thiết kế hệ thống lái trục vít ê cu bi thanh răng cung răng

1 Đề bài: Loại ô tô : xe tải Loại cơ cấu lái : trục vít êcu bi cung răng, có c-ờng hoà i c = 20 Bánh xe có kí hiệu : 260 508 Tải trọng lên bánh xe dẫn h-ớng : Z = 2575 ( KG ) Chiều dài cơ sở của ô tô: L = 3800 (mm) Chiều rộng cơ sở :B = 1800 (mm) Hệ thống treo phụ thuộc I. Những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống lái 1. đảm bảo tính năng vận hành cao của ô tô nghĩa là có khả năng quay vòng nhanh và ngoặt trên nh-ng đ-ờng có diện tích giới hạn 2. Nhẹ nhàng trong việc điều khiểncả khi quay vòng tại chỗ và khi chuyển động . lực trên vành tay lái khi quay vòng các bánh xe dẫn h-ớng tại chỗ trên mặt đ-ờng bê tông nhựa khô không đ-ợc quá 16 20 KG 3. Phải có động học quay vòng đúng có nghĩa là khi quay vòng tất cả các bánh xe chỉ lăn mà không bị tr-ợt. 4. Truyền tối thiểu những va đập nghịch đảo lên vành tay lái. 5. Các bánh xe dẫn h-ớng có khả năng quay về vị trí ban đầuvà giữ đ-ợc chuyển động đã cho của ô tô. 6. Chính xác về tính chất tuỳ động và động lực học nghĩa là đảm bảo sự phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của các bánh xe dẫn h-ớng. 7. Có độ bền lâu và độ tin cậy cao. 8.Thuận tiện trong sử dụng và bảo d-ỡng. 9 Không có những khe hở lớn trong hệ thống lái. 2 Bố trí chung của hệ thống lái 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 10 11 13 14 3 1 : Vành tay lái 8:Cam quay 2: Trục lái 9:Trục đứng 3:Cơ cấu lái 10:Từ bơm dầu 4:Van phân phối 11:Bánh xe dẫn h-ớng 5:Xy lanh chính 12:Dầm cầu dẫn h-ớng 6:Đòn quay ngang 13:Xy lanh trợ lực 7:Thanh lái 14:Về bầu dầu 3 II .Chọn những thông số chủ yếu và tính động học dẫn động lái Nhiệm vụ tính động học dẫn động lái là xác định những thông số tối -u của hình thang lái , động học quay vòng đúng và chọn những giá trị cần thiết của tỉ số truyền dẫn động lái. Theo lý thuyết quay vòng để nhận đ-ợc sự lăn không tr-ợt của các bánh xe dẫn h-ớng khi quay vòng thì hệ thống lái phải bảo đảm mối quan hệ sau đây của các góc quay của bánh xe dẫn h-ớng bên ngoài và bên trong với tâm quay vòng. cotg - cotg = B/L (1) B = 180 cm : là khoảng cách giữa đ-ờng tâm trụ đứng đo trên mặt phẳng hình thang lái . L = 380 cm : chiều dài cơ sở của ô tô. Với = 0 0 45 0 ta lập đ-ợc đ-ờng cong lý thuyết biểu thị mối quan hệ = f () = arccotg(B/L + cotg) : góc quay của bánh xe dẫn h-ớng phía bên trong. : góc quay của bánh xe dẫn h-ớng pkía bên ngoài. Ta chọn sơ bộ thông số của hình thang lái: + Chiều dài đòn bên hình thang lái m = 0,15 * B = 0,15 * 180 = 27 (cm) Từ quan hệ hình học của hình thang lái chúng ta rút ra mối quan hệ giữa góc quay bánh xe dẫn h-ơng bên ngoài và bên trong: = f (,m,) (2) 4 )sin(**2 )sin(*sin**2sin**2 arcsin )sin(* )cos(* 22 2 BmB BmBm mB m arctg với = 90 0 - = 15 0 35 0 : là góc giữa đòn bên hình thang lái và mặt thẳng dọc của ô tô. : là góc giữa đòn bên và dầm cầu dẫn h-ớng. = 60 0 70 0 ở biểu thức trên là một tham số , với mỗi gía trị của ta có một đ-ờng cong nhất định ( theo biểu thức 2).Ta vẽ họ đ-ờng cong này trên cùng một hệ toạ độ với đ-ờng cong lý thuyết 1.Trong đó có một đ-ờng cong nằm sát đ-ờng cong lý thuyết 1 mà sai lệch giữa chúng chỉ là 1 0 , ứng với đ-ờng cong trên ta có = 20 0 Từ đó ta xác định đ-ợc chiều dài thanh ngang của hình thang lái n = B 2*m*sin = 161,5(cm) đặc tính của hình thang lái ứng với góc tối -u. lý thuyết thực tế 0 0 0 3 3 3 6 6 6 9 8 8 12 11 11 15 12 13 18 15 16 21 18 18 24 20 20 27 22 23 30 24 25 5 33 26 27 36 28 29 39 30 30 42 31 32 45 33 33 III. Tính toán các chi tiết của hệ thống lái. 3.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống lái. Tỷ số truyền của hệ thống lái (tỷ số truyền động học)bằng tỷ số góc quay của trục vành tay lái và góc quay t-ơng ứng của can quay.Tỷ số truyền này một mặt cần phải đủ lớn để ứng với một lực nhât định nào đó tác động vào vành tay lái sẽ làm quay đ-ợc các bánh xe dẫn h-ớng trong những điều kiện nặng nhọc nhất, đó là khi quay vòng tại chỗ trên mặt đ-ờng nhựa(hoặc bê tông)khô 6 và chở đủ tải. Mặt khác tỷ số truyền của hệ thống lái không đ-ợc quá lớn để không làm ảnh h-ởng tới tính năng vận hành của ô tô. Tỷ số truyền của hệ thống lái biểu thị bằng tích số giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái (từ trục lái tới trục đòn quay đứng) và tỷ số truyền của dẫn động lái(từ trục đòn quay đứng tới các cam quay). i = i c *i d = 20*1,35 = 27 Trong đó: i c = 20: là tỷ số truyền của cơ cấu lái i d : là tỷ số truyền của dẫn động lái, đ-ợc xác định bằng tỷ số giữa chiều dài các đòn nối với thanh kéo dọc d n d l l i l n = m = 27 (cm): chiều dài đòn bên hình thang l d = 20(cm): chiều dài đòn quay đứng 3.2 Xác định chế độ tải trọng Mô men cản quay vòng ở các bánh xe dẫn h-ớng đ-ợc xác định khi ô tô quay vòngtrên mặt đ-ờng nhựa khô và chở đủ tải. Mô men cản quay vòng đ-ợc xác định ứng với thời điểm bắt đầu tr-ợt lết của các bánh xe dẫn h-ớng và trị số của nó là không đổi theo góc quay bánh xe.Mô men cản bao gồm : - Mô men cản lăn M 1 - Mô men cản M 2 gây ra sự tr-ợt bên của bánh xe dẫn h-ớng với mặt đ-ờng - M 3 : mô men cản ổn định các bánh xe dẫn h-ớng M 1 = G bx *f*a = 231,1(KG.cm) M 1 : mô men cản lăn G bx = Z = 2575(KG): trọng l-ợmg tác dụng lên một bánh xe dẫn h-ớng f = 0,015: hệ số cản lăn a= 60 (mm): tay đòn của lực cản lăn đối với trụ đứng của hình thang lái M 2 = G bx * *x = G bx * *0,14*R bx = 10780(KG.cm) M 2 : mô men cản gây ra sự tr-ợt bên của bánh xe dẫn h-ớng với mặt đ-ờng 7 = 0,6 0,8: hệ số bám, chọn = 0,6 x: tay đòn của lực ngang đối với trụ đứng của hình thang lái R bx = 48(cm): bán kính động lực học của bánh xe đ-ợc xác định nh- sau: Lốp có kí hiệu 260 508 tức là Chiều rộng lốp B = 26(cm) Đ-ờng kính vành bánh xe d = 50,8(cm) R bx = *R 0 = 48(cm) = 0,935( lốp có áp suất thấp) ảnh h-ởng của mô men cản M 3 đ-ợc xác định bằng thực nghiệm và đúc rút thành một hệ số = 1,07 1,15 , chọn = 1,12 Vậy mô men tổng cộng M = 2*(M 1 + M 2 )* = 24679,42(kG.cm) *Lực trên vành tay lái khi quay vòng các bánh xe dẫn h-ớng( khi không có có c-ờng hoá lái) )(41,68 **** max KG iiR M P ddcddcv R v : bán kính vành tay lái R v = 190 275(mm), chọn R v = 250(mm) i c : tỷ số truyền của cơ cấu lái i dd : tỷ số truyền của dẫn động lái c = 0,65: hiệu suất thuận của cơ cấu lái dd = 0,6: hiệu suất của dẫn động lái( trục vít êcubi cung răng) 3.3 Tính bền các chi tiết của hệ thống lái *Lực tác dụng lên đòn quay đứng )(2,1306 *** max KG i iRP N d ccv *Lực tác dụng lên các thanh của hình thang lái( thanh ngang) )(4,51 2 0 cm d BR 8 Trong đó Pp: là lực phanh lên cầu m 1p = 1,4: hệ số phân bố lại tải trọng khi phanh = 0,6: hệ số bám b = m*cos = 29,83(cm) G 1 : trọng l-ợng tác dụng lên các bánh xe tr-ớc của ô tô ở trạng thái tĩnh - ứng suất uốn dọc nguy hiểm Fl JE n u * ** 2 2 - ứng suất nén F Q n *Thanh kéo trung gian ( tính theo nén và uốn dọc) Các thông số của thanh: - Chiều dài: h = 76 cm - Đ-ờng kính: D = 2,4 cm - Diện tích tiết diện: F = 0,785*D 2 = 4,52(cm 2 ) - Mô men quán tính của tiết diện: J = 0,049*D 4 = 1,63(cm 4 ) - Môđuyn đàn hồi khi kéo: E = 2*10 6 (KG/cm 2 ) ứng suất uốn dọc ứng suất nén Độ dự trữ ổn định của thanh kéo trong kết cấu( k = 1,25 ~2,5) 3,2 n ud k k = 2,3: thoả mãn yêu cầu ))(82,216 *2 *** * 11 kG b amG b aPp Q p )/(74,613 * ** 2 2 2 cmKG Fl JE ud )/(6,264 2 cmkG F Q n 9 *Trục lái :Là một ống thép rỗng đ-ợc tính theo xoắn bởi mô men sinh ra do lực tác dụng của ng-ời lái lên vành tay lái )/(67,394 )(*2,0 ** 2 max cmKG dD DRP v = 394,67(KG/cm 2 ) < [] = 600(KG/cm 2 ) D : đ-ờng kính ngoài của trục lái, chọn D = 30(mm) d : đ-ờng kính trong của trục lái, chọn d = 20(mm) Góc xoắn : )(04,0 * **2 rad GD L Thoả mãn : = 3 0 < 5,5 0 L : chiều dài trục lái, L = 1,2(m) G : môđuyn đàn hồi dịch chuyển, G = 8*10 4 (MN/m 2 ) 3.4 Tính cơ cấu lái *Cặp truyền lực trục vít cung răng Trục vít chịu nén và chịu xoắn cho nên ta tính ứng suất t-ơng t-ơng do nén và xoắn 22 3 ntd n :ứng suất nén hoặc kéo do lực dọc trục gây ra P: lực dọc trục P= Pmax*i v * = 241,89(KG) i v : tỷ số truyền của trục vít êcu 16,4 * * zs R i v v s: b-ớc ren, s =t =*m = 9,24 m: mô đun của trục vít z =2: số mối ren : hiệu suất của hệ thống truyền lực, = 0,85 d P n * *4 10 2000 *1,0 * 3 d lN d (Wu =0,1*d 3 ) d 1 : đ-ờng kính nhỏ nhất của trục vít )(1,5 2000*1,0 * 3 cm lN d d )/(46,64 *2,0 * 2 3 max cmKG d RP v )/(84,11 * *4 2 2 cmKG d P n Vậy : )/(112 2 cmKG td *Cặp truyền lực trục vít ê cu Theo tài liệu chi tiết máy ta có : - Mô đun của trục vít m = 0,3(cm) - Hệ số đ-ờng kính: q = 12 - Đ-ờng kính vòng chia của trục vít: d = m*q = 3,6(cm) - Đ-ờng kính của viên bi: D b = 0,7938(cm) - Chiều cao của đ-ờng ren ê cu: h = D b /3 = 0,26(cm) - Số ren vít trên chiều dài của ê cu: i = 6 - Bán kính khuỷu êcu: R = 2(cm) ứng suất cắt của đ-ờng ren êcu )/(205 **** * 2 cmKG Rihd iQ d c c = 205(KG/cm 2 ) < [ c ] = 600(KG/cm 2 ) 3 *2,0 max* d RvP Wx M )*(2000][ * 2 cmKG Wu ldN u [...]... bình đặt vào vành tay lái khi không có c-ờng hoá t= 1200: góc quay của trục lái từ vị trí giữa đến mép ngoài cùng *Công suất tiêu hao của ng-ời lái để quay vành tay lái Nv Atb 62,8( KG.cm / s) tq Với tq= 2,5 giây : thời gian quay vòng tối đa khi xe với vận tốc 2 m/s 19 Kết luận Trong quá trình tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe ti với loại cơ cấu lái : trục vít - cu bi cung răng, có c-ờng hoá... thức Pt P iv * iv: tỷ số truyền của mối ghép trục vít ê cu = 0,85 : hiệu suất truyền lực của mối ghép P: lực dọc trục áp dụng công thức trên vào cơ cấu lái của ta, lúc đó lực vòng P T đóng vai trò lực Py , còn lực dọc trục P tác dụng lên ê cu chính là lực mà ta cần tính Lực đó chính bằng áp lực của dầu tác dụng lên pistông ê cu của bộ c-ờng hoá thuỷ lực Bi n đổi công thức ta có P= Py*iv* Theo tài liệu... đặt vào vành tay lái do ng-ời lái sinh ra Pb=16 (KG).Ta giả định rằng bộ c-ờng hoá sẽ sinh ra một lực đặt lên vành tay lái ký hiệu là Py, vậy ta có bi u thức sau: Pmax=Py+Pb Py: lực do bộ c-ờng hoá sinh ra Pb: lực của ng-ời lái tác động Ta đi xác định Py Theo tài liệu chi tiết máy đối với cơ cấu trục vít ê cu, chúng ta có mối quan hệ giữa lực vòng PTvà lực dọc trục P tác dụng lên ê cu theo công thức... mặt đ-ờng không bằng phẳng 1 2 Mô men uốn: M u * c * G1 * K d 13 IV .Thiết kế c-ờng hoá lái *C-ờng hoá thuỷ lực có hiệu quả tác dụng cao và đặc bi t là tính chất tuỳ động kích th-ớc và khối l-ợng nhỏ gọn, tốc độ tác động cao(0,05 giây), có tác dụng giảm những va đập của mặt đ-ờng lên vành tay lái và lên các chi tiết của hệ thống lái, cho phép giữ đ-ợc h-ớng chuyển động đã cho của xe trong tr-ờng hợp... lực để thoả mãn điều kiện trên ta có : Qb *b * (1 ) F * ds dt b= 0,75 : hiệu suất của bơm = 0,05 : độ lọt dầu trong hệ thống 17 F: diện tích của pistông cu trong xy lanh lực ds/dt: tốc độ dịch chuyển của pistông Xy lanh lực đặt trong thanh kéo trung gian nên: F * D2 4 18,18(cm 2 ) ds * nv * ld 5,34(cm / s) dt 30 * ic nv: tốc độ quay cực đại của vành tay lái do ng-ời lái nv= 6070 (v/p) ds dt... pistông cu [p]: áp suất cho phép của dầu, [p]=100( KG/cm2) Vậy ta có : D 4* P 4 * (68,41 16) * 43 * 0,85 4,9(cm 2 ) *[ p] 3,14 *100 2.Tính toán lực nén sơ bộ của lò xo định tâm Xuất phát từ công thức P T * hb 2 * * Rv * T: lực nén sơ bộ của lò xo định tâm hb:b-ớc của trục vít Rv: bán kính vành tay lái =0,85: hiệu suất truyền lực từ vành tay lái đến van tr-ợt P: lực đặt lên vành tay lái, P=510(N)... lên vành tay lái, P=510(N) chọn P= 7 (N) Bi n đổi công thức ta có: T P * 2 * * Rv * 51,9( KG) hb 3.Tính diện tích của pistông phản ứng Theo tài liệu chi tiết máy ta có : PB= P+Pp PB: lực toàn bộ đặt trên vành tay lái của ng-ời lái để gài bộ c-ờng hoá P: lực đặt lên vành tay lái để khắc phục lực nén sơ bộ của lò xo định tâm Chọn P=7(N) Pp: lực đặt lên vành tay lái để chống lại lực của pistông phản ứng... lên vành tay lái :Pmax= 68,41(KG) Lực tác dụng lên đòn quay đứng : N = 1306,2(KG) Lực tác dụng lên các thanh của hình thang lái : Q = 216,82(KG) Tay đòn của lực cản lăn đối với trụ đứng : a = 6(cm) Tay đòn của lực ngang đối với trụ đứng : x = 7(cm) Lực ngang :Y Lực cản lăn : Pf n= 161,5(cm) m = 27(cm) b= 29,5(cm) Chiều dài đòn quay đứng : lđ = 20(cm) Chiều dài đòn quay ngang :ln = 27(cm) Chiều dài trục. .. vào vành tay lái phải tăng cùng với sự tăng của lực cản quay vòng 1.Xác định đ-ờng kính làm việc của xy lanh lực Ta đi xác định lực cực đại Pmax tác dụng lên vành tay lái ứng với tr-ờng hợp ô tô quay vòng tại chỗ, lúc đó mô men cản quay vòng với trụ đứng có giá trị lớn nhất P max M 68,41( KG) Rv * il * t Mc: mô men cản tổng cộng Rv: bán kính vành tay lái il: tỷ số truyền lực của hệ thống lái t: hiệu... cấu sử dụng (xy lanh thuỷ lực) tỷ lệ với lực đặt vào vành tay lái và góc quay của nó, tạo ra lực cần thiết làm quay vòng các bánh xe dẫn h-ớng *Yêu cầu của c-ờng hoá lái - Bảo đảm lái ô tô một cách nhẹ nhàng - Tránh khả năng gây ra sự dao động của các bánh xe dẫn h-ớng - Bảo đảm tính chất tuỳ động động học( ứng với mỗi góc quay của vành tay lái phải t-ơng ứng với một góc quay xác định của bánh xe dẫn . thống truyền lực, = 0, 85 d P n * *4 10 200 0 *1 ,0 * 3 d lN d (Wu =0, 1*d 3 ) d 1 : đ-ờng kính nhỏ nhất của trục vít )(1,5 200 0*1 ,0 * 3 cm lN d d )/(46,64 *2 ,0 * 2 3 max cmKG d RP v . phối ) (02 6 ,0 *28 80 * **2 ***2 ' cm dc Qb d pg dc Qb )(18,18 4 * 2 2 cm D F )/(34,5 * 30 ** scm i ldn dt ds c v )/(136 )05 ,01 ( * 3 scm b dt ds F Q b 19 p max = 800 00 g/cm 2 :. 2=2( +) = 0, 1(cm) 6.Các tiêu chuẩn cơ bản đánh giá c-ờng hoá *Góc quay không tải của vành tay lái ) (05 16 ,0 '* 0 rad R i v v 0 = 2,95 0 < 3 0 - 4 0 *Góc quay tự do to n bộ