuỷ lực không có bộ ắcquy áp suất... va tính toán ôtô không còn dùng nữa b Hệ thống cờng hoá bằng thuỷ lực 11 Cờng hoá lái loại thuỷ lực hiện nay đợc dùng nhiều trên các ôtô hiện đại vì nó có những u điểm hơn so với hệ thống lái cờng hoá khí nén: áp suất chất lỏng của hệ thống thuỷ lực lớn p = 6 ữ 10 MN/cm2 nên giảm đợc kích thớc và trọng lợng xilanh lực, không ồn khi làm việc Tác dụng của bộ cờng hoá nhanh, thời gian chậm tác dụng của... các bánh xe dẫn hớng phía trớc hoặc quay vòng đồng thời cả các bánh xe dẫn hớng phía trớc và phía sau, tuy nhiên biện pháp quay vòng hai bánh xe dẫn hớng phía trớc đợc dùng phổ biến hơn do nó có hệ thống lái đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo đợc động học quay vòng của ôtô Khi xe vào đờng vòng, để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hớng không bị trợt L 0 B Rs Hình 1.14 Sơ đồ động học quay vòng của ôtô có hai bánh... đứng của cầu dẫn hớng L - Chiều dài cơ sở của xe Trong thực tế, để duy trì đợc mối quan hệ động học quay vòng giữa các bánh xe dẫn hớng, trên ôtô hiện nay ngời ta thờng phải sử dụng một hệ thống các khâu khớp tạo nên hình thang lái Hình thang lái đơn giản về mặt kết cấu nhng không đảm bảo đợc mối quan hệ chính xác giữa những góc quay vòng của các bánh xe dẫn hớng nh nêu trong biểu thức (1 - 14) Mức... trớc sẽ đợc sử dụng để đảm bảo tính ổn định của các bánh xe dẫn hớng, bởi vì trên mặt đờng cứng khi các bánh xe dẫn hớng bị lệch khỏi vị trí trung gian của chúng thì trục trớc của bánh xe sẽ đợc nâng lên Sơ đồ của bánh xe dẫn hớng có trụ quay đứng đặt nghiêng ngang một góc đợc biểu thị trên hình 1.9 Nếu xem nh bánh xe không có góc doãng thì ta có thể phân phản lực thẳng đứng của đất Z b làm hai thành... dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái Khi bánh xe bị đặt nghiêng, nó có xu hớng lăn theo một cung tròn với tâm quay là giao điểm của đờng tâm bánh xe và mặt đờng Điều này dẫn đến làm nảy sinh ở vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng phản lực bên hớng về phía nghiêng của bánh xe Nh vậy lực cản lăn đối với bánh xe nghiêng và độ mài mòn lốp sẽ tăng lên 1.6.2 Góc chụm Ngoài góc doãng, các bánh xe dẫn... trong B hệ thống trục trớc và dẫn động lái Làm giảm ứng suất trong vùng xúc của bánh xe với mặt đờng do góc doãng của bánh xe dẫn hớng gây nên ứng suất nhỏ nhất trong vùng tiếp xúc A Hình 1.13 Góc chụm (độ chụm) của các bánh xe dẫn hướng phía trước 20 đạt khi góc chụm bằng 0,15 ữ 0,2 góc doãng Tóm lại ôtô có độ ổn định tốt là các bánh xe dẫn hớng phải tự động giữ đợc chuyển động thẳng theo hớng đã cho . 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. Thiết kế hệ thống lái có. ) c. Phân loại Các loại cờng hoá hệ thống lái hiện nay là: Cờng hoá hệ thống lái bằng khí nén. Cờng hoá hệ thống lái bằng thuỷ lực. Cờng hoá hệ thống lái bằng cơ khí và bằng điện (hiện nay. một số loại cờng hoá hệ thống lái a. Hệ thống cờng hoá bằng khí nén Loại hệ thống cờng hoá này dùng lực khí nén để tạo ra lực cờng hoá. Loại này hiện nay trong nghành thiết kế va tính toán ôtô