đồ án hệ thống lái 3,5 tấn

tính toán và thiết kế hệ thống lái cho xe tải loại trung bình 3,5 tấn bằng cơ cấu trục vít con lăn có trợ lực thủy lực.....................................................................................

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu 04

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống lái 05

1.1 Những vấn đề chung về hệ thống lái ôtô 05

1.1.1 Công dụng 05

1.1.2 Phân loại 05

1.1.3 Yêu cầu 06

1.1.4 Cấu tạo chung hệ thống lái 06

1.2 Giới thiệu ôtô Hyundai 3,5 Tấn 21

1.3 Lựa chọn phương án thiết kế 23

1.3.1 Một số phương án bố trí cường hoá hệ thống lái 23

1.3.2 Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái 23

1.3.3 Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm tách biệt với cơ cấu lái 24

1.3.4 Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm tách biệt với xilanh lực 25

1.3.5 Van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau 27

Chương 2: Thiết kế hệ thống lái 29

2.1 Xác định lực tác dụng lên vành tay lái 29

2.1.1 Mômen cản M1 29

2.1.2 Mômen cản M2 do sự trượt lê của bánh xe trên mặt đường 30

2.1.3 Lực cực đại tác dụng lên vành tay lái 32

2.2 Xác định và phân phối tỉ số truyền của hệ thống lái 33

2.2.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái il 33

2.3 Xác định các thông số cơ bản của hình thang lái 33

2.3.1 Tính động học hình thang lái 33

2.3.3 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế 35

2.4 Thiết kế cơ cấu lái(loại Trục vít - con lăn) 39

2.4.1 Tính trục vít 39

2.4.2 Tính bánh vít 42

2.4.3 Tính bền cơ cấu lái trục vít – con lăn 42

2.5 Tính toán thiết kế và kiểm tra các chi tiết trong hệ thống lái 44

2.5.1 Tính bền trục lái 44

2.5.2 Tính toán đòn quay đứng 45

2.5.3 Tính toán đòn kéo dọc 47

2.5.4 Tính toán đòn kéo ngang 48

2.5.5 Tính bền đòn bên 50

2.5.6 Tính khớp cầu(Rotuyl) 51

2.6 Tính toán thiết kế trợ lực lái 53

2.6.1 Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái 53

2.6.2 Xác định lực tính toán 53

2.6.3 Tính toán xilanh lực 54

2.6.4 Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái 57

2.6.5 Tính toán các chi tiết của van phân phối 58

Chương 3: Lập quy trình công nghệ chế tạo con trượt van phân phối 67

3.1.Giới thiệu con trượt van phân phối 67

3.1.1 Kết cấu con trượt 67

3.1.2 Điều kiện làm việc của con trượt 67

3.2 Lựa chọn qui mô sản xuất 67

3.3 Qúa trình công nghệ chế tạo con trượt van phân phối 68

3.3.1 Phân tích kết cấu công nghệ trong kết cấu con trượt 68

3.3.2 Chọn phôi và xác định bề mặt gia công 68

3.4 Phân tích và tính toán các nguyên công 69

3.4.1 Nguyên công 1: Cắt đứt phôi 69

3.4.2 Nguyên công 2: khoan lỗ 10 70

3.4.3 Nguyên công 3: Tiện mặt đầu và vát mép 70

3.4.4 Nguyên công 4: Tiện các mặt trụ và rãnh 71

3.4.5 Nguyên công 5: Khoan các lỗ tiết lưu 73

3.4.6 Nguyên công 6: Mài các bề mặt trục 74

3.4.7 Nguyên công 7: Kiểm tra các tiêu chuẩn kỹ thuật của chi tiết vừa gia công 75

Kết luận 77

Tài liệu tham khảo 78

= = = o0o = = =

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay ô tô là phương tiện thông dụng để vận chuyển người và hàng hóaCùng với sự phát triển của ngành khoa học và kỹ thuật khác, ngành sản xuất chếtạo ôtô trên thế giới cũng ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn đáp ứng khả năngvận chuyển, tốc độ an toàn cũng như đạt hiệu quả kinh tế cao Chủng loại xe cũngngày càng phong phú

Hyundai là một hãng xe lớn của Hàn Quốc họ cho ra đời rất nhiều chủng loại xe

và xuất sang các nước khác trong đó có Việt Nam Họ xuất sang ta chủ yếu là cácloại xe tải nhỏ vừa và lớn Các loại xe này có giá thành thấp và phù hợp với địahình nước ta Một số loại xe tải lớn đã có thiết kế bộ trợ lực lái tuy nhiên các loại

xe tải nhỏ như loại 3 tấn thì chưa có do vậy để giảm bớt nặng nhọc cho người láithì phải thiết kế bộ trợ lực lái cho các loại xe này

Với đồ án kết cấu và tính toán ô tô được lựa chọn thì em đã chọn thiết kế vàtính toán hệ thống lái cho xe Hyundai 3,5 tấn HD 72 với mục đích giúp người láivận hành ô tô tốt hơn trong mọi điều kiện hoạt động của xe mà vẫn đảm bảo antoàn và chính xác đồng thời đem lại cảm giác lái tốt nhất cho tài xế

Trong quá trình tính toán và thiết kế đồ án này mặc dù bản thân đã hết sức cốgắng và được sự giúp đỡ và hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộmôn cơ khí ôtô – Khoa Cơ khí – Trường Đại Học Công Nghệ Giao Thông Vận Tải

và đặc biệt là cô giáo hướng dẫn T.s Lê Quỳnh Mai đã giúp em hoàn thành nhiệm

vụ được giao.Nhưng do thời gian có hạn, nên không tránh được những sai sót trongquá trình làm đồ án.Em rất mong được các thầy và các bạn đóng góp ý kiến để đồ

án của em được hoàn thiện, đầy đủ hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện:

Trần Văn Trọng

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1.Những vấn đề chung về hệ thống lái ôtô.

1.1.1 Công dụng.

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô hoặc giữcho ôtô chuyển động đúng hướng nào đó

1.1.2 Phân loại.

a Theo cách bố trí vành tay lái:

- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (khi chiều thuận đi đường là chiềuphải như ở các nước xã hội chủ nghĩa…)

- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (khi chiều thuận đi đường là chiềutrái như ở Anh, Nhật, Thụy Điển…)

b Theo kết cấu của cơ cấu lái:

1.1.3 Yêu cầu.

Dựa vào yêu cầu tối thiểu về sự an toàn của xe và hàng thì hệ thống lái phải

có các yêu cầu sau:

- Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòngnhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé

- Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái

- Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khiquay vòng

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

- Đảm bảo quan hệ tuyến tính giữa góc quay vành lái và góc quay bánh xe dẫnhướng

- Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước khôngảnh hưởng đến động học cơ cấu lái

- Hệ thống lái phải bố trí sao cho thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa

1.1.4 Cấu tạo chung hệ thống lái.

a Hệ thống lái không có trợ lực:

Trên một số ô tô tải có trọng tải nhỏ, ô tô du lịch có công suất lít trung bình

và nhỏ không bố trí trợ lực lái, cấu tạo hệ thống lái gồm: cơ cấu lái, dẫn động lái

10 9 8 5

7 6 4 3 2 1

Hình 1.1 Cấu tạo chung hệ thống lái không có trợ lực.

1-Vành tay lái; 2- trục lái; 3-cơ cấu lái; 4-đòn quay đứng; 5-thanh kéo dọc;

6-đòn quay ngang; 7- cam quay; 8- hình thang lái; 9-Trụ đứng; 10-dầm cầu

Hệ thống lái không sử dụng trợ lực về mặt cấu tạo thì đơn giản hơn hệ thốnglái có bố trí trợ lực, thường sử dụng cơ cấu lái loại trục vít- con lăn

b Hệ thống lái có trợ lực:

Đối với ôtô tải có trọng tải lớn, xe khách loại vừa và lớn thì lực tác dụng lên vành tay lái rất lớn, để làm giảm nhẹ lực tác dụng lên vành tay lái khi điều khiển hệthống lái bố trí thêm trợ lực lái, hiện nay để tăng tính an toàn cho ôtô chuyển động

ở tốc độ cao thì cả trên các loại ô tô con cũng được bố trí trợ lực

Hình 1.2: Hệ thống lái có trợ lực xy lanh lực bố trí trên hình thang lái;

van phân phối bố trí tại cơ cấu lái dùng trên các ô tô con.

a Một số loại cơ cấu lái thường dùng.

Hiện nay cơ cấu lái thường dùng trên ôtô có những loại: trục vít cung răng,trục vít con lăn, trục vít chốt quay và loại liên hợp

Cơ cấu lái trục vít - con lăn:

Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất Trên phần lớn cácôtô Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này Trên hình 1.3 trình bày cơ cấu lái loại trục vít con lăn Cơ cấu lái gồm trục vítglô-bô-it 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 củađòn 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

2

A-A

A A

B Nhìn theo B 1

- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô màlàm con lăn 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 con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn

∆ = 5  7mm, điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điềuchỉnh trong quá trình sử dụng

Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác

z t

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 con lăn

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

vị trí trung gian Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục víthay đòn quay và trục vít phát sinh ma sát trượt Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và

giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi Nếu bước củatrục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:

Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít được sửdụng vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thân chốt có

độ chịu mài 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 của cungrăng 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 tiếpxúc, độ mòn của trục vít và cung răng đều giảm Để đạt độ cứng vững tốt người tađặt trục đòn quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng

Khe hở ăn khớp thay đổi từ 0,03mm (ở vị trí trung gian), 0,25  0,6mm ở vịtrí 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 từnắp trên của vỏ

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:

Cơ cấu lái loại liên hợp.

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 bi

mà trục vít ăn khớp với êcu theo kiểu ma sát lăn

Hình 1.6

Cơ cấu lái loại liên hợp

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

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

vòng là một điều khó thực hiện Hiện nay người ta chỉ đáp ứng điều kiện gần đúngcủa mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo lên hìnhthang lái.

 Dẫn động lái có đòn ngang của hình thang lái loại liền: như dẫn động

lái bốn khâu (Hình thang lái Đantô), dẫn động lái ba khâu…

Dẫn động lái có đòn ngang của hình thang lái loại liền đơn giản dễ chế tạođảm bảo được động học và động lực học quay vòng các bánh xe Nhưng cơ cấunày chỉ dùng trên xe có hệ thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng) Do

đó chỉ được áp dụng cho các xe tải và những xe có hệ thống treo phụ thuộc, còntrên xe du lịch ngày nay có hệ thống treo độc lập thì không đảm bảo động học

Hình 1.7: Dẫn động lái 3 khâu

 Dẫn động lái có đòn ngang của hình thang lái loại cắt: như dẫn động

lái sáu khâu …

Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệ thốngtreo độc lập lắp trên cầu dẫn hướng Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu là dễ lắpđặt cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc, bố trí trợ lưc lái thuận tiện ngaytrên dẫn động lái Hiện nay dẫn động lái sáu khâu được dùng rất thông dụng trêncác loại xe du lịch như : Toyota, Nisan, Mercedes, Pregio…

Đặc điểm của dẫn động lái sáu khâu là có thêm thanh nối nên ngăn ngừađược ảnh hưởng sự dịch chuyển của bánh xe dẫn hướng này lên bánh xe dẫn

hướng khác

 Yêu cầu.

Trợ lực hệ thống lái phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Khi bộ trợ lực hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc được tuy nhiên láinặng hơn

- Chỉ gài bộ trợ lực khi lực cản quay vòng lớn, khi lực cản quay vòng bé hệthống lái làm việc như bình thường, tức là lúc ấy lực đặt lên vành lái đối với ôtô dulịch P1 = 10  20N, đối với ôtô tải P1= 30  40N

- Bộ trợ lực phải giữ cho người lái có cảm giác sức cản trên mặt đường khiquay vòng, thời gian tổn hao để cường hoá phải là tối thiểu và phải đảm bảo tỷ lệgiữa lực tác dụng, góc quay trục vô lăng và góc quay bánh dẫn hướng

- Hệ thống lái có trợ lực phải đảm bảo cho người lái giữ được hướng chuyểnđộng khi bánh xe đột ngột có sự cố (rơi vào hố sâu, nổ lốp, hết khí nén tronglốp…).

Phân tích một số loại trợ lực hệ thống lái

 Hệ thống trợ lực bằng khí nén.

Loại hệ thống trợ lực này dùng lực khí nén để tạo ra lực trợ lực Loại nàyhiện nay trong ngành thiết kế và tính toán ôtô không còn dùng nữa

 Hệ thống trợ lực bằng thuỷ lực.

Trợ lực lái loại thuỷ lực hiện nay được dùng nhiều trên các ôtô hiện đại vì

nó có những ưu điểm hơn so với hệ thống lái trợ lực khí nén:

- Áp suất chất lỏng của hệ thống thuỷ lực lớn p = 6 10 MN/cm2 nên giảmđược kích thước và trọng lượng xilanh lực, không ồn khi làm việc

- Tác dụng của bộ trợ lực nhanh, thời gian chậm tác dụng của bộ trợ lựckhông quá 0,02  0,045 (s) Nhờ vậy đảm bảo tính năng làm việc tức thời của bộtrợ lực

- Giảm được va đập trong truyền dẫn thuỷ lực do mặt đường không bằngphẳng tác dụng lên vành lái Hiệu suất làm việc của bộ trợ lực thuỷ lực cao

* Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực có bộ ăcqui áp suất  Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực có bộ ăcqui áp suất.

Nguyên lý làm việc:

Thùng chứa dầu 8 luôn thông với bơm dầu 9 qua van nghịch đảo 10 sẽ tạo

ra trên đường ống 5 một áp suất qui định Áp suất này được giữ bởi ắcqui thuỷ lực6

Khi ôtô chuyển động thẳng, mặt đường bằng, sức cản chuyển động nhỏ lựcđặt lên vành tay lái bé không quá 2,5KG và khi đó vành tay lái chỉ cần dao độngnhỏ quanh vị trí giữa nó làm cho con trượt 12 nằm ở vị trí trung gian và đóng hếtcác cửa dầu từ đường ống 5 vào trong van phân phối do vậy áp suất chất lỏng ở haiphía của xilanh lực là cân bằng nhau Lúc đó coi như bộ trợ lực không làm việc

11- Vành tay lái Sơ đồ trợ lực hệ thống lái

12- Contrượt thuỷ lực có bộ ắcquy áp suất

Khi quay vành lái 11 sang trái, con trượt 12 của cơ cấu phân phối sẽ đixuống vừa mở cửa khoang B cho dầu từ bơm dầu 9 đi vào vừa đóng cửa thôngkhoang B với ống dẫn 4, mở cửa thông khoang A với bình chứa 8 Dưới áp suấtlớn, dầu từ ống dẫn 5 đi vào trong khoang B đẩy cần piston sinh lực về bên trái,dầu ở buồng bên trái xilanh sinh lực qua ống dẫn 14 và 7 trở về thùng chứa Nhờvậy bánh xe sẽ quay về bên trái đồng thời kéo thanh kéo 2 (2 làm nhiệm vụ liên hệngược) làm dịch chuyển vỏ cơ cấu phân phối về vị trí ban đầu so với con trượt do

đó làm dầu ngừng chảy vào xilanh lực 1, muốn quay bánh xe dẫn hướng một góclớn hơn cần tiếp tục quay vành lái 11

Khi quay vành lái 11 sang phải, con trượt 12 của cơ cấu phân phối sẽ đi lênlàm, mở cửa khoang A thông với bơm dầu, đóng cửa thông khoang A với đườngdẫn dầu 7, mở cửa thông khoang A với đường dẫn dầu 4 Dưới áp suất lớn, dầu từbơm 9 đi vào trong khoang A (van phân phối) đến khoang A (xilanh lực) đẩy cầnpiston xilanh lực đi sang phải, do đó bánh xe dẫn hướng 3 sẽ quay về bên phải.Dầu bên trái xilanh lực theo ống dẫn 13 và 4 trở về bình chứa 8

6 và buồng phản ứng nằm ngay sau van Khi dịch chuyển trụ phân phối 4 về phíanày hoặc về phía khác tương đối với vỏ thì trụ phân phối phải thắng được lực lò

xo 7 và áp lực của chất lỏng ở buồng phản ứng nằm sau van đĩa số 6

Nguyên lý làm việc:

Khi đi thẳng con trượt ở vị trí trung gian nhờ sự tuần hoàn tự do của dòngchất lỏng do vậy chất lỏng ở các khoang a và b thông nhau Dầu từ bơm dầu 5 đivào trong khoang a và b.Một đường dầu đi theo đường dầu 10,11 đến các khoang

A, B, áp suất trong các khoang và các đường ống dẫn bằng nhau do đó hệ thống

không được trợ lực.

Khi quay vòng sang phải con trượt 4 đi xuống, ở khoang a đường dầu nạpđược mở, đường dầu hồi thì đóng lại Còn trong khoang b thì đường ống nạpđóng lại, đường dầu hồi được mở ra Khi đó dầu từ bơm dầu 5 đi khoang a theo 10đến buồng A của xilanh sinh lực làm piston dịch chuyển sang phải, thông qua cơcấu hình thang lái làm cho bánh xe dẫn hướng phía bên phải quay về phía bên phải.Piston đẩy dầu từ buồng B của cơ cấu xilanh sinh lực đi vào 11 vào khoang b trở

về bơm dầu 5

Khi dừng đánh tay lái, con trượt 4 đứng yên nhưng khi đó dầu vẫn tiếp tục đivào buồng A, kéo bánh xe dẫn hướng 3 tiếp tục đi sang phải, thông qua đòn liênkết 2 làm cho vỏ cơ cấu phân phối đi xuống, con trượt trở về vị trí trung gian kếtthúc quá trình trợ lực Đây là nguyên lý tuỳ động của hệ thống trợ lực

Khi quay vòng sang trái, con trượt 4 đi lên, ở khoang a đường dầu ống nạpđóng lại còn đường dầu hồi được mở ra Trong khoang b đường dầu nạp được mở

ra còn đường dầu hồi được đóng lại Dầu tờ bơm 5 đi vào khoang b theo 11 đi vàokhoang B của xilanh sinh lực làm cho piston dịch chuyển sang trái đẩy bánh xe dẫnhướng 3 quay về bên trái, đồng thời thông qua hệ thống hình thang lái sẽ kéo bánh

xe bên phải quay về phía bên trái Piston đẩy dầu từ khoang A theo 10 trở vềkhoang a theo đường dầu hồi trở về bơm 5

Khi dừng đánh tay lái, con trượt 4 đứng yên nhưng khi đó dầu vẫn tiếp tục đivào buồng b, kéo bánh xe dẫn hướng 3 tiếp tục đi sang trái, thông qua đòn liên kết

2 làm cho vỏ cơ cấu phân phối đi lên, con trượt sẽ trở về vị trí trung gian kết thúcquá trình trợ lực

* Trợ lực lái điện ( hiện nay ít được sử dụng)

Hình 1.11 : Hệ thống lái có trợ lực lái thủy lực, trợ lực lái điện

1.2 Giới thiệu ôtô Hyundai 3,5 Tấn.

Hyundai là một hãng xe lớn của Hàn Quốc họ cho ra đời rất nhiều chủng loại xe vàxuất sang các nước khác trong đó có Việt Nam Họ xuất sang ta chủ yếu là các loại

xe tải nhỏ vừa và lớn Các loại xe này có giá thành thấp và phù hợp với địa hìnhnước ta

Xe em chọn để thiết kế và tính toán là mẫu xe HD 72 3,5 tấn có thùng loại xe cỡ vừa chủ yếu dùng để vận chuyển hàng hóa

CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA XE HYUNDAI 3,5 TẤN

TT Tên danh nghĩa Ký hiệu Giá trị Đơn vị đo

Một số xe tải Hyundai loại lớn đã có thiết kế bộ trợ lực lái tuy nhiên các xetải Hyundai loại nhỏ như loại 3,5 tấn thì chưa có do vậy để giảm bớt nặng nhọccho người lái thì yêu cầu đề ra là phải thiết kế bộ trợ lực lái cho các loại xe này.

Hình 1.12 : Bố trí chung hệ thống lái trên xe Hyundai 3,5 Tấn

1.3.Lựa chọn phương án thiết kế.

Đối với loại xe đang thiết kế là loại xe tải trung bình vận tải hàng hoá trongđiều kiện quãng đường ngắn Tải trọng tác dụng lên các bánh xe dẫn hướng lớn do

đó lực lái lớn nhất mà người lái phải đặt lên vành tay lái để thắng được lực cảnquay vòng lớn Nên cần phải bố trí trợ lực lái nhằm làm giảm bớt sức lao động chongười lái, đồng thời làm tăng tính ổn định cho xe khi ôtô quay vòng

1.3.1 Một số phương án bố trí trợ lực hệ thống lái.

Trên xe ôtô bố trí trợ lực lái dạng thuỷ lực có kết cấu gọn Hệ thống trợ lựclái là một hệ thống tự điều khiển, bởi vậy nó bao gồm: nguồn năng lượng, vanphân phối và xilanh lực Tuỳ thuộc vào việc sắp xếp các bộ phận trên vào hệ thốnglái có thể chia ra các phương án sau:

a - Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái

b - Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái

c - Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái

d - Van phân phối, xilanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau

1.3.2.Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái.

Ưu điểm của phương pháp bố trí này là gọn và dễ bố trí trên xe, ngoài ra cácđường ống là ngắn nhất cho nên tránh được những khả năng phát sinh dao động do

sự không ổn định động lực học do trợ lực gây nên

Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp bố trí này là hầu như toàn bộcác chi tiết của dẫn động hệ thống lái phải chịu tác dụng của mômen cản quay vòngtoàn bộ của các bánh xe dẫn hướng Điều này làm tăng độ biến dạng đàn hồi của hệthống lái và hậu quả làm tăng khả năng phát sinh dao động của các bánh xe dẫnhướng Sử dụng phương pháp này là không có lợi do phải tăng khối lượng các chitiết dẫn động lái và cơ cấu lái

Hình 1.13

Bộ trợ lực lái bố trí cơ cấu lái

van phân phối và xilanh lực thành một cụm.

1 - Đòn quay đứng 6,9,10 - Cơ cấu hính thang lái

2 - Thanh kéo dọc 7 - Trục lái

3 - Đòn quay ngang 8 - Vành tay lái

4 - Cơ cấu xilanh lực, van phân phối + cơ cấu lái 11- Bánh xe dẫn hướng

5 - Cầu dẫn hướng 12 - Trục quay

1.3.3.Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái.

Trong phương án này van phân phối và xilanh lực được bố trí chung thànhmột cụm trên thanh kéo dọc Kiểu bố trí như thế này cho phép ta ta có thể sử dụngnhiều cơ cấu lái khác nhau Tuy nhiên khuynh hướng gây nên sự dao động của cácbánh xe dẫn hướng sẽ cao hơn so với kiểu bố trí cơ cấu lái, van phân phối vàxilanh lực thành một cụm

Bố trí kiểu này khi tăng tải tức là khi tăng đường kính của xilanh lực thìkhông đảm bảo lái nhẹ bởi vì khi quay vòng những lực thành phần bên tác dụng lên

đòn quay đứng từ thanh kéo dọc (lực thành phần hướng kính tác dụng lên vỏ vanphân phối) sẽ cản trở chuyển dịch của con trượt và chính nguyên nhân này làmtăng đáng kể lực ở vành tay lái.

Hình 1.14

Bộ trợ lực bố trí cơ cấu lái riêng

xilanh lực và van phân phối thành một cụm.

1 - Cơ cấu lái 6,9,10 - Cơ cấu hình thang lái

2 - Thanh kéo dọc 7 - Trục lái

3 - Đòn quay ngang 8 – Vành tay lái

4 - Cơ cấu xilanh lực và van phân phối 11 – Bánh xe dẫn hướng

5 - Cầu trước của bánh xe dẫn hướng 12 – Trục quay

1.3.4.Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, tách biệt với xilanh lực.

Ở phương án này, van phân phối được bố trí chung trong cơ cấu lái, cònxilanh lực nằm riêng rẽ Trong kiểu bố trí này đòi hỏi các đường ống dẫn phải dàinhưng ưu điểm chính của nó lại là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi tácđộng của trợ lực lái, công suất của trợ lực lái dễ dàng thay đổi do xilanh lực có thể

Trong trường hợp này ta bố trí xilanh lực trên hình thang lái để giảm thiểulực tác dụng lên cơ cấu lái và lên dẫn động lái do vậy nó làm giảm kích thước củadẫn động lái và làm giảm dao động ở hệ thống dẫn động do lực cản quay vòng sinhra.

Hình 1.15

Bộ trợ lực bố trí van phân phối và

cơ cấu lái đặt thành một cụm, xi lanh lực nằm ở trên hình thang lái.

3 - Đòn quay ngang 11 - Bánh xe dẫn hướng

5 - Cầu trước của bánh xe dẫn hướng 13 - Xilanh lực

6, 9, 10 - Cơ cấu hình thang lái

1.3.5 Van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau.

Trong phương án này ta bố trí các cụm cơ cấu lái, van phân phối và xilanhlực nằm tách biệt với nhau Nó cũng có đầy đủ những ưu điểm của các phương án

bố trí trước như là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi lực tác động củatrợ lực, công suất của trợ lực dễ dàng thay đổi do xilanh lực có thể thay đổi tự docách bố trí Tuy nhiên bố trí như phương án này tay lái vẫn không nhẹ và lực tácđộng lên van phân phối thay đổi do cánh tay đòn thay đổi

Hình 1.16

Bộ trợ lực bố trí van phân

phối cơ cấu lái và xilanh lực đặt riêng rẽ.

2 - Thanh kéo dọc 8 - Vành tay lái

3 - Đòn quay ngang 11 - Bánh xe dẫn hướng

4 - Vân phân phối 12 - Trục quay

5 - Cầu trước của bánh xe dẫn hướng 13 - Xilanh lực

6, 9, 10 - Cơ cấu hình thang lái

của xe ta phải lựa chọn phương án thiết kế cụm trợ lực đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đảm bảo được tính năng trợ lực, nhưng vẫn phải tạo được “cảm giác”lực cản của mặt đường cho người lái

- Cách bố trí của phương án phải phù hợp với xe thiết kế

- Giá thành sản xuất, thay thế phải đảm bảo tính kinh tế

- Dễ dàng tháo lắp, bảo dưỡng và sửa chữa

Qua đánh giá và phân tích các ưu, nhược điểm của các loại cơ cấu lái,dẫn động lái, trợ lực lái, phương án bố trí trợ lực và kết cấu của xe nên em lựachọn phương án thiết kế là :

“Thiết kế hệ thống lái có cơ cấu lái loại Trục vít – con lăn, dẫn động lái

có đòn ngang của hình thang lái loại liền và trợ lực lái loại thủy lực”.

Mô hình bố trí chung của hệ thống lái lựa chọn thiết kế như hình dưới đây

Hình 1.17

1 - Van phân phối; 2 - Thanh kéo dọc; 3 - Đòn quay ngang; 4 - Cơ cấu lái;

5 - Cầu trước của bánh xe dẫn hướng; 6, 9, 10 - Cơ cấu hình thang lái,

7 - Trục lái; 8 -Vành tay lái; 11 - Bánh xe dẫn hướng; 12 - Trục quay;

13 - Xilanh lực

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

2.1 Xác định lực tác dụng lên vành tay lái.

Hình 2.1

Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái.

Lực tác động lên vành tay lái của ôtô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quayvòng ôtô tại chỗ Lúc đó mômen cản quay vòng trên bánh xe dẫn hướng Mc sẽbằng tổng số của mômen cản chuyển động M1, mômen cản M2 do sự trượt lê bánh

Mômen cản quay vòng được xác định theo công thức:

M1 = Gbx.f.a (KGm) (2-1) Trong đó:

Gbx – trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng

2

2600 2

2r tg

B B

mm tg

f – hệ số cản lăn ta xét trong trường hợp khi ôtô chạy trên đường xấu nhưđường đất, đá sỏi (f = 0,04).

Vậy: M1 = 1300.0,04.0,0549 = 2,8548 (KGm)

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 mộtđoạn x về phía sau, đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảng cách của tâm diệntích tiếp xúc đến rìa ngoài của nó theo công thức sau:

2 2

5 ,

x   Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi xe quay vòng.

Do đó mômen cản do bánh xe trượt lê là:

 - góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe

- góc lệch của vết tiếp xúc của lốp với mặt đường so với mặt phẳng giữacủa bánh xe

- góc doãng của bánh xe dẫn hướng.

6 , 0

1 , 1 ).

4 , 55 8548 , 2 (

2

KGm

2.1.3 Lực cực đại tác dụng lên vành tay lái.

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

th tr c c

i i R M P



.

1

max  (2-6) Trong đó:

Mc – mômen cản quay vòng Mc = 213,6 (KGm)

R – bán kính bánh lái R = 0,2 (m)

ic – tỷ số truyền cơ cấu lái ic = 25

th – hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái trục vít con lăn hiệusuất thuận th = 0,65

itr – tỷ số truyền của truyền động lái

Hình 2.4

Sơ đồ xác định tỷ số truyền dẫn động lái.

Coi tỷ số truyền của dẫn động lái bằng tỷ số giữa chiều dài các đòn nối

với thanh kéo dọc

1 6

, 213

2.2 Xác định và phân phối tỉ số truyền của hệ thống lái.

2.2.1.Tỷ số truyền của hệ thống lái.

Tỷ số truyền của hệ thống lái (tỷ số truyền động học) bằng tỷ số góc quaycủa trục vành tay lái và góc quay tương ứng của cam quay Tỷ số truyền này mộtmặt phải đủ lớn để ứng với một lực nhất định nào đó tác động vào vành tay lái sẽlàm quay được bánh xe dẫn hướng trong những điều kiện nặng nhọc nhất, đó là khiquay vòng tại chỗ trên mặt đường nhựa khô, xe đầy tải

Tỷ số truyền của hệ thống lái il được biểu thị bằng tích số giữa tỷ số truyềncủa cơ cấu lái ic (từ trục lái đến đòn quay đứng) và tỷ số truyền của dẫn động lái id.

il = ic id (2-8)

Với xe thiết kế là xe tải cho nên tỷ số truyền góc nằm trong khoảng

16  32 Vì ta chọn id = 1 cho nên il = 25 tức là khi góc quay lớn nhất của bánh xedẫn hướng là 320 thì góc quay của vành tay lái là 8000

Thời gian quay vòng tay lái là thời gian mà người lái phải quay vành tay lái

từ vị trí tận cùng bên trái sang vị trí tận cùng bên phải tức là phải quay vành taylái đi một góc 800 x 2 = 16000

2.3 Xác định các thông số cơ bản của hình thang lái.

2.3.1 Tính động học hình thang lái.

Nhiệm vụ của tính toán động học dẫn động lái là xác định những thông sốtối ưu của hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫnhướng một cách chính xác nhất và động học đúng của đòn quay đứng khi có sựbiến dạng của bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của hệthống truyền dẫn động lái

Hình 2.5: Sơ đồ quay vòng của ôtô

Từ lý thuyết quay vòng ta thấy để nhận được sự lăn tinh của các bánh xe dẫnhướng khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quay hệ sau đây của củagóc quay bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng

L

B Cotg Cotg    (2-10) Trong đó: : là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài

: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong

B : là khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng

L : là chiều dài cơ sở của ôtô

Từ biểu thức trên để bánh xe dẫn hướng lăn tinh mà không bị trượt lết trongquá trình quay vòng thì hiệu số cotg góc quay của bánh xe bên ngoài và bên trongphải luôn là một hằng số và bằng B/L

Hình thang lái phải đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn

hướng Nó bao gồm các khâu được nối với nhau bằng các khớp cầu và các đònbên được bố trí nghiêng một góc so với dầm cầu trước.

2.3.2 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết.

Trên hệ trục toạ độ đề các 0 ta xác định được đường cong đặc tính lýthuyết qua quan hệ = f(,)

2.3.3 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế.

Để xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế ta phải xây dựngđược đường cong biểu thị hàm số = f(,).Theo mối quan hệ này thì nếu biếttrước một góc  nào đó ứng với một giá trị của góc  thì ta có một giá trị của góc

 Mối quan hệ giữa các góc  , và  theo giáo trình thiết kế tính toán ôtô đượcthể hiện như sau:

) sin(

sin

2 sin 2 arcsin )

sin(

.

) cos(

m m

B m m

B m

Trong đó:

- góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên ngoài

- góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên trong

L - chiều dài cơ sở của xe L = 3650 (mm)

B - khoảng cách giữa hai trục đứng của cầu dẫn hướng B = 1750 (mm)

- góc tạo bởi đòn bên hình thang lái và phương dọc

m - chiều dài đòn bên hình thang lái m = 152 (mm)

n - chiều dài đòn ngang hình thang lái n = 1290 (mm)

Dựa vào công thức (2 - 16) ta xây dựng các đường đặc tính hình thang láithực tế ứng với mỗi giá trị của góc  = (00 , 50 , , 450) ta lấy góc  theo xe thiết

kế  = 160 Đồng thời ta lấy thêm một vài giá trị lân cận với góc  để so sánh Cácgiá trị tương ứng được thể hiện trong bảng dưới đây:

Bảng 2: Bảng giá trị quan hệ giữa  và  phụ thuộc vào góc 

Dựa vào các số liệu trong bảng trên ta vẽ được đồ thị đặc tính động học hìnhthang lái lý thuyết và thực tế trên cùng một hệ trục toạ độ

Hình 2.6: Đồ thị đặc tính động học hình thang lái

Nhận thấy rằng độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và góc quay vòng

lý thuyết đều nhỏ hơn 10 trong phạm vi có thể quay vòng của bánh xe dẫn hướng

do đó các thông số của hình thang lái xe thiết kế là thoả mãn

2.4 Thiết kế cơ cấu lái.(loại Trục vít - con lăn)

2.4.1.Tính trục vít: