TKMH kết cấu và tính toán ô tô

TKMH kết cấu và tính toán ô tô

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nền kinh tế đang tăng trưởng mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu

về giao thông vận tải ngày càng lớn Vai trò quan trọng của ô tô ngày càng được khẳng định vì ô tô có khả năng cơ động cao, vận chuyển được người

và hàng hóa trên nhiều loại địa hình khác nhau.

Với ô tô nói chung và xe khách nói riêng, an toàn chuyển động là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng của phương tiện.

Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động là hệ thống lái đặc biệt là ở tốc độ cao Với đề tài của mình, em đã cơ bản hoàn thành việc thiết kế hệ thống lái cho xe khách.

Trong quá trình làm TKMH, được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo

Nguyễn Hồng Quân và các thầy cô giáo trong bộ môn Cơ khí ô tô em đã

hoàn thành bài TKMH của mình Tuy nhiên trong quá trình thực hiện, chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót, do đó em rất mong nhận được

sự chỉ bảo và góp ý của các thầy và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

I, NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI

1, Nhiệm vụ

Hệ thống lái dùng để giữ đúng hướng chuyển động hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô khi cần thiết Có thể thay đổi hướng chuyển động bằng cách :

- Thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng.

- Thay đổi momen xoắn ở bánh sau chủ động

- Kết hợp cả 2 phương pháp.

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thi hệ thống lái là hệ thống quan trọng nhất

2, Phân loại

Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ô tô :

- Phân loại theo cách bố trí cơ cấu lái :

+ Loại cơ cấu lái đặt bên trái ( dùng cho các nước có luật giao thông quy định chiều chuyển động là bên phải, đại đa số các nước có luật giao thông đi bên phải )

+ Loại cơ cấu đăt bên phải ( dùng cho các nước có luật giao thông quy định chiêu chuyển dộng là bên trái , có rất ít nước thí dụ: Anh Thụy Diển , Nhật…)

- Theo kết cấu của cơ cấu lái:

+ Loại trục vít, bánh vít

+ Loại trục vít đòn quay

+ Loại thanh khía

+ Loại liên hợp ( Trục vít – ê cu – cung răng )

- Theo số bánh dẫn hướng :

+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng cầu trước

+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng cầu sau

+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu

- Theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực lái

+ Loại trợ lực lái thủy lực

+ Loại trợ lực lái loại khí

+ Loại trợ lực lái cơ khí

+ Loại trợ lực lái dùng điện

- Theo kết cấu của bộ phận thủy lực

+ Hệ thống lái với bộ phận chịu lực kiểu van xoay

+ Hệ thống lái với bộ phận chịu lực kiểu van trượt

3, Yêu cầu

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

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

- Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngoặt trong một thời gian ngẳn trên một diện tích rất bé.

- Lực tác động lên vành tay lái nhe, vành tay lái phải nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái để tạo cảm giác thoải mái cho người lái trong quá trình điều khiển.

- Đảm bảo động học quay vòng đúng để trong quá trình quay vòng bánh

xe không bị trượt lết.

- Hệ thống trợ lực phải đảm bảo chính xác, tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ của sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của các bánh xe dẫn hướng.

- Đảm bảo quan hệ tuyến tính giữa góc quay vành tay lái và góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng.

- Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không ánh hướng đến tính động học của cơ cấu lái.

- Hệ thống lái phải được bô trí sao cho thuận tiện cho quá trình bảo dưỡng, sữa chữa

- Không đòi hỏi người lái xe một cường độ lao động quá lớn khi điều khiển ô tô

- Đặt cơ cấu lái lên phần được treo của ô tô, cấu tạo đơn giản điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi

II, CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG LÁI

Cấu tạo cơ bản của hệ thống lái bao gồm các phần chính: vành lái, cơ

cấu lái, dẫn động lái.

- Cơ cấu lái là một hộp giảm tốc được bố trí trên khung hoặc vỏ của ô

tô đảm nhận phần lớn tỉ số truyền của hệ thống lái,

- Vành lái là cơ cấu điều khiển nằm trên buồng lái, chịu tác động trực tiếp của người điều khiển Nối liền giữa vành lái và cơ cấu lái là trục lái.

- Dẫn động lái gồm các kết cấu dẫn động nối từ cơ cấu lái tới các bánh

xe dẫn hướng và các liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng Bao gồm: hai đòn bên, đòn ngang, trục quay bánh xe.

Hình 1 Hệ thống lái đơn giản.

1 - Vành tay lái 2 - Trục lái 3 - Trục vít Bánh vít 5 - Cam quay bên trái

4-6,11,10 - Hình thang lái 7 - Đòn quay ngang 9 - Cam quay bên phải

13 - Đòn quay đứng.

III, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Phương án được giao là : “ Thiết kế hệ thống lái loại trục vít con lăn,

trợ lực thủy lực, với loại hệ thống treo trước sau phụ thuộc nhip.” Cơ cấu lái loại trục vít – con lăn, có những ưu điểm sau:

- Trục vít có dạng glôbôit nên mặc dù chều dài của trục vít lớn nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn, do giảm được ứng suất khi tiếp xúc và tính chống mài mòn tốt.

- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán, hoặc 2 vòng ren.

- Ít tổn thất do ma sát ( do thay thế má sát trượt bằng ma sát lăn)

- Có khả năng điều chỉnh được sự ăn khớp của răng Dường trục của con lăn lệch với đường trục của trục vít một đoạn (= 5-7 )mm điều này cho phép triệt tiêu sự hao mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá trình sử dụng

1, Cấu tạo

Hình 1 : Cấu tạo cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn.

1- Trục chủ động 4 - Đệm điều chỉnh 7 - Con lăn 11 - Ốc đổ dầu

2 - Vỏ cơ cấu lái 5 - Nắp dưới 8, 10 - Trục bị động 12 - Nắp.

3, 13 - Trục vít lõm 6 - Trục con lăn 9 - Bạc trục bị động 14 - Đòn quay Kiểu cơ cấu lái này sử dụng cặp ăn khớp trục vít, con lăn để thực hiện quá trình điều khiển xe chuyển hướng hay quay vòng.

Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu tạo được thể hiện trên hình 19, bao gồm trục vít lõm (3) được ghép căng với trục chủ động (trục lái) (1) và quay trên hai ổ đỡ cầu Con lăn (7) quay trên trục (6) và ăn khớp với trục vít lõm Giữa con lăn và trục (6) có ổ bi kim, trục (6) được gá trên nạng (8) đây

cũng là trục bị động, trục bị động quay trên bạc tựa dài (9) và được cố định theo phương dọc trục bằng các đai ốc Đầu ngoài của trục bị động (8)

có lắp đòn quay đứng (14) và được hãm chặt bằng đệm vênh và êcu.

Hình 2 : các chi tiết tháo rời của cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn.

Khi trục chủ động (1) quay làm trục vít lõm (3) quay theo Do trục vít

lõm (3) ăn khớp với con lăn (7) nên làm nó quay theo làm toàn bộ nạng (8) quay về hai phía tuỳ theo chiều quay của trục lái (1) Trục bị động (8) quay làm làm đòn quay đứng (14) quay theo và tác động vào cơ cấu dẫn động lái.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI

I CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC.

Trọng lượng phân bố cho cầu trước G a1 = 2610 (KG) = 26100 (N) Trọng lượng phân bố cho cầu sau G a2 = 5450 (KG) = 54500 (N)

Khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng

trong mặt phẳng chứa hình thang

Bán kính quay vòng nhỏ nhất của

bánh xe ngoài phía trước R ngoài min = 9,0 (m)

Loại hệ thống treo Trước sau phụ thuộc nhíp

II XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG LÁI

1 Xác định mô men cản quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng

Lực tác dụng lên vành tay lái của ô tô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ô tô tại chỗ Lúc ấy mô men cản quay vòng dọc bánh xe dẫn hướng M c

sẽ băng tổng số của momen cản lăn chuyển động M 1 , mômen cản do các bánh xe trượt lê trên đường M 2 và mômen cản cần thiết để làm ổn định dẫn hướng M 3 do cánh tay đòn a gây ra Khi xác định giá trị lực cực đại tác dụng lên vành lái P max còn M 3 có thể bỏ qua.

+ Mô men cản lăn M 1

+ Mô men cản trượt M 2

+ Mô men cản M 3 gây lên bởi việc làm ổn định các bánh xe dẫn hướng

* Tính mô men M 1

Theo tài liệu hướng dẫn thiết kế :

M 1 được xác định theo công thức : M 1 = Z f a ( N.m) (1)

Trong đó : Z 1 – Trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng,

)(130502

261002

Theo tài liệu hướng dẫn thiết kế :

M 2 được xác định theo công thức :

M 2 = Y.x = Z ϕ 0,14 R bx Với ϕ - hệ số bám, chọn ϕ = 0,7

x - tay đòn của lực ngang Y đối với chốt chuyển hướng của

hệ thống lái

thừa nhận x = 0,14.R b x

Ảnh hưởng của M 3 được xác định bằng thực nghiệm và đúc rút thành hệ số ảnh hưởng x= 1,07 – 1,15.

Chọn x = 1,1

R bx là bán kính làm việc trung bình của bánh xe

R bx = λ.r o Trong đó : λ- hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, và được chọn tùy thuộc vào

loại lốp Với lốp có áp suất thấp ta có λ = 0,93 ÷ 0,935 Chọn λ= 0,935

r - bán kính thiết kế của bánh xe dẫn hướng

4 , 25

B = H = 8,25 (inch)

d = 20 (inch)

)(55,4634

,252

2025,

Tổng mô men cản quay ở cả 2 bánh dẫn hướng tác dụng lên cam quay

và từ cam quay qua đòn dọc của dẫn động lái là:

M cq1 = 1+ 2 ×2= 2 ( +0,14 bx)×

Với ƞ t hiệu suất tính đến tiêu hao do ma sát ở cam quay và các khớp nối trong truyền động lái Với ô tô chi có cầu trước dẫn hướng ƞ t = 0,5 – 0,7 Chọn ƞ t = 0,6

Vậy mô men cản quay vòng tại cầu dẫn hướng là :

(0,015 0,065 0,14 0,433419) 1,0513050

M

Qmax

Trong đó: - R là bán kính vô lăng, với ô tô khách,tải R = 0,25 m

- ηtl : Hiệu suất thuận của cơ cấu lái

72,067,

Tỉ số truyềncủa dấn động lái : với ô tô khách

5,13,

,

0

619,

Ta thấy Q max < 500N nên thỏa mãn

Chọn khoảng cách trục a w , số răng z 2 của bánh vít, số mối ren z 1 Trên cơ

sở tỉ số truyền đã cho và dựa vào thiết kế CTM ta có : i c = 20,5

1 2

2

z t

- z 1 : số đầu mối ren

- t : bước ren của trục vít

mm Z

i

r t

c

659,72

5,20

5014,322

659,7

=

=

=π

d c 2 = m.z 2 = 2,5.42 = 105(mm)

- Đường kính vòng đỉnh:

d a 1 = d c 1 + 2m = 25 + 2 2,5 = 30(mm) -Xác định đường kính vòng đáy ren trong tiết diện trung bình của trục vít d f 1 :

,1

2

2 ≤d + m= + × =

d aw a

mm Chọn d a w 2 = 113 mm

- Chiều rộng bánh vít

( )mm d

b2 ≤0,75 a1 =0,75×30=22,5

Chọn b 2 = 22(mm)

Góc vít của đường xoắn ốc:

2,010

5 , 2 5 , 0 30

22 arcsin

5 , 0 /

( )mm dc

L= 1×sinδ =25×sin495535 =19,131

Trong đó: d c 1 – đường kính vòng chia bánh vít

3,2 Tính toán bánh vít

Theo bảng 7.9 tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (T

155): ta xác định được các thông số như sau:

- Đường kính vòng chia của bánh vít:

L2 = c2×sinδ =105×sin495535 =80,348

Theo bảng (7.10) Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí

chiều dài phần cắt ren của trục vít là:

L 3 ≥ (11+0,06 z 2 )m = 33,8 Chọn L 3 = 35 mm

Các thông số của bộ truyền trục vít – bánh vít

4, THIẾT KẾ HÌNH THANG LÁI

4,1 Công dụng của hình thang lái

- Hình thang lái có tác dụng đảm bảo sự quay vòng đúng

của các bánh xe dẫn hướng Khi đó các bánh xe dẫn hướng không có sự trượt khi xe chuyển động.

- Đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trái và bên phải sao cho các bánh xe lăn trên các đường tròn khác nhau nhưng đồng tâm.

4.2 Xây dựng đường đặc tính lý thuyết của hình thang lái

Muốn các bánh xe thực hiện quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải thỏa mãn công thức sau:

cotgβ

-cotgα

= L

B

Bảng 1: Bảng thông số của đường đặc tính lý thuyết

α

4.3 Xây dựng đường đặc tính thực tế của hình thang lái

- Nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế hình thang lái Đan tô là xác định đúng góc nghiêng của các đòn bên khi xe chạy thẳng:

Hình 5.Sơ đồ xác định các kích thước của hình thang lái

- Cần xác định góc và độ dài mỗi đòn bên m và đòn ngang n.

- Quan hệ thực tế giữa các góc quay α β, phụ thuộc vào và m,n.

- Khi xe chạy thẳng:

- Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình ta có thể tính được mối quan hệ giữa các thông số theo biểu thức sau:

m2

nB

=θ

- Khi xe quay vòng:

Hình 6.Sơ đồ quay vòng của hình thang lái

Khi bánh xe dẫn hướng bên trái quay đi một góc α

và bánh xe bên phải quay đi 1 góc β

, lúc này hai đòn bên phải hợp với đường thẳng ngang một góc θ−β

Trong đó: m thường lấy theo kinh nghiệm m/B= 0,12 ; 0,14 ; 0,16

Chọn sơ bộ theo kinh nghiệm m = 0,12 * B = 227,4 ( mm)

Chọn sơ bộ góc ban đầu theo công thức của Chuđakop

90 θ

Thay số :

36127

,02

≈ θ

( theo kinh nghiệm thiết kế)

Cho các giá trị xung quanh giá trị sơ bộ (θ

thực tế trên cùng đồ thị quan hệ α và β lý thuyết.

Theo bảng giá trị trên ta chọn θ sao cho sự sai lệch so với đường lý thuyết nhỏ nhất và nhỏ hơn 1 0 , ta chọn được θ = 19 0

Các kích thước cơ bản của hình thang lái là :

m

ng

L ctg

361260

9000

3612

2 2

,29cotcotcot

g

ar β xα

) (

2 , 0

.

m MN d

D

D R

- D, d : đường kính trong và đường kính ngoài của trục lái

- R :bán kính vành tay lái, R = 0,25m Chọn vật liệu chế tạo trục lái là thép C40 không nhiệt luyện, phôi chế

tạo là phôi thép ống có ứng suất tiếp xúc cho phép [ ]τ =50÷80MN /m2

D R Q

(1) Giả sử d = 0,8D Thay vào công thức (1) ta được

6752,7250050,

,

0

025,025,0050,483

m MN m

Vạy thỏa mãn điều kiện

6, KIỂM TRA BỀN CƠ CẤU LÁI

Truyền động loại trục vít con lăn cần đảm bảo cho các răng có độ bềnuốn,bởi thế trong tính toán cần chú ý đến độ chống mòn và độ bền tiếp xúc

) / (

Trong đó: T – lực dọc trục vít Với - t : bước trục vít: t=πm

- m : Mô đun dọc trục

- P m a x : lực tác dụng lớn nhất lên vô lăng

- R : bán kính vô lăng, R = 0,25 m

( )N

5,2

250050,483

F - diện tích tiếp xúc giữa trục vít với con lăn

76

1 = π×   = ϕ

;

401 , 0 180

(1,326−0,970)×152)+(0,4−0,39)×552

=

⇒ F = 110,35(mm 2 )

Vậy: thay vào ta được:

35,110

96610

mm N

σ

( )N KG

d

l N

π

×

×

=1800(KG/cm 2 ) (d: đường kính trục của đòn quay đứng)

( )cm ( )mm

1800 14

, 3

8 , 14 5 , 652 32

,5

8,145,652

cm KG

16

795,314,3

d

W =π× = × =

( / 2)

859,230726

,10

795,35,652

cm KG

b

a m

G b

a P

của ôtô ở trạng thái tĩnh

- m 1 p : hệ số phân bố trọng lượng lên cầu dẫn hướng khi phanh, lấy m 1 p = 1,4

60 7 , 0 4 , 1 13050

d = < σ = ÷σ

( Do d = 0,8D) (D,d- đường kính ngoài, đường kính trong của thanh kéo dọc)

,212826,

6525

mm N

420 , 1784

mm N F

Q n

σ

(Chọn F n =F d =130,510(mm 2 ))

- Hệ số dự trữ bền:

836 , 1 23 , 27

996 , 49

σ σ

Vậy thanh đủ bền ( vì k = 1,25 2,5)

7.3 Khớp cầu (Rôtuyn lái)

Vật liệu chế tạo khớp cầu là thép 20XH có

Lực tác dụng lên khớp cầu chính là lực tác dụng lên đòn quay đứng,

Ta có:

2

3

2

Thỏa mãn điều kiện chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu.

- Kiểm tra theo độ bền cắt

Kiểm tra khớp cầu tại vị trí nguy hiểm nhất (vị trí ngàm), với ứng suất cắt cho phép là:

2

/

80N mm

c = τ

Ứng suất cắt được tính theo công thức sau:

c

D c F

P

= τ

Trong đó:

2 2

2

625 , 961 4

35 14 , 3 4

6525

mm N P

P c

D

⇒ τ

Thỏa mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm nhất.

Vậy khớp cầu đủ bền trong quá trình làm việc.

KẾT LUẬN

Trên đây là toàn bộ nội dung thuyết minh thiết kế môn học của em.

Có thể thấy thiết kế môn học không chỉ cung cấp cho em những kiến thức

bổ ích của chuyên ngành mà còn giúp em tổng hợp lại kiến thức các môn học khác như chi tiết máy, sức bền, …….

Sau một thời gian nghiên cứu, tính toán thiết kế, được sự giúp đỡ tận tình, chỉ bảo của Thầy giáo Nguyễn Văn Bang cùng các Thầy trong bộ môn,

và các bạn trong lớp em đã hoàn thành các công việc sau dựa trên số liệu của xe thiết kế:

- Thiết kế, tính toán cơ cấu lái trục vít – con lăn (glôbôit)

- Thiết kế hình thang lái

- Thiết kế trục lái

- Kiểm tra bền cơ cấu lái, dẫn động lái

Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm thiết kế còn hạn chế nên không thể tránh khỏi nhứng thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các Thầy để bài thiết kế của em được hoàn thiện hơn.