Khai thác kỹ thuật hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200

Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau: - Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.. Yêu cầu của hệ thống lái

LỜI NÓI ĐẦU

Kể từ khi ra đời đến nay ngành cơ khí động lực không ngừng phát triển và đạt được thành tựu to lớn

Ngày nay với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ôtô

đã chế tạo ra nhiều loại ôtô với hệ thống lái có tính năng kỹ thuật rất cao để đảm bảo vấn đề an toàn và tính cơ động của ôtô

Trong tập đồ án tốt nghiệp này em được nhận đề tài “Khai thác kỹ thuật hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200” Nội dung của đề tài này giúp em hệ thống

được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ôtô nói chung và hệ thống lái của ôtô Land Cruiser nói riêng; từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về chuyên môn

Tập đồ án này trang bị cho người sử dụng, vận hành ôtô có những kiến thức cơ bản về hệ thống lái trên ôtô Trong quá trình làm việc của hệ thống lái không thể tránh khỏi những hư hỏng hao mòn các chi tiết Vì vậy đề tài này còn đề cập đến vấn đề bảo dưỡng, sửa chữa

Được sự hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo Chu Văn Huỳnh, cùng với sự nổ lực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này Vì thời gian và kiến thức

có hạn nên trong tập đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót nhất định Vì vậy

em mong các thầy, cô trong bộ môn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Chu Văn Huỳnh.Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong bộ môn đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý bấu trong quá trình học tập ở trường và thời gian làm đồ án tốt nghiệp

Hà Nội, ngày 1 tháng 7 năm 2016.Sinh viên thực hiện

Trần Danh Long

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1 Công dụng,yêu cầu,phân loại

1.1.1 Công dụng

Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô máy kéo chuyển động theomột hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe

Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:

- Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái

- Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng

- Cường hóa lái: Thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa Nó dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài Trên các xe

cỡ nhỏ có thể không có

1.1.2 Yêu cầu của hệ thống lái

Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:

- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:

+ Để đảm bảo yêu cầu này thì hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệthống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 150N khi có trợ lực và không lớn hơn 50N khi không có trợ lực) + Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt

+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làmviệc và mọi chế độ chuyển động

- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong một

khoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích thật bé

- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe

- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc chướng ngại vật

- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng (Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:

+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150  200 N;

+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N

+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe dẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quay của vô lăng và của bánh xe dẫn hướng.

1.1.3 Phân loại

- Theo vị trí bố trí vô lăng, chia ra:

+ Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động) dùng cho những nước xã hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ,

+ Vô lăng bố trí bên phải: dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái như: Anh, Thuỵ Điển ,Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của người lái, đặt biệt là khi vượt xe

- Theo kết cấu cơ cấu lái, chia ra:

+ Trục vít - Cung răng;

+ Trục vít - Chốt quay;

+ Trục vít - Con lăn;

+ Bánh răng - Thanh răng;

+ Thanh răng liên hợp (Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng)

- Theo số lượng bánh xe chuyển hướng, chia ra:

+ Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu;

+ Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu;

- Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ cường hoá lái, chia ra:

+ Cường hoá thuỷ lực;

+ Cường hoá khí (khi nén hoặc chân không);

+ Cường hoá điện;

+ Cường hoá cơ khí;

+ Ngoài ra còn có thể phân loại theo: Số lượng các bánh xe dẫn hướng (các bánh dẫn hướng chỉ ở cầu trước, ở cả hai cầu hay tất cả các cầu), theo sơ đồ bố trí cường hóa lái

1.2 Kết cấu hệ thống lái

Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc

1.Vô lăng

2.Trục lái

3.cơ cấu lái

4.Trục ra của cơ cấu lái

5.Đòn quay đứng 6.Đòn kéo dọc 7.Đòn quay ngang 8.Cam quay

9.Cạnh bên của hình thang lái

10.Đòn kéo ngang 11.Bánh xe

12.Bộ phận phân phối 13.Xi lanh lực

Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 1.Vô lăng

2.Trục lá

3.cơ cấu lái

4.Trục ra của cơ cấu lái 5.Đòn quay đứng

6.Bộ phận hướng của hệ thống treo

7.Đòn kéo bên 8.Đòn lắc 9.Bánh xe

1.2.1 Vô lăng

Vô lăng hay còn gọi là bánh lái thường có dạng tròn với các nan hoa, dùng để tạo

và truyền mô men quay do người lái tác dụng lên trục lái Các nan hoa có thể bố trí đốixứng hoặc không, đều hay không đều tuỳ theo sự thuận tiện khi lái

Bán kính vô lăng được chọn phụ thuộc vào loại xe và cách bố trí chổ ngồi của người lái, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cở nhỏ) đến 275 mm (đối với xe tải và xe khách cở lớn )

1.2.2 Trục lái

Trục lái là một đòn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men từ vô lăng xuống cơ cấu lái Độ nghiêng của trục lái sẽ quyết định góc nghiêng của vô lăng, nghĩa là ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái khi điều khiển

1.2.3 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn của vô lăng thành chuyển động góc (lắc) của đòn quay đứng và bảo đảm tăng mô men theo tỷ số truyền yêu cầu

, - Các góc quay tương ứng của trục vào (vô lăng) và trục ra (đòn quay đứng)

có thể tới 40

Tỷ số truyền động học i có thể được thiết kế không đổi hoặc thay đổi theo góc quay của vô lăng Cơ cấu lái có i thay đổi thường được dùng trong hệ thống lái không

có cường hoá Mặc dù kết cấu không phức tạp nhưng tính công nghệ kém hơn nên đắt hơn so với loại cơ cấu lái có i không đổi.

Qui luật thay đổ i có một số dạng khác nhau tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ và tính năng của xe Đối với các xe thông thường: Qui luật thay đổi i có dạng như trên hình 3-3 đường 4 là hợp lý nhất.Trong phạm vi góc quay  9001200, tỷ số truyền i cần phải lớn để tăng độ chính xác điều khiển và giảm lực cần tác dụng lên vô lăng Khi

xe chạy trên đường thẳng với tốc độ lớn, theo số liệu thống kê thì đa số thời gian hệ thống lái làm việc với góc quay nhỏ của vô lăng quanh vị trí trung gian Ngoài ra ităng còn làm giảm được các va đập từ mặt đường

Ở các góc quay > 900 - 1200 tỷ số iω cần giảm để tăng tốc độ quay vòng, tăng tính cơ động của xe.Đối với các xe tốc độ thấp và trọng tải toàn bộ lớn, quy luật thay đổi iω được làm theo đường 2, để khi quay vòng không ngoặt tương đối thường xuyên thì lực cần tác dụng nhỏ.Trên các xe tốc độ rất lớn: thường sử dụng qui luật như đường

1 Khi đó, trong thời gian chuyển động thẳng với tốc độ rất lớn điều khiển ô tô được nhạy, còn khi quay vòng ngoặt với tốc độ vừa phải thì giảm được lực tác dụng

Đối với các xe có cường hoá lái: thì i được làm không đổi (đường 3) vì lúc này vấn đề cần giảm nhẹ điều khiển đã có cường hoá giải quyết

b) Tỷ số truyền lực

v

r F

M

M

i  (1.2)Trong đó:

- iF Tỷ số truyền lực

- Mr Mô men ra khỏi cơ cấu lái (hay trên đòn quay đứng)

- Mv Mô men vào cơ cấu lái (hay trên vô lăng)

- Mr Mv Các mô men đo ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái;

- r, r Các tốc độ góc tương ứng ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái;

- iF Tỷ số truyền lực;

- iTỷ số truyền động học

Do hiệu suất của cơ cấu lái có giá trị khác nhau tuỳ theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống hay từ dưới bánh xe dẫn hướng lên, nên người ta phân biệt:

- Hiệu suất thuận th: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống các bánh xe dẫn hướng.

- Hiệu suất nghịch ng: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ dưới bánh xedẫn hướng lên vô lăng

-Hiệu suất thuận của cơ cấu lái cần phải lớn để giảm tổn thất lực và giảm nhẹ lực điều khiển Trong khi đó hiệu suất nghịch cần phải nhỏ để giảm các va đập truyền từ

hệ thống chuyển động lên vô lăng Tuy vậy hiệu suất nghịch không được không được quá thấp vì sẽ làm mất tác dụng của mô men ổn định và bánh dẫn hướng sẽ không tự trở về được vị trí trung gian khi bị lệch khỏi vị trí đó do va đập và người lái bị mất cảmgiác đường.Khi sử dụng cường hoá thì yêu cầu đặt ra với các giá trị hiệu suất giảm đi nhiều

d) Khe hở trong cơ cấu lái

Khe hở trong cơ cấu lái cần phải nhỏ ở vị trí trung gian của vô lăng ứng với chuyển động thẳng của xe Ở vị trí này, bề mặt làm việc các chi tiết của cơ cấu lái làm việc nhiều nên cường độ mài mòn lớn và khe hở tang nhanh hơn ở các vị trí khác Do vậy, để khi điều chỉnh khe hở không xảy ra kẹt ở các vị trí biên, khe hở ở các vị trí nàyđược làm tăng lên bằng các biện pháp kết cấu và công nghệ Trong quá trình sử dụng, chênh lệch giá trị khe hở sẽ giảm dần

Hình 1.4 Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu lái 1.cơ cấu lái còn mới 2.cơ cấu lái đả sử dụng 3.Sau khi đã điều chỉnh khe

hở trung gian

e) Các dạng cơ cấu lái thông dụng

Hiện nay trên oto thường sử dụng các loại cơ cấu như sau:

+ Loại trục vít globoit – con lăn

+ Loại trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng

+ Loại bánh răng – thanh răng

+ Loại trục vít – cung răng

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

* Loại trục vít - cung răng:

Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững Tuy vậy có nhược điểm là hiệu suất thấp th= 0,5-0,7; ng=0,4-0,55, điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạp nếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít

Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít.(hình 1.5) hoặc đặt ở phía bên cạnh (hình 1.6) Cung răng đặt bên có ưu điểm là đường tiếp xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển trên toàn bộ chiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm, do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng Cơ cấu lái loại này thích hợp cho các xe tải cỡ lớn Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm) Khi trục vít có dạng glôbôit thì số răng ănkhớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc và mài mòn

Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiều dài của trục vít

Hình 1.5 Trục vít lăn - cung răng đặt giữa

Hình 1.6 Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng đặt bên

- R0 Bán kính vòng lăn của cung răng;

- t Bước trục vít;

- Z1 Số mối ren trục vít

Góc nâng của đường ren vít thường từ 80 ÷ 120 Khe hở ăn khớp khi quay đòn quay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên, thay đổi từ 0,03  0,5 mm Sự thay đổi khe hở được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng có bán kính khác

* Loại trục vít - con lăn:

Hình 1.7 Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành

Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 1.7) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô

tô do có ưu điểm:

+ Kết cấu gọn nhẹ;

+ Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn;

+ Hiệu suất thuận: ηt = 0,77 - 0,82;

+ Hiệu suất ngịch: ηn = 0,6;

+ Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần

Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn đươc bố trí lệch với đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục quay của đòn quay đứng thì khoảng cách A sẽ thay đổi Do đó khe hở ăn khớp cũng thay đổi

Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằng cách dịch chuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít O1 một lượng x =2,5-5 mm.

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thức sau:

0

0 0 1

0 1

2

2

R

R i R

R tZ

R tZ

- R0 Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;

- i0 Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít

Theo công thức trên ta thấy iω thay đổi theo góc quay trục vít Tuy vậy sự thay đổi này không lớn khoảng từ 5-7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên) Nên có thể coi như iω = const

* Trục vít - chốt quay:

Hình 1.8 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay

Trên hình 1.8 là kết cấu của cơ cấu lái trục vít - chốt quay

Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cách chế tạo bước răng trục vít khác nhau

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

* Bánh răng - thanh răng:

Hình 1.9 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

Hình 1.10 Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

Trên hình 1.9 là kết cấu của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng Thanh răng trượt trong các ống dẩn hướng Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng bằng lò xo

+ Ưu điểm:

- Có tỷ số truyền nhỏ, iω nhỏ dẫn đến độ nhạy cao Vì vậy được sử dụng rộng rãi trên các xe đua, du lịch, thể thao

- Hiệu suất cao

- Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo

+ Nhược điểm:

- Lực điều khiển tăng (do iω nhỏ)

- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc

- Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng

* Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng:

Trên hình 1.11 là kết cấu cơ cấu loại trục vít - êcu bi - thanh răng cung răng.êcu (5) lắp lên trục vít (6) qua các viên bi nằm theo rảnh ren của trục vít cho phép thay đổi

ma sát trượt thành ma sát lăn Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thành thanh răng ăn khớp với cung răng trên trục (4).

Hình 1.11 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng

- Hiệu suất cao: hiệu suất thuận t= 0,7 - 0,85, hiệu suất nghịch n = 0,85

Do hiệu suất nghịch lớn nên khi lái trên đường xấu sẽ vất vả nhưng ôtô có tính

ổn định về hướng cao khi chuyển động thẳng

- Khi sử dụng với cường hoá thì nhựơc điểm hiệu suất nghịch lớn không quan trọng

- Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụng trên các xe cở lớn.

+ Tác dụng của góc doãng dương:

Giảm tải theo phương thẳng đứng: Nếu góc doãng bằng không tải trọng tác dụng lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường tâm lốp và trục (F’ trên hình 1.14) Nó dễ làm trục hay cam quay bị cong Việc đặt góc doãng dương sẽ làm tải tác dụng vào phíatrong của trục, ký hiệu F, giảm lực tác dụng lên trục và cam quay

- Ngăn ngừa sự tụt bánh xe: Phản lực F có độ lớn bằng tải trọng xe, tác dụng lên bánh xe theo phương vuông góc với mặt đường F được phân tích thành F1 vuông góc với đường tâm trục và F2 song song với đường tâm trục Lực F2 đẩy bánh xe vào trong ngăn cản bánh xe tụt khỏi trục Vì vậy ổ bi trong làm lớn hơn ổ bi ngoài để chịu tải trọng này

- Ngăn cản góc doãng âm ngoài ý muốn do tải trọng gây ra: khi chất đầy tải lên

xe, phía trên các bánh xe có xu hướng nghiêng vào trong do sự biến dạng của chi tiết của hệ thống treo và các bạc tương ứng Góc doãng dương giúp chống lại hiện tượng này

Giảm lực đánh tay lái: Khi bánh xe quay sang phải hay trái quanh trục quay đứngvới khoảng lệch là bán kính Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra mômen lớn quanh trục quay

đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh tay lái Do đó khi khoảng cách này nhỏ thì giảm lực đánh tay lái.

Hình 1.14 Tác dụng của góc doãng dương

+ Tác dụng của góc doãng âm:

Khi tải thẳng đứng tác dụng lên lốp có đặt góc doãng, lốp có xu hướng lún xuống Tuy nhiên do bị chặn bởi mặt đường nên gai lốp sẽ bị biến dạng lúc đó tính đàn hồi của lốp sẽ chống lại sự biến dạng này và vì vậy tác dụng lên mặt đường theo hướng A Kết quả là đường sinh ra phản lực B gọi là lực camber Lực camber tăng cùng với sự tăng góc nghiêng với mặt đường cũng như khi tăng tải

Hình 1.15 Tác dụng của góc doãng âm

Khi quay vòng lực camber ở bánh xe phía ngoài có tác dụng giảm lực quay vòng

do tăng góc doãng dương Lực ly tâm làm nghiêng xe đang chạy vòng do tác động của các lò xo của hệ thống treo, dẫn đến thay đổi góc doãng Ở một số xe đã tạo một chút góc doãng âm do xe khi chuyển động thẳng do đó sẽ giảm được góc doãng dương khi quay vòng, giảm lực camber và đạt lực quay vòng tối ưu

Góc doãng cũng có thể bằng không Lý do chính để đặt góc doãng bằng không là

để ngăn cản sự mòn không đều của lốp Cả góc doãng dương hay âm đều làm mòn lốp nhanh Điều này dễ hiểu khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tập trung một bênlốp

1.3.2 Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng

Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục xoay so với đường thẳng góc với mặt đường Nếu đầu trên trục xoay nghiêng

ra phía sau bánh xe ta có độ nghiêng dọc dương Nếu đầu trên trục xoay nghiêng ra phía trước bánh xe ta có độ nghiêng dọc âm

Hình 1.16 Góc nghiêng dọc dương của trụ xoay đứng

1- Đường tim trục xoay

2- Góc nghiêng dọc caster dương

3- Đường thẳng góc mặt đất

4-Khớp hình cầu 5- Phía trước xe

Hình 1.17 Góc nghiêng dọc a- Góc nghiêng dọc dương b- Góc nghiêng dọc âm

Tác dụng của góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: Làm tăng hiệu quả trở về vị trí chuyển động thẳng của bánh xe dẫn hướng

1.3.3 Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng

Hình 1.18 Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng

Là góc đo giữa trục xoay và đường thẳng góc với mặt đường khi ta nhìn từ đầu

xe

+ Tác dụng góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng:

- Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng có tác dụng làm giảm mômen cản quay vòng, tức là giảm khoảng cách từ tâm trụ xoay đứng đến điểm tiếp xúc của bánh xe vớimặt đường

- Ô tô có khả năng tự ổn định trở về vị trạng thái chuyển động thẳng

Khi ô tô quay vòng với góc quay vành tay lái lớn (bán kính quay vòng càng nhỏ), lực tác động lên vành tay lái càng lớn, tức tạo điều kiện cảm nhận được mức độ quay vòng của ô tô trên vành tay lái và khả năng trả về chuyển động thẳng càng lớn.

1.3.4 Độ chụm đầu

Khi phía trước của hai bánh xe gần nhau hơn phía sau của hai bánh xe khi nhìn từtrên xuống thì gọi là độ chụm đầu (sự bố trí ngược lại gọi là độ mở) Độ chụm được xác định bằng hiệu số của hai khoảng cách giữa các đầu nút sau (B) và trước (A) + Tác dụng của độ chụm đầu:

Ngăn ngừa khả năng gây ra độ chụm âm do tác động của lực cản lăn khi xuất hiệnnhững khe hở và đàn hồi trong hệ thống trục trước và dẫn động

Hình 1.19 Độ chụm của bánh xe dẫn hướng

1.4 Hình thang lái

Hình 1.20 Sơ đồ hình thang lái

Là bộ phận quan trọng nhất của dẫn động lái Hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng Mục đích làm cho các bánh

xe khỏi trượt lê khi quay vòng, dẫn đến giảm sự mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất

và tăng tính ổn định

Hình thang lái có nhiều dạng kết cấu khác nhau Đòn ngang có thể cắt rời hay liền tuỳ theo hệ thống treo là độc lập hay phụ thuộc Nhưng dù trường hợp nào thì kết

cấu của hình thang lái củng phải phù hợp với động học bộ phận hướng của hệ thống treo, để dao động thẳng đứng của các bánh xe không ảnh hưởng đến động học của dẫn động, gây ra dao động của bánh xe dẩn hướng quanh trục quay.

Động học quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo nhờ việc chọn các thông số kỹ thuật của hình thang lái và không có khe hở trong dẫn động nhờ

- bx là góc quay của bánh xe dẫn hướng, bx= 400 + Tỷ số truyền của cơ cấu lái:

Gọi ic là tỷ số truyền của cơ cấu lái thống lái Xác định ic theo công thức:

5 , 16 98 , 0

2 , 16







dd c

i

i

Trong đó:

- i là tỷ số truyền của hệ thống lái, i = 16,2;

- i dd là tỷ số truyền của dẫn động lái, i dd = 0,98

+ Tỷ số truyền lực:

04 , 16 99 , 0 2 , 16

M

vl

dq v

r

Trong đó:

- Mr (Mdq) Mômen trên trục ra (hay trên đòn quay đứng);

- Mv (Mvl) Mômen trên trục vào (hay trên vô lăng)

+ Hiệu suất:

- Hiệu suất thuận (th): tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống

- Hiệu suất nghịch (ng): tính theo chiều truyền lực từ bánh xe lên

- Với cơ cấu bánh răng-thanh răng ta có:

th= th= 0,99 (1.10)

1.6 Cường hóa lái

1.6.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.6.1.1 Công dụng

Trên các xe ô tô tải trọng lớn, xe du lịch cao cấp và các xe khách hiện đại thường

có trang bị cường hoá lái để:

+ Giảm nhẹ lao động cho người lái

+ Tăng an toàn cho chuyển động

Khi xe đang chạy một tốc độ lớn mà một bên lốp bị thủng, cường hoá lái đảm bảocho người lái đủ sức điều khiển, giữ được ô tô trên đường mà không bị lao sang một bên

Sử dụng cường hoá lái có nhược điểm là lốp mòn nhanh hơn (do lạm dụng cường hoá để quay vòng tại chỗ), kết cấu hệ thống lái phức tạp hơn và tăng khối lượng công việc bảo dưỡng

1.6.1.2 Phân loại

Theo nguồn năng lượng:

+ Cường hoá thuỷ lực;

+ Cường hoá khí (khí nén hoặc chân không);

+ Cường hoá điện;

+ Cường hoá cơ khí;

Cường hoá thuỷ lực được dùng phổ biến nhất vì có kết cấu nhỏ gọn và làm việc khá tin cậy

Theo sơ đồ bố trí phân ra làm 4 dạng:

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xylanh lực được bố trí chung thành một cụm; + Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung;

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xy lanh lực bố trí riêng;

+ Xy lanh lực bố trí riêng, bộ phận phân phối và cơ cấu lái bố trí chung

1.6.1.3 Yêu cầu

Cường hoá lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:

+ Khi cường hoá lái hỏng thì hệ thống lái vẫn làm việc bình thường cho dù lái nặng hơn

+ Thời gian chậm tác dụng nhỏ

+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng

+ Khi sức cản quay vòng tăng lên thì lực yêu cầu tác dụng lên vô lăng cũng tăng theo, tuy vậy không được vượt quá 100  150 (N)

+ Không xảy ra hiện tượng tự cường hoá khi xe đi qua chổ lồi lỏm, rung xóc

Phải có tác dụng như thế nào để khi một bánh xe dẫn hướng bị hỏng, bị nổ thì người lái có thể vừa phanh ngặt vừa giữ được hướng chuyển động cần thiết của xe.

1.6.2 Các thông số đánh giá

Chỉ số hiệu dụng trợ lực:

Khq =

h l

l c

l

p p

p p

p



 (1.11) trong đó:

- Pl lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cường hoá;

- Pc lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hoá trong những điều kiện quay vòng như trên;

- Ph Lực do bộ cường hoá đảm nhận qui về vành tay lái

Chỉ số phản lực của cường hoá lên vành tay lái:

- dPc số gia lực tác dụng lên vành tay lái đã có trợ lực;

- dMc moomen cản quay vòng của các bánh dẫn hướng

Trong bộ trợ lực hiện nay  = 0,02- 0,05 [N/Nm].N/Nm]

- Độ nhạy: độ nhạy của cường hoá lái đặc trưng bằng lực tác dụng lên vô lăng

1.6.3 Sơ đồ bố trí

Bất kỳ cường hoá lái nào cũng có ba bộ phận sau:

- Nguồn lăng lượng: bơm dầu, máy nén + bình chứa hoặc ắc quy

- Bộ phận phân phối: dùng để phân phối đều chỉnh năng lượng cung cấp cho bộ phận chấp hành Đảm bảo sự tỷ lệ giữa các góc quay của bánh xe dẩn hướng

- Cơ cấu chấp hành: tạo và truyền lực (trợ lực) lên cơ cấu lái và dẫn động lái Các bộ phận trên có thể được bố trí theo 4 sơ đồ sau:

+ Cơ cấu lái, bộ phạn phân phối và xilanh lực bố trí chung thành một cụm như trên hình 1.20

+ Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung như trên hình 1.21

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xi lanh lực bố trí riêng như trên hình 1.22 +Xi lanh lực bố trí riêng, cơ cấu lái và bộ phận phân phối bố trí chung như trên hình 1.23

Hình 1.20 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung thành một cụm

1 Cơ cấu lái 2 bộ phận phân phối 3 xilanh lực

Hình 1.21 Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung

1 Cơ cấu lái 2 bộ phận phân phối 3 xilanh lực

Hình 1.22 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí riêng

1 Cơ cấu lái 2 bộ phận phân phối 3 xilanh lực

Hình 1.23 Sơ đồ bố trí xilanh lực riêng, cơ cấu phân phối và cơ cấu lái bố trí chung

1 Cơ cấu lái 2 bộ phận phân phối 3 xilanh lực

Ưu nhược điểm của từng sơ đồ:

+ Nhược điểm: tất cả các chi tiết của hệ thốïng lái điều chịu tải lớn, là tổng lực

do người lái và cơ cấu chấp hành tác dụng Vì vậy trên các xe tải trọng lớn người takhông dùng sơ đồ bố trí này

1.6.4 Liên hệ giữa hệ thống lái và hệ thống treo

Hệ thống treo trước trên xe Land Cruiser là hệ thống treo độc lập gồm có cơ cấudẫn hướng, phần tử đàn hồi, thiết bị giảm chấn và thiết bị giữ ổn định ngang

Hình 1.24 Cấu tạo hệ thống treo trước

1 Lò xo 2 Bộ giảm chấn ống 3 Thanh nối của bộ cân bằng ngang

Bộ treo là cơ cấu nối giữa vỏ xe và các bánh xe Toàn bộ các lực tác dụng lên bánh xe khi xe chạy đều được truyền lên khung vỏ xe qua bộ treo Các chi tiết bộ treo

có tác dụng làm dịu tải trọng động, làm giảm dao động của vỏ xe, đảm bảo độ ổn định

tốt, xe chuyển động êm dịu Ngoài ra bộ treo còn có tác dụng cùng với hệ thống lái bảođảm khả năng quay vòng xe, điều khiển tay lái và điều chỉnh góc đặt bánh xe trước Trên hệ thống treo độc lập các bánh xe liên kết với thân xe thông qua các khâu đòn (khớp cầu, khớp trụ), do vậy chuyển vị của các bánh xe gần như không ảnh hưởnglẫn nhau.

Tổng quát, nếu bánh xe dịch chuyển tương đối một đoạn đối với khung xe (theo chuyển vị z đàn hồi) sẽ tạo nên:

2

2 1

về tiện nghi và tốc độ các mối quan hệ này vẫn phải quan tâm thích đáng vì các

nguyên nhân sau:

- Sự dịch bên vết bánh xe ∆y sẽ làm bánh xe mau mài mòn, giảm khả năng tiếp nhận phản lực bên;

- Sự lắc ngang bánh xe δ gây nên giảm khả năng lăn phẳng của bánh xe, gây mòn lệch bánh xe và hạn chế khả năng tiếp xúc của bánh xe trên nền đường;

- Sự lắc dọc của bánh xe β làm thay đổi phương chuyển động của ô tô, làm mất quỹ đạo chuyển động mong muốn, người lái thường xuyên phải điều chỉnh vành tay lái Trong một số tài liệu hiện tượng này được miêu tả bằng thuật ngữ “góc tự điều khiển bánh xe”

Hiển nhiên các chuyển vị này là không mong muốn và cần hạn chế tối đa, song đây cũng chính là xu hướng hoàn thiện cho các kết cấu hệ thống treo độc lập nhằm áp ứng yêu cầu cao về tính tiện nghi và cơ động của các ô tô đời mới

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA

Vành tay lái còn là nơi bố trí một số bộ phận khác của ô tô như: nút điều khiển còi, túi khí an toàn

Hình 2.2 Túi khí an toàn

Túi khí an toàn có hình dáng tương tự cây nấm được làm bằng nylon phủ

neoprene, được xếp lại và đặt trong phần giữa của vành tay lái Khi xe đâm thẳng vào một xe khác hoặc vật thể cứng, túi khí sẽ phồng lên trong khoảnh khắc để hình thành một chiếc đệm mềm giữa lái xe và vành tay lái.Túi khí an toàn chỉ được sử dụng một lần Sau khi hoạt động túi khí phải được thay mới

2.1.2 Trục lái và trục các đăng của hệ thống lái LAND CRUISER 200

Hình 2.3 Trụ lái

Trục lái là thành tố cấu thành hệ thống lái có chức năng chính là truyền momen lái từ vô lăng đến cơ cấu lái Một trục lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phận bao che trục lái Trục lái trên xe Land Cruiser có cấu tạo phức tạp hơn nó cho phép thay đổi độ nghiêng của vành tay lái hoặc cho phép trụ lái chùm ngắn lại khi người lái

va đập trong trường hợp xảy ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với người lái Ngoài ra trụ lái còn là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ôtô như : cần điều khiển hệ thống đèn,cần điều khiển gạt nước, cần điều khiển hộp số, hệ thống dây điện và các đầu nối điện

2.1.3 Cơ cấu lái

15

17 18

12

1 2 3 4 5 6

7

8 9

11 10

16

19

20 21 22 23

Hình 2.4 Kết cấu van phân phối

6 Đường dầu từ bơm tới

7 Đường dầu hồi về bình

18 Dẫn hướng thanh răng

19 Đường dầu đến khoang bên trái xy lanh

20 Đường dầu đến khoang bên phải xy lanh

 và ng là hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái

Hình 2.5 Kết cấu thanh răng

1 Piston 2 Thanh răng

* Nguyên lý làm việc của trợ lực lái:

a

1 2

3 4

5

6

Hình 2.6 Van xoay ở vị trí trung gian

1 Xy lanh

2 Thân van ngoài

3 Thân van trong

4 Thanh xoắn

5 Bơm

6 Bình chứa

a Đường dầu hồi

+ Khi xe đi thẳng,vành tay lái ở vị trí trung gian,cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 2.6.Chất lỏng từ bơm đến chạy vào trong lõi và trở về bình dầu,áp suất chất lỏng

ở khoang bên trái(khoang II) và khoang bên phải(khoang I) của xylanh lực là như nhau, do đó piston không dịch chuyển.Thanh răng giữ nguyên vị trí với xe đi thẳng Trong trường hợp này các va đập truyền từ bánh xe được giảm bớt nhờ chất lỏng ở áp suất cao

a

1 2

3 4

5

6

Hình 2.7 Van hoạt động quay trái

1 Xy lanh

2 Thân van ngoài

3 Thân van trong

4 Thanh xoắn

5 Bơm

6 Bình chứa

a Đường dầu hồi

+ Khi xe quay vòng sang trái,cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 2.7.Thân van trong xoay sang trái mở đường dầu đi từ bơm tới vào khoang I của xylanh và mở đường dầu ở khoang II thông với đường dầu hồi về bình chứa, làm cho thanh răng dịch

về bên trái đẩy bánh xe quay sang trái, thực hiện quay vòng sang trái

Khi dừng quay vành tay lái ở một vị trí nào đó,thân van trong đứng yên,nhưng dầu vẫn tiếp tục đi vào khoang I, đẩy bánh răng ngược chiều làm thanh xoắn trả lại, các cửa van mở ở một trạng thái nhất định, tạo nên sự chênh áp suất ổn định giữa hai khoang I và II ở một giá trị nhất định đảm bảo ô tô không quay tiếp

6 Mx

1 2

3 4

5

Hình 2.8 Van hoạt động quay phải

1 Xy lanh

2 Thân van ngoài

3 Thân van trong

4 Thanh xoắn

5 Bơm

6 Bình chứa

a Đường dầu hồi

+ Khi xe quay vòng sang phải,cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 2.8.Thân van trong xoay sang phải mở đường dầu đi từ bơm tới vào khoang II của xylanh và mở đường dầu ở khoang I thông với đường dầu hồi về bình chứa,làm cho thanh răng dịch

về bên phải đẩy bánh xe quay sang phải,thực hiện quay vòng sang phải

Khi dừng quay vành tay lái ở một vị trí nào đó, thân van trong đứng yên, nhưng dầu vẫn tiếp tục đi vào buồng II, đẩy bánh răng ngược chiều làm thanh xoắn trả lại, cáccửa van mở ở một trạng thái nhất định, tạo nên sự chênh áp suất ổn định giữa hai khoang I và II ở một giá trị nhất định đảm bảo ô tô không quay tiếp

Độ rơ kết cấu của hệ thống lái phụ thuộc nhiều vào độ rơ của cơ cấu lái.Sự gài trợlực phụ thuộc vào độ cứng của thanh xoắn đàn hồi.Khả năng trợ lực của hệ thống lái thực hiện nhờ quá trình biến dạng thanh xoắn, mở thông các đường dầu,do vậy kết cấunày cho phép tạo nên khe hở nhỏ bằng cách gia công chính xác các miệng rãnh đường dầu của thân van trong và thân van ngoài của van phân phối và khả năng biến dạng

thanh xoắn Thanh xoắn càng nhỏ khả năng trợ lực càng sớm Thanh xoắn được cố định đầu trên với trục van điều khiển và đầu dưới với bánh răng bởi chốt cố định Thanh xoắn đàn hồi cho phép xoay 70 từ vị trí trung gian về mỗi phía,tạo nên sự quay tương đối giữa thân van trong và thân van ngoài,đủ đóng mở tối đa đường dầu Kết cấu van xoay cho phép khả năng tạo nên góc mở thông các đường dầu bé, do vậy độ nhạy của cơ cấu cao.

2.1.4 dẫn động lái

Dẫn động lái trên ôtô Land Cruiser bao gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu

lái đến ngỗng quay của các bánh xe.Bộ phận cơ bản và quan trọng nhất của dẫn động lái là hình thang lái,được tạo bởi cầu trước,đòn kéo ngang,và các cạnh bên.Nó có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe không bị trượt lê khi quay vòng.Do đó làm giảm mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn định khi quay vòng

Bơm trợ lực lái lắp trên xe Land Cruiser là loại bơm cánh gạt tác dụng kép, nghĩa

là trong một vòng quay bơm thực hiện hai lần hút và hai lần đẩy,số cánh gạt là 10