Khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống lái ô tô CHEVROLET CAPTIVA

Cấu tạo của hệ thống lái bao gồm: vành tay lái, trục lái, các đăng truyền động, cơ cấu lái, bộ trợ lực thuỷ lực và dẫn động lái.. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH CỦA CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐ

MỤC LỤC

4 HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ CHEVROLET CAPTIVA

4.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ CHEVROLET

CAPTIVA

Hệ thống lái của ôtô Chevrolet Captiva là hệ thống lái có trợ lực Cấu tạo của

hệ thống lái bao gồm: vành tay lái, trục lái, các đăng truyền động, cơ cấu lái, bộ trợ lực thuỷ lực và dẫn động lái

Bộ trợ lực thuỷ lực có nhiệm vụ làm giảm bớt lực điều khiển của người lái, làmgiảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng Bộ trợ lực còn làmtăng tính an toàn khi có một bánh xe dẫn hướng bị nổ Vì lúc đó người lái đủ sức giữtay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt

Bơm trợ lực lái là loại bơm cánh gạt, được đặt trên thân động cơ và được dẫnđộng bằng đai dẫn động của xe

Bộ trợ lực thuỷ lực có nhiệm vụ làm giảm nhẹ lực điều khiển của người lái, làmgiảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng Bộ trợ lực còn làmtăng tính an toàn khi có một bánh xe dẫn hướng bị nổ Vì lúc đó người lái đủ sức giữtay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt

Tay lái có thể điều chỉnh theo 4 hướng: gật gù và xa-gần đến vị trí thích hợplàm tăng sự thoải mái cho người lái

Cơ cấu lái là loại bánh răng-thanh răng Loại này có kết cấu nhỏ gọn, tỷ sốtruyền nhỏ, độ nhạy cao, chế tạo đơn giản và hiệu suất cao

5 6 7

8 9

10 11 13 14 15 16 18

23 24

17

25

12 426

1 2

3 19

20 22 21

Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống lái ô tô Chevrolet Captiva

1- Đai ốc hãm; 2- Khớp cầu; 3- Đòn quay đứng; 4- Đai ốc dầu; 5- Đường dầu từ bơm

đến; 6- Đường dầu hồi về bình chứa; 7- Hộp điều khiển lái; 8- Vô lăng; 9- Trục lái;

10- Trục các đăng; 11- Khớp các đăng; 12- Đai ốc định vị trục van điều khiển; 13- Cơ

cấu lái; 14- Gân tăng cứng; 15- Đường dầu nối giữa khoang phải xylanh với van xoay;

16- Đường dầu nối giữa khoang trái xylanh với van xoay; 17- Xylanh trợ lực; 18- Đai

ốc dầu; 19- Thanh kéo ngang; 20- Thanh kéo bên; 21- Đai ốc hãm; 22- Bánh xe;

23-Puly; 24- Bơm; 25- Bình chứa dầu; 26- Đai ốc dầu

4.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH CỦA CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG

LÁI Ô TÔ CHEVROLET CAPTIVA

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của hệ thống lái

Kiểu Bánh răng – thanh răng

4.3.1 Vành tay lái

2 1

Hình 4.2 Vô lăng lái

1- Vành trong vô lăng bằng thép; 2- Vành ngoài vô lăng bằng nhựa

+ Chức năng: có chức năng tiếp nhận mômen quay từ người lái rồi truyền chotrục lái

+ Cấu tạo: vành tay lái ô tô Chevrolet Captiva có dạng hình tròn, có nan hoađược bố trí xung quanh vành trong của vành tay lái Bán kính ngoài của vành tay lái là

4.3.2 Trục lái và trục các đăng của hệ thống lái ô tô Chevrolet Captiva

14 13 12

Hình 4.3 Kết cấu trục lái

1- Đầu trục nối với vô lăng; 2- Vòng chặn; 3- Ổ bi; 4- Trục trượt; 5- Ống trượt trục; Tấm hãm; 7- Vòng bi; 8- Trục chính; 9- Giá đỡ trên trục; 10- Khớp các đăng; 11- Trục các đăng; 12- Vòng chặn; 13- Bu lông hãm; 14- Cần khoá

Trục lái là thành tố cấu thành hệ thống lái có chức năng chính là truyền momenlái từ vô lăng đến cơ cấu lái Một trục lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phậnbao che trục lái Trục lái trên xe Chevrolet Captiva có cấu tạo phức tạp hơn nó chophép thay đổi độ nghiêng của vành tay lái hoặc cho phép trụ lái chùm ngắn lại khingười lái va đập trong trường hợp xảy ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với người lái.Ngoài ra trụ lái còn là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ôtô như : cần điều khiển hệthống đèn, cần điều khiển gạt nước, cần điều khiển hộp số, hệ thống dây điện và cácđầu nối điện,

- Trục các đăng là bộ phận nối chuyển tiếp giữa trục lái và cơ cấu lái Trên trục cácđăng có khớp nối chữ thập Khớp chữ thập cho phép có độ lệch giữa trục lái và trục vítcủa cơ cấu lái khi hai trục này không đồng trục với nhau

4.3.3 Cơ cấu lái

Trên ô tô Chevrolet Captiva người ta lắp cơ cấu lái kiểu Bánh răng-Thanh răngkết hợp dùng trợ lực thủy lực trực tiếp

Cơ cấu lái loại này có ưu điểm là tỷ số truyền nhỏ, kết cấu đơn giản, hiệu suấtcao nên được sử dụng rộng rãi trên ô tô con và ô tô tải nhỏ

17 18

12

1 2 3 4 5 6

22 23

Hình 4.4 Kết cấu van phân phối

1- Chốt cố định thanh xoắn và trục van điều khiển; 2- Thanh xoắn; 3- Trục van điều khiển; 4- Vòng bít; 5- Ổ bi đũa; 6- Đường dầu từ bơm tới; 7- Đường dầu hồi về bình chứa; 9- Then hoa; 10- Vỏ cơ cấu lái; 11- Bánh răng; 12- Ổ bi kim; 13- Thanh răng; 14- Chốt; 15- Lò xo; 16- Con lăn; 17- Đai ốc điều chỉnh khe hở bánh răng_thanh răng;18- Dẫn hướng thanh răng; 19- Đường dầu đến khoang bên trái xy lanh; 20- Đường dầu đến khoang bên phải xy lanh; 21- Van xoay; 22- Vỏ van xoay; 23- Then hoa

4.3.4.1.Nguyên lý làm việc của bánh răng – thanh răng:

3

4

2 1

Hình 4.5 Kết cấu thanh răng

1- Thanh răng; 2- Lỗ ren; 3- Piston; 4- Vòng làm kín

Cơ cấu bánh răng – thanh răng có nhiệm vụ xoay các van điều khiển để điềukhiển dòng dầu thủy lực từ bơm vào 2 phía của piston thanh răng Các piston thanhrăng sẽ chuyển đổi áp lực dầu thành chuyển động tịnh tiến để dịch chuyển thanh răngsang phải hoặc trái Chuyển động này thông qua các thanh rô tuyn và rô tuyn tớikhuỷu lái rồi làm quay các bánh xe dẫn hướng

Khi không có sự hổ trợ của hệ thống trợ lực lái, cơ cấu bánh răng – thanh răng

sẽ được điều khiển bằng tay nhưng với lực nặng hơn Chuyển động quay từ vô lăng sẽtruyền xuống bánh răng, bánh răng ăn khớp với thanh răng và biến chuyển đông quaycủa bánh răng thành chuyển động tịnh tiến của thanh răng làm thanh răng dịch chuyểnsang 2 phía

Bơm cánh gạt có nhiệm vụ cấp dòng dầu có áp lực cao tới cơ cấu lái

4.3.4.2.Nguyên lý làm việc của trợ lực lái :

a Khi xe đi thẳng

Hình 4.6 Van xoay ở vị trí trung gian

1- Xy lanh; 2- Thân van ngoài; 3- Thân van trong; 4- Thanh xoắn; 5- Bơm;

6- Bình chứa; a- Đường dầu hồi

+ Khi xe đi thẳng, vành tay lái ở vị trí trung gian, cụm van xoay nằm ở vị trí nhưhình 4.6 Chất lỏng từ bơm đến chạy vào trong lõi và trở về bình dầu, áp suất chất lỏng

ở khoang bên trái (khoang II) và khoang bên phải (khoang I) của xylanh lực là nhưnhau, do đó piston không dịch chuyển Thanh răng giữ nguyên vị trí với xe đi thẳng.Trong trường hợp này các va đập truyền từ bánh xe được giảm bớt nhờ chất lỏng ở ápsuất cao

b Khi xe quay sang vòng sang trái

Hình 4.7 Van hoạt động quay trái

1- Xy lanh; 2- Thân van ngoài; 3- Thân van trong; 4- Thanh xoắn; 5- Bơm;

6- Bình chứa; a- Đường dầu hồi

+ Khi xe quay vòng sang trái, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 4.7 Thân vantrong xoay sang trái mở đường dầu đi từ bơm tới vào khoang I của xylanh và mởđường dầu ở khoang II thông với đường dầu hồi về bình chứa, làm cho thanh răngdịch về bên trái đẩy bánh xe quay sang trái, thực hiện quay vòng sang trái

+ Khi dừng quay vành tay lái ở một vị trí nào đó, thân van trong đứng yên, nhưngdầu vẫn tiếp tục đi vào khoang I, đẩy bánh răng ngược chiều làm thanh xoắn trả lại,các cửa van mở ở một trạng thái nhất định, tạo nên sự chênh áp suất ổn định giữa haikhoang I và II ở một giá trị nhất định đảm bảo ô tô không quay tiếp

c Khi xe quay vòng sang phải

Hình 4.8 Van hoạt động quay phải

1-Xy lanh; 2-Thân van ngoài; 3-Thân van trong; 4-Thanh xoắn; 5-Bơm;

6- Bình chứa; a- Đường dầu hồi

+ Khi xe quay vòng sang phải, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 4.8 Thân vantrong xoay sang phải mở đường dầu đi từ bơm tới vào khoang II của xylanh và mởđường dầu ở khoang I thông với đường dầu hồi về bình chứa, làm cho thanh răng dịch

về bên phải đẩy bánh xe quay sang phải, thực hiện quay vòng sang phải

+ Khi dừng quay vành tay lái ở một vị trí nào đó, thân van trong đứng yên, nhưngdầu vẫn tiếp tục đi vào buồng II, đẩy bánh răng ngược chiều làm thanh xoắn trả lại,các cửa van mở ở một trạng thái nhất định, tạo nên sự chênh áp suất ổn định giữa haikhoang I và II ở một giá trị nhất định đảm bảo ô tô không quay tiếp

+ Độ rơ kết cấu của hệ thống lái phụ thuộc nhiều vào độ rơ của cơ cấu lái Sự gàitrợ lực phụ thuộc vào độ cứng của thanh xoắn đàn hồi Khả năng trợ lực của hệ thốnglái thực hiện nhờ quá trình biến dạng thanh xoắn, mở thông các đường dầu, do vậy kếtcấu này cho phép tạo nên khe hở nhỏ bằng cách gia công chính xác các miệng rãnhđường dầu của thân van trong và thân van ngoài của van phân phối và khả năng biếndạng thanh xoắn Thanh xoắn càng nhỏ khả năng trợ lực càng sớm Thanh xoắn được

cố định đầu trên với trục van điều khiển và đầu dưới với bánh răng bởi chốt cố định

+ Thanh xoắn đàn hồi cho phép xoay 70 từ vị trí trung gian về mỗi phía, tạo nên sựquay tương đối giữa thân van trong và thân van ngoài, đủ đóng mở tối đa đường dầu + Kết cấu van xoay cho phép khả năng tạo nên góc mở thông các đường dầu bé,

do vậy độ nhạy của cơ cấu cao

4.3.5 Dẫn động lái

Dẫn động lái trên ôtô Chevrolet Captiva bao gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ

cơ cấu lái đến ngỗng quay của các bánh xe Bộ phận cơ bản và quan trọng nhất củadẫn động lái là hình thang lái, được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang, và các cạnh bên

Nó có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe không bị trượt lêkhi quay vòng Do đó làm giảm mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổnđịnh khi quay vòng

4

5 2

Hình 4.8 Kết cấu khớp cầu của thanh kéo bên

1- Vòng kẹp; 2- Bạc lót; 3- Khớp cầu; 4- Cao su giảm chấn; 5- Lò xo

4.3.6 Bơm trợ lực lái

Bơm trợ lực lái lắp trên xe ô tô Chevrolet Captiva là loại bơm cánh gạt tác dụngkép, nghĩa là trong một vòng quay bơm thực hiện hai lần hút và hai lần đẩy, số cánhgạt là 10 cánh Bơm cánh gạt có ưu điểm là kết cấu nhỏ gọn, đơn giản, dễ chế tạo, làmviệc tin cậy, ít hư hỏng và có khả năng điều chỉnh được lưu lượng

Từ bình chứa

Hút

Hút Đẩ y

8

4 9

Đẩ y

Hình 4.9 Kết cấu bơm trợ lực lâi xe Chevrolet Captiva

1 - trục bơm; 2 - vỏ bơm; 3 - stato; 4 - roto; 5 - đường dẫn dầu; 6 - đường dầu tới van

điều chỉnh lưu lượng; 7 - cânh gạt; 8 - chốt định vị; 9 - bu lông lắp

Nguyín lý hoạt động của bơm trợ lực thủy lực:

Khi roto quay, dưới tâc dụng của lực ly tđm câc cânh gạt năy bị văng ra vă tì sâtvăo một không gian kín hình ô van Dầu thủy lực bị hút từ đường ống có âp suất thấp

vă bị nĩn tới một đầu ra có âp suất cao Lượng dầu được cung cấp phụ thuộc văo tốc

độ của động cơ Bơm luôn được thiết kế để cung cấp đủ lượng dầu ngay khi động cơchạy không tải, vă do vậy nó sẽ cung cấp quâ nhiều dầu khi động cơ hoạt động ở tốc

độ cao Để trânh quâ tải cho hệ thống ở âp suất cao, người ta lắp đặt cho hệ thống mộtvan giảm âp Khi âp suất dầu quâ lớn thì hệ thống sẽ mở van giảm âp vă cho dầu chạy

về khoang chứa dầu

5 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI ÔTÔ CHEVROLET CAPTIVA

5.1 CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÁI

Bảng 5-1 Các thông số chính của hệ thống lái ô tô Chevrolet Captiva

vị

3 Khoảng cách giữa hai tâm trụ

11 Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic 18,5

14 Trọng lượng phân bố lên cầu

5.2 XÁC ĐỊNH MÔMEN QUAY VÒNG CỦA CÁC BÁNH XE DẪN HƯỚNG

Mômen cản quay vòng có giá trị lớn nhất khi quay vòng ô tô tại chỗ Mô mencản quay vòng trong trường hợp này bao gồm: mômen sinh ra do lực cản lăn M1,mômen cản của các phản lực ngang ở vết tiếp xúc M2 và mômen ổn định các bánh xedẫn hướng M3, tức là đối với một bánh xe dẫn hướng:

Mcq = M1 + M2 + M3 (5.1)Trong đó:

a (5.4)Trong đó:

rbx - bán kính làm việc của bánh xe

d- Đường kính vành bánh xed=16 (insơ)

α- góc doãng của bánh xe; α = 20

β - góc nghiêng của trục chuyển hướng; β = 80

2

1 C B

36,1562,12

Trên hình 5.3 là sơ đồ mô tả sự lăn của bánh xe đàn hồi khi không có và khi cólực ngang tác dụng Do độ đàn hồi bên của lốp mà khi bánh xe đàn hồi lăn dưới tácdụng của lực ngang nó sẽ lăn lệch và vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường sẽ quaytương đối đối với mặt phẳng bánh xe (hình 5.3b) Biến dạng ngang của lốp tăng dần từphía trước ra phía sau vết tiếp xúc làm cho điểm đặt lực ngang tổng hợp Y dịch vềphía sau so với tâm một lượng x (hình 5.3c).

dd dd

M n bx

dd dd

M

i

K r a

f G i

K M M M







3 0 3

2

2)

Trong đó:

dđ- Hiệu suất của dẫn động lái; dđ= 0,98

idd - Tỷ số truyền của dẫn động lái; idd = 1,0

KM3- Hệ số tính đến ảnh hưởng của mô men ổn định các bánh xe dẫnhướng M3; Khi tính toán có thể lấy KM3 =1,07-1,15 Chọn KM3 = 1,15

Thế vào (5.7) ta được:

979 , 709 98

, 0 1

15 , 1 ).

4182 , 0 85 , 0 156125 ,

0 03166 ,

0 018 , 0 (

5395,5

5.3 XÁC ĐỊNH LỰC CẦN THIẾT TÁC DỤNG LÊN VÔ LĂNG

Lực cần thiết tác dụng lên vô lăng được xác định theo công thức sau

t l

i R

M P





max   (5.8)Trong đó:

R- Bán kính vô lăng; R = 195 [mm] = 0,195 [m]

i – Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái; i= 18,5

ηt- Hiệu suất thuận cơ cấu lái; ηt = 0,99

Thế vào ( 5 8 ) ta được:

99 , 0 5 , 18 195 , 0

979 , 709

) 032 , 0 06 , 0 ( 1416 3

4

) (

1416 ,

d D



=107,2838(N)Vậy lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hoá:

Pc=198,79- 107,2838=91,5(N)

Chỉ số hiệu dụng trợ lực:

2 , 1724

5 , 91

79 , 198

p

p

K (5-9)

Ở đây :

Plv - lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cường hoá;

Pc- lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hoá trong những điềukiện quay vòng như trên

5.4 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỀN DẪN ĐỘNG LÁI

5.4.1 Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái khi ô tô quay vòng tại chỗ

Khi ô tô quay vòng tại chỗ sẽ sinh ra mômen cản tổng M∑ gồm: mômen cảnlăn, mômen cản do phản lực ngang và mômen ổn định từ bánh xe dẫn hướng tạo raquy dẫn về trục của trụ quay đứng



M lớn nhất khi ta đánh vô lăng về bên trái hoặc bên phải hết cỡ; nghĩa là khi

ta đánh vô lăng về bên trái (hoặc bên phải) 1,8 vòng thì bánh xe dẫn hướng bên trái(hoặc bên phải) quay tương ứng một góc 400 khi đó mômen cản quay vòng M là lớnnhất

5.4.1.1 Tính bền đòn quay đứng

Thực tế trên ô tô Chevrolet Captiva các đòn quay đứng, thanh kéo bên và thanhkéo ngang được bố trí trong không gian không đồng phẳng nhưng các mặt phẳng chứacác thanh đó lệch nhau theo phương ngang (phương song song với mặt đường) mộtgóc rất nhỏ Do đó ta có thể xét các thanh trên chuyển động trong cùng một mặt phẳngsong song với mặt đường

Hình 5.4 Sơ đồ biểu diễn lực trên đòn quay đứngXét thanh AB cân bằng:

Ta có:

425 , 5895 33

cos 101 , 0

979 , 709 33 cos

141,546655

9903,97[N]

Hình 5-6 Biểu đồ nội lực Q1 và Mx

Thông thường đòn quay đứng của hệ thống lái trên ô tô thường làm bằng thép C35

Vì không có số liệu cụ thể nên ta tạm thời lấy cơ tính của thép C35 để kiểm nghiệm độ bền của đòn quay đứng

Tra sổ tay cơ khí, thép C35 có ứng suất uốn cho phép [  ]u = 2600 [KG/cm2]Ứng suất lớn nhất tại mặt cắt ngang có mômen uốn lớn nhất:

64 , 18755 6

4 2

100 47 , 1099 max

0



 X  NF1  5895 , 425 [N]

Thông thường thanh kéo bên của hệ thống lái trên ô tô thường làm bằng thép C35

Vì không có số liệu cụ thể nên ta tạm thời lấy cơ tính của thép C35 để kiểm nghiệm độ bền của thanh kéo bên

Tra sổ tay cơ khí, thép C35 có ứng suất nén cho phép [  ] = 2100 [KG/cm2]Ứng suất nén trên mặt cắt ngang:

271 , 7506 5

, 0

425 , 5895

k

 = n= 496,012[KG/cm2] < [  ]  2100 [KG/cm2]

Vậy thanh BC đủ bền

5.4.2 Tính toán kiểm nghiệm dẫn động lái khi ô tô phanh với cường độ cao

Xét sự ảnh hưởng của mômen phanh đến dẫn động lái trong trường hợp ô tôphanh gấp với cường độ phanh cao (vô lăng ở vị trí ô tô đi thẳng)

- Xét trường hợp ô tô chuyển động thẳng trên đường nằm ngang:

Trọng lượng phân bố lên một bánh xe dẫn hướng khi phanh:

15 , 7014 3

, 1 5 , 5395  

lv: khoảng cách từ tâm vết bánh xe tới trục trụ quay đứng

- Xét trường hợp ô tô chuyển động thẳng khi xuống dốc:

Lực phanh lớn nhất được xác định theo biểu thức:

' 'pP pmax l v  

Ta nhận thấy Mp và M’p đều nhỏ hơn M∑ = 709,979 [N.m] nên ta không cầntính bền trên các đòn quay đứng, thanh kéo bên trong trường hợp khi phanh