Giáo trình ô tô dùng cho hệ cao đẳng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN KHUNG GẦ M ************************* GIÁO TRÌNH Ô TÔ (DÙNG CHO HỆ CAO ĐẲNG) Người biên soạn: GVC.MSc Đặng Quý TP HỒ CHÍ MINH, / 2007 www.oto-hui.com LỜI NÓI ĐẦU N ền công nghiệ p chế tạo ô tô giới ngày phát triển mạnh mẽ Ở Việt Nam, thời gian không lâu từ tình trạng lắp ráp xe hiệ n nay, ng ta tiến đến tự chế tạo ô tô Bởi vậy, việc đào tạo đội ngũ cử nhân, kỹ sư có trình độ đáp ứng đòi hỏi ngành cô ng nghệ sửa chữa ô tô nhiệm vụ quan trọng cấp bách Để phục vụ cho mục đích lâu dài nêu trước mắt để đáp ứng cho chương trình đào tạo theo hướng công nghệ ô tô, khoa Cơ khí Động lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật phân công cán giảng dạy biên soạn giáo trình “Ô tô” dùng cho hệ cao đẳng Giáo trình có chương nhằm giới thiệu kiến thức học chuyể n động ôtô, yêu cầu ôtô phương diện động học động lực học Ngoài ra, kết hợp với việc nghiê n cứu kết cấu số tính toán cụm hệ thống, mô n học cung cấp nhữn g kiế n thức tảng cho việc đánh giá chất lượng kỹ thuật ôtô Ở giáo trình không đề cập nhiều cấu tạo nguyên lý hoạt động phận ô tô Vì phần sinh viên học kỹ môn học thực tập xưởng “Ô tô” môn học chuyên ngành quan trọng năm cuối hệ cao đẳng Bởi vậy, trước học môn này, sinh viên phải học trước môn sau “Cơ lý thuyết”, “Sức bền vật liệu”, “Cấu tạo ô tô”, “Động đốt 1” Giáo trình đề cập đế n vấn đề quan trọng môn học, phù hợp với chương trình qui đònh Giáo dục Đào tạo ngành Công nghệ ô tô Nội dung kiến thức học phần nhằm trang bò cho sinh viên kiến thức về: phương pháp nghiên cứu khảo sát đặc tính động lực học bản, phương pháp xác đònh , đánh giá tiêu kỹ thuật, kinh tế vận hành ôtô Mặc khác cung cấp cho sinh viên đặc điểm cấu tạo nguyên lý làm việc, phương pháp tính toán xác đònh thông số làm việc cụm hệ thống thuộc phần gầm ôtô Do trình độ thời gian có hạn, giáo trình có chỗ chưa hoàn thiện thiếu sót Rất mong đồng chí bạn đọc góp ý để lần tái sau có chất lượng tốt Tôi xin chân thành cảm ơn! Người biên soạn: GVC.MSc Đặng Quý www.oto-hui.com MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Mục lục Ký hiệu đơn vò đo CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ Mục tiêu 1.1 Những yêu cầu chung ô tô 1.2 Các phương án bố trí động hệ thống truyền lực 1.2.1 Các phương án bố trí động 1.2.2 Các phương án bố trí hệ thống truyền lực 10 1.3 Nhiệm vụ yê u cầu hệ thống cụm ô tô 16 1.3.1 Nhiệm vụ yê u cầu hệ thống truyền lực 16 1.3.2 Nhiệm vụ yê u cầu hệ thống phanh 16 1.3.3 Nhiệm vụ yê u cầu hệ thống treo 17 1.3.4 Nhiệm vụ yê u cầu hệ thống lái 17 1.3.5 Nhiệm vụ yê u cầu cầu xe 18 1.3.6 Nhiệm vụ yê u cầu khung thân xe 18 CHƯƠNG 2: ĐỘNG CƠ TRÊN Ô TÔ 19 Mục tiêu 19 2.1 Những yêu cầu động dùng ô tô 20 2.2 Các đặc tính động đốt 20 2.3 Đặc tính lý tưởng động dùng trê n ô tô Khuynh hướ ng sử dụng động điện 24 CHƯƠNG 3: CƠ HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ 26 Mục tiêu 26 3.1 Sự truyề n lượng ô tô 27 3.1.1 Sự truyề n biến đổi lượng hệ thống truyền lực 27 3.1.2 Sự biến đổi lượng hệ thống chuyển động 28 3.1.3 Sự tổn hao lượng truyền lượng xe 29 3.2 Cơ học lăn bánh xe 30 3.2.1 Các loại bán kính bánh xe 30 3.2.2 Động học lăn bánh xe không biến dạn g 31 3.2.3 Động lực học chuyển động bánh xe 35 3.2.4 Sự trượt bánh xe, khái niệm khả bám hệ số bám 38 3.2.5 Biến dạng bánh xe đàn hồi chòu lực ngang Góc lệch hướng 42 3.3 Cơ học chuyể n động thẳng ô tô 44 3.3.1 Các lực tác dụng lên ô tô chuyển độ ng tổng quát Lực riêng công suất tương ứng 44 3.3.2 Phương trình cân lực kéo, phương trình cân cô ng suất Đặc tính động lực học ô tô đồ thò tương ứng 51 3.3.3 Xác đònh thông số động lực học ô tô tính toán 63 www.oto-hui.com CHƯƠNG 4: TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ .68 Mục tiêu 68 4.1 Các tiêu kinh tế nhiên liệu ô tô 69 4.2 Phương trình tiêu hao nhiên liệu 69 4.3 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu ô tô chuyển động ổn đònh 71 CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CỦA Ô TÔ 76 Mục tiêu 76 5.1 Tải trọng tác dụng lên hệ thống truyền lực 77 5.1.1 Khái niệm loại tải trọng .77 5.1.2 Những trường hợp sinh tải trọng động hệ thống truyền lực .77 5.1.3 Tải trọng dùng để tính toán cụm hệ thống truyền lực 83 5.2 Ly hợp .84 5.2.1 Công dụ ng, phân loại, yêu cầu 84 5.2.2 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc ly hợp ma sát 85 5.2.3 Ảnh hưở ng ly hợp tới gài số 86 5.2.4 Tác dụng ly hợp phanh 90 5.2.5 Ly hợp thủy động 92 5.3 Hộp số hộp phân phối .95 5.3.1 Hộp số có cấp 95 5.3.2 Hộp số tự động .107 5.3.3 Hộp phân phối .126 5.4 Truyền động đăng 132 5.4.1 Công dụ ng, yêu cầu, phân loại .132 5.4.2 Cấu tạo động học cấu đăng 133 5.4.3 Số vòng quay nguy hiểm trục đăng 141 5.5 Cầu chủ động 143 5.5.1 Sơ đồ động học truyền lực cầu chủ động .143 5.5.2 Truyền lực 145 5.5.3 Vi sai .147 5.5.4 Bán trục 157 CHƯƠNG 6: PHANH Ô TÔ VÀ HỆ THỐNG PHANH 160 Mục tiêu 160 6.1 Công dụ ng, yêu cầu phân loại hệ thống phanh .161 6.2 Lý thuyết trình phanh 162 6.2.1 Lực phanh mômen tác dụng lên bánh xe phanh 162 6.2.2 Lực phanh ô tô điều kiệ n bảo đảm phanh tối ưu .164 6.2.3 Mômen phanh cần thiết cấu phanh 167 6.2.4 Xác đònh tiêu đánh giá hiệu phanh 168 6.2.5 Phân bố lực phanh ổn đònh ô tô phanh .171 6.3 Phanh chống hãm cứng ABS Khả nâng cao hiệu ổn đònh ô tô phanh 174 6.4 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh dầu, phanh khí phanh thủy khí .178 www.oto-hui.com 6.5 Tính toán cấu phanh guốc 183 6.6 Tính toán truyền động phanh 198 CHƯƠNG 7: DAO ĐỘNG Ô TÔ VÀ HỆ THỐNG TREO 209 Mục tiêu 209 7.1 Các tiêu độ êm dòu chuyể n động ô tô 210 7.2 Sơ đồ dao động tương đương ô tô 212 7.3 Dao động tự lực cản ô tô 216 7.4 Công dụ ng, yêu cầu, phân loại hệ thống treo 220 7.5 Bộ phận đàn hồi 222 7.5.1 Cấu tạo phần tử đàn hồi 222 7.5.2 Đường đặc tính đàn hồi hệ thống treo 227 7.6 Bộ phận giảm chấn 230 7.7 Bộ phận dẫn hướng 235 CHƯƠNG 8: QUAY VÒNG Ô TÔ VÀ HỆ THỐNG LÁI 242 Mục tiêu 242 8.1 Động học động lực học quay vòng ô tô 243 8.2 Tính chất quay vòng thiếu, thừa trung tính 249 8.2.1 Khái niệm ảnh hưởng độ đàn hồi lốp tới quay vò ng ô tô 249 8.2.2 Quay vòng ô tô lốp bò biế n dạng ngang 251 8.2.3 Ảnh hưở ng quay vòng trung tính, thiếu thừa tới ổn đònh ô tô 253 8.3 Công dụ ng, yêu cầu, phân loại hệ thống lái 256 8.4 Kết cấu hệ thống lái 257 8.4.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái 257 8.4.2 Cơ cấu lái 258 8.4.3 Truyền động lái 262 8.5 Hình thang lái 264 8.5.1 Động học hình thang lái 264 8.5.2 Kiểm tra hình thang lái 264 8.5.3 Xác đònh kích thước hình lái 266 8.6 Xác đònh lực người lái tác dụng lên vô lăng 269 Tài liệu tham khảo 272 www.oto-hui.com KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ĐO CƠ BẢN Ký hiệu Đơn vò Hệ số chuyển đổi đơn vò đơn vò cũ l m inch = 2,54 cm = 0,0254 m v m/s 1m / s = 3,6 km / h Vận tốc góc  rad / s Số vòng quay n vg / ph Gia tốc j m / s2 Gia tốc góc  rad / s2 Lực P N Trọng lượng G N Khối lượng m kg Áp suất q N / m2 1N / m2 = 1Pa = 10 -5kG / cm2 Ứng suất  N / m2 1MN / m2  10 kG / cm2 Mômen quay M Nm 1Nm  10 kGcm  0,1 kGm Công L J 1J = 1Nm  0,1 kGm Công suất N W Nhiệt độ T Nhiệt lượng Q J 1J  2,4.10-3 kcal Nhiệt dung riêng C J / kgđộ 1J/kgđộ  2,4.10-3kcal/kgđộ Thời gian t s Đại lượng Chiều dài Vận tốc dài 1N  0,1kG 10 3N  10 2kG  0,1tấn 1W = 1J/s  0,1 kGm/s 1W  1/736 m.l (mã lực) T = t + 2730 (T: độ Kenvin, t: độ Xenxiut) K www.oto-hui.com CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ Mục tiêu: Sau học xong chương sinh viên có khả năng: Trình bày yêu cầu ôtô Đánh giá ưu điểm nhược điểm phương án bố trí động Nêu phương án bố trí hệ thống truyền lực ôtô Trình bày nhiệm vụ yêu cầu hệ thống truyền lực Nêu nhiệm vụ yêu cầu hệ thống phanh Trình bày nhiệm vụ yêu cầu hệ thống treo Trình bày nhiệm vụ yêu cầu hệ thống lái Nêu yêu cầu nhiệm vụ cầu xe Trình bày nhiệm vụ yêu cầu khung thân xe www.oto-hui.com 1.1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐ I VỚI ÔTÔ: 1.1.1 Các yêu cầu thiết kế, chế tạo: Xe ô tô phả i mang tính đại , tổ ng nh trê n xe có kết cấ u hiệ n đại , kích thướ c nhỏ gọ n , bố trí hợ p lý phù hợ p với điề u kiệ n đườ n g xá khí hậ u Vỏ xe phải đẹ p, phù hợ p với yêu cầ u thẩm mỹ cô n g nghiệ p Vậ t liệu chế tạ o cá c chi tiế t có độ bề n cao, độ chố n g mòn , chốn g gỉ cao, nhằ m nâ ng cao tính tin cậ y tuổi thọ xe Nên tăn g loại vật liệu nhẹ để giảm tự trọ ng củ a xe Kết cấu chi tiết phải có tính cô n g nghệ cao, dễ gia côn g, số lượn g nguyên côn g qui trình cô n g nghệ chế tạ o 1.1.2 Cá c yêu cầu sử dụn g: Xe phải có cá c tính năn g độ n g lực cao như: tốc độ trung bình cao nhằm quay vòn g xe nhanh, nân g cao nă ng suất vận chuyể n, thời gian gia tốc quã n g đườ n g gia tốc ngắ n , xe khởi độ ng dễ dà ng Xe phải có tính an toàn cao, đặc biệt hệ thố ng phanh hệ thố ng i Xe phải đả m bả o tính tiệ n nghi cho lái xe hà nh ch, thao tác nhẹ dễ dàn g, đảm bả o tầm nhìn tốt Mức tiê u hao nhiê n liệu , dầ u mỡ bôi trơn, săm lố p vật liệu chạ y xe Kích thước thù ng xe phải phù hợ p với trọ ng tả i để nâ ng cao hệ số sử dụ n g trọ ng tải Kích thước hình dán g xe phải đảm bả o cho cô ng tác xếp dỡ hà n g hoá thuậ n tiệ n nhanh chón g Xe chạ y phải êm , khô ng n, giảm lượ n g độc hạ i khí thải 1.1.3 Cá c yêu cầu bảo dưỡn g sửa chữa : Giờ côn g bả o dưỡn g sửa chữa xe so vớ i chế tạo lớn , so với đời xe thườn g gấ p 30  50 lần cô ng chế tạ o Nế u chi phí cho đờ i xe từ chế tạ o đế n lý 100%, cá c phần phân bổ sau (số liệ u nhà má y GAZ – CHLB Nga): Thiết kế chế tạo ô tô 1,4% Bả o dưỡ n g ô tô 45,4% Sửa chữa thườ ng xuyên 46,0% Sửa chữa lớ n 7,2% Qua đó, chún g ta thấ y côn g bả o dưỡn g, sửa chữa lớn Để giảm khối lượn g cô ng việc, ké o dài chu kỳ bả o dưỡ n g, ô tô phải đả m bả o yê u cầu sau: Số lượ n g điểm bôi trơn phả i để giả m cô ng bơm dầu mỡ, thay điểm bôi trơn có vú mỡ bằ ng vật liệu bôi trơn vónh cửu Cá c vú mỡ phải bố trí thẳ n g hà ng, cùn g phía thuậ n lợ i cho cô ng tác bả o dưỡ ng Giảm cô ng kiểm tra xiế t chặt bằn g h sử dụn g cá c bulôn g, vít cấy , đai ốc … có tính tự hãm cao, đú ng tiê u chuẩ n chủ ng loại để đỡ phả i thay đổi dụn g cụ thá o lắ p www.oto-hui.com Giảm công điều chỉnh cách thay khâu điều chỉnh tay điều chỉnh tự động, dễ điều chỉnh Kết cấu xe phải đảm bảo cho công tác tháo lắp dễ dàng, thuận tiện cho công tác sửa chữa thay phụ tùng Kết cấu vật liệu chế tạo chi tiết có độ hao mò n lớn phải đủ bền sau phục hồi, sửa chữa Các mặt chuẩn (công nghệ, đònh vò …) chi tiết phải bảo toàn, tạo điều kiện cho gia công khí sửa chữa đáp ứng yêu cầu kỹ thuật 1.2 CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC: Bố trí chung ô tô bao gồm bố trí động hệ thống truyền lực Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, côn g dụn g tính kinh tế mà loại xe có cách bố trí riêng Nhìn chung, chọn phương pháp bố trí chung cho xe, ng ta phải cân nhắc để chọn phương án tối ưu, nhằm đáp ứn g yêu cầu sau đây: - Kích thước xe nhỏ, bố trí hợ p lý phù hợp với điều kiện đường xá khí hậu - Xe phải đảm bảo tính tiện nghi cho lái xe hành khách, đảm bảo tầm nhìn thoáng tốt - Xe phải có tính kinh tế cao, thể qua hệ số sử dụng chiều dài  xe Khi hệ số  lớn tính kinh tế xe tăng λ l L Ở : l – Chiều dài thùng chứa hàng (xe tải) chiều dài buồn g chứa hàn h khách (xe chở khách) L – Chiều dài toàn ô tô Đảm bảo không gian cần thiết cho tài xế dễ thao tác, điều khiển xe chỗ ngồi phải đảm bảo an toàn Dễ sửa chữa, bảo dưỡng động cơ, hệ thố ng truyền lực phận lại Đảm bảo phân bố tải trọng lên cầu xe hợp lý, làm tăng khả kéo, bám ổn đònh, êm dòu…v.v… xe chuyể n động 1.2.1 Các phương án bố trí động cơ: 1.2.1.1 Động đặt đằng trước: Phương án sử dụng cho tất loại xe Khi bố trí động đằng trước ng ta lại có hai phương pháp sau: 1.2.1.1.1 Động đặt đằng trước nằm buồng lái: Khi động đặt đằng trước nằm buồng lái (hình 1.1a) tạo điều kiện cho công việc sửa chữa, bảo dưỡng thuận tiện Khi động làm việc, nhiệt động tỏa rung độn g ảnh hưởng đến tài xế hành khách www.oto-hui.com l a) d) L l b) e) L l c) h) L Hình 1.1: Bố trí động ô tô a – Nằm trước buồng lái b – Nằm buồng lái c – Nằm buồng lái thùng xe d – Nằm đằng sau e – Nằm sàn xe h – Buồng lái lật Nhưng trường hợp hệ số sử dụng chiều dài  xe giảm xuống Nghóa thể tích chứa hàng hóa lượng hành khách giảm Mặt khác, trường hợp tầm nhìn người lái bò hạn chế, ảnh hưởng xấu đến độ an toàn chung 1.2.1.1.2 Động đặt đằng trước nằm buồng lái: Phương án hạn chế khắc phục nhược điểm phương án vừa nêu Trong trườn g hợp hệ số sử dụng chiều dài  xe tăng đáng kể, tầm nhìn người lái thoáng Nhưng động nằm bên buồn g lái, nên thể tích buồn g lái giảm đòi hỏi phải có biện pháp cách nhiệt cách âm tốt, nhằm hạn chế ảnh hưởng động tài xế hành khách ng tiếng n động phát Khi động nằm buồng lái khó khăn cho việc sửa chữa bảo dưỡng động Bởi trường hợp người ta thường dùng loại buồng lái lật (Hình 1.1h) để dễ dàn g chăm sóc động www.oto-hui.com + Đảm bảo giá trò thay đổi tỉ số truyền theo yê u cầu cần thiết thiết kế + Điều chỉnh khoản g hở ăn khớp cấu lái đơn giản * Các thông số đánh giá cấu lái tỉ số truyền theo góc, hiệu suất (thuận nghòch) trò số khoảng hở cho phé p chi tiết ăn khớp cấu lái : + Tỉ số truyền cấu lái : iω  dθ ω θ  dΩ ω Ω (8.24) Ở : d, d – Góc quay phần tử vành tay lái đòn quay đứ ng ,  – Vận tốc góc quay tương ứng vành tay lái đòn quay đứ ng Trong số lớn cấu lái i giá trò thay đổi ; xác đònh xác i nhờ đường cong vi phân  = f() Trong nhữ ng điều kiện bình thường tính i đủ xác theo biể u Δθ thức i ω  sử dụng đồ thò  = f() (hình 8.12) ΔΩ + Hiệu suất thuận (theo chiều thuận tức từ vành tay lái xuống bánh dẫn hướng) t là: η  t M ω  M r2 ω N N1  N r   r   r1 M ω1 N1 N1 η 1 t M r1i ω  M r2 M 1i ω (8.25) + Hiệu suất nghòch (theo chiều nghòch tức từ bánh dẫn hướng lê n vành tay lái)  là: n η  n M ω  M r2 ω N N2  Nr   r   r1 M 2ω N2 N2 η  1 n Trong : N1 Nr Mr1 Mr2 M1 N2 M2 M r1i ω  M r2 M2 (8.26) – Công suất dẫn đến trục lái – Công suất mát ma sát cấu lái – Tổng số mômen lực ma sát trục lái (hình 8.13) – Tổng số mômen lực ma sát trục đòn quay đứng – Mômen ngoại lực tác dụng lên vành tay lái – Công suất trục đòn quay đứng – Mômen ngoại lực tác dụng lên trục đòn quay đứng 259 www.oto-hui.com Qua công thức (8.25) (8.26) ma sát trục lái ảnh hưởng đến hiệu suất truyền động lớn ma sát trục đòn quay đứ ng Nếu bỏ qua ma sát ổ bi đệm chắn đầu vò trí khác mà ý đến cặp bánh ăn khớp theo giáo trình nguyên lý máy hiệ u suất cặp bánh trục vít, bánh vít hay vít vô tận là: tgβ η  t tg(β  ρ) (8.27) Và hiệu suất nghòch : η  n tg(β  ρ) tgβ (8.28) Ở :  – Góc nâng đường xoắn trục vít hay trục vô tận  – Góc ma sát M M M r2 r1 M Hình 8.13: Sơ đồ cấu lái Nếu thừa nhận  = 120,  =  = 0,6 ;  = 0,33 tức hiệu suất nghòch t n khoảng nửa hiệu suất thuận Hiệu suất cấu lái phụ thuộc thân kết cấu Trong cấu trục vít thông thường hiệu suất khoảng 0,5 ÷ 0,65 Khi sử dụng cặp trục vít bánh vít vào cấu lái hiệu suất đạt đến 0,8 ÷ 0,85 cấu lái làm việc theo ma sát lăn thay cho ma sát trượt Muốn lái nhẹ cần phải có hiệu suất thuận lớn Muốn có hiệu suất lớn theo cô ng thức (8.27) phải tăng góc  Nhưng tăng góc  theo công thức (8.28) hiệu suất nghòch tăng va đập bánh xe truyền lên vành tay lái Muốn va đập không truyền qua cấu lái, truyền động phải khôn g nghòch đảo tức    hệ thống lái không ổn đònh Có thể có nhiều cách làm giảm va đập mặt đường truyền lên vành tay lái mà đảm bảo cấu lái nghòch đảo Có thể cách chọn i theo qui luật hình 8.14 260 www.oto-hui.com i 22 20 18 16 14 12    -720 -540 -360 360 540 720 Hình 8.14: Quan hệ tỷ số truyền i góc quay vành tay lái Đối với phần lớn ô tô ô tô buýt quy luật thay đổi thích hợp trình bày hình 8.14 Trên hình 8.14 ta thấy đoạn trung bình không lớn  = (900  1200) i có giá trò lớn Điều đảm bảo độ xác cao điều khiển ô tô đoạn đường thẳng tốc độ lớn đảm bảo lái nhẹ không cần quay vành tay lái xa vò trí trung gian, giảm va đập lên vành tay lái Vượt giá trò  = (900  1200 ), i giảm nhanh khoảng  = (500  1000) giữ giá trò không đổi, i ứng với giá trò với góc quay nhỏ vành lái bánh xe quay góc lớn + Khoảng hở bánh cấu lái phải có giá trò tối thiểu ô tô chuyển động thẳng Ở vò trí hai bên rìa, khoảng hở phải tăng lên để cấu không bò kẹt sau bò mòn sau lần điều chỉnh sau độ mòn lớn cấu lái thường (hình 8.15)  0   Hình 8.15: Sự thay đổi khoảng hở  phụ thuộc theo góc quay  261 www.oto-hui.com 8.4.3 Truyền động lái : a) b) c) d) f) g) e) Hình 8.16: Sơ đồ hình thang lái loại Truyền động lái gồm tất chi tiết truyền lực từ cấu lái đến ngỗn g quay bánh xe Phần tử dẫn động lái hình thang lái tạo thành cầu trước, đòn kéo ngang đòn bên Nhờ hình thang lái nên quay vàn h tay lái góc bánh dẫn hướng quay góc đònh Hình thang lái bố trí trước sau cầu trước dẫn hướ ng (hình 8.16a,b) tù y theo bố trí chung Đòn kéo ngang hình thang lái thông thường chế tạo liền (hình 8.15a ) chế tạo rời (hình 8.16c,d) Trên hình 8.17 trình bày sơ đồ kiểu dẫn động lái mẫu cầu trước dẫn hướng hệ thống treo độc lập 262 www.oto-hui.com Hình 8.17: Sơ đồ hệ thống lái ô tô có cầu dẫn hướng hệ thống treo độc lập Đặc điểm đòn kéo ngang hình thang lái làm rời thành hai đoạn Kết cấu ngăn ngừa ảnh hưởng dòch chuyển bánh xe dẫn hướn g lên bánh xe dẫn hướng khác, khớp nằm đường kéo dài trục dao động bánh xe Đòn vừa đỡ đòn kéo ngang vừa với đòn quay đứng xác đònh động học dòch chuyể n kéo ngang Khi thiết kế hệ thống lái cần ý phối hợp động học hệ thống lái với động học hệ thống treo Nếu đầu nhíp trước cố đònh cấu lái cần bố trí đằng trước Như tâm dao động đòn dọc dẫn động lái tâm dao động cầu trước gần bên (hình 8.18a) Điểm A vừa nằm đòn kéo dọc vừa nằm cầu dao độ ng theo hai cung bán kính 1 2 Trong phạm vi biến dạng nhíp 1  2 Nếu bố trí cấu lái đằng sau (hình 8.18b) ô tô chạy đườn g xấu, nhíp biến dạng nhiều, bánh dẫn hướn g bò vẫy, người lái mệt mỏi nhiều O  O  O  A A O  b) a) Hình 8.18: Bố trí cấu lái thích hợp với động học hệ thố ng treo 263 www.oto-hui.com 8.5 HÌNH THANG LÁI : 8.5.1 Động học hình thang lái : Khi tính toán thiết kế động học hình thang lái, người ta xác đònh kích thước hình thang lái, góc nghiêng đòn bên hình thang lái trục dọc ô tô chọn tỉ số truyền cần thiết đòn dẫn động lái Khi tính toán kiểm tra động học hình thang lái người ta xác đònh quan hệ thực tế góc quay bánh dẫn hướng ô tô cụ thể so sánh với quan hệ lý thuyết (khô ng kể đến độ biến dạng lốp) Muốn ô tô quay vòng khôn g bò trượt điều kiện cần đủ bánh xe phải quay quanh tâm quay O Khi quay vòng, bánh dẫn hướng quay với ngỗng quay, ngỗ ng quay nằm dầm cầu trước nên quay quanh trục mà không di chuyển vò trí Quan hệ ngỗng quay nhờ hình thang lái mà ta gọi hình thang lái Đantô Trên hình 8.19 theo lý thuyết ô tô ta có góc  >  Hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo cho hai bánh dẫn hướng quay với góc   theo quan hệ không đổi đảm bảo điều kiện quay không trượt sau: OD OC cotg = , cotg = L L Vậy: cotg - cotg = OD  OC b = L L (8.29) Ở : O –Tâm quay vòng L – Khoảng cách hai cầu ô tô chiều dài sở ô tô b – Khoảng cách tâm ngỗng quay (Tâm ngỗng quay giao điểm trục ngỗng quay trục trụ đứn g) Phương trình (8.29) chưa kể đến độ biến dạng bên bánh xe Để ô tô quay vòng với bán kính quay vòng khác mà quan hệ   giữ côn g thức (8.29) dạng hình thang lái Đantô phải hoàn toàn xác đònh Hình thang lái Đantô hoàn toàn thỏa mãn quan hệ công thức (8.29) chọn quan hệ cấu hình thang lái cho ta sai lệch với quan hệ lý thuyết 8.5.2 Kiểm tra hình thang lái : Phương trình (8.29) giải theo phương pháp hình học sau: hình 8.19 ta nối điểm G cầu trước với điểm C nằm cầu sau Khoảng cách từ C đến điểm AB cầu sau G’ Nối điểm E giao điểm trục bánh xe (bánh xe xa tâm quay vòng) kéo dài với đoạn GC, với điểm B (là tâm quay bánh xe trong) Ta chứng  minh góc GBE   264 www.oto-hui.com Muốn ta hạ EF vuông góc với cầu trước AB Ta có : b  GF BF = cotg GBE = cotg FBE = EF EF Trong EFA ta có : b  GF AF cotg = = EF EF    Hai GEF GCB đồng dạng cho ta quan hệ hai góc cotg cotg GBE :  cotg - cotg GBE = 2GF b = EF L (8.30)  So sánh hai công thức (8.30) (8.29) ta thấy GBE =  L A D  G F  b G' E C B  Hình 8.19: Sơ đồ xác đònh quan hệ góc quay bánh xe dẫn hướng Cách chứng minh theo phương pháp hình học cho phép ta kiểm tra độ xác hình thang lái sẵn có cách sau: Vẽ cấu hình thang lái theo tỉ lệ thu nhỏ giấy thay đổi vò trí hình thang lái để tìm góc   tương ứng khác 265 www.oto-hui.com Xong đặt góc   khác đôi vò trí trê n hình 8.19 Giao điểm chúng nằm sát đường GC chứng tỏ hình thang lái thiết kế sai với phương trình lý thuyết (8.29), nghóa ô tô trượt quay vòng 8.5.3 Xác định kích thước hình thang lái :  C b n  m x L Hình 8.20: Sơ đồ xác đònh góc nghiê ng đòn bên hình thang lái Nhiệm vụ thiết kế hình thang lái Đantô xác đònh góc nghiêng đòn bên  ô tô chạy thẳng Trên hình 8.20 biểu diễn sơ đồ hình thang lái Đantô Ở vò trí trung gian bánh xe, góc  hai đòn nghiêng bên cầu trước bằn g Nhiệm vụ người thiết kế chọn góc , chọn  quay vòng bánh dẫn hướng trượt Thực tế cho thấy chọn tuyệt đối tính toán gần bằn g giải tích khó khăn b B A  m I  L' N   H F L F' Hình 8.21: Sơ đồ hình thang lái với góc  góc đòn nghiêng bên đườn g song song với trục dọc ô tô 266 www.oto-hui.com Xác đònh kích thước hình thang lái gồm có xác đònh góc  góc  (hình 8.21), chiều dài m n đòn bên đòn ngang Đường đậm nét hình 8.21 vò trí bánh dẫn hướng lúc ô tô chuyển động thẳng, đường nét đứt lúc quay bánh dẫn hướng, tức lúc ô tô quay vòng Lúc đòn BL quay góc , đòn AF quay góc  Từ L’ vẽ đườn g song song với AB, ta có đoạn IH Từ F’ vẽ đường vuông góc với AB gặp IH N, ta tìm quan hệ hình học ,   : IH = b = IL' + L' N + NH L' N = b – IL' - NH = b – msin (  + ) – msin (  - ) (8.31) Mặt khác : L' N = L' F'2  F' N = L F2  F' N2 = b  m sin    m cos   β   m cos  α 2 = (8.32) So sánh hai công thức (8.31) (8.32) ta được: b – msin (  + ) –msin (  - ) = b  m sin    m cos   β   m cos  α 2 Qua biến đổi trung gian ta có :  =  + arctg m cos (  α) m  b sin (  α)  2m sin   2b sin  - arcsin b  m sin (  α) m cos (  α)  [b  m sin (  α)] (8.33) Theo phương trình (8.33) cho trước góc  ứng với trò số  ta có trò số  tương ứng, nghóa :  = f(  ,)    hl max  lt  hl =  t l   Rmin khi     Hình 8.22: Đồ thò để chọn góc nghiê ng đòn bên hình thang lái 267 www.oto-hui.com Như cho giá trò  ta có đường cong Trên hệ tọa độ (, ), cho số trò số  ta có số đường cong (hình 8.22) Mặt khác theo phương trình (8.29) ta vẽ đường cong lý thuyết Chọn  đường cong nằm sát đườn g lý thuyết (trong góc thường quay  từ 00  450 ) để thiết kế Sự sai lệch  trê n hình 8.22 phải bé 10, lớn 10 gây mòn lốp nhanh xe trượt nhiều quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ Khi thiết kế hình thang lái b, L biết, m thông thường chọn theo kinh nghiệm m=0,14  0,16b Để có sở chọn  ban đầu cho nhanh sát gần với đường  lt (lý thuyết) ta chọn sơ 