Khóa luận thiết kế hệ thống lái cho xe tải 27 tấn có hai cầu dẫn hướng, với công thức bánh xe 8 x 4

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ôtô khi cần thiết..

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nền kinh tế quốc dân hiện nay, vai trò của giao thông ôtô rất quan trọng trong việc vận chuyển người và hàng hoá Một trong những nhiệm vụ

quan trọng nhất của ôtô là điều khiển hướng chuyển động, nhiệm vụ này được

đảm bảo bởi hệ thống lái của ôtô

Đối với xe tải lớn, do tải trọng phân bố lên cầu trước lớn nên với hệ thống lái một cầu dẫn hướng, để đảm bảo an toàn, kích thước các chỉ tiết phải đủ lớn,

do đó việc sửa chữa thay thế khó khăn

Từ đó em được giao nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống lái cho xe tải 27 tấn có hai cầu dẫn hướng, với công thức bánh xe 8 x 4

Trong quá trình làm đồ án, được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Phạm Hữu Nam và các thay giáo trong bộ môn, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp

của mình Do trình độ bản thân và thời gian có hạn nên đồ án của em không

tránh khỏi khiếm khuyết Em mong được sự chỉ bảo của các thầy

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên: Vũ Văn Hoà

CHUONG I NHIEM VU, YEU CAU HE THONG LAI TREN XE TAI LON

1 Nhiệm vụ hệ thống lái

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ

quay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng

hay chuyển động cong của ôtô khi cần thiết

Trong quá trình chuyển động trên đường, hệ thống lái có ảnh hưởng rất

lớn đến an toàn chuyển động của xe nhất là ở tốc độ cao, do đó chúng không

ngừng được hoàn thiện

Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng

(vành lái ), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái), cơ cấu lái (tăng lực quay của vô lăng để truyền mômen lớn hơn tới các thanh đẫn động lái), và các thanh dẫn động lái (truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các

bánh xe dẫn hướng)

Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe

Dé quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực,

đồng thời để quay vòng được thì cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên

bánh xe

Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng quay trên những đường tròn đồng tâm với nhau Đó là tâm quay tức thời khi quay vòng

2 Phản loại hệ thống lái

Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:

a Phân loại theo phương pháp chuyển hướng

+Chuyền hướng hai bánh xe ở cầu trước

c Phan loai theo kết cấu của cơ cấm lái

+Cơ cáu lái kiểu trục vít lõm - con lăn

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít -đai ốc

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - thanh răng

+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng

+ Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn

d Phân loại theo bố trí vành lái

+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đường bên trái )

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

e Phân loại theo kết cấu đòn dân động

- Dẫn động lái một cầu

- Dẫn động lái hai cầu

3 Yêu cầu đốt với hệ thống lái xe tải lớn

An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng phương tiện này Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô là hệ thống lái Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động, hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau :

+ Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an toàn + Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng

+ Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ đàng

+ Đảm bảo lực lái thích hợp

+ Hệ thống lái không được có độ dơ lớn

+ Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe

+ Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa góc quay vô lăng với góc quay bánh xe dẫn hướng

+ Không đồi hỏi người lái xe một cường độ lao động quá lớn khi điều

khiển ôtô

4 Sơ đồ tổng quát hệ thống lái ôtô

Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực gồm có vành tay lái, trục

lái, cơ cấu lái và dẫn động lái

Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái

4.Đòn quay đứng

4.1 Vành fay lái

Để tạo ra mô men quay vòng thì người lái cần phải tác dụng một lực lên vô

lăng.Vô lăng có dạng vành tròn, có nan hoa bố trí đều hay không đều quanh vành trong của vành tay lái

4.2 Trục lái

Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái Trục lái gồm có trục

lái chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ

cấu lái và ống trục lái để cố định trục lái vào thân xe Đầu phía trên của trục lái chính được gia công ren và then hoa để lắp vô lăng lên đó và được giữ chặt

bằng một đai ốc

4.3 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái

đến các bánh xe dẫn hướng, chúng có chức năng giảm lực đánh lái bằng cách tăng mô men đầu ra, tỷ số giảm tốc được gọi là tỷ số truyền của cơ cấu lái và

thường bằng 18 đến 20 đối với xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải

Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái phải quay vô lăng

nhiều hơn khi quay vòng

4.4 Dẫn động lái

Dẫn động lái bao gồm tất cả những chỉ tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của bánh xe Vì vậy dẫn động lái trên xe phải đảm bảo các chức

năng sau :

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

+ Dam bao quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiện tượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa

các bánh xe dẫn hướng

+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước ,đòn

kéo ngang và đòn kéo bên Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng một góc thì các bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định Hình

thang lái có thể bố trí trước hoặc sau cầu dẫn hướng tùy theo bố trí

chung

3 Số liệu tham khảo

Xe tải hạng nặng HUYNDAI đời 1994

Chiều đài toàn bộ :12270 mm

Chiều cao toàn bộ :2780 mm

Khoảng cách giữa hai trụ quay đứng : Bạ=1880 mm

Chiều đài cơ sở của cầu dân hướng thứ nhất là : L,=7060 mm

Chiều dài cơ sở của cầu dẫn hướng thứ hai là : L=5360 mm

Trọng lượng không tai : G,=93000 N

Trọng Lượng toàn tải : G,=273000N

Ký hiệu lốp :10.00-20

Trọng lượng toàn tải phân bố ra hai cầu dẫn động lái (cầu I và cầu II) :

G.,=G,„=32500 N Trọng lượng toàn tải phân bố ra hai cầu sau (cầu III và cầu IV ) :

G,,=G,,=104000 N

CHUONG II THIET KE DAN DONG LAI Dẫn động lái gồm tất cả các cơ cấu truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng

quay của các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng

Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn kéo bên Sự quay vòng của ôtô rất phức tạp, để đảm bảo mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện Hiện nay người ta chỉ đáp

ứng gần đúng mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo

tạo nên hình thang 141

Với xe thiết kế là xe tải hạng nặng, ta chọn phương án dẫn động lái bao

gôm hai cầu dẫn hướng, với hai hình thang lái ĐANTÔ và một cơ cấu liên động giữa hai cầu

1 Tỷ số truyền của hệ thống lái

1.1 Tỷ số truyền của dẫn động lái I„

Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thướcvà quan hệ của các cánh tay đòn

[,=0,85-1,1

Chọn sơ bộ I,=1 ( cho cầu dẫn hướng thứ nhất)

1.2 Tỷ số truyền của cơ cấu lái I,

Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại trục vít-êcu-bi-răng rẻ quạt được tính

theo công thức sau :

Rạ - bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt

R; và t không đổi nên tỷ số truyền của loại cơ cấu lái trục vít vô tận-êcu

-cung răng là không đổi

Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này thường lấy theo kinh nghiệm thiết kế

i, =22+25, tachon so b6 i, = 24

1.3 Tỷ số truyền của hệ thống lái

Tỷ số truyền của hệ thống lái bằng tích số của tỷ số truyền cơ cấu lái (¡ø) và tỷ số truyền của dẫn động 1éi(i,)

im dụ

Tỷ số truyền cho cầu dẫn hướng thứ nhất ¡, =¡, 7„

Tỷ số truyền cho cầu dẫn hướng thit hai i, =i, i,,

Trong đó i„¡, 1; lần lượt là tỷ số truyền của dẫn động lái đến bánh xe dẫn hướng cầu thứ nhất và cầu thứ hai

Giá trị tỷ số truyền đối với cầu dẫn hướng thứ nhất chọn sơ bộ i=1.24=24

1.4 Tỷ số truyền lực của hệ thống lái

I, - là tỷ số của tổng lực cản khi ôtô máy kéo quay vòng(P,) và lực đặt trên

vành tay lái khi cần thiết để khắc phục duoc luc can quay vòng(P,)

M, - mômen đặt trên vành tay 141

c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đường trục đứng kéo dài

R - bán kính vành tay lái

2 Tính toán các thông số hình học của hệ dẫn động lái

2.1 Tính toán hình thang lái

a) Công dụng của hình thang lái:

- Hình thang lái có tác dụng đảm bảo sự quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng Khi đó các bánh xe dẫn hướng không có sự trượt khi xe chuyển động

- Đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trái và bên phải sao cho các bánh xe lăn trên các đường tròn khác nhau nhưng đồng tâm b)Xây dựng đường đặc tính ly thuyết của hệ thống lái hai cầu trước:

Muốn các bánh xe thực hiện quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải

thoả mãn công thức sau :

Cotg 6: -Cotg a= 7

1

Cotg ;- Cotg a=

2

L¡,L¿ : chiều đài cơ sở của hai cầu (trên hình vẽ)

Bạ : Khoảng cách giữa hai đường tâm trụ quay đứng

Ta tìm được mối quan hệ của các góc quay bánh xe dẫn hướng với góc œ¡ như sau:

1

Cho z, các giá trị khác nhau từ 0” +40” ta lần lượt xác định được các

góc /,,8,,z, tương ứng theo bảng sau :

Bang 1: Bang thong s6 của đường đặc tính lý thuyết của các øóc quay cầu thứ nhất và quan hê øóc quay øiữa cầu thứ nhất và cầu thứ hai

©)Xây dựng đường đặc tính thực tế

Nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế hình thang lái Đantô là xác định đúng góc

nghiêng của các đòn bên 9 khi xe chạy thẳng :

Sơ đồ xác định các kích thước của hình thang lái

Cần xác định góc Ô và độ dài mỗi đòn bên m và đòn ngang n

Quan hệ thực tế giữa các góc quay œ1vàB1,œ2vàB2 phụ thuộc vào góc

6 và độ dài m của đòn bên

Khi xe chạy thẳng:

Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình ta có thể tính được mối quan hệ

giữa các thông số theo biểu thức sau:

B-n 2m

sinÔ=

Hình vẽ 2.6 - Sơ đồ hình thang lái khi quay vòng

Khi bánh xe dẫn hướng bên trái quay đi một góc œ và bên phải quay

đi một góc ÿ , lúc này đòn bên phải hợp với phương thẳng ngang một góc

8—B và bánh xe bên trái là 9 + œ

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

theo quan hệ sau :

B =O +aretg m cos(g +a) - aresin FC Bo.sin(Ø + œ) — 2m.sinˆ 8 + 2Bo.sin 8 (1.7)

Bo—m.sin(0 + @) \(m?.cos?(0 +a) +[Bo-msin(0 + a)

m thường lấy theo kinh nghiệm :

8, =Ø, + arcfg

Tinh các thông số cho cầu dẫn hướng thứ nhất (cầu ])

Tính

1880 _ 2.0,7.7060 a

Thay số: Cøig(90” -Ø,)=

Ta tính được Ø ~ 11” < 35”(theo kinh nghiệm thiết kế)

Cho Ô; các giá trị xung quanh giá trị sơ bộ (Ø ,=11) và công thức (1.7)

để tìm quan hệ thực tế của Ø, va a,

Cho lần luot @,=9°,10°,11°,12°,13° sé tìm được mối quan hệ thực tế giữa Ø, và ø, theo công thức sau :

m.cos(O, + a) m— Bo.sin(@, + a,)—2m.sin’ 6, + 2Bo.sin 0, (1.10)

——————-®rcsm

Bo m.sim(Ø, + ø,) \jưm°.cos? (6, +ø,)+|Bo — m.sin(Ø1 + ø,)Ƒ

Bảng 3.Bảng thơng số của đường đặc tính thực tế cho cầu thứ nhất

AB,„(@ |0|-0,03 |-0,12 |-0,14 |-0,36 | -0,44 |-0,44 |-0,29 | 0,04 6„=11|B,, @ |0|4,91 [9,65 | 14,21 | 18,58 | 22,76 | 26,72 | 30,44 | 34,62

AB,® | 0| -0,02 |-0,09 |-0,17 |-0,22 |-0,23 [-0,14 [0,11 |-0,18 6,,=12° |B, ©) [014,90 [9,61 | 14,13 | 18,45 | 22,56 | 26,43 | 30,04 | 33,36

ABC) |0|-0,01 |-0,05 |-0,09 |-0,09 |-0,03 ]0,15 [0,51 | 1,08 6,.=13°|B,, ©) |0|4,89 [9,58 | 14,06 | 18,32 | 22,36 | 26,14 | 29,65 | 32,85

AB,@®@ |0|0 |-002 |-0,02 [0,04 |017 |044 [0,9 | 1,59

Trong đĩ AB; = Bro — 8,

Từ bảng giá trị thu được ta xây dựng đồ thị quan hệ ø, và /, thực tế

trên cùng đồ thị quan hệ ø, và /Ø, theo lý thuyết

Theo bảng giá trị trên ta chọn gĩc ø; sao cho sự sai lệch so với đường

lý thuyết |Aø| nhỏ nhất và nhỏ hơn 1”, ta chọn được Ø;=13”, ứng với gĩc

quay vịng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng cầu thứ nhất là ø,,=35° và

Dựa vào bảng 1, ta tìm được góc quay vòng lớn nhất của cầu dẫn hướng thứ 2 :

AB,.°) |0 |-0,04 | -0,15 | -0,3 | -0,43 |-0,52 | -0,49 | -0,31 | 0,11 ø„=14°|B„ °) ¡|0 14,88 | 9,55 | 13,98 | 18,19 | 22,15 | 25,85 | 29,26 | 32,34

AB„x@® |0 |-0,03 | -0,12 | -0,22 |-0,3 |-0,31 |-0,2 |0,08 | 0,62 6,,=15°|B,, °) |0 | 4,88 | 9,03 | 13,91 | 18,06 | 21,95 | 25,56 | 28,87 | 31,83

ABC) |0 |-0,03 |0,4 | -0,15 | -0,17 |-0,11 |0,09 |0,47 | 1,13 0,=16°|B,„ (°°) |0 | 4.87 | 9,48 | 13,83 | 17,92 | 21,74 | 25,27 | 28,48 | 31,33

AB,(@®) L0 |-0,02 | -0,05 | -0,07 | -0,03 | 0,1 -0,38 |0,86 | 1,63

Trong d6 AZ,, = 6, -B,,

Từ bảng giá trị thu duoc ta xây dựng đồ thị quan hệ £ va a, thực tế trên

cùng đồ thị quan hệ / và ø, theo lý thuyết

Theo bảng giá trị trên ta chọn gĩc Ø; sao cho sự sai lệch so với đường

lý thuyết |À,| nhỏ nhất và nhỏ hơn 1°, ta chọn được 9;=16”, ứng với gĩc

quay vịng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng của cầu thứ tương ứng là

Qoma = 28°: Bo me = 23,90" (tinh Z,,,,, theo cong thức (1.12))

Vậy với cầu dẫn hướng thứ hai ta cĩ:

-9,=16°

-Độ dài địn bén m, = 282 (mm)

-Độ dài thanh kéo ngang n,=B, —2.msin 0, =1724,54(mm)

2.2 Xác định gĩc quay vịng lớn nhất của vơ lăng

a max &% jmax* 1

Trong đĩ :

Œ „„„ :gọi là vịng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng

Œ¿m :øốc quay vịng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng cầu trước.(35°)

I, :gọi là tỷ số truyền hệ thống lái đối với cầu trước (1; =24)

2.3 Tính toán thông số hình học của dẫn động lái

Sơ đồ tính toán dẫn động lái

Cơ cấu lái

Don quay đứng

Đòn kéo dọc cầu trước

Don kéo ngang cầu trước

Bánh xe

Don kéo doc cau sau

Đồn kéo ngang cầu sau

Khi đòn quay đứng quay 1 góc 6, don lắc thứ nhất (chiều dài a) quay mot

góc ð,, đòn lắc thứ hai ( chiều đài đd ) quay một góc 6,

Gọi a,b,c,d : lần lượt là kích thước của các cánh tay đòn trên hình vẽ

S,,S.„S°,„S°„:lần lượt là dịch chuyển dọc của các điểm A, B, C, D

l.;,l¡; :là kích thước đòn ngang của cầu thứ nhất và cầu thứ hai

Theo hình vẽ ta có: độ dịch chuyển dọc của điểm A chính bằng độ dịch chuyển đọc của điểm A; và bằng S,, tương tự độ dịch chuyển của điểm B bằng

độ dịch chuyển đọc của điểm B, và bằng S,

Dựa vào những tam giác đồng dạng ta tìm được các mối quan hệ sau:

Va Oran tee S, =1,,tga, (1.15)

Thay các công thức (1.14) và (1.15) vào công thức (1.13) ta được :

(v6i gia thiét 1,,=1,,)

Theo mối quan hệ góc quay của cầu một và cầu thứ hai ta có:

(1.18) là công thức biểu diễn quan hệ kích thước các đòn dẫn động đảm

bảo mối quan hệ quay vòng đúng của cầu dẫn hướng thứ nhất và cầu dẫn hướng thứ hai

Dựa vào công thức (1.18) ta tính được kích thước các don bằng cách sau: Chọn :

QUAN HỆ GÓC QUAY VÒNG CỦA BÁNH XE DẪN

HUONG THUNHAT VOI BANH XE DAN HUONG THU HAL

Thực tế c0) Lý thuyết a2

€0)

* Tinh ty sé truyén của dẫn động lái:

Tỷ số truyền của hệ dẫn động lái đến cầu thứ nhất:

ig = = 39 —114 I, 290

V6i 1, ,l, 1a kich thước các đòn quay đứng và đòn ngang của hệ thống lái

Tỷ số truyền của dẫn động lái đến cầu thứ hai:

400.190.330

j.=n c1

“bd, 14041214290 ”

*,Tính sóc quay lớn nhất của các đòn dẫn động lái

Tính góc quay lớn nhất của đòn quay đứng:

Gọi S là độ dịch dọc lớn nhất của điểm A; ứng với góc quay lớn nhất Ome = 35°

Theo hình vẽ ta có mối quan hệ sau:

ổ - góc quay lớn nhất của đòn quay đứng,

a, b, c, l¡, L — các kích thước của các đòn được thể hiện trên hình vẽ 2.7

Góc quay lớn nhất của trục bánh răng rẻ quạt khi đánh lái từ rìa bên này sang ria bên kia bằng hai lần góc quay lớn nhất của đồn quay đứng

Gọi ø„- là góc quay lớn nhất của trục bánh răng rẻ quạt, ta có:

ơ„=2 ö =2.39° = 78°

3 Tính các chỉ tiết của dẫn động lái

3.1 Chọn đường kính của trục đòn quay đứng

Khi quay vành lái, trục đòn quay đứng chịu mômen lớn nhất so với tất cả các chi tiết của hệ thống lái Lực cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướngphụ thuộc vào phần trọng lượng của xe đặt lên trục trước, kích thước

lốp, bánh xe quay vòng và nhiều nhân nhân tố khác, vì vậy mômen truyền từ

cơ cấu lái tới cam quay bánh xe dẫn hướng sẽ khác nhau đối với những xe khác nhau

Thêm vào đó là tỷ số giữa chiều dài của đòn quay đứng và đòn kéo ngang

gần như bằng một, nên có thể xem như toàn bộ mômen để khắc phục lực cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng đều được truyền qua đòn quay đứng

Những va đập nghịch đảo tác động lên một trong hai bánh xe dẫn hướng khi

xe chạy trên mặt đường gồ ghề sẽ được truyền tới vành tay lái và ở trên

trường hợp này trục đòn quay đứng cũng chịu lực va đập toàn bộ Vì vậy, đường kính trục đòn quay đứng phải được xem là một trong những kích thước

cơ bản của cơ cấu lái khi chọn lựa cơ cấu lái hoặc khi tính toán thiết kế mới

Đường kính của trục đòn quay đứng được xác định theo công thức sau:

d=: k.M, 0,2

Mômen cản quay vòng đã được xác định ở phần trên, M, = 2926,1 (N.m) Thay những giá trị vào công thức ta xác định được:

d = 42mm, phù hợp với số liệu thực tế đo được

3.2 Tính trục lái

Trục lái làm bằng thép rỗng được tính theo ứng suất xoắn do lực tác dụng

trên vành tay lái

Trong đó:

P„„„- lực lái lớn nhất tác dụng lên vô lăng

D, d - đường kính trong và đường kính ngoài của trục lái

Chọn vật liệu chế tạo trục lái là thép C40 không nhiệt luyện, phôi chế tạo

là phôi thép ống.ứng suất tiếp xúc cho phép |z|= 50+ 80N /m?

Chọn sơ bộ kích thước của trục lái là:

D=30 (mm)

d= 20 (mm)

M Phmax= `

Thay những thông số trên vào công thức (1.38) ta được:

94,29.250.30.10 ”.10

T=

0,2.(30* — 202).10”?

=54,40 (MN/m'), thoả mãn điều kiện cho phép

Vậy ta chọn kích thước sơ bộ là kích thước thiết kế

Với trục lái xe thiết kế, dựa trên số liệu thực tế ta chọn chiều dài của trục

L - chiều đài của trục lái (m)

G - mô đuyn đàn hồi dịch chuyển (G=8.10°MN/m”)

9.„ đổi ra không được vượt quá( (5,5° +7,5°)/ 1m

Thay số vào ta được:

3.3 1 Don quay ding

Giả sử tiết diện cắt ngang của đòn quay đứng dạng hình chữ nhật

Hình dang và kích thước tính toán đồn quay đứng được thể hiện ở hình vẽ sau: 1.Rô tuyn lái

2.Don quay đứng

3 Trục quay đòn quay đứng(trục quay của bánh răng rẻ quạt)

I-I :tiết điện nguy hiểm

Thực nghiệm cho ta biết lực truyền từ bánh xe qua đòn dọc không quá

một nửa giá trị của trọng lượng fính tác dụng lên một bánh trước của

ôtô(<0,5.G;;) Vì vậy khi tính đòn quay đứng ta sẽ lấy lực Q nào lớn hơn trong hai giá trị lực Q tác dụng lên chốt hình cầu dưới đây

Q1 =0,5.Gt1 =0,5.16250 = 8125(N)

Q2 = Pd = 15605,9(N)

Do vậy ta chọn Q=15605,9 (N) khi tính bền đòn quay đứng Khi tính

bền ta tính tại những tiết điện nguy hiểm ( Ở đây ta tính cho tiết diện I-])

Chọn vật liệu chế tạo đòn quay đứng là thép các bon tôi và ram Then hoa tam giác ở đầu đòn quay đứng được kiểm tra theo chèn dập và cắt

Dựa vào số liệu thực tế đo được ta chọn sơ bộ kích thước tại mặt cắt I-I : a=75 (mm)

b=25 (mm)

Kiểm tra đòn quay đứng theo uốn:

Đòn quay đứng bị uốn do mô men Q.1], gây lên

Ta tính ứng suất tại tiết diện nguy hiểm nhất I - I

c — cánh tay đòn như hình vẽ (chọn theo sé liéu thuc té do duoc c = 58 mm)

a duoc chon theo bang sau:

a/b | 1 1,2 1,25 | 1,5 1,75 | 2,5

a |0,208 |0,219 10,221 | 0,231 | 0,239 | 0,253

V6i a/b = 75/25 = 3, ta chon a@ = 0,253

Thay vào công thức trên ta được:

T= W = , = 2544,1(N/ cm”), thoả mãn giới hạn cho phép (15000-31000

N/ cm?)

3.3 2 Kiểm tra bền các đòn dẫn động lái

* Tính bên đòn kéo đọc và đòn kéo ngang

Tính các đòn dẫn động chủ yếu là tính đòn dọc AA,và đòn ngang DE Đồn dọc được kiểm tra theo uốn dọc do lực Q và đồn ngang được kiểm tra

theo uốn dọc do lực N Lực Q =15605,9 (N) Lực N được xác định theo giá trị

lực phanh bằng công thức sau :

N= X _ G,.m,, D.C

Ở đây:

X,-lực phanh tác dụng lên một bánh xe

m;, - hệ số phân bố lại trọng lượng lên cầu dẫn hướng khi phanh (m,,=1,4)

g -hés6 bam giita l6p véi đường (lấy ø=0,8)

Tính bên đòn kéo dọc và đòn kéo ngang cho dẫn động lái cầu dẫn hướng thứ

N= Xe _ G,.m,„.Ø.C

= 2649,5 (N)

€

Chon vat liéu ché tao:

Don kéo doc va ddn kéo ngang được chế tạo bằng thép ống loại 40 Chiều dầy của ống t = 5mm

Q Ứng suất nén trong đòn kéo doc AA,: 6,, = =

1, = 1,,,= 770 (mm) (Lay theo số liệu thực tế đo được)

1, — chiéu dai don kéo dọc cầu trước

Tính mômen quán tinh J:

Hệ số dự trữ tính cho đòn kéo doc n, = 2 = 1075 _ 39 sg> [n] = 18+3 ơ„ 284

Hệ số dự trữ tính cho đòn kéo ngang n, = Cứ - — = 43,48> [n] = 1,8+3

Don kéo doc cua cau thứ nhất và cầu thứ hai hoàn toàn giống nhau,và cùng kích thước Nhưng đòn kéo dọc ở cầu thứ hai có lực kéo nhỏ hơn nên không cần kiểm tra

* Kiém bén cho các đòn bên

Để đảm bảo an toàn và tính ổn định của quá trình làm việc, đòn bên được làm

bằng thép 20X Đòn bên của dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn Do vậy

ta tính theo điều kiện bền uốn:

Mômen uốn tác dụng lên đòn bên được xác định theo công thức sau: M,=m.Ncosø

Ta tính bền cho đòn bên của hình thang lái cầu dẫn hướng thứ nhất:

M,, = m.Ncos @, = 282.8610,8.cos13° = 2366 N.m

Ta tính ứng suất tại tiết điện nguy hiểm nhất là tại chỗ giao nhau giữa hai tiết diện của cầu trước và đòn bên

Trong đó:

_ b.h?

6 b=50mm

5, =228,65N/mm’, thoả mãn điều kiện bền uốn

*, Kiểm nghiệm bền khớp cầu (Rôtuyn lái)

Vật liệu chế tạo khớp cầu là thép 20XH có ổ,,„=30N/mmnˆ, khớp cầu được kiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc và kiểm tra độ bền cắt tại vị trí ngàm

Lực tác dụng lên khớp cầu chính là lực tác dụng lên đòn quay diing P,

P, = 15606,1 (N)

Kiểm tra ứng suất chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu:

P

big =

Trong đó:

F - diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rôtuyn Trong thức tế

làm việc, điện tích làm việc chiếm 2/3 bề mặt của khớp cầu Nên bề mặt chịu

lực tiếp xúc chiếm 1/2.2/3=1/3 bề mặt khớp cầu

bề mặt làm việc của khớp cầu

Kiểm tra theo độ bên cắt

Kiểm tra rôtuyn tại vị trí nguy hiểm nhất (vị trí ngàm), với ứng suất cắt cho

T,=2= F 961625 =1,62N/mm’? <[r,], nén khép cầu thoả mãn điều kiện cất

tại tiết điện nguy hiểm nhất

Kết luận: Khớp cầu đủ bền trong quá trình làm việc

CHƯƠNG Ill THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI

1 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 chuyền động

Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất

thuận lớn hơn hiệu suất nghịch 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

+ Dam 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 giá trị

lớn nhất khi xe đứng yên tại chỗ, và giảm dần khi tốc độ của xe tăng lên và đạt

nhỏ nhất khi tốc độ của xe lớn nhất

Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập tir mat đường 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 Độ đàn hồi của hệ thống lái được xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi

tính trên vành lái 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

2 Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh

xe dẫn hướng Ở mỗi loại cơ cấu lái khác nhau thì cách tính tỷ số truyền cũng

3 Các kiểu cơ cấu lái

Có nhiêu kiểu cơ cấu lái, nhưng hiện nay kiểu cơ cấu lái bánh răng - thanh

răng và kiểu cơ cấu lái trục vít-êcu bi -cung răng được dùng phổ biến trên cả

xe con va xe tai

1 Kiểu bánh răng - thanh răng

Co 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 chỉnh các ổ này dùng êcu lớn ép chặt ổ bị, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm

bảo trục răng quay nhẹ nhàng

Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng

nằm ở phía giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn Khi vô lăng quay, bánh

răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt.Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đồn bên qua

các đầu thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay

3.Dai ốc điều chỉnh 9.Lồ xo

6 Dẫn hướng thanh răng 12 6 bi dưới

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng, trục răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng,

nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn,do đó làm việc êm và phù hợp với việc

bố trí vành 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 ban

thân thanh răng tác dụng như thanh dẫn động lái nên

không cần các đòn kéo ngang như các cơ cấu lái 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

2 Kiểu bi trục vít-êcu bỉ —cung răng

Cấu tạo :

Gồm một trục vít, cả hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn Truc vit

và êcu có rãnh tròn có chứa các viên bi,các viên bi lăn trong rãnh và truyền

lực Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đường hồi bị quay trở lại vị trí ban đầu

Khi trục vít quay, êcu bi chạy đọc trục vít, chuyển động này làm quay răng

rẻ quạt Irục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng Khi bánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm quay bánh

xe dẫn hướng

Cơ cấu lái kiểu bì tuần hoàn

1 VO co cấu lái 6 Phot

2 6 bi 7 Dai 6c diéu chinh

3 Truc vit 8 Dai 6c ham

4 Ecu bi 9 Banh rang ré quat

5 Obi 10 Bi

Cơ cấu lái kiểu trục vít-êcu bi -cung răng có những ưu điểm sau: Do lực

cản nhỏ, do ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt rất nhỏ (do có ma sát lăn)

Tỷ số truyền :

Ta có thể giảm nhẹ lực đánh lái khi xe chạy chậm hoặc đang đỗ bằng cách

thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu lái.Tuy nhiên khi tăng tỷ số truyền của cơ cấu

lái thì làm giảm độ nhạy của cơ hệ thống lái Trên các xe có trợ lực lái ta

dùng cơ cấu lái có tỷ số truyền không thay đổi được

Đặc điểm của loại cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi là các bán kính ăn khớp của các răng rẻ quạt C,,C.,.C là bằng nhau và các bán kính ăn khớp D ,D,D của các răng đai ốc bi cũng bằng nhau Do vậy tỷ số truyền của mỗi

răng là không đổi ở bất kỳ góc quay nào của trục răng rẻ quạt và bằng tỷ số

Cơ cấu lái loại trục vít -êcu bỉ -cung răng(fỷ số truyền không đổi)

Căn cứ vào các điều kiện trên, ta chọn cơ cấu lái cho xe tính toán là loại liên hợp

4 Tính chế độ tải trọng

Tính lực cản quay vòng Pạ; của bánh xe cầu dẫn hướng thứ nhất quy về đầu

đòn quay đứng được tính theo cách sau :

nl

Tính lực cản quay vòng Pa; của bánh xe cầu dẫn hướng thứ hai quy về dau đòn

quay đứng,và được tính theo công thức sau:

phần trên vào công thức (1.21) ta tính được :

Đồ án tốt nghiệp 38 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46

Momen vành tay lái :

5 Tinh truc vit- écu bi

+ Chọn vật liệu chế tạo trục vít là thép 35, vật liệu chế tạo êcu bị là gang

[p] -áp suất trên bề mặt ren vít Đối với vật liều chế tạo trên ta