phân phối các hoạt động, các quá trình, các sự kiện đào tạo và học tập, giúp cho người học có thể tự học khi không có sự hướng dẫn trực tiếp của giáo viên từ đó phát huy tính tự học, khả
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ LẮP RÁP MÔ HÌNH
HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC
MÃ SỐ: T17 - 2008
S 0 9
S KC 0 0 2 1 8 2
Trang 2PHẦN I
ĐẶT VẤN ĐỀ
I ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:
1 Đối tượng nghiên cứu là mô hình:
Đáp ứng nhu cầu cải cách Giáo dục về thay đổi nội dung, phương pháp,
phương tiện dạy và học nói chung Cụ thể là ngày càng hoàn thiện kỹ năng thực hành cho sinh viên nói riêng đồng thời tạo điều kiện thuận lợi và linh hoạt cho giáo viên trong công tác giảng dạy thực hành nói chung
Ngoài ra nó cùng với các phương tiện dạy thực hành như, CD-ROM, video tape, DVD, TV,… phân phối các hoạt động, các quá trình, các sự kiện đào tạo và học tập, giúp cho người học có thể tự học khi không có sự hướng dẫn trực tiếp của giáo viên
từ đó phát huy tính tự học, khả năng tư duy sáng tạo của người học, người học có thể tự ôn tập, kiểm tra, đánh giá kiến thức đã lĩnh hội được thông qua chương “Kiểm tra kiến thức”, các hình thức truyền đạt của giáo viên qua những kinh nghiệm thực tế
có được để có thể truyền đạt những kiến thức, kỹ năng ,kỹ xảo cho người học thì mô hình giúp cho hoc sinh có thể trực quan tượng hình nhằm cung cấp những kinh nghiệm giả tạo qua việc phản ảnh cấu trúc không gian thực của đối tượng nghiên cứu Qua đó học sinh sẽ có được điều kiện dể dàng để đi sâu vào bản chất của các vật thực, đồng thời mô hình giúp cho người học khắc phục một số khó khăn như vật thể cồng kềnh, quá lớn, quá nhỏ hay hiếm có trong thực tế, hay trong trường hợp cần cho học sinh quan sát một cách chi tiết về sự hoạt động của vật thể mà với vật thật chúng ta không thể quan sát được, hay dùng để hình thành cho học sinh những khái niệm mang tính trừu tượng mô hình cũng giúp cho học sinh trong việc quan sát cảm tính, hình thành biểu tượng ban đầu và lại tiết kiệm được thời gian và tiền bạc
Tóm lại :mô hình cùng với nhiều hình thức dạy học khác trong nền giáo dục hiện
đại ngày nay không những mang lại cho người học có được một con đường giúp học sinh lĩnh hội tri thức khoa học và kỹ năng thực hành một cách nhanh nhất hiệu quả nhất và tiếp cận với những kiến thức thực tế nhất, cô động nhất, tổng quát nhất, thuận lợi và hứng thú qua các mô hình, làm cho học sinh có sự tò mò tự tìm hiểu Ngoài ra mô hình còn cho học sinh biết được quy trình sử dụng, nguyên lí hoat động
và cấu tạo của từng chi tiết bộ phận cụ thể Điều này giúp ích rất nhiều cho người học dần dần hình thành những kỹ năng nghề cơ bản làm cơ sở phát triển kỹ năng nghề nghiệp trong tương lai
2 Đối tượng nghiên cứu là “hệ thống lái” :
Trong nghành công nghệ ôtô có rất nhiều lĩnh vực cần được nghiên cứu và minh họa bằng mô hình để phục vụ ngày một tốt hơn cho công tác học tập và giảng dạy thì
đề tài “HỆ THỐNG LÁI” cũng là vấn đề đang được quan tâm:
Hệ thống lái là một hệ thống quan trọng trên ôtô, là bộ phận dùng để điều khiển các bánh xe dẫn hướng, đồng thời góp phần ổn định khi xe chuyển động
Hệ thống lái nói chung góp phần hết sức quan trọng vào việc giúp cho xe được điều khiển an toàn theo đáp ứng nhu cầu cần thiết của người lái trong mọi tình huống
Trang 3II MỤC TIÊU ĐỀ TÀI :
Nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện với mục tiêu sau:
- Thực hiện nghiên cứu thiết kế chế tạo lắp ráp mô hình “hệ thống lái trợ lực thủy lực trên ô tô tải” trên sa bàn là một phương tiện dạy học trực quan tượng hình nhằm cung cấp những kinh nghiệm hữu ích qua việc phản ảnh cấu trúc không gian thực của đối tượng nghiên cứu Qua đó học sinh sẽ có được điều kiện dể dàng để đi sâu vào bản chất của các vật thực
- Thông qua mô hình hệ thống lái giúp cho học sinh nắm được một cách đầy đủ và sâu sắc hơn về cấu tạo kiểm tra cơ bản trên hệ thống lái nói chung
III TÌNH HÌNH Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC:
Hiện nay, so với các quốc gia đang phát triển khác trong khu vực và trên thế giới, nền Giáo dục nước ta vẫn còn yếu kém và còn một khoảng cách, nhưng không phải yếu kém về khả năng mà chính là khoảng cách về trình độ khoa học kỹ thuật và tính thực tiễn trong Giáo dục, đặc biệt là trang thiết bị và cơ sở vật chất trang bị cho các trường, các trung tâm dạy nghề còn rất nghèo nàn, lạc hậu, trong đó có những thiết bị đã hư hỏng hoặc nếu còn hoạt động thì cũng đã lỗi thời hàng vài thập niên…
đã gây trở ngại lớn cho công tác giảng dạy và học tập Song muốn có một phòng thí nghiệm, một mô hình thực tế để phục vụ cho việc đào tạo thì phải đầu tư một khoản tiền rất lớn để mua máy móc từ nước ngoài Ai trong chúng ta cũng nhận thấy điều này trong những năm qua Nhà Nước, các ngành, các cấp cũng đã nổ lực không ngừng đầu tư ngân sách cho Giáo Dục & Đào Tạo cũng như đề ra phương pháp giáo dục mới nhằm từng bước đưa nền Giáo dục nước ta sánh ngang với các nước trong khu vực và trên thế giới Song do hoàn cảnh đất nước vừa mới thoát khỏi chiến tranh, đất nước mới mở cửa xóa bỏ chế độ bao cấp tự cung tự cấp và bước xuất phát thấp về kinh tế nên cho đến nay vấn đề đầu tư trang thiết bị cho Giáo Dục vẫn là một vấn đề nan giải, đang là thách thức trở ngại lớn cho ngành Giáo Dục nói riêng và toàn xã hội nói chung
Như vậy, bài toán đặt ra cho chúng ta là làm sao để nâng cao chất lượng đào tạo, gắn liền giữa lý thuyết và thực hành, giữa những cái học trong trường và ngoài
xã hội…do đó cần phải đổi mới cho bằng được phương pháp dạy và học cho phù hợp sao cho người học là trọng tâm của quá trình dạy học, người thầy chỉ là người hướng dẫn động viên, đôn đốc, khuyến khích tính tự học của người học, phát huy tính sáng tạo, đức tính cần cù siêng năng chịu thương chịu khó vốn có của người Việt Nam, nhằm làm cho chất lượng giáo dục ngày càng tăng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Đồng thời có tính tiết kiệm và phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh kinh tế của nước ta
Nhà trường và Khoa cơ khí động lực nhận thấy việc truyền đạt và tiếp thu bài giảng với sự trợ giúp của mô hình là một trong những giải pháp cho vấn đề đã nêu trên, nó vừa có ý nghĩa thời đại khoa học kỹ thuật vừa có ý nghĩa kinh tế xã hội trong công tác đào tạo ở nước ta và đặc biệt là đối với khoa cơ khí động lực trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Trang 4IV NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI:
Trong thời gian qua mặc dù ngành Giáo dục cố gắng rất nhiều, song hiện nay vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại, là trở lực lớn cho Giáo dục, sự phát triển kinh tế- xã hội và tiến trình hội nhập với thế giới Đó là:
Giáo trình, tài liệu mới còn ít ỏi, tài liệu truyền thống (sách, báo, tạp chí…) không gây hứng thú cho người học (do cách trình bày, hình ảnh, nội dung không hấp dẫn người đọc, không đáp ứng được nhu cầu được hưởng nền giáo dục có chất lượng ngày càng cao của xã hội)
Chưa cập nhật được những thay đổi của khoa học kỹ thuật, chưa ứng dụng nhiều lợi ích của công nghệ thông tin vào Giáo dục
Đặc biệt Tài liệu sống (giáo trình điện tử, mô phỏng, mô hình…) chưa được đầu
tư phát triển đúng mức ngoại trừ ở một số trường lớn
Đã áp dụng nhiều hình thức để thay đổi phương pháp dạy và học nhưng còn mang nặng hình thức vì thiếu sự đồng bộ về vật chất, phương pháp và chuyên môn
Khoa cơ khí động lực đã đưa ra đề tài này chính là mong muốn góp phần giải quyết những tồn tại nêu trên
Trang 5PHẦN II
NỘI DUNG
I.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI:
1 Chức năng của hệ thống lái:
Như ta đã biết hệ thống lái cùng với những hệ thống và bộ phận khác được trang bị trên ôtô có vai trò hết sức quan trọng làm nên chiếc xe đáp ứng nhu cầu về
sự an toàn, ngày càng hoàn thiện hơn về sự thuận tiện, dể dàng khi sử dụng Không chỉ có thế mà nó còn phải đáp ứng được sự nhẹ nhàng khi sử dụng, muốn có được điều đó thì chúng ta phải ngày càng phải nâng cao công nghệ kỹ thuật làm cho chiếc xe ngày càng hoàn thiện, hiện đại đáp ứng yêu ngày càng cao của người sử dụng
Hệ thống lái nói chung là một hệ thống rất quan trọng trên ôtô, là bộ phận dùng
để điều khiển các bánh xe dẫn hướng để có thể duy trì hoặc thay đổi hướng chuyển động Đảm bảo ô tô chạy an toàn ở mọi tốc độ, đặc biệt là ở tốc độ cao Do đó có thể nâng cao được năng suất vận chuyển
Lịch sử hình thành hệ thống lái gắn liền với lịch sử phát triển của ô tô Ở những thế hệ xe đầu tiên thì hệ thống lái có cấu tạo đơn giản, do đó ở các loại xe đó thì tính năng điều khiển của nó rất là khó khăn Theo thời gian hệ thống lái phát triển với các kiểu khác nhau: trợ lực lái thủy lực , khí nén, điện …,
Tất cả đều nhằm mục đích tăng tính năng điều khiển an toàn cho xe, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng và điều khiển xe, cải thiện tính năng an toàn cho xe Để đáp ứng nhu cầu cải thiện độ êm dịu, an toàn của xe khi chuyển động, sự nhẹ nhàng khi điều khiển tay lái mà vẫn luôn mang lại tính hiệu quả cao nhất khi dùng hệ thống lái trợ lực Sử dụng trên nguyên lý dùng áp suất thủy lực để giảm cường độ lao động cho người lái bằng cách hổ trợ lực khí lực cản tay lái tăng
và vẫn giữ được cảm giác khi xe chạy tốc độ cao
Từ khi có hệ thống trợ lực lái thì hầu hết trên các dòng xe du lịch và xe tải đều được sử dụng hệ thống trợ lực, mà trong đó riêng dòng xe tải thường được sử dụng
hệ thống phanh có trợ lực trực tiếp trong hộp cơ cấu lái, với kết cấu nhỏ gọn hiệu suất cao
2 Phân loại:
Có rất nhiều cách phân loại hệ thống lái:
Phân loại theo cơ cấu điều khiển trên xe:
- loại trục vít thanh răng
- Loại hộp cơ cấu lái
Phân loại theo phương pháp trợ lực:
- Trợ lực lái bằng thủy lực
- Trợ lực lái bằng khí nén
- Trợ lực lái bằng mô tơ điện
3 Yêu cầu
Trang 6Hệ thống lái là một hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động của xe Do vậy, nó phải đảm bảo các yêu cầu khắt khe, nhất là đối với xe có tốc độ cao Những yêu cầu của hệ thống lái
Lực cần thiết đánh lái phải nhỏ:
Không gây mất cảm giác lái khi xe chạy tốc độ cao:
Bán kính quay vòng phải phù hợp với chiều dài chung:
Khã năng ổn định hướng tốt:
Duy trì ô tô đúng hướng mà người lái mong muốn
Tự trả tay lái sau khi qua đoạn đường vòng
Phải phù hợp chuyển làn ở tốc độ cao
Cải thiện độ bền và độ tin cậy :
Ngoài các yêu cầu trên, hệ thống lái còn phải đảm bảo chiếm ít không gian, trọng lượng nhỏ, độ bền cao và các yêu cầu chung về cơ khí
II HỆ THỐNG LÁI:
1 Khái quát về hệ thống trợ lực lái:
1.1 Kết cấu chung của hệ thống:
Sơ đồ hệ thống trợ lực lái tổng quát được bố trí trên xe:
Hình 1:Sơ đồ hệ thống lái trợ lực
Các cụm bộ phận chính của hệ thống lái trợ lực bao gồm:
Bình chứa- bơm thủy lực- ống dẫn dầu
Van điều khiển lưu lượng
Xy lanh trợ lực
Dàn làm mát dầu
Trang 71.2 Nguyên lý hoạt động chung :
Xe chạy thẳng (Vị trí trung gian): Van điều khiển lưu lượng mở áp suất chính từ bơm dầu cấp đến hai buồng phải và trái của xy lanh trợ lực và trở về bình chứa
áp suất tạo ra từ bơm dầu lúc này đo được trên đường ống vào khoảng 5-6 kg/cm2
Quay vòng trái: Van điều khiển lưu lượng mở áp suất chính từ bơm cung cấp đến buồng bên trái của xy lanh trợ lực đồng thời nó cũng mở đường dầu từ buồng phải qua van điều khiển trở về bình chứa Pít tông của Xy lanh trợ lực di chuyển về phía phải và thông qua cơ cấu dẫn động lái làm hai bánh xe dẫn hướng cùng quay về phía trái
Quay vòng phải: Van điều khiển lưu lượng mở áp suất chính từ bơm cung cấp đến buồng bên phải của xy lanh trợ lực đồng thời nó cũng mở đường dầu từ buồng trái qua van điều khiển trở về bình chứa Pít tông của Xy lanh trợ lực di chuyển về phía trái và thông qua cơ cấu dẫn động lái làm hai bánh xe dẫn hướng cùng quay về phía phải
Trang 8
PHẦN III
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO LẮP RÁP MƠ HÌNH HỆ
THỐNG TRỢ LỰC LÁI TRÊN ƠTƠ
I Ý tưởng thiết kế
Nghiên cứu hoạt động của hệ thốngTRỢ LỰC LÁI là một trong những hệ thống quan trọng nhằm cũng cố và kiểm chứng các kiến thức về lý thuyết đã được trang bị trong quá trình học tập Tuy nhiên, việc khảo sát hoạt động của hệ thống trợ lực lái trên xe là rất khĩ khăn, vì hệ thống cĩ cấu tạo phức tạp bao gồm nhiều cụm chi tiết được bố trí dàn trải trên xe khuất tầm nhìn nên rất khĩ khăn để quan sát
Với ý tưởng thiết kế và chế tạo một mơ hình hoạt động của hệ thống trợ lực lái dưới hình thức thu gọn một hệ thống lái thật trên xe thành một mơ hình dạng đơn giản hơn, nhỏ gọn dễ di chuyển và hoạt động được, phù hợp với yêu cầu học tập và nghiên cứu, nhưng vẫn đảm bảo tính thực tế như trên ơtơ thật và vẫn thể hiện đầy đủ các tính năng của hệ thống lái là cĩ thể thực hiện được
Với tính năng ưu việc của một mơ hình phục vụ giảng dạy như tính trực quan, sinh động và linh hoạt sẽ giúp cho cơng việc học tập và nghiên cứu được thuận lợi và đạt hiệu quả cao Mơ hình sẽ giúp cho sinh viên thực tập đạt hiểu quả, cĩ thể tháo lắp các chi tiết để quan sát một cách dễ dàng hơn, các bài thí nghiệm đo kiểm hệ thống và các cụm, bộ phận để cĩ khả năng cần thiết thích ứng với cơng việ như thực tế
Kết hợp được sự hài hịa và sáng tạo giữa tính khoa học và kỹ thuật của thực tế với tính sư phạm và thẩm mỹ của một mơ hình giảng dạy là cơng cụ hỗ trợ đắc lực cho cơng tác giảng dạy và học tập, đem lại kết quả cao nhất trong việc tiếp cận với sự phát triển của khoa học kỹ thuật Mơ hình giảng dạy là con đường ngắn nhất để đưa những tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong sản xuất vào cơng tác giảng dạy trong trường Bên cạnh đĩ nĩ tiết kiệm được chi phí cho nhà trường khi trang bị cơ sở vật chất cho sinh viên thực tập Vì khơng nhất thiết cần hệ thống lái đặt trên xe hồn chỉnh và nĩ giảm được diện tích khơng gian
1 Thiết kế khung gá:
Xét điều kiện thực tế về không gian của xưởng thực tập và cho sự thuận tiện cho việc di chuyển giảng dạy ở các phòng học, phòng chuyên đề Việc thiết kế khung gá phải phù hợp, đáp ứng yêu cầu nhỏ gọn thuận tiện nhưng vẫn đảm bảo sự vững chắc, chịu được tải trọng các chi tiết như: Dầm cầu trước, mô tơ điện, cơ cấu lái…Tấm gá cơ cấu lái phải đảm bảo chịu momen uốn xoắn, khi tác dụng đánh lái sang bên phải hoặc bên trái hết cỡ
Đồng thời, khung gá phải đảm bảo việc bố trí các chi tiết trên mô hình cho phù hợp, giúp người học dễ dàng quan sát
Xuất phát từ ý tưởng thiết kế và yêu cầu trên, mô hình cần thiết kế đảm bảo được:
Trang 9 Chiều dài nhỏ nhất : 1100 mm
Chiều dài lớn nhất : 1500 mm
Chiều ngang nhỏ nhất: 350 mm
Chiều ngang lớn nhất : 600 mm
Chiều cao nhỏ nhất : 600 mm
Chiều cao lớn nhất : 900 mm
Hình dạng và kích thước của khung gá được thiết kế theo hình vẽ 3D dưới đây:
Hình 1a: Biểu hiện các xương chịu lực của khung gá 1- Thanh sắt chữ V chịu tải
2- Thanh ngang
3- Giá đỡ cơ cấu lái
4- Thanh đứng
5- Giá đỡ bơm
6- Tấm bát bắt bánh xe
Tổng thể khối lượng của mô hình bao gồm: Khối lượng của khung gá và khối lượng các chi tiết trên mô hình là vào khoảng 200 kg Trong đó, khối lượng dầm cầu là lớn nhất ( 120 kg ) sẽ đặt lên bốn thanh sắt chữ V 40 * 40 mm, dày 3 mm ( 1 ) chịu lực Đồng thời, bốn thanh này đỡ giá bơm dầu ( 5 ) giá đỡ cơ cấu lái ( 3 ) Toàn bộ khối lượng các chi tiết ( Dầm cầu, bơm dầu, cơ cấu lái, bốn thanh ( 1 ) và giá đỡ ( 3 )
Trang 10Riêng giá đỡ của cơ cấu lái ( 3 ) phải chịu mômen uốn xoắn khi đánh lái, trợ lực lái hoạt động nên được thiết kế bằng sắt tấm hình chữ nhật 25 * 15 mm dầy 5 mm và được hàn thêm hai gân hình tam giác chịu lưc và mômen
Hai thanh ngang phía dưới được thiết kế để khung gá chắc chắn và đặt mô tơ điện Toàn bộ hệ thống được đỡ và chịu lực bằng bốn thanh đứng ( 4 ) là xương sống trụ đứng của mô hình Khung gá được đặt trên bốn bánh xe chịu tải trong lớn và có cơ cấu khóa hãm để cho mô hình di chuyển dễ dàng và khi cần thiết thì hãm hoạt động mô hình
Để thể hiện sự dàn trải các chi tiết trên mô hình, người quan sát có cảm giác các chi tiết đặt trên bàn, toàn bộ mặt trên của khung gá phủ tấm tôn INOX 1260 * 520
mm dày 1.2 mm để tăng tính thẩm mỹ nhưng vẫn đảm bảo sự vững chắc, tính lâu bền của mô hình
Hình 1b: Hình dạng của khung gá
Các kích thước của khung gá:
Chiều rộng: 520mm
Chiều dài: 1260mm
Chiều cao: 580mm
Trang 112 Vật tư thi công mô hình:
Vật tư Thông số kỹ thuật Số lượng
Bơm dầu Loại cánh gạt 1
Cơ cấu lái trợ lực Loại van cánh 1
Vô lăng- trục lái Xe Huyndai 1
Bánh xe Loại có khóa hãm 4
Dầu trợ lực ATF DEXRON II 1 bình (1 lít)