đồ án khai thác hệ thống lái xe ford ranger

Với đề tài như trên, nội dung đồ án được thể hiện qua các phần sau: Chương 1: Giới thiệu chung về xe Ford Ranger Chương 2: Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Ford Ranger Chương 3

MỞ ĐẦU

Ngay từ khi ra đời, ôtô đã chứng tỏ được tầm quan trọng của mình trongcuộc sống của con người Sản xuất ôtô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ôtôtrở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hoá chocác ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trở thành phương tiện giao thông tưnhân ở các nước có nền kinh tế phát triển Ngay ở nước ta số ôtô cũng đang pháttriển cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, mật độ xe trên đường ngày càngcao Từ đó đến nay ngành công nghiệp ôtô không ngừng phát triển về số lượngcũng như chất lượng nhằm đáp ứng yêu cầu ngày một cao và khắt khe hơn củangười sử dụng Ngành công nghiệp ôtô đóng vai trò rất quan trọng trong sự tăngtrưởng của nền kinh tế ở các quốc gia, đặc biệt ở một số nước phát triển đã chọnngành công nghiệp ôtô là ngành mũi nhọn

Đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa rất mạnh

mẽ, ngành công nghiệp ôtô Việt Nam mới ra đời còn non trẻ khi mới chỉ dừnglại ở quy mô lắp ráp, sửa chữa, chế tạo một số chi tiết nhỏ với tỷ lệ nội địa hóatăng dần theo thời gian nhưng tương lai hứa hẹn có nhiều khởi sắc Hiện nay cácloại xe được khai thác sử dụng trong nước bao gồm nhập khẩu từ nước ngoài vàmột phần lắp ráp trong nước, các loại xe này có các thông số kỹ thuật phù hợpvới điều kiện địa hình và khí hậu Việt Nam Do đặc thù khí hậu nước ta là nhiệtđới gió mùa ẩm, địa hình nhiều đồi núi, độ ẩm cao nên nhìn chung là điều kiệnkhai thác tương đối khắc nghiệt Chính vì vậy việc tìm hiểu, đánh giá và kiểmnghiệm các hệ thống, các cụm trên xe là việc hết sức cần thiết để đảm bảo khaithác sử dụng xe có hiệu quả cao góp phần nâng cao tuổi thọ xe cũng như tínhkinh tế

Hệ thống lái của ôtô là một hệ thống quan trọng dùng để thay đổi hướngchuyển động hoặc giữ cho ôtô chuyển động theo một quỹ đạo xác định nào đó

Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng được sử dụng phổ biến trên các xe ôtô du lịch

và xe tải nhỏ, xe SUV và Ford Ranger cũng nằm trong số đó Nó là một cơ cấu

cơ khí khá đơn giản Một bánh răng được nối với một ống kim loại, một thanhrăng được gắn trên một ống kim loại, một thanh nối nối với hai đầu mút củathanh răng

Để góp phần thực hiện công việc trên và cũng là đúc rút lại những kiếnthức sau 5 năm học tập trên ghế giảng đường “Học viện Kỹ thuật Quân sự” em

đã được giao đồ án tốt nghiệp với đề tài:

Khai thác hệ thống lái trên xe Ford Ranger "

Với đề tài như trên, nội dung đồ án được thể hiện qua các phần sau:

Chương 1: Giới thiệu chung về xe Ford Ranger

Chương 2: Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Ford Ranger

Chương 3: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái xe Ford Ranger

Chương 4: Hướng dẫn khai thác, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái xeFord Ranger

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Huy Sơn cùng các thầy giáo

bộ môn ôtô quân sự - Khoa Động lực – Học viện Kỹ thuật Quân sự em đã thựchiện đồ án này Trong quá trình làm đồ án, mặc dù có nhiều cố gắng nhưngkhông khỏi có những chỗ còn thiếu sót, em rất mong được sự đóng góp chỉ bảocủa thầy hướng dẫn cũng như các thầy trong bộ môn để đồ án tốt nghiệp nàyhoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Duy Ngọc

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE FORD RANGER 1.1 Giới thiệu chung về xe Ford Ranger

Ford Ranger là xe bán tải hai cầu Dòng xe pick-up (bán tải) đang đượcngười Việt Nam ưa chuộng bởi tính đa dụng của nó, nó vừa có thể được dùnglàm chiếc xe vận chuyển hàng hóa vừa có thể sử dụng như một chiếc xe du lịchcho cả gia đình nếu làm một phép tính đơn giản pick-up khá đa dụng và tiện lợitrong thời buổi bão giá hiện nay Xe pick-up là dạng xe bán tải kiểu dạng như 1chiếc xe đa dụng hàng ghế ngồi có 5 chỗ (tính cả ghế lái) nó có thêm 1 thùngchở hàng phía sau tách biệt hẳn với khoang ghế hành khách có thể chở đượchàng hóa với kích thước quá khổ mà những chiếc xe đa dụng khác không thểđảm nhiệm, khung gầm tương tự như xe tải thiết kế phù hợp với nhiều địa hình,

vận chuyển hàng hóa trọng lượng vừa phải (500 – 700kg)

Thái Lan là một trong 5 quốc gia sản xuất Ranger sau đó xuất khẩu ra cácthị trường lân cận, trong đó có Việt Nam Việc nhập khẩu xe từ Thái Lan khôngquá xa lạ, với Ranger cũng được nhập nguyên chiếc cách đây 3 năm

Ford bắt đầu sản xuất mẫu Ranger vào tháng Giêng năm 1982 tại nhàmáy Ford ở Bắc Mỹ và bắt đầu sản xuất bên ngoài lãnh thổ nước Mỹ từ năm

1995 Nhưng đến 6/2001 sau gần 6 năm có mặt tại Việt Nam, nhà máy Ford ViệtNam tại Hải Dương mới bắt đầu xuất xưởng những chiếc Ford Ranger đầu tiên.Ranger thích ứng được với mọi loại địa hình, nhờ vào khả năng lội nước vượttrội đến 800mm và các công nghệ hỗ trợ xuống dốc và leo dốc; khả năng kéomạnh mẽ lên nhất trong các xe cùng phân khúc, lên tới hơn 3.350 kg ở một sốcác phiên bản động cơ dầu Với 3 kiểu cabin đơn-mở-kép và 2 loại hệ thốngtruyền động 4x2 và 4x4 cùng với hai kiểu chiều cao xe, Ford đã cho ra mắt 5phiên bản Ranger để phù hợp với các thị trường khác nhau

Trong vòng 10 năm từ khi là chiếc xe bán tải hai cầu đầu tiên ra mắt,Ford Ranger đã qua 5 lần thay đổi, với hơn một vạn xe bán ra Mẫu xenày chiếm khoảng 25% thị phần bán tải tại Việt Nam với nhiều mục đích sửdụng, nhưng tập trung chủ yếu trong việc chuyên chở

Kiểu dáng bên ngoài xe được thể hiện trên hình 1.1

Hình 1.1 Kiểu dáng bên ngoài của xe

Hình 1.2 Kích thước bao của xe Ford Ranger

Có nhiều sự lựa chọn cho dòng xe này:

Ford Ranger hoàn toàn mới có hai loại truyền động một cầu 4x2 và haicầu 4x4 với hai khoảng sáng gầm xe Low-rider (thấp) và Hi-Rider (cao), trong

đó mẫu Hi-Rider 4x2 có cùng khung gầm với mẫu 4x4

Ranger 4x4 XLT MT Động cơ Turbo Diesel 2.5L Số tay 5 cấpRanger 4x4 XLT MT Canopy Động cơ Turbo Diesel 2.5L Số tay 5 cấpRanger 4x4 XLT MT Wildtrak Động cơ Turbo Diesel 2.5L Số tay 5 cấpRanger 4x4 XL MT Canopy Động cơ Turbo Diesel 2.5L Số tay 5 cấpRanger 4x2 XLT AT Động cơ Turbo Diesel 2.5L Tự động 5 cấpRanger 4x2 XL MT Động cơ Turbo Diesel 2.5L Số tay 5 cấpRanger 4x2 XL MT Động cơ Turbo Diesel 2.5L Số tay 5 cấpRanger 4x2 XLT AT Canopy Động cơ Turbo Diesel 2.5L Tự động 5cấp

Ranger 4x2 XL MT Canopy Động cơ Turbo Diesel 2.5L Số tay 5 cấp Điểm nổi bật về công nghệ của FR là được trang bị động cơ Duaratorqdiezel 2.2L TDCi trục cam kép 16 van có làm mát khí nạp Intercooler FE manglại sự hài lòng cho người sử dụng khi vận hành trong các điều kiện đường sá vàđịa hình khác nhau nhưng lại rất tiết kiệm nhiên liệu Một chiếc Ranger 4x4trung bình tiêu hao khoảng 8 lít nhiên liệu cho 100km đường trường Hộp số 6cấp trên phiên bản máy dầu không chỉ tang hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu mà cònmang lại tính năng lái hoàn hảo Ngoài những vấn đề về động cơ và hộp số đãnói ở trên FR còn là một chiếc xe đột phá về công nghệ khi được thiết kế về mặtkhí động học hoàn hảo, lốp xe được cải tiến chống lật và tang độ bám đảm bảo

độ an toàn cho người lái, hệ thống quản lý bình ắc qui, được trang bị nút gài cầu

tự động, bộ vi sai cầu sau khóa điện được khởi động dễ dàng trên bảng điềukhiển đều là những công nghệ mới nổi trội và tiện lợi được ứng dụng vào chiếc

xe FR này

1.2 Đặc tính kỹ thuật của xe Ford Ranger 2011

Bảng 1.1 Bảng kích thước tiêu chuẩn của xe Ford Ranger [9]

Khoảng sang gầm xe tối

Vệt bánh xe trước (mm) 1445-1475 1445-1475 1445Vệt bánh xe sau (mm) 1440-1470 1440-1470 1450

Bảng 1.2 Bảng trang thiết bị chính của xe Ford Ranger [9]

trước

2 Túi khí phíatrước

Túi khí dành chongười lái

Ghế trước

Điều chỉnh được

độ nghiêng và độcao của tựa đầu

Điều chỉnh được

độ nghiêng và độcao của tựa đầu

Điều chỉnh được

độ nghiêng và độcao của tựa đầu

được có tựa đầu

Ghế băng gậpđược có tựa đầu

Ghế băng gậpđược có tựa đầu

Khóa cửa điều khiển từ

Gương chiếu hậu

Hệ thống âm thanh AM/FM, CD 6 đĩa,

MP3, 4 loa

AM/FM, CD 1đĩa, MP3, 2 loa

AM/FM, CD 1đĩa, MP3, 2 loa

1.3 Đặc tính các cụm và hệ thống chính của xe Ford Ranger 4x2 XL

1.3.1 Động cơ

Ford Ranger 4x2 XL 2011 được trang bị động cơ Turbo diesel 2.5, 4xilanh, trục cam đơn có hệ thống làm mát khí nạp Intercooler Dung tích thùngnhiên liêu lớn với 63 lít cho phép các chuyến đi dài mà không phải dừng lại tiếpnhiên liệu nhiều lần Ford Ranger với động cơ làm việc hiệu quả, bền bỉ mang

lại sự hài lòng cao nhất khi vận hành trong các điều kiện đường sá và địa hình,nhưng lại rất tiết kiệm, trung bình tiêu hao khoảng 8 lít diezel/100km

Hệ thống động cơ kiểu cam đơn SOHC đã được thay thế bằng kiểu trụccam kép DOHC Công nghệ phun nhiên liệu đơn đường tăng áp TCDi (TurboDirect Common - Rail Injection) chưa được trang bị cho các phiên bản trước đónay đã được Ford Việt Nam tích hợp trên phiên bản mới này

Ford Ranger mới còn được trang bị động cơ diesel mới sử dụng côngnghệ phun nhiên liệu Common - rail Động cơ 2.5L có công suất 143 mã lực,mô-men xoắn cực đại 330 Nm ở vòng tua 1800 không chỉ mạnh mẽ hơn so vớicác mẫu cùng phân khúc, Ford Ranger tự tin với phiên bản 2.5 có mức tiêu haonhiên liệu thấp hơn 22% so với phiên bản cũ và đáp ứng tiêu chuẩn Euro 2

- Hệ thống làm mát: Có hệ thống làm mát khí nạp Intercooler Hệ thốnglàm mát bằng nước theo phương pháp tuần hoàn cưỡng bức

- Hệ thống bôi trơn hỗn hợp cưỡng bức: bôi trơn cưỡng bức kết hợp bơm

và vung té, có dung lượng 4,7 lít

- Các đăng: Xe sử dụng các đăng đồng tốc bi kiểu Rơ xép pơ và Tripot

để truyền lực cho bánh xe chủ động ở cầu trước (cầu dẫn hướng)

1.3.3 Hệ thống điều khiển

1.3.3.1 Hệ thống lái

Hệ thống lái xe Ford Ranger bao gồm cơ cấu lái bánh răng - thanh răng,dẫn động lái và trợ lực lái Cơ cấu lái loại bố trí trên thanh lái ngang Dẫn độnglái gồm có: vành tay lái, vỏ trục lái, trục lái, truyền động các đăng, thanh láingang, cam đơn và các khớp nối

Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng được sử dụng phổ biến trên các xe ôtô

du lịch và xe tải nhỏ, xe đa dụng SUV Nó là một cơ cấu cơ khí khá đơn giản.Một bánh răng được nối với một ống kim loại, một thanh răng được gắn trênmột ống kim loại Một thanh nối (tie rod) nối với hai đầu mút của thanh răng

1.3.3.2 Hệ thống phanh

Hệ thống phanh xe Ford Ranger là hệ thống phanh dẫn động thủy lực, sửdụng cơ cấu phanh đĩa cầu trước, cơ cấu phanh tang trống cầu sau Hệ thốngchống bó cứng phanh (ABS) kết hợp hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD(Electronic Brake Force Distribution) cùng thiết bị cảm biến tải trọng để đảmbảo tối ưu hóa trên mọi địa hình

1.3.4 Phần vận hành

Hệ thống treo trên xe:

+ Trước: Hệ thống treo độc lập bằng thanh xoắn kép và ống giảm chấn.+ Sau: Loại nhíp với ống giảm chấn

Lốp xe gồm 4 lốp Vành (mâm) đúc hợp kim, cỡ lốp/áp suất lốp( kg/cm3):215/70R15

1.3.6 Thiết bị phụ

Thiết kế nội thất xe điển hình cho dòng xe bán tải nhưng vẫn đầy đủ tínhnăng, tiện nghi Chỗ ngồi được bố trí hợp lý với một hoặc hai dãy ghế tùy vàođiều kiện sử dụng

Hình 1.4 Bố trí nội thất trên xe.

Ford Ranger có bình xăng với dung tích lớn 63 lít, tiện cho chuyến đi dài màkhông phải đổ xăng nhiều lần Dàn CD 1 đĩa cho xe 4x2 và dàn CD 6 đĩa cho xe 4x4,Ford Ranger mang lại sự thư giãn qua âm nhạc trên đường xa (hình 1.8)

Hình 1.5 Hệ thống giải trí trên xe.

Các trang thiết bị an toàn cao cấp gồm có: dây đai an toàn, hai túi khí bảo

vệ Ghế lái được thiết kế với điểm gập phần hông (H-point) bố trí cao, tạo tầmquan sát tối đa cho người ngồi lái, nhất là ở hai phía trái, phải của đầu xe Trangthiết bị của Ford Ranger gồm khoá cửa điều khiển từ xa, gương kính điều khiểnđiện, đèn sương mù

Kính trước được thiết kế hai lớp với một lớp nhựa mỏng ở giữa, không bị

vỡ vụn khi va chạm, giảm tối đa thương tích có thể gây ra cho người ngồi trong

xe Các vùng biến dạng được thiết kế để hấp thụ lực va chạm, tự biến dạng trongtrường hợp có va chạm mạnh, giảm thiểu ảnh hưởng lên khoang hành kháchnhằm đảm bảo an toàn cho tài xế và người ngồi trong xe

Thiết kế kết cấu thân xe siêu cứng, có thêm các thanh gia cường hai bênnhằm giảm tối đa những tác động lên người ngồi trong xe Hai bên thành xecũng được gia cường với các thanh siêu cứng bảo vệ khi có va chạm từ hai phía.

Ford Ranger 2011 có 10 màu: Bạc sáng, đen, đỏ hồng, đỏ, ghi, nâu nhạt,trắng, xanh dương, xanh ngọc, xanh rêu

Chương 2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI FORD RANGER 2.1 Công dụng, yêu cầu hệ thống lái Ford Ranger

2.1.1 Công dụng

Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe, công dụng của

hệ thống lái là dùng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ cho ôtô duy trì theo mộtquỹ đạo xác định nào đó

2.1.2 Yêu cầu

Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau

- Quay vòng ôtô thật ngoặt trong một thời gian ngắn trên một diện tích bé

- Điều khiển lái phải nhẹ nhàng thuận tiện

- Động học quay vòng phải đúng để các bánh xe không bị trượt khi quay vòng

- Tránh được các va đập từ bánh dẫn hướng truyền lên vành lái

- Giữ được chuyển động thẳng ổn định

2.2 Đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Ford Ranger

2.2.1 Vành tay lái và trục lái

Vành tay lái và trục lái được đặt trong buồng lái

Trục lái bao gồm trục lái chính truyền chuyển động quay của vô lăng tới cơ cấu

lái và ống đỡ trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe Đầu phía trên của trục láichính được làm thon và xẻ hình răng cưa, vô lăng được xiết vào trục lái bằng một đaiốc.Trục lái của xe Ford Ranger dạng ống lồng liên kết với cơ cấu lái nhờ khớp cácđăng

+ Lực trên vành tay lái khi trên đường xấu không quá 20 KG

+ Hành trình tự do của vành lái 300

Trên xe Ford Ranger được trang bị hệ thống lái có khả năng thay đổi gócnghiêng của tay lái Cấu tạo của hệ thống này như hình 2.1 dưới đây

Hình 2.1 Bố trí trục lái loại điểm tựa dưới.

Cấu tạo cơ bản của cơ cấu này bao gồm một cặp cữ chặn nghiêng, bulông khoánghiêng, giá đỡ kiểu dễ vỡ, cần nghiêng v.v Các cữ chặn nghiêng xoay đồng thời vớicần nghiêng Khi cần nghiêng ở vị trí khoá, đỉnh của các cữ chặn nghiêng được nânglên và đẩy sát vào giá đỡ dễ vỡ và gá nghiêng, khoá chặt giá đỡ dễ vỡ và bộ gánghiêng Mặt khác, khi cần gạt nghiêng được chuyển sang vị trí tự do thì sẽ loại bỏ sựchệnh lệch độ cao của các cữ chặn nghiêng và có thể điều chỉnh trục lái theo hướngthẳng đứng

2.2.2 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái sử dụng trên xe Ford Ranger là loại bánh răng trụ - thanh răng Cơcấu lái bánh răng trụ - thanh răng sử dụng chủ yếu trên các xe công suất bé Vỏ của cơcấu lái được làm bằng gang, trong vỏ có các bộ phận làm việc của cơ cấu lái, gồm trụcrăng ở phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng, vỏ của cơ cấu lái bánh răng trụ

- thanh răng kết hợp làm luôn chức năng của thanh lái ngang trong hình thang lái

Trục răng được chế tạo bằng thép, trục răng quay trơn nhờ 2 ổ bi đặt trong vỏcủa cơ cấu lái Điều chỉnh các ổ này dùng một êcu lớn ép chặt các ổ bi, trên vỏ êcu cóphớt che bụi Để đảm bảo trục răng quay nhẹ nhàng thanh răng có cấu tạo răngnghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía trái, phần thanh còn lại có tiết diệntròn Khi vô lăng quay, trục răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phảihoặc sang trái trên hai bạc trượt Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền xuốngthanh cam quay qua các đầu thanh răng và đầu thanh lái Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe, đểtạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng thì trục răng đặt nghiêng ngược chiềunghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn, làm việc êm.

Hình 2.2 Cơ cấu lái bánh răng trụ- thanh răng.

1 Bạc lệch tâm; 2 Ổ bi đỡ; 3 Trục răng; 4 Vít điều chỉnh; 5 Dẫn hướng

thanh răng; 6 Lò xo nén; 7 Thanh răng; 8 Vỏ thanh răng; 9 Kẹp; 10 Bạc lót; 11.Cao su chắn bụi; 12 Đầu thanh răng; 13 Thanh nối.

Khi quay vành tay lái thông qua trục lái thì trục răng 3 sẽ làm dịch chuyểnthanh răng 7 qua trái hoặc phải Hai đầu thanh răng được nối với bánh xe dẫn hướngqua các khớp cầu và thanh nối sẽ làm quay bánh xe dẫn hướng tương ứng với gócđánh vành tay lái Dẫn hướng thanh răng 5 giúp giữ thanh răng không bị quay trong

vỏ cơ cấu lái Bạc lệch tâm 1 để điều chỉnh ăn khớp giữa trục vít và thanh răng, còn vítđiều chỉnh 4 để điều chỉnh khoảng hở mặt bên

Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng có các ưu điểm và nhược điểm so vớicác cơ cấu lái khác như sau:

*Ưu điểm

+ Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng có tác

dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các thanh ngang như ở các cơ cấu láikhác

+ Ăn khớp răng trực tiếp nên độ nhạy cao.

+ Ma sát trượt và lăn nhỏ kết hợp với sự truyền mômen tốt nên lực điều khiển

2.2.3 Hình thang lái

Hình thang lái được bố trí phía sau đường tâm trục cầu trước Hình thang láitruyền động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng với tỉ số truyền là 0,984 Bộ phậnchính của hình thang lái là cơ cấu hình thang lái, đó là cơ cấu 6 khâu bao gồm: haithanh kéo bên, thanh răng, hai đòn quay bên (cam quay) và dầm cầu là đường thẳngtưởng tượng nằm trên đường tâm trục cầu trước vì hệ thống treo trước của xe là hệthống treo độc lập

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí hình thang lái xe Ford Ranger

1- Khớp cầu; 2- Thanh răng; 3- Thanh kéo bên; 4- Cam quay.

Các thanh kéo bên nối với thanh răng qua các khớp cầu, ở đầu thanh kéo bên córen để nối với đầu thanh lái, trên đầu thanh lái có khớp cầu để nối với cam quay Cácthanh kéo bên có độ dài như nhau, chúng có cơ cấu điều chỉnh chiều dài để thay đổi độchụm của hai bánh xe dẫn hướng, cơ cấu điều chỉnh chiều dài thanh kéo bên thườngdùng ống ren, có đai ốc hãm Đặc điểm của khớp cầu trên đầu thanh lái là loại khớpcầu chỉ bôi trơn một lần, trong quá trình sử dụng không cần phải bảo dưỡng Khi quayvành tay lái, thanh răng dịch chuyển kéo hai thanh kéo bên tác động đến các camquay làm cam quay quay xung quanh đường tâm của trụ đứng và xoay hai bánh xedẫn hướng.

xe có cầu trước chủ động dẫn hướng, động cơ đặt trước

+ Do xi lanh lực đồng thời cũng chính là vỏ thanh răng, pít tông được lắp kếthợp luôn với thanh răng, van phân phối kết hợp trên trục bánh răng trụ răng xoắn nênkhối lượng công việc thiết kế các chi tiết này sẽ giảm đi nhiều

+ Đặt các chi tiết trong cùng một khối như vậy sẽ đảm bảo hệ thống trợ lực láitác động nhanh tức thì do pít tông, xi lanh đặt trực tiếp trên cơ cấu lái và giảm quãngđường dịch chuyển của dầu cao áp tránh tổn hao áp suất dầu

Các bộ phận chính của trợ lực lái gồm có xi lanh lực, bơm thủy lực và van phânphối

2.2.4.1 Xi lanh lực

Cụm xi lanh lực được bố trí kết hợp với thanh răng, nó biến đổi năng lượngchất lỏng thành năng lượng cơ khí được tiêu hao cho việc giảm nhẹ quay vòng bánh

xe Đặc điểm kết cấu của cụm xi lanh lực thể hiện trên hình 2.4

Xi lanh lực đồng thời cũng chính là vỏ thanh răng, trên xi lanh có khoan các lỗ

để bắt với các đường ống cao áp từ van phân phối xuống Pít tông được đặt trên thanhrăng, và thanh răng dịch chuyển do áp suất dầu tạo ra từ bơm trợ lực lái tác động lênpít tông theo cả hai hướng Một phớt dầu đặt trên pít tông có tác dụng như vòng găng để

ngăn dầu khỏi lọt giữa hai bên của khoan công tác làm giảm hiệu suất của trợ lực lái Ngoài

ra, ở hai đầu xi lanh có lắp thêm 2 phớt làm kín (1), (3) để ngăn dầu rò rỉ ra ngoài

Hình 2.4 Đặc điểm kết cấu của xi lanh lực.

1, 3- Phớt làm kín; 2- Pít tông; 4- Trục van điều khiển.

2.2.4.2 Bơm thủy lực

a/ Cấu tạo

Bơm dầu trợ lực lái là bơm kiểu cánh gạt dẫn động bằng đai từ trục khuỷu động

cơ Bơm thủy lực là nguồn cung cấp năng lượng cho bộ phận trợ lực lái Trên xe sửdụng bơm thuỷ lực là loại bơm kiểu rôto cánh gạt và được dẫn động bằng dây đai từpuly trục khuỷu (Hình 2.5)

Hình 2.5 Đặc điểm kết cấu bơm trợ lực.

1- Cánh gạt; 2- Rô to; 3- Trục bơm; 4- Stato;5- Van điều chỉnh lưu lượng.

Bình chứa dầu lắp tách biệt với bơm được nối với bơm bằng hai ống mềm, mộtđường ống cung cấp dầu cho bơm, một đường ống dầu hồi về bình chứa Trên thànhbình có ghi các vạch giới hạn mức dầu, nếu mức dầu trong bình chứa giảm dưới mứcchuẩn thì bơm sẽ hút không khí vào gây ra lỗi trong vận hành Vì vậy phải định kỳkiểm tra mức dầu trợ lực lái, nếu thấp hơn mức cho phép phải bổ xung ngay bằng loạidầu thích hợp.

Van điều chỉnh lưu lượng điều chỉnh lượng dòng chảy dầu từ bơm tới van phânphối, duy trì lưu lượng dầu không đổi cung cấp cho van phân phối mà không phụthuộc tốc độ bơm (v/ph) Bởi vì lưu lượng của bơm tỷ lệ với tốc độ động cơ, khi tốc độbơm tăng thì lưu lượng dầu tăng lên, cấp nhiều trợ lực hơn cho cơ cấu lái và người láicần tác động ít lực đánh lái hơn và ngược lại Hay nói cách khác, lực đánh lái thay đổitheo sự thay đổi tốc độ, khi lái ta có cảm giác không đều tay khi quay vô lăng Do vậy,việc duy trì lưu lượng dầu từ bơm không đổi và không phụ thuộc tốc độ xe là một yêucầu cần thiết và van điều chỉnh lưu lượng đảm nhiệm yêu cầu này

b/ Nguyên lý làm việc của bơm trợ lực

Khi động cơ làm việc, trục bơm được dẫn động và kéo rô to cùng các cánh gạtquay Lực ly tâm tác động cho các cánh gạt văng ra tỳ sát vào bề mặt ôval của stato.Cánh gạt quay làm thể tích của khoang chứa dầu thay đổi Khi thể tích tăng tạo ra sứchút dầu nạp vào khoang, khi thể tích giảm dầu bị ép đẩy ra ngoài Mỗi vòng quay củarôto cánh gạt có hai lần nạp và hai lần ép do bơm dầu có hai cửa cùng tác dụng là haicửa bơm và hai cửa hút

2.2.4.3 Van phân phối

Đặc điểm kết cấu của van phân phối thể hiện trên hình 2.6 Van phân phối được

bố trí trong cơ cấu lái cùng với trục bánh răng trụ răng xoắn, trên hình 2.6.a cho thấytrục van phân phối (trục van điều khiển) và trục bánh răng trụ răng xoắn được nối vớinhau bằng một thanh xoắn Vỏ van phân phối (van quay) được nối với trục bánh răngtrụ răng xoắn bằng một chốt cố định, có nghĩa là van quay và trục bánh răng trụ răngxoắn luôn chuyển động cùng với nhau

Hình 2.6 Đặc điểm kết cấu van phân phối.

1- Thanh xoắn; 2- Trục van điều khiển; 3- Vỏ van điều khiển; 4- Van quay; Cửa đến buồng phải xi lanh(cửa B); 6- Cửa đến buồng trái xi lanh(cửa C); 7- Trục bánh răng trụ răng xoắn; 8- Chốt cố định; 9- Cửa dầu vào(cửa A) ; 10- Cửa dầu hồi (cửa D);11- Miếng hãm (trục bánh răng trụ răng xoắn).

5-Qua hình 2.6 cho thấy trục van phân phối và trục bánh răng trụ răng xoắn ngoàiviệc ghép bằng thanh xoắn còn được khớp với nhau bởi miếng hãm nhưng có khe hở.Trên hình 2.6.b cho ta thấy kết cấu và vị trí tương đối giữa các cửa van được tạo bởitrục van điều khiển và van quay Trên trục van điều khiển có mặt vát, trên mặt vát có

lỗ xuyên tâm để dẫn dầu vào lõi trục van điều khiển, dầu từ cửa vào qua các lỗ hướngtâm trên van quay thông với lõi trục van điều khiển qua các mặt vát này Trên trục vanđiều khiển cũng có lỗ xuyên tâm để dẫn dầu ra cửa hồi (10) về bình chứa Ngoài ra

trên trục van điều khiển và van quay còn có các vòng găng cao su để ngăn cách dầugiữa các cửa.

Van điều khiển kiểu quay trong cơ cấu lái quyết định dầu từ bơm sẽ đi đếnbuồng nào của xy lanh lực Thanh xoắn có tiết diện nhỏ và dài nên đóng vai trò phần

tử đàn hồi Khi quay vành tay lái, sức cản quay vòng của bánh xe làm thanh xoắn biếndạng, trục van điều khiển xoay tương đối so với van quay gây ra sự trùng các mặt vátcủa trục van điều khiển với các lỗ hướng tâm của van quay để đóng mở các đườngdầu

2.3 Nguyên lý làm việc trợ lực lái xe Ford Ranger

2.3.2 Trường hợp xe rẽ phải

Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động van phân phối quay vòng sang phải.

Khi xe quay vòng sang phải, thanh xoắn bị xoắn và trục van phân phối theo đóquay sang phải Các lỗ X và Y hạn chế dầu từ bơm để ngăn dòng chảy vào các cổng

"C"và cổng "D" Kết quả là dầu chảy từ cổng"B" tới ống nối "B" và sau đó tới buồng

xi lanh phải, làm thanh răng dịch chuyển sang trái và tạo lực trợ lái Lúc này, dầu trongbuồng xi lanh trái chảy về bình chứa qua ống nối "C" → cổng "C" → cổng "D" →buồng "D"

2.3.3 Trường hợp xe rẽ trái

Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động van phân phối quay vòng sang trái.

Khi xe quay vòng sang trái thanh xoắn bị xoắn và trục van phân phối cũngquay sang trái Các lỗ X' và Y' hạn chế dầu từ bơm để chặn dòng chảy dầu vào cáccổng "B" và"C" Do vậy, dầu chảy từ cổng "C" tới ống nối "C" và sau đó tới buồng xilanh trái làm thanh răng dịch chuyển sang phải và tạo lực trợ lái Lúc này, dầu trongbuồng xi lanh phải chảy về bình chứa qua ống nối "B"→ cổng " B"→ cổng "D"→buồng "D"

2.3.4 Cảm giác mặt đường và tính tùy động

2.3.4.1 Cảm giác mặt đường

Trong quá trình quay vòng, áp suất trong khoang làm việc của xi lanh lực tăng

tỉ lệ với momen cản quay vòng bánh xe và sự dịch chuyển tương đối giữa trục vanđiều khiển và van quay, hay nói cách khác là độ biến dạng của thanh xoắn Khimomen cản quay vòng tăng đòi hỏi áp suất trong khoang làm việc của xi lanh lực cũngphải tăng và độ biến dạng của thanh xoắn ngày càng lớn Chính độ biến dạng của thanhxoắn sẽ tác động lên vành tay lái của người điều khiển tạo cảm giác cho người lái

2.3.4.2 Tính tùy động

Khi đang đánh tay lái, người lái xe dừng lại (không quay tiếp tục) xu hướng củamomen cản đang gia tăng sẽ tác động lên pít tông của cụm xi lanh lực theo chiềungược lại với chiều điều khiển của người lái Đồng thời khi người lái không đánh taylái nữa cũng có nghĩa là áp suất dầu trong khoang xi lanh lực sẽ không tăng lên nữa vàthanh xoắn được giữ ở một góc xoắn nhất định Khi đó lực do momen cản sinh ra sẽcân bằng với lực do áp suất dầu sinh ra làm cho pit tông được giữ ở một vị trí cố địnhtheo góc quay của người lái đồng thời độ biến dạng của thanh xoắn sẽ tạo cảm giáccho người lái là phải giữ một lực nào đó khi đang quay vòng

Trong trường hợp một bánh dẫn hướng bị nổ lốp, lúc này có sự dịch chuyểnlệch bên của bánh xe về phía bánh bị nổ lốp Sự chuyển động lệch bên nguy hiểm củaôtô sẽ tránh được nếu người lái không buông lỏng tay lái Vì sự lệch bên ban đầu tácdụng vào van phân phối tạo nên sự dịch chuyển tương đối giữa trục van điều khiển vàvan quay

Van sẽ hướng dầu chảy vào khoang của một bên xy lanh lực mà ở đó áp suất

thuỷ lực tạo lên sẽ tác dụng lên pit tông chống lại sự lệch bên của bánh xe

Chương 3 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI XE FORD RANGER 3.1 Mục đích tính toán kiểm nghiệm

Như chúng ta đã biết, hệ thống lái có nhiệm vụ giữ xe chuyển động ổnđịnh theo yêu cầu của người lái, đảm bảo an toàn cho người và hàng hóa trên xetrong quá trình vận chuyển Vì vậy để đảm bảo điều kiện động học, kiểm tra khảnăng quay vòng đúng của hệ thống lái ta tiến hành tính toán kiểm nghiệm cáccụm, cơ cấu của hệ thống Tuy nhiên do vấn đề hạn hẹp về thời gian cũng nhưkinh nghiệm thực tế có rất nhiều hạn chế cho nên trong đồ án tốt nghiệp này emtập trung kiểm nghiệm động học hình thang lái và tính bền các cụm điển hình

3.2 Các thông số đầu vào

Bảng 3.1 Các thông số đầu vào tính toán kiểm nghiệm

Khoảng cách giữa hai đường tâm trụ

Tải trọng phân bố lên cầu trước dẫn

Tỉ số truyền của cơ cấu lái (i) 18

Tỉ số truyền của dẫn động lái (id) 0.984

Góc hợp bởi đòn bên hình thang lái

3.3 Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái

3.3.1 Kiểm nghiệm động học hình thang lái

3.3.1.1 Điều kiện quay vòng đúng

Trong đó:

i: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong (độ)

βi: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài (độ)

B: là khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng (mm)

L : là chiều dài cơ sở của ôtô (mm)

Như vậy, ta có thể thấy để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng lăn khôngtrượt khi vào đường cong thì hiệu cotg các góc quay vòng bánh xe dẫn hướngbên trong và bên ngoài phải luôn luôn bằng một hằng số B0/L

Thay số vào ta được:

3.3.1.2 Động học hình thang lái 6 khâu





B x





y

p m

Hình 3.2 Sơ đồ hình thang lái khi xe chạy thẳng.

Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình 3.2 ta có thể tính được mối quan hệ giữacác thông số theo các biểu thức sau:

y m sin /p

sin     (3.3)Mặt khác:

1 cos sin 2 2

Từ sơ đồ dẫn động trên hình 3.2 ta có mối quan hệ của các thông số theo quan

1 cos   p  y m   

Từ quan hệ hình học trong tam giác ACD ta có:

2 2 2 2

AC     (3.8)

 cos 2

2 2

Thay(3.8) vào biểu thức (3.9) ta suy ra:

2 2

2 2 2 2 2 2 2

2

2

cos

y AD m

p AD m y AB

AC

BC AB AC

2 2 2 2

.

* 2

arccos

y AD m

AD p m y

CD

tg  

AD

y arctg



  (3.11)Mặt khác:

2 2 2 2

2

arccos

y AD m

AD p m y AD

2 2

sin cos

.

sin cos

2

m y p m

i

) sin(

sin sin

+ Cho các góc quay của bánh xe bên trong những giá trị i khác nhau.

+ Bằng phương pháp đồ thị (hình vẽ) xác định các góc quay αi tương ứngcủa bánh xe bên ngoài

Hình 3.4 Các vị trí của hình thang lái.

+ Xác định các giá trị của hệ số i tương ứng với từng cặp góc (i, i)khác nhau theo công thức (3.16)

+ Các giá trị i càng gần bằng 1 thì khi ôtô quay vòng với các bán kínhkhác nhau, các bánh xe dẫn hướng không bị trượt bên hoặc có trượt bên khôngđáng kể

+ Kết quả tính toán cụ thể theo công thức (3.16) được lập thành bảng dưới đây:

Đối với các ôtô hiện đang sử dụng hệ số dao động i trong khoảng  = 0,9

÷ 1,07 Như vậy dựa theo kết quả tính toán có thể thấy hình thang lái của xe FEđảm bảo điều kiện quay vòng không xảy ra trượt bên

3.3.2 Xác định momen cản quay vòng

3.3.2.1 Xác định momen cản quay vòng

Trạng thái nặng nề nhất khi quay vòng xe là khi xe đứng yên tại chỗ Lúc

đó momen cản quay vòng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng được tính theo

công thức: sẽ bằng tổng momen cản lăn của bánh xe dẫn hướng M1, momen cản

do bánh xe trượt lết trên đường M2, và momen do tính ổn định chuyển độngthẳng M3



1

3 2 1

M1  bx . (3.18)Trong đó:

Gbx: là tải trọng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng

2

1

G

G bx  (3.19)Trong đó:

G1: là tải trọng tác dụng lên cầu trước dẫn hướng;

Thay số vào ta được:

Gbx = 4605 (N)

a: là cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng a = 0,03 (m)

f: là hệ số cản lăn ta xét trong trường hợp ôtô chạy trên đường nhựa và khô,chọn f = 0,015

Thay số vào (3.18) ta được:

94 2 03 , 0 015 , 0 4605

b/ Momen cản lăn do bánh xe trượt lết trên đường M 2

Hình 3.5 Sơ đồ lực ngang tác dụng khi bánh xe quay vòng.

Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc giữa lốp vàđường sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe Nguyên nhân lệch này là do sự đàn hồibên của lốp Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu của trục bánh xe một

đoạn x về phía sau (hình 3.4) Đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảng cách củatâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài của nó theo công thức sau:

2 2

2

4 , 25 15

M2  0 , 14 bx   bx  Với  là hệ số bám Ta chọn  = 0,7

Vậy:

99 , 182 0567 , 0 7 , 0

Giá trị của M3 thường rất nhỏ lấy M3 = 0

d/ Hiệu suất dẫn động của trụ đứng và hình thang lái

k : Là hiệu suất của các khớp thanh kéo Chọn k = 0.8

t : Là hiệu suất của trụ đứng Chọn t = 0.9

   0 8  0 9  0 72

Thay các giá trị M1, M2, M3 và  vào công thức (3.17) ta được:

72 0

1 0 7 245 94

3.3.2.2 Xác định lực tác dụng lên vành tay lái

Khi đánh lái trong trường hợp ôtô đứng yên tại chỗ thì lực đặt lên vànhtay lái để thắng được lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng là lớnnhất Lực lớn nhất đặt lên vành tay lái được xác định theo công thức:

th d

c vl

i i

i: là tỷ số truyền cơ cấu lái i = 18

th: là hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái bánh răng - thanhrăng hiệu suất thuận, th = 0,75

id: là tỷ số truyền của truyền dẫn động lái, id = 0,984

Vậy thay vào công thức (3.23):

9 , 288 75

0 984 0 18 18 0

66 690

0 18 9 288

.tg P

r 

Trong đó:

: góc ăn khớp của bánh răng ( = 200)

β: góc ăn khớp của thanh răng (β = 140)

Pr: lực hướng tâm tác dụng lên bánh răng

Thay số vào ta được:

4 , 1919 14

cos

20 9 , 5116

+ Giới hạn bền tiếp xúc của bánh răng:

KXH: hệ số xét ảnh hưởng của kích thước bánh răng, KXH = 1

KF: hệ số xét ảnh hưởng của độ độ bôi trơn, KF = 1

Thay các thông số vào công thức(3.24) ta được:

* Ứng suất uốn cho phép:

+ Giới hạn bền uốn của bánh răng:

F FLim  K K

b/ Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

 

u b

K u

K K T d

Z Z

H

.

1 2

14 cos 2 ) 2 sin(

cos 2

1 1

1 6

1 2 , 3 88 , 1 cos 1 1 2 , 3

88

,

1

2 1

H H

K K T

d b K

2

1

24 4 , 14 1 , 1

4 , 14

1 , 1 ).

1 20 (

18 , 1 1 3 , 946 2 24

87 , 0 74 , 1 175

c/ Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Ứng suất uốn được tính theo công thức:

1

2 1 2

1

.

.

2

F

F F F

F F F F F

Y Y

m d b

Y K K K Y T