Thiết kế hệ thống lái cho ôtô du lịch, loại 5 chỗ ngồi

Một hệ thống lái phải đảm bảo tính quayvòng đúng của các bánh xe dẫn hướng, điều khiển dễ dàng, dễ chăm sóc sửa chữa,bảo dưỡng và phù hợp với phần lớn đối tượng sử dụng.Cũng vì thế

Link bản vẽ ở cuối video

MỞ ĐẦU 4

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 5

1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 5

1.1 Công dụng 5

1.2 Yêu cầu của hệ thống lái 5

1.3 Phân loại 6

2 Kết cấu hệ thống lái 6

2.1.Vô lăng 7

2.2.Trục lái 7

2.3.Cơ cấu lái 7

a) Tỷ số truyền cơ cấu lái 8

b) Hiệu suất cơ cấu lái 9

c) Các yêu cầu của cơ cấu lái 9

d) Các dạng cơ cấu lái thông dụng 10

Cơ cấu lái trục vít chốt quay 13

3 Các góc đặt bánh xe 16

3.1 Góc nghiêng ngang của bánh xe ( Camber ) 17

3.2 Góc nghiêng dọc trụ đứng ( caster và khoảng caster ) 19

3.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng ( Kingpin ) 20

3.4 Độ chụm và độ mở ( góc doãng ) 21

3.5 Bán kính quay vòng (góc bánh xe , bán kính quay vòng ): 22

4 Dẫn động lái 23

5 Cường hóa lái 27

5.1 Đặt vấn đề 27

5.2 Kết cấu trợ lực lái 28

5.2.1 Nguồn cung cấp: 31

5.2.2 Bộ phận sinh lực: 32

5.2.3 Van phân phối: 32

+ Kiểu van quay 33

+ Kiểu van cánh 35

+ kiểu van ống 36

5.2.4 Tính chép hình của hệ thống lái: 37

5.2.5.Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái có trợ lực thủy lực 37

Chương 2:PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 39

2.1.Phân tích lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái 39

2.1.1.Trục vít-êcubi-thanh răng 39

2.1.2.Bánh răng-thanh răng 39

2.2.Phân tích lựa chọn phương án thiết kế dẫn động lái 40

2.2.1.Dẫn động lái với hình thang lái 4 khâu 40

2.2.2.Dẫn động lái với hình thang lái 6 khâu 40

2.3.Phân tích lựa chọn phương án cường hóa lái 40

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 41

3.1.Các số liệu thiết kế 41

Xe du lịch 5 chỗ ngồi 41

3.2 Tính toán động học hệ thống lái 42

3.2.2.1 Tỷ số truyền của dẫn động lái i d 44

3.2.2.2 Tỷ số truyền của cơ cấu lái i c 44

3.2.3 Xác định lực tác động lớn nhất ở vành tay lái 45

3.3 Tính các thông số hình học của dẫn động lái 45

3.3.1 Tính động học hình thang lái 45

3.3.2 Xây dựng đường đặc tính lý thuyết 48

3.4 Tính bền các chi tiết của hệ thống lái 51

3.4.1Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng 52

3.4.2 Xác định các thông số của bánh răng 52

3.4.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng 53

3.4.4.Tính bền cơ cấu lái bánh răng - thanh răng 54

3.4.4.1 Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng – thanh răng 54

3.4.4.2 Kiểm tra vật liệu: 54

3.4.5.Tính trục lái 58

3.4.6 Tính bền đòn kéo ngang 59

3.4.8 Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái 62

3.4.9 Tính bền khớp cầu (rotuyl) 62

3.5.Tính toán thiết kế cường hóa lái 64

3.5.1 Công tiêu hao của người lái để quay vành tay lái: 64

3.5.2 Xây dựng đặc tính cường hóa lái 65

3.5.3 Tính toán xi lanh lực: 67

3.5.4 Xác định năng suất của bơm: 69

3.5.5 Tính các chi tiết của van phân phối 70

3.5.5.1 Tính góc xoay của van quay 70

3.5.5.2 Các thông số khác: 72

CHƯƠNG 4: THÁO LẮP BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI 75

4.1 Dầu mỡ bôi trơn 75

4.2 Tháo cơ cấu lái: 76

4.3 Lắp cơ cấu lái: 76

4.4 Lắp ráp các cụm cường hóa 77

4.4.1 Lắp ráp các bộ phận của xi lanh 77

4.4.2 Lắp van phân phối 77

4.5.Chẩn đoán những hư hỏng của hệ thống lái ô tô và biện pháp khắc phục 78

4.6.Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái 81

4.6.1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 81

4.6.2 Sửa chữa các chi tiết trong hệ thống lái 81

KẾT LUẬN 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

Với ngành công nghiệp ô tô, để đảm bảo tính tiện nghi, an toàn cho người sửdụng thì việc thiết kế một hệ thống lái đảm bảo đầy đủ các yêu cầu đặt ra là mộtđiều rất cần thiết trong xã hội hiện đại Một hệ thống lái phải đảm bảo tính quayvòng đúng của các bánh xe dẫn hướng, điều khiển dễ dàng, dễ chăm sóc sửa chữa,bảo dưỡng và phù hợp với phần lớn đối tượng sử dụng.

Cũng vì thế mà hệ thống lái ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kếchế tạo và sử dụng hệ thống lái ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ hơn

Qua tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với yêu cầu nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp

em được giao nhiệm vụ :‘‘Thiết kế hệ thống lái cho ôtô du lịch, loại 5 chỗ ngồi ”.

Do điều kiện thời gian hạn chế nên trong đồ án này tập trung vào cơ cấu láivà tính toán cường hóa lái là chủ yếu Trong quá trình thực hiện không tránh khỏinhững sai sót, rất mong được các thầy hướng dẫn và các bạn tận tình giúp đỡ

Em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.1 Công dụng

Hệ thống lái giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động của ô tô (thay đổi hayduy trì) theo tác động của người lái Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống điềukhiển khác thực hiện điều khiển ô tô và đóng góp vai trò quan trọng trong việc đảmbảo an toàn giao thông khi ô tô chuyển động Hệ thống lái bao gồm các cụm và chitiết từ cơ cấu điều khiển (vành lái) tới các cơ cấu điều khiển hướng chuyển độngtoàn xe

1.2 Yêu cầu của hệ thống lái

1 Giữ chuyển động thẳng, ổn định

2 Quay vòng ngoặt trên diện tích bé, thời gian ngắn

3 Động học quay vòng phải đúng, để các bánh xe không bị trượt

4 Lái phải nhẹ nhàng, thuận tiện

5 Giảm va đập từ mặt đường lên vô lăng

6 Hạn chế tối đa ảnh hưởng của hệ thống treo với hệ thống lái,nhằm đảm bảokhả năng điều khiển hướng của ô tô khi hoat động trên đường xấu

1.3 Phân loại

Có nhiều cách phân loại hệ thống lái:

a) Phân loại theo số lượng cầu dẫn hướng.

- Các bánh dẫn hướng ở cầu trước

- Các bánh dẫn hướng ở cầu sau

- Các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu

b) Phân loại hệ thống lái theo kiểu truyền lực

- Hệ thống lái cơ khí

- Hệ thống lái có trợ lực bằng thuỷ lực, bằng khí nén, hoặc kết hợp…

c) Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.

- Trục vít – bánh vít

- Trục vít - cung răng

- Trục vít – con lăn

- Trục vit – chốt quay

- Cơ cấu lái loại liên hợp ( trục vít, ê cu, cung răng)

- Bánh răng – thanh răng

d) Phân loại theo bố trí vành lái

- Bố trí vành lái bên trái (theo luật đi đường bên phải )

- Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái )

2 Kết cấu hệ thống lái

Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực:

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.

1.Vành tay lái 5.Thanh kéo dọc

2.Trục lái 6.Đòn quay ngang

3.Cơ cấu lái 7.Hình thang lái

4.Đòn quay đứng

Trục lái thường có dạng ống, nó đảm nhận việc truyền mômen từ vô lăng tới

cơ cấu lái

2.3.Cơ cấu lái

Cơ cấu lái là bộ phận cơ bản trong hệ thống lái, nó có nhiệm vụ biến chuyển động quay vòng của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và đảm bảo

tỉ số truyền theo yêu cầu

Về bản chất, cơ cấu lái là hộp giảm tốc và có nhiệm vụ tăng mômen truyền

từ vô lăng tới các bánh xe dẫn hướng Các thông số đặc trưng cho cơ cấu lái gồm tỷ

số truyền, hiệu suất thuận, hiệu suất nghịch

a) Tỷ số truyền cơ cấu lái

Tỷ số truyền cơ cấu lái được định nghĩa như sau:

i c=ω1

ω2 trong đó:

- ω1 : Là góc quay của vô lăng

- ω2 : Là góc quay của trục đòn quay đứng

Tỷ số truyền cơ cấu lái có thể không đổi hoặc thay đổi Quy luật thay đổi tỷ sốtruyền thích hợp nhất được thể hiện trên giản đồ sau:

Hình 1.2 Giản đồ thể hiện quan hệ giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái

và góc quay của vành tay lái.

* i = góc quay của vô lăng /góc quay của bánh dẫn hướng (đối với cơ cấu lái trụcrăng - thanh răng ).

* Phân tích đồ thị:

Với quy luật thay đổi như trên, khi ô tô chuyển động trên đường thẳng vớivận tốc cao, người lái chỉ phải đánh lái với các góc rất nhỏ xung quanh vị trí trunggian, nên tỷ số truyền lớn ở đây giúp cho người lái điều khiển ô tô nhẹ nhàng Hơnnữa tỷ số truyền lớn có tác dụng làm giảm va đập truyền ngược từ đường lên vôlăng

Ở các góc đánh lái lớn thì tỷ số truyền nhỏ giúp cho việc điều khiển linh hoạthơn, cho phép ô tô có thể quay vòng trong những chỗ hẹp, bán kính quay vòng nhỏ.Tuy nhiên cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi thường phức tạp, đắt tiền Vì vậy với

hệ thống lái có trang bị trợ lực thì nên sử dụng cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi

b) Hiệu suất cơ cấu lái

Trong cơ cấu lái người ta phân biệt 2 hiệu suất thuận và nghịch

* Hiệu suất thuận: là hiệu suất tính theo lực truyền từ vô lăng tới bánh xe Hiệu suấtnày càng lớn thì tổn hao năng lượng điều khiển càng nhỏ, nghĩa là lái càng nhẹ hơn

* Hiệu suất nghịch: là hiệu suất tính theo lực truyền từ bánh xe lên vô lăng, vì vậykhi thiết kế cơ cấu lái nên chọn hiệu suất nghịch nhỏ để giảm bớt lực truyền từ mặtđường lên vô lăng

Như vậy, với hiệu suất nghịch nhỏ, các lực va đập từ mặt đường truyềnngược lên vô lăng giảm đi đáng kể Đây là một ưu điểm của cơ cấu lái cần được tậndụng tối đa Tuy nhiên, nếu chọn hiệu suất nghịch quá bé thì vô lăng sẽ mất khảnăng tự trở về vị trí trung gian nhờ các mô men ổn định Bởi vậy trong khi thiết kếnên chọn hiệu suất nghịch ở mức độ hợp lý

c) Các yêu cầu của cơ cấu lái

Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo Vì vậy cơ

cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

+ Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe

+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suấtnghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái

+ Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết

+ Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái

+ Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất

+ Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao

+ Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp

Lực dùng để quay vô lăng được gọi là lực lái, giá trị của lực này đạt giátrị max khi xe đứng yên tại chỗ, và giảm dần khi tốc độ của xe tăng lên và đạt nhỏnhất khi tốc độ của xe lớn nhất

Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ mặtđường lên vô lăng Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít,nhưng nếu độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của xe Độđàn hồi của hệ thống lái được xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vànhlái vô lăng và mô men đặt trên vành lái Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào

độ đàn hồi của các phần tử như cơ cấu lái, các đòn dẫn động

d) Các dạng cơ cấu lái thông dụng

Hiện nay trên ô tô thường sử dụng các loại cơ cấu lái như:

+ Loại trục vít glôbôit – con lăn,

+ Loại trục vít – ê cu bi – thanh răng – cung răng,

+ Loại bánh răng – thanh răng,

+ Loại trục vít – cung răng,

Ngoài ra còn có cơ cấu lái: trục vít – chốt quay, bánh răng – cung răng…

* Kiểu bánh răng – thanh răng:

Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục

lái chính ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng được lắp trên các ổ bi Điều chỉnhcác ổ này dùng êcu lớn ép chặt ổ bi, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm bảo trụcrăng quay nhẹ nhàng

109

8

543

12

Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răngnằm ở phía giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn Khi vô lăng quay, bánh răngquay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạctrượt Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên qua các đầu thanhrăng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng

Hình 1.3 Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng.

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răngnghiêng, trục răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng, nhờvậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn, do đó làm việc êm và phù hợp với việc bố trívành lái trên xe

Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng có các ưu điểm sau:

Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răngtác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang như các cơ cấulái khác

Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp

Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ

* Cơ cấu lái trục vít con lăn:

Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất Trên phần lớncác ôtô Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này

Trên hình 1.4 trình bày cơ cấu lái loại trục vít con lăn Cơ cấu lái gồm trụcvít gơbôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của

1 Trục lái 7 Đai ốc

2 Chụp nhựa 8 Đai ốc đ.c

3 Đai ốc điều chỉnh 9 Lò xo

4 ổ bi trên 10 Thanh răng

5 Vỏ cơ cấu lái 11 trục răng

6 Dẫn hướng 12 ổ bi dưới Thanh răng

đòn quay đứng Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, haihoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái

Ưu điểm:

+ Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhưng sựtiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được ápsuất riêng và tăng độ chống mài mòn

Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm conlăn có hai đến bốn vòng ren

+ Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn

+ Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng Đường trục của conlăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn  = 5  7mm, điều này cho phéptriệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá

Hình 1.4 Cơ cấu lái trục vít con lăn

2

c

r i

t z





Trong đó:

r2 - Bán kính vòng tròn ban đầu của hình glô-bô-it của trục vít

t - Bước của trục vít

z1 - Số đường ren của truc vít

Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng

5  7% nhưng sự tăng này không đáng kể coi như tỷ số truyền của loại trục vít conlăn là không thay đổi Hiệu suất thuận th = 0,65, hiệu suất nghịch ng = 0,5

* 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 chotrước Tùy theo điều kiện cho trước 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

Hình 1.5 Cơ cấu lái trục vít chốt quay

khỏi vị trí trung gian Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trụcvít hay đòn quay và trục vít phát sinh ma sát trượt Để tăng hiệu suất của cơ cấu láivà giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi.

Nếu bước của trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:

 - Góc quay của đòn quay đứng

r2 - Bán kính đòn quay

+ Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7 Cơ cấulái này được dùng trước hết ở hệ thống lái không có cường hoá nó được dùng chủyếu cho ôtô tải và ôtô khách

+ Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít được sử dụng

vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thân chốt có độ chịumài mòn kém

+ Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quayđứng theo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái

* Cơ cấu lái trục vít cung răng:

Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng củacung răng là hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đường nên toàn bộchiều 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 người ta đặttrục đòn quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng

Khe hở ăn khớp thay đổi từ 0,03 mm (ở vị trí trung gian), 0,25  0,6 mmở 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

1,2-Vòngđệmđiều chỉnh

Ưu điểm:

Cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng và kíchthước so với loại trục vít bánh răng Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của cungrăng nên áp suất trên răng bé, giảm được ứng suất tiếp xúc và hao mòn

Tuy nhiên loại này có nhược điểm là có hiệu suất thấp

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng được xác định theo công thức:

t





Trong đó:

r0 - Bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng

t - Bước trục vít

Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị không đổi Hiệu suất thuậnkhoảng 0,5 còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4 Cơ cấu lái loại này có thể dùng trêncác loại ôtô khác nhau

* Cơ cấu lái loại liên hợp:

Loại cơ cấu lái này gần đây được sử dụng rộng rãi trên các loại ôtô tảiGMC, không có cường hoá thuỷ lực và trên ôtô ZIN - 130, ZIN - 131 với cường hoáthuỷ lực Cơ cấu lái loại liên hợp hay dùng nhất là loại trục vít - êcu - cung răng Sựnối tiếp giữa trục vít và êcu bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít Nhờ có dãy bimà trục vít ăn khớp với êcu theo kiểu ma sát lăn

Hình 1.6 Cơ cấu trục vít – cung răng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái này có giá trị không đổi và được xác định theo côngthức:

t





Trong đó:

r0 - Bán kính ban đầu của cung răng

t - Bước của trục vít

Hiệu suất thuận vào khoảng 0,7 hiệu suất nghịch vào khoảng 0,85 Do hiệusuất nghịch cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trên đường mấp mô sẽ nặngnhọc, nhưng nó có khả năng làm cho ôtô chạy ổn định ở hướng thẳng nếu vì mộtnguyên 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 trữrất lớn, vì vậy nó được dùng chủ yếu trên các loại ôtô cỡ lớn

3 Các góc đặt bánh xe

Việc bố trí các bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới tính điềukhiển xe, tính ổn định chuyển động của ôtô Các yêu cầu chính của việc bố trílà điều khiển chuyển động nhẹ nhàng, chính xác đảm bảo ổn định khi đithẳng cũng như khi quay vòng, kể cả khi có sự cố ở các hệ thống khác Đốivới xe con yêu cầu này ngày càng được quan tâm và được nâng cao hơn vìvận tốc của xe không ngừng được nâng lên.Trên cầu dẫn hướng các bánh xedẫn hướng được bố trí và quan tâm thích đáng Ở các bánh xe không dẫn

Hình 1.7

Cơ cấu lái loại liên hợp

hướng thì việc bố trí cũng đã được chú ý, song bị hạn chế bởi giá thành chế tạovà sự phức tạp của kết cấu nên việc bố trí vẫn được tuân thủ theo các điều kiệntruyền thống.

Ô tô có thể chuyển động mọi hướng bằng sự tác động của người lái quanh

vô lăng Tuy nhiên, nếu ôtô ở trạng thái đi thẳng mà người lái vẫn phải tác động liêntục lên vô lăng để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hay người lái phải tác dụng một lựclớn để quay vòng xe thì sẽ gây sự mệt mỏi và căng thẳng về cả cơ bắp lẫn tinh thầnkhi điều khiển xe Đó là điều không mong muốn, vì vậy để khắc phục được các vấn đềnêu trên thì các bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định tuỳ theo yêu cầunhất định đối với từng loại xe và tính năng sử dụng của từng loại Những góc nàyđược gọi chung là góc đặt bánh xe

Việc điều khiển xe sẽ trở lên dễ dàng hơn nếu các bánh xe được đặt theomột góc chính xác theo yêu cầu thiết kế Các góc đặt bánh xe đúng sẽ ngăn cảnviệc mài mòn lốp Nếu như các góc đặt bánh xe không đúng thì có thể dẫn đến cáchiện tượng sau:

+ Khó lái

+ Tính ổn định lái kém

+ Trả lái trên đường vòng kém

+ Tuổi thọ lốp giảm ( mòn nhanh )

Góc đặt bánh xe gồm các góc sau :

+ Góc nghiêng ngang của bánh xe ( Góc Camber )

+ Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ lệch dọc ( Góc Caster và khoảng

Caster )

+ Góc nghiêng ngang trụ đứng ( Góc Kingpin )

+ Góc doãng ( Độ chụm và độ mở )

3.1 Góc nghiêng ngang của bánh xe ( Camber )

Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng vớiđường tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc CAMBER, và đo bằng độ

90 0

CAMBER

ngược lại gọi là góc”CAMBER âm Bánh xe không nghiêng thì CAMBER bằngkhông (bánh xe thẳng đứng )

Hình 1.8 Góc nghiêng ngang bánh xe.

* Chức năng của góc nghiêng ngang bánh xe:

Những năm về trước bánh xe được đặt với góc CAMBER dương để cảithiện độ bền của cầu trước và để các lốp tiếp xúc vuông góc với mặt đường (dotrọng lượng của xe ) nhằm ngăn ngừa sự mòn không đều của lốp trên đường, do cóphần giữa cao hơn hai bên

Góc camber còn đảm bảo sự lăn thẳng của các bánh xe, giảm va đập củamép lốp với mặt đường Khi góc CAMBER bằng không hoặc gần bằng không có

ưu điểm là khi đi trên đường vòng bánh xe nằm trong vùng có khả năng truyền lựcdọc và lực bên tốt nhất

Góc CAMBER ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngượclại dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chitiết của trục trước và hệ thống treo trước Đồng thời giảm cánh tay đòn của phản lựctiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên dẫn động lái và giảmlực lên vành tay lái

Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xenghiêng theo hướng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các bánh xetrong nghiêng ra ngoài so với thân xe Để các bánh xe lăn gần vuông góc với mặt

Góc Caster

(-) ()

V

đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo độc lập thì gócCAMBER thường âm

3.2 Góc nghiêng dọc trụ đứng ( caster và khoảng caster )

Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trước hoặc phía saucủa trụ đứng Nó được đo bằng độ, và được xác định bằng góc giữa trụ xoay đứngvà phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe Nếu trụ xoay đứng nghiêng về phía sauthì gọi là góc nghiêng dương và ngược lại gọi là góc nghiêng âm

Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm trục đứng với mặt đất đến đườngtâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường được gọi là khoảng Caster c

Góc Caster và khoảng Caster được thể hiện ở hình sau:

Hình 1.9 Caster và khoảng Caster

* Tác dụng của góc Caster :

Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe vào

đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi xe đi vàođường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện cácphản lực bên Yb

Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với

chiều tiến của xe (Caster dương ) thì phản lực bên Yb của đường sẽ tạo với tâm tiếpxúc một mô men ổn định, mô men đó được xác định bằng công thức sau:

M = Yb.c

(-) (+)Kingpin

Mômen này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi

nó bị lệch khỏi vị trí này Nhưng khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực đểkhắc phục mô men này Vì vậy, góc Caster thường không lớn Mômen này phụthuộc vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng Đối với các xe hiện đại thì trị sốcủa góc Caster bằng khoảng từ 00 đến 30

3.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng ( Kingpin )

Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe.Góc Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắtngang đó và phương thẳng đứng

Hình 1.10 Góc KingPin

* Tác dụng của góc KingPin:

Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay sang phải hoặc quay quanh trụđứng với khoảng lệch tâm là bán kính r0, r0 là bán kính quay của bánh xe quayquanh trụ đứng, nó là khoảng cách đo trên bề mặt của đường cong mặt phẳngnằm ngang của bánh xe giữa đường kéo dài đường tâm trụ quay đứng với tâmcủa vết tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Nếu r0 lớn sẽ sinh ra mô men lớnquanh trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh lái Dovậy giá trị của r0 có thể được giảm để giảm lực đánh lái, phương pháp để giảm

r0 là tạo CAMBER dương và làm nghiêng trụ quay đứng tức là tạo gócKingPin

Giảm sự đẩy ngược và kéo lệch sang một phía, nếu khoảng cách lệch

r0 quá lớn, phản lực tác dụng lên các bánh xe khi chuyển động thẳng hay khiphanh sẽ sinh ra một mômen quay quanh trụ đứng, do vậy sẽ làm các bánh xe

bị kéo sang một phía có phản lực lớn hơn Các va đập từ mặt đường tác dụnglên các bánh xe làm cho vô lăng dao động mạnh và bị đẩy ngược

Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho cácbánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng Tức là khi quayvòng, quay vô lăng để quay vòng xe, người lái phải tăng lực đánh lái, nếu bỏlực tác dụng lên vô lăng thì bánh xe tự trả về vị trí trung gian (vị tri đi thẳng )

Để giữ cho xe quay vòng thì cần thiết phải giữ vành lái với một lực nhất địnhnào đó Vấn đề trở về vị trí thẳng sau khi quay vòng là do có mômen phản lực(gọi là mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe Giá trị của mômenngược phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin

3.4 Độ chụm và độ mở ( góc doãng )

Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm của 2 bánh xedẫn hướng (hoặc hai bánh xe trên cùng một cầu xe), góc chụm là góc xác địnhtrên một mặt phẳng đi qua tâm trục nối hai bánh xe và song song với mặtphẳng đường tạo bởi hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai bánh xelên mặt phẳng đó và hướng chuyển động của xe

Thông thường độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B-A Kíchthước B, A được đo ở mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đithẳng Độ chụm là dương nếu B-A>0, là âm nếu B-A<0

Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định củavành tay lái Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xelăn phẳng hoàn toàn

Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn Pf

ngược chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Lực

Pf này đặt cách trụ quay đứng một đoạn R0 và tạo nên một mômen quay với

O O'

phía sau Để lăn phẳng thì các bánh xe đặt với độ chụm =B-A dương Vớigóc  như thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn địnhvành tay lái

v A

B

Hình 1.11 Độ chụm bánh xe

Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ épbánh xe về phía trước Bởi vậy góc  giảm Trong trường hợp này, để giảmảnh hưởng của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ độtngột (phanh bằng động cơ ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt  có giá trị nhỏhơn hoặc bằng không

Trên xe con độ chụm thường có giá trị từ 2 3 mm

3.5 Bán kính quay vòng (góc bánh xe , bán kính quay vòng )

Hình 1.12 Sự trượt bên khi quay vòng

r1r2r1>r2

Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượtlết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất

cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó gọi là tâm quay tức thờicủa xe

Để đạt được góc lái chính xác của bánh dẫn hướng bên phải và bêntrái thì các thanh dẫn động lái thực hiện chức năng này cũng đồng thời đạtđược bán kính quay vòng mong muốn

Hình 1.13 Sơ đồ quay vòng

Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu hướng bắt xequay với bán kính lớn hơn bán kính dự định của người lái trừ khi xe có thể sinh ramột lực ngược lại đủ lớn để cân bằng với lực ly tâm Lực này là lực hướng tâm Lựchướng tâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trượt bên của lốp do ma sát giữa lốp vàmặt đường, lực này là lực quay vòng và làm ổn định xe khi quay vòng

4 Dẫn động lái

Dẫn động lái bao gồm tất cả những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đếnngõng quay của bánh xe Vì vậy dẫn động lái trên xe phải đảm bảo các chức năngsau:

+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng

+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiệntượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh

xe dẫn hướng

Bo

O

+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước, đòn kéongang và đòn kéo bên Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng một góc thìcác bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định

Quan hệ hình học của ACKERMAN

Quan hệ hình học của ACKERMAN là biểu thị quan hệ góc quay của cácbánh xe dẫn hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay vòng tức thời của xenằm trên đường kéo dài của tâm trục cầu sau

Hình 1.14 Quan hệ hình học của ACKERMAN.

Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu)phải quay theo các góc α, β khác nhau và quan hệ hình học được xác định theo biểu

B0 : Khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng

α, β: Góc quay của bánh xe dẫn hướng phía ngoài và phía trong

Để đảm bảo điểu kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâugọi là hình thang lái Đantô Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần đúng điều kiệntrên, song do kết cấu đơn giản nên được dùng rất phổ biến Mỗi một chủng loại xe,

có kích thước và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ hìnhhọc của cơ cấu lái 4 khâu với quan hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc quay

bánh xe dẫn hướng lớn Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0030’ đến 10 khi bánh xedẫn hướng ở vùng quay vòng gấp.

* Có hai phương pháp bố trí dẫn động lái điển hình được trình bày theo hình dưới đây:

+ Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh láiĐantô như sau:

Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn độngcác bánh xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu (rotuyl lái).Các đòn bên quay quanh đường tâm trụ đứng

Phương pháp bố trí được trình bày như hình dưới đây

v

b)a)

v

Hình1.15 Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền.

a Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền

b Đòn kéo ngang nằm trước dầm cầu

+ Trên hệ thống treo độc lập, số lượng các đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảocác bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau

Số lượng các đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bốtrí cơ cấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo, nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình họcACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantô

V a

bĐòn kéo ngang

Hình 1.16 Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập

a Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu

b Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu

Hiện nay trên xe con thông dụng là hệ thống treo độc lập, do vậydẫn động lái có rất nhiều đòn và khớp

Trên xe tải thông dụng là hệ thống treo phụ thuộc, do vậy sử dụnghình thang lái Đantô Trên một số xe tải hạng nặng, xe siêu trường, xe siêutrọng dẫn động lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn hướng và hai hình thang lái 4khâu Đantô ( như xe HUYNĐAI 18 tấn )

Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệcủa các cánh tay đòn Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền của các dẫnđộng lái thường nằm trong khoảng từ 0,85 đến 1,1

* Cấu tạo các khớp, đòn, giảm chấn của dẫn động lái.

- Khớp cầu : Khớp cầu dùng trong hệ thống lái có 2 dạng:

Khớp cầu bôi trơn thường xuyên và khớp cầu bôi trơn một lần Ngày nay khớpcầu dùng cho xe con là loại không cần bảo dưỡng (bôi trơn một lần ) Khớp cầu dùngcho xe tải là khớp cầu bôi trơn thường xuyên Khớp cầu bôi trơn 1 lần bao gồm cácloại sau: loại có bạc kim loại, loại bạc nhựa và loại bạc cao su

Ở các hệ thống lái có đòn quay, các đòn phụ chỉ đảm nhận mối quan hệdịch chuyển hình học, lực tác dụng nên khớp nhỏ do vậy dùng loại khớp cầu có bạccao su.

Khớp cầu có bạc nhựa liền khối, có biến dạng rất nhỏ và chịu ma sát tốt,giá thành không cao loại này được sử dụng rộng rãi trên các xe con hiện nay

Khớp cầu có bạc kim loại chỉ dùng trên các xe thể thao vì yêu cầu độ bền cao

- Các đòn dẫn động lái: Thông thường các đòn dẫn động lái có hai dạng là

dạng có kích thước cố định (hình thang lái) và loại có thể thay đổi được chiều dài(đòn kéo dọc) Hình dạng của các đòn tuỳ thuộc vào vị trí, kết cấu và khoảngkhông gian cho phép khi dịch chuyển nhưng phần lớn các đòn có tiết diện tròn vàrỗng Trên các đòn kéo dọc (điều chỉnh độ chụm của bánh xe), thì hai đầu là khớpcầu, trên thân hai đầu là ren ngược chiều nhau để khi điều chỉnh chỉ phải xoay đònkéo Thân khớp cầu bắt với các đòn qua các bề mặt, còn hãm bằng chốt chẻ

- Giảm chấn của hệ thống lái :Để nâng cao chất lượng của xe, trên một số

loại xe có dùng giảm chấn trong hệ thống lái Trong hệ thống lái có cường hoá thìcường hoá đóng vai trò như một giảm chấn

Tác dụng của giảm chấn là dập tắt các dao động từ mặt đường lên vànhtay lái, ổn định vành lái khi đi trên đường xấu

5 Cường hóa lái.

5.1 Đặt vấn đề

Ta thấy lực cản quay vòng tỉ lệ thuận với trọng lượng xe phân lên cầu trướcdẫn hướng do vậy những xe có trọng tải càng lớn thì lực cản quay vòng càng lớn.lực cản quay vòng tăng tới một giới hạn nào đó thì người lái không điều khiển vôlăng được nữa Trong trường hợp đó cần có một bộ phận hỗ trợ cho người lái khiquay vòng xe Người ta gọi bộ phận đó là trợ lực lái

Do trợ lực lái phải có nguồn năng lượng, các van điều khiển, bộ phận sinhlực,… đòi hỏi chế tạo có độ chính xác cao nên bộ phận trợ lực đắt tiền và chỉ đượcdùng trên các xe tải lớn và rất lớn tuy nhiên do sự tiến bộ của kỹ thuật, công nghệ

làm hạ giá thành các chi tiết cộng với sự đòi hỏi ngày càng cao tính tiện nghi chongười lái cho nên trợ lực lái ngày nay được áp dụng cả trên xe tải nhỏ và xe du lịch.

Nguồn năng lượng cung cấp cho trợ lực lái có thể là chất lỏng áp suất cao,khí nén, điện,… tương ứng sẽ có các loại trợ lực thủy điện, trợ lực khí nén, trợ lựcđiện,…do đó ta có các loại trợ lực lái sau:

- Trợ lực thủy lực được dùng nhiều hơn cả vì kết cấu gọn, dễ bố trí

- Trợ lực khí nén về nguyên tắc giống trợ lực thủy lực, nhưng do áp suất khínén nên kết cấu trợ lực khí nén cồng kềnh và do đó ít được sử dụng

- Trợ lực điện cũng gọn nhưng bộ phận sinh lực thường là động cơ điện nênđảo chiều khó khăn do rô to có mô men quán tính nhất định Do vậy trợ lựcđiện cũng ít được sử dụng

* Trợ lực lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Khi bộ phận trợ lực lái hỏng, hệ thống lái vẫn làm việc được lúc này lựcngười lái sinh ra để điều khiển vô lăng lớn hơn, tuy vậy người lái vẫn có thểđưa xe về nơi sửa chữa được

- Phải đảm bảo cảm giác cho người lái khi lái xe Để đảm bảo cảm giác chongười lái phải:

+ Bộ cường hóa chỉ bắt đầu hoạt động khi lực tác dụng lên vô lăng đạt được mộtgiá trị nhất định ( khoảng 20N )

+ Lực trên vô lăng tỷ lệ thuận với lực cản quay vòng

Để lái thuận tiện trung bình lực trên vô lăng khoảng 40 – 70 N, cực đại khoảng

7 8

1

2 3

5

6 4

Hình 1.17Cấu tạo gồm:

1: Nguồn cung cấp chất lỏng ( dầu áp suất cao )

2: Bộ phận sinh lực ( xi lanh lực )

3: Cơ cấu lái

4: Van phân phối

5, 6: Đường dầu dẫn từ van phân phối tới xi lanh lực và ngược lại

7: Đường dầu từ bình chứa tới van phân phối

8: Đường dầu hồi

Sơ đồ 2: Cơ cấu lái và van phân phối được bố trí trên cùng một khối.

Hình 1.18

78

Sơ đồ 3: Van phân phối và bộ phận sinh lực được bố trí trên cùng một khối.

Hình 1.19

Sơ đồ 4: Cơ cấu lái, van phân phối, xi lanh lực bố trí trên cùng một khối.

Hình 1.20Van phân phối được điều khiển bởi tín hiệu từ vô lăng tức theo góc quay vàlực tác dụng lên vô lăng Cũng như các bộ trợ lực của các hệ thống lái khác, vanphân phối đảm bảo tính chép hình cho hệ thống, cụ thể là đảm bảo tỉ lệ thuận giữalực điều khiển trên vô lăng với áp suất chất lỏng đi đến bộ phận sinh lực

Nguyên lý làm việc của trợ lực:

Khi quay vòng sang phải, van phân phối nối đường dầu 6 với đường dầu 8và đường dầu 5 với đường dầu 7.Chất lỏng từ bơm đi đến khoang dưới của xi lanh

sinh lực đẩy piston đi lên, đẩy bánh dẫn hướng quay sang phải Dầu ở khoang trên

xi lanh lực sẽ theo đường 6 về đường 8 và hồi về bơm

Nguồn cung cấp trong đó chủ yếu là bơm thủy lực, được kéo bởi động cơ ô

tô, cung cấp chất lỏng áp suất cao cho hệ thống, bộ phận sinh lực là một xi lanh lực,chất lỏng dùng trong hệ thống là dầu thủy lực

5.2.1 Nguồn cung cấp

Bao gồm bơm thủy lực, bình chứa dầu, các van an toàn, ác quy thủy lực Bơm thủy lực thường dùng là bơm cánh gạt, bơm bánh răng, áp suất chất lỏng có thể đạt 0,4 – 0,6 MN/m2

- Nguyên lý làm việc của bơm cánh gạt :

Bơm cánh gạt gồm các bộ phận sau: vòng cam, rô to, cánh và van điều khiểnlưu lượng Khi rô to quay trong vòng cam, vòng cam bắt chặt với vỏ bơm Trong rô

to có các rãnh các cánh gạt đặt trong các rãnh đó Vòng ngoài của rô to dạng hìnhtròn, mặt trong của vòng cam là hình ôvan nên tạo khe hở giữa rôto và vòng cam.Các rãnh gạt chia các khe hở này thành các buồng dẫn

Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cánh gạt

Các cánh gạt tỳ lên nhau trong vòng cam nhờ có lực ly tâm lẫn áp suấtdầu tác dụng tác dụng lên cạnh trong của cánh nên làm kín rất tốt, do vậy khi bơmhoạt động sinh ra dầu có áp suất cao mà không bị rò rỉ tại phần tiếp xúc giữa cánhgạt và vòng cam Thể tích tại buồng dầu tăng tại cửa hút nên dầu trong bình chứađược hút vào buồng dầu từ cửa hút Thể tích buồng dầu giảm ở phía bơm do vậydầu hút vào bị đẩy ra ngoài theo cửa bơm Bơm có hai cửa hút và hai cửa bơm Vìvậy mỗi vòng quay của rôto thì dầu được hút và đẩy hai lần

5.2.2 Bộ phận sinh lực

Bao gồm xi lanh, pittông và cần pittông Có thể gọi bộ phận này là xi lanh lực,

nó là bộ phận biến đổi áp suất chất lỏng thành lực tác dụng vào dẫn động lái để làmquay bánh xe khi quay vòng Xi lanh lực có thể bố trí độc lập, có thể bố trí chungvới van phân phối, cũng có thể bố trí chung với van phân phối và cơ cấu lái

5.2.3 Van phân phối

Hay là van điều khiển, có nhiệm vụ điều khiển dòng chất lỏng đi đến xi lanhlực phù hợp với trạng thái quay vòng (sang trái, sang phải, hoặc đi thẳng ) Vanphân phối có một yêu cầu quan trọng là đảm bảo tính chép hình cho hệ thống láinghĩa là góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng phải tương ứng với góc quay của vôlăng và lực trên vô lăng phải tương ứng với lực cản quay vòng

Van phân phối trên trợ lực lái thường có 2 loại: loại van trượt và loại van xoay

+ Van phân phối kiểu van quay

Van điều khiển kiểu quay trong cơ cấu lái quyết định dầu từ bơm sẽ điđến buồng nào Trục van điều khiển (mômen từ vô lăng tác dụng lên ) và trục răngđược nối với nhau bằng một thanh xoắn Van quay và trục răng được nối với nhaubằng một chốt và quay cùng nhau Nếu có áp suất dầu, thanh xoắn sẽ bị xoắn hết cỡ,trục van điều khiển và trục răng sẽ tiếp xúc với nhau ở vấu chặn nên mômen từ trụcvan điều khiển sẽ truyền thẳng đến trục răng

Hình 1.22 Van điều khiển kiểu quay

Sơ đồ mạch điều khiển thuỷ lực của van quay.

Một sức cản trong mạch dầu được tạo ra bởi chuyển dộng quay của trục vanđiều khiển so với van quay Khi vô lăng quay sang phải, áp suất bị cản lại tại cửa Xvà Y, khi quay sang trái, nó bị cản lại tại X' và Y'

4

8910

1112133

Hình 1.23 Mạch điều khiển thuỷ lực của

van quay.

Khi đánh lái, trục van điều khiển quay, làm trục răng quay nhờ thanh kéo.Ngược lại với trục răng, do lúc này thanh xoắn bị xoắn tỷ lệ với lực tác dụng từ mặtđường, trục van điều khiển chỉ quay theo lượng xoắn của thanh xoắn và di chuyểnsang phải hoặc sang trái so với van quay Vì vậy các khe X,Y ( hay X' và Y') đượctạo ra và gây ra sự khác nhau trong áp suất dầu giữa buồng xy lanh bên phải và bêntrái Như vậy, chuyển động quay của trục van điều khiển trực tiếp gây ra sự thay đổicủa các cửa và điều chỉnh áp suất dầu Dầu từ bơm vào vành ngoài của van quay vàdầu hồi về bình qua khe hở giữa thanh xoắn và trục van điều khiển

+Van phân phối kiểu van trượt

Hình 1.24

Trong đó:

1: Thùng chứa 2: Bơm dầu

3: Bánh xe dẫn hướng 4: Vỏ van phân phối

5: Lò xo 6: Đòn kéo dọc

7: Xi lanh lực 8,9: Đường dầu nối xi lanh lực và van phân phối10: Đường dầu hồi 11: Con trượt

12: Cơ cấu lái 13: Vô lăng

Van phân phối được lắp trên đòn kéo dọc 6 Phía đòn quay đứng, đòn kéodọc được nối cứng với con trượt 11 ( lõi van ), phía còn lại nối cứng với vỏ van 4 Khi xe chuyển động thẳng, con trượt nằm ở vị trí trung gian, chất lỏng từ bơm 2 đivào van phân phối và thoát ra đường hồi 10 đi về thùng chứa 1, hệ thống trợ lựckhông làm việc

Khi quay vòng, người lái quay vô lăng 13 ( giả sử sang trái ), qua cơ cấu lái

12 đòn kéo dọc sẽ đẩy con trượt 11 lên trên, lúc này dầu áp suất cao từ bơm qua van

đi vào đường 8 và đến buồng trái của xi lanh lực 7 đẩy piston sang trái, đẩy bánh xequay sang trái, thực hiện quay vòng trái

Đường dầu 9 lúc này qua van được nối thông với đường 10, đưa dầu từbuồng trên bên phải xi lanh lực về thùng chứa 1 ngược lại nếu người lái quay vôlăng sang phải, con trượt 11 bị kéo xuống, dầu áp suất cao đi từ bơm qua van đếnđường dầu 9, đến buồng phải của xi lanh lực 7 và dầu từ đường 8 sẽ qua van phânphối về đường 10 và về thùng chứa 1 Lò xo phản ứng 5 có tác dụng đảm bảo khilực tác dụng của người lái lên vô lăng đạt một giá trị nhất định, hệ thống trợ lực mớilàm việc, điều này đảm bảo cho người lái có “cảm giác lái” khi quay vô lăng

+Van phân phối kiểu van cánh

Trên hình vẽ là cấu tạo kiểu van cánh Nó cũng có tác dụng như hai kiểu vantrên Trục van điều khiển và trục răng được nối nhau thông qua thanh xoắn, cáccánh van được làm liền với thanh xoắn

Các van V1 và van V2 của cánh số một đóng vai trò như van điều khiểnhướng chảy và lựa chọn dòng dầu:hoặc từ P-A-T hoặc từ P-B-T phụ thuộc vào sựdịch chuyển của vô lăng.

Các van V3 và van V4 của cánh số hai đóng vai trò như van điều khiển ápsuất tại điểm A và điểm B phụ thuộc vào lực đánh lái Ở vị trí chung gian tất cả cácvan V1,V2,V3 và van V4 đều mở và do đó không có sự chênh lệch áp suất giữa haikhoang A và khoang B

Khi vô lăng quay sang trái V1 mở, V2 đóng, V3 mở một phần, V4 mở do vậy

áp suất tại A tăng lên và đẩy piston sang phải tạo sự trợ lực lái Tương tự khi xequay vòng sang phải

Hình1.25 Sơ đồ mạch điều khiển van cánh

+Van phân phối kiểu van ống

Van điều khiển kiểu ống được mô tả ở hình vẽ dưới đây:

Hình 1.26 Van điều khiển kiểu ống.

5.2.4 Tính chép hình của hệ thống lái

Khi người lái đang quay vô lăng về 1 phía nào đó ( sang phải ), thì dừng lại.con trượt 11 dừng lại theo, trong khi đó do đường dầu 9 vẫn đang nối thông vớibơm và dầu áp suất cao vẫn vào khoang bên phải của xi lanh lực 7, piston vẫn tiếptục được đẩy sang trái đẩy bánh xe 3 quay sang phải, thông qua các đòn dẫn độngthanh kéo dọc 6 sẽ đẩy vỏ van 4 đi xuống, đóng đường dầu từ bơm vào đường 9,giữ nguyên áp suất dầu trong khoang bên trái của xi lanh lực, piston của xi lanh lựcdừng lại và do đó bánh dẫn hướng cũng dừng lại cùng vô lăng

Khi bộ phận cường hóa hỏng đảm bảo hệ thống lái vẫn làm việc được, tuynhiên lực trên vô lăng sẽ lớn, làm người lái rất vất vả

5.2.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái có trợ lực thủy lực

Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảmnhẹ lực lái Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm trong

xy lanh lực Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lênpiston Vì vậy nếu cần trợ lực lái lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu

+ Vị trí trung gian

Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả dầu sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi vềbơm Vì áp suất dầu bên trái và bên phải piston là như nhau lên piston khôngchuyển động về hướng nào

Bơm Khối van điều khiển

Piston

Xy lanh lực

Bơm Khối van điều khiển

Hình 1.28 Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.

1 2 3 4

5 6

Chương 2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT

-Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp

-Sự cản trượt,cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ -Có khả năng tự động triệt tiêu khe hở tại chỗ ăn khớp.Tỉ số truyền thuân và nghịch bằng nhau và bằng 0,8 đến 0,9

Nhược điểm:-Kích thước chiều dài cơ cấu lớn,thanh răng chế tạo từ thép chất lượng cao,kích thước nhỏ,tuy vậy dễ bị cong trong quá trình sử dụng

Kết luận:Với đặc điểm của xe thiết kế là tải trọng thấp,vận hành trên đường tốt điều kiện thuận lợi.Ta chọn cơ cấu lái loại bánh răng-thanh răng

1: Đòn quay ngang 4: Thanh dẫn động 2: Khớp cầu 5: Vành tay lái

3: Cơ cấu lái 6: Trục lái

Hình 2.2 Sơ đồ chung của hệ thống lái thiết kế.

2.2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế dẫn động lái

2.2.1 Dẫn động lái với hình thang lái 4 khâu

Ưu điểm:Kết cấu đơn giản,đáp ứng gần đúng quan hệ lý thuyết

Nhược điểm:Phạm vi sử dụng hạn chế.Được sử dụng trên ô tô có dầm cầu liềnvới 2 phương pháp bố trí đòn ngang là đòn ngang lien kết nằm sau dầm cầu và nằm trước dầm cầu.Dùng với hệ thống treo phụ thuộc

2.2.2 Dẫn động lái với hình thang lái 6 khâu

Số lượng đòn và khâu khớp tăng lên nhằm đảm bảo các bánh xe chuyển động độc lập

Kết luận:Trên ô tô với hệ thống treo trước độc lập và cơ cấu loại bánh răng-thanh răng thì có thể kết hợp thanh răng làm luôn chức năng của thanh lái ngang trong hình thang lái.Với phương án dần động lái 6 khâu cho hệ thống treo độc lập đã đáp ứng gần đúng mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong va phía ngoài khi quay vòng

Hình 2.1 Sơ đồ dẫn động lái

2.3 Phân tích lựa chọn phương án cường hóa lái

2.3.1 Cường hóa điện

Ưu điểm:Hệ thống cho phép có khả năng sử lí rộng rãi nhiều thông tin lien quan tới khả năng quay vòng của ô tô,hoàn thiện chất lượng điều khiển và quay vòng

Nhược điểm:Hệ thống với nhiều cảm biến phức tạp,các trương trình điều khiển mô tơ DC,bộ kiểm soát tốc độ.Dẫn đến giá thành cao

2.3.2 Cường hóa khí nén

Trợ lực khí nén sử dụng năng lượng trợ lực là khí nén trên ô tô.Nguồn khí néntrên xe có áp suất tối đa là 10 bar.Do đó kích thước xi lanh lực và van điều khiển thường lớn,khó bố trí trên xe.Do vậy,hiện nay hệ thống trợ lực bằng khí nén ít được

sử dụng

2.3.3 Cường hóa thủy lực

Cơ cấu lái,van phân phối,xi lanh lực bố trí trên cùng một khối

Ưu điểm:Có cấu tạo khá đơn giản,tác động nhanh,hiệu suất cao.Với công nghệ chế tạo hiện đại cho phép thiết kế được những bộ trợ lực thủy lực có kết cấu nhỏ gọn.Nên được sử dụng nhiều trên xe con và xe du lịch.

Nhược điểm:Có nhiều chỗ tiếp xúc cơ khí dẫn đến mài mòn

Kết luận:Chọn hệ thống lái có cơ cấu lái kiểu bánh răng-thanh răng,dẫn động lái vớihình thang lai 6 khâu,cường hóa lái thủy lực

Hình 2.5 Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.