bộ giáo dục đào tạo cộng hoà xà hội chủ nghĩa việt nam Độc lập -Tự - Hạnh phúc trờng đại học bách khoa hà nội tuthienbao.com nhiệm Vụ thiết kế tốt nghiệp Họ tên : NGuyễn Đức Thành Lớp Khoá : 46 : ôtô Ngành : Cơ Khí - Ôtô Đề tài thiết kế: Thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch có trợ lực Các số liệu ban đầu: Tham khảo xe TOYOTA COROLLA Néi dung c«ng viƯc: 3.1 Thut minh tÝnh to¸n: 3.1.1 Tỉng quan vỊ hƯ thèng l¸i 3.1.2 ThiÕt kÕ tÝnh to¸n hƯ thèng l¸i 3.1.2.1 TÝnh to¸n thiết kế dẫn động lái 3.1.2.2 Tính toán thiết ké cấu lái 3.1.2.3 Tính toán thiết kế trợ lực lái 3.1.3 Xây dựng qui trình gia công chi tiết điển hình 3.1.4 Xây dựng qui trình lắp ráp, điều chỉnh, bảo dỡng sửa chữa hệ thống lái 3.2 Các vẽ: 3.2.1 Bản vẽ bố trí chung 3.2.2 Bản vẽ đồ thị động học 3.2.3 Bản vẽ phơng án cấu lái 3.2.4 Bản vẽ phơng án bố trí trợ lực 3.2.5 Bản vẽ chi tiết 3.2.6 Bản vẽ lắp trợ lực lái 3.2.7 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý làm việc trợ lực lái 3.2.8 Bản vẽ qui trình công ghệ chế tạo chi tiÕt C¸n bé híng dÉn : ThS Đỗ Tiến Minh Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày 20 tháng 02 năm 2006 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : Ngày 20 tháng 05 năm 2006 Ngày 20 tháng 02 năm 2006 Chủ nhiệm môn Cán hớng dẫn thiết kế Lời nói đầu === === Trên tảng đất nớc đà phát triển lớn mạnh kinh tế thay da đổi thịt trình công nghiệp hoá đại hoá đất nớc hội nhập nghành công nghiệp, kỹ thuật Ôtô nớc ta ngày đợc trọng phát triển Thể liên doanh lắp ráp Ôtô nớc ta với nớc ngày phát triển rộng lớn hầu hết tỉnh nớc nh: FORD, TOYOTA, NISAN, DAEWOO, KIA, Một vấn đề lớn đặt hội nhập, tiếp thu công nghệ kỹ thuật tiên tiến nớc có công nghiệp phát triển vào việc lắp ráp sản xuất nh sử dụng bảo dỡng xe Ôtô Một hệ thống đặc biệt quan trọng Ôtô hệ thống lái Hệ thống có chức điều khiển hớng chuyển động Ôtô, đảm bảo tính ổn định chuỷên động thẳng nh quay vòng bánh xe dẫn hớng Trong trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hởng lớn đến an toàn chuyển động quỹ đạo chuyển động Ôtô, ®Ỉc biƯt ®èi víi xe cã tèc ®é cao Do ngời ta không ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính Đáp ứng nhu cầu hiểu biết ứng dụng khoa học kỹ thuật đại Em đà đợc giao nhiƯm vơ “ thiÕt kÕ hƯ thèng l¸i xe DU LịCH có trợ lực Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến trình điều khiển làm tăng tính an toàn chuyển động giúp cho ngời lái giảm mệt mỏi Tuy nhiên, với đề tài rộng đề cập đến nhiều vấn đề đòi hỏi phải có thời gian dài nghiên cứu thực nghiệm Mặc dù đà có nhiều cố gắng nhng với khả thời gian hạn chế nên đồ ¸n cđa em kh«ng tr¸nh khái sai sãt cịng nh nhiều vấn đè không đợc đề cập tới Em mong thầy bạn đồng nghiệp góp ý để đồ án đợc hoàn thiện Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hớng dẫn : Đỗ Tiến Minh tận tình bảo để em hoàn thành đợc đồ án Em xin chân thành cảm ơn Thầy môn Ôtô Khoa khí trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội bạn đà giúp đỡ em trình nghiên cứu hoàn thành đồ án Sinh viên Nguyễn Đức Thành Mục lục Nhiệm vụ : .1 Lời nói đầu: Ch¬ng I: giíi thiƯu tỉng quan hƯ thèng l¸i: .7 1.1công dụng cấu tạo: 1.2Phân loại: 10 1.3Yªu cÇu: 10 Chơng II: Tính toán thiết kế hệ thèng l¸i 22 2.1 C¸c số liệu tham khảo lựa chọn thông số: .22 2.2 Phân tích lựa chọn phơng ¸n thiÕt kÕ: 22 2.1.1.C¸c th«ng số xe du lịch TOYOTA dẫn động COROLLA: 22 2.2.1 Phơng án lái: 22 2.2.1.1 Dẫn động lái bốn khâu, (Hình thang lái Đantô): 22 2.2.1.2 Dẫn động lái sáu khâu: 23 2.2.2 Phơng ¸n thiÕt l¸i: .24 2.2.2.1 Kiểu trục kế cấu răng: 25 2.2.2.2 Cơ cấu lái trục vít lăn: 26 2.2.2.3 Cơ cấu lái trục vít chốt cấu lái trục vít cung quay: 27 2.2.2.4 C¬ răng: 28 2.2.2.5 Cơ hợp: 30 2.3 TÝnh to¸n động cấu lái học loại hệ liên thống lái: 31 2.3.1 TÝnh ®éng häc hình thang lái: 31 a Trờng hợp xe thẳng: 32 b.Trờng hợp vòng .33 xe quay 2.3.2 X©y dựng đờng cong đặc tính hình thang lái lý thuyết: 34 2.3.3 Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái thực tế: 35 2.4 Tính toán động lực häc hƯ thèng l¸i: 37 2.4.1 Xác định mômen cản quay vòng: 37 2.4.1.1 Mômen cản M1 37 2.4.1.2 Mômen cản M2 trợt lê bánh xe mặt đờng:38 2.4.1.3 Mômen ổn định bánh xe: 39 2.4.1.4 HiƯu st dÉn ®éng cđa trụ đứng hình thang lái: 39 2.4.2 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái 40 2.4.3 xác định thông số hình học dẫn động lái cấu l¸i: 40 2.4.3.1 Chiều dài răng: 40 2.4.3.2 C¸c thông số truyền cấu lái: 41 2.4.4 TÝnh bÒn: 44 2.4.4.1 TÝnh bÒn cấu lái bánh răng: .44 2.4.4.2 TÝnh bỊn trơc l¸i: .47 2.4.4.3 TÝnh bÒn ngang: 48 2.4.4.4 Tính bền đòn kéo đòn kéo nối dọc: 50 2.4.4.5.TÝnh bỊn bªn: .51 2.4.4.6 TÝnh bỊn khíp cÇu (R« - tuyn): 51 2.5 Tính toán thiết kế trợ lực lái: .53 2.5.1 Sù cÇn thiÕt cđa viƯc trang bị trợ lực cho hệ thống lái: .53 2.5.2 Nguyên lý trợ lực: .54 2.5.2.1 Các phần tử cđa trỵ l- c: 54 2.5.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống lái có trợ lực: 57 2.5.3 Phân tích lựa chọn phơng án thiết kế: 59 2.5.3.1 Phân tích lựa chọn phơng án bố trí trợ lực lái: 59 2.5.3.2 Phân tích lực: 62 2.5.4.tính toán lựa chọn cờng phơng án trợ hóa lái: .67 2.5.4.1 Chọn thông số làm việc hệ thống lái: 67 2.5.4.2 Xây dựng đặc tính cêng ho¸ l¸i: .68 2.5.4.3 TÝnh to¸n xilanh lùc: 71 2.5.4.4 Xác định suất bơm: 72 2.5.4.5 TÝnh to¸n c¸c chi tiết van phân phối: 74 Chơng 3:quy trình công nghệ gia công chi tiết rotuyl 77 3.1 Phân tích chi tiết gia công: 77 3.1.1 KÕt rotuyl: .77 3.1.2 §iỊu kiƯn lµm viƯc cÊu cđa rotuyl: .77 3.1.3 Phân tích kết cấu công nghệ kết cấu khớp cầu: 77 3.1.4 Chọn phôi: 78 3.2 Lập sơ đồ nguyên công: .78 Chơng IV: lắp ráp bảo dỡng sửa chữa hệ thống lái xe du lịch: 85 4.1 Lắp ráp cụn chi tiÕt: .85 4.1.1 Lắp ráp phận xy lanh lực: 85 4.1.2 Lắp van phân phối: 85 4.2 Lắp ráp c¸c cơm chi tiÕt: 86 4.3 Mét sè h háng vµ sưa ch÷a: 86 KÕt luËn: 89 Tài liệu tham khảo: 90 Ch¬ng I: Giíi thiƯu tỉng quan vỊ hƯ thèng l¸i 10 Lùc l¸i cã thể giảm cách tăng tỷ số truyền cấu lái Tuy nhiên việc lại đòi hỏi phải quay vô lăng nhiều xe quay vòng dân đến thực đợc việc ngoặt gấp Vì để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy cần lực lái nhỏ, cần phải có vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi trợ lực hệ thống lái Trợ lực lái đựơc sử dụng chủ yếu xe hạng nặng , ngày dùng xe du lịch gọn nhẹ 2.5.2 Nguyên lý trợ lực: 2.5.2.1 Các phần tử trợ lc: 64 Hình 2.22 - Tổng quan hệ thống lái có trợ lực Một hệ thống trợ lực lái gồm có phần sau đây: + Bơm trợ lực lái (Bơm cánh gạt) + Van điều khiển + Xy lanh lực *.Van ®iỊu khiĨn lu lỵng : Van ®iỊu khiĨn lu lỵng điều khiển lợng dầu từ bơm tới cấu lái, đảm bảo lu lợng không đổi không phụ thuộc vào vận tốc bơm Tuy nhiên, nhiều bơm sư dơng mét èng ®iỊu khiĨn cïng víi van điều khiển lu lợng để giảm lu lợng dầu bơm đạt đến tốc độ định Đó trợ lực lái kiểu cảm biến tốc độ động RPM Nó tạo lực phù hợp xe chạy tốc độ cao Trong van điều khiển lu lợng có van an toàn để điều khiển áp suất dầu cực đại bơm áp suất cực đại sinh đánh vô lăng hết cỡ sang trái sang phải van an toàn cửa dầu hồi Lúc để ngăn cản áp suất tăng cao, van an toàn mở Khi cần thiết phải xả dầu cao áp vào bình áp suất cực đại quan trọng, thấp trợ lực lái không hiệu ngợc lại cao ảnh hởng tới đờng ống, chỗ nối doăng Nếu áp suất dầu cực đại bơm cao, hay nhỏ chứng tỏ van an toàn đà bị hỏng *.Nguyên lý làm việc bơm cánh gạt : 65 Bơm cánh gạt gồm phận sau : vòng cam, rô to, cánh van điều khiển lu lợng Khi rô to quay vòng cam, vòng cam bắt chặt với vỏ bơm.Trong rô to có rÃnh cánh gạt đặt rÃnh Vòng rô to dạng hình tròn, mặt vòng cam hình ôvan nên tạo khe hở rôto vòng cam Các rÃnh gạt chia khe hở thành buồng dẫn Hình 2.25- Sơ đồ nguyên lý hoạt động bơm cánh gạt Các cánh gạt tỳ lên vòng cam nhờ có lực ly tâm lẫn áp suất dầu tác dụng tác dụng lên cạnh cánh nên làm kín tốt, bơm hoạt động sinh dầu có áp suất cao mà không bị rò rỉ phần tiếp xúc cánh gạt vòng cam.Thể tích buồng dầu tăng cửa hút nên dầu bình chứa đợc hút vào buồng dầu từ cửa hút Thể tích 66 buồng dầu giảm phía bơm dầu hút vào bị đẩy theo cửa bơm Bơm có hai cửa hút hai cửa bơm Vì vòng quay rôto dầu đợc hút đẩy hai lần *.Cơ cấu lái trợ lực lái : Piston xy lanh lực đợc đặt đợc trợ giúp chuyển động nhờ áp suất sinh bơm cánh gạt tạo tác dụng lên piston Một phớt dầu piston để ngăn cản không cho rò rỉ áp suất dầu Phớt dầu đợc đặt hai đầu xy lanh để tránh rò rỉ bên Hình2.26 - Cơ cấu lái hệ thống trợ lực trục van điều khiển đợc nối với vô lăng Khi vô lăng vị trí chung gian ( chạy thẳng ) ,van điều khiển vị trí trung gian nên dầu từ bơm không tác dụng lên buồng mà hồi bình Tuy nhiên , đánh lái theo hớng , van điều khiển thay đổi cửa dẫn dầu nên 67 dầu vào buồng Dầu buồng đối diện bị đẩy trở bình thông qua van điều khiển Hiện có kiểu van điều khiển khác , chúng thực cách thay đổi đờng dẫn dầu ,van ống , van xuay van cánh 2.5.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống lái có trợ lực; Trợ lực lái thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất động để giảm nhẹ lực lái Động dẫn động bơm tạo dầu cao áp tác dụng lên piston n»m xy lanh lùc Piston trỵ gióp cho việc chuyển động Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn áp suất dầu tác dụng lên piston Vì cần trợ lực lái lớn phải tăng áp suất dầu a) Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng ): Nguyên lý : Dầu từ bơm đợc đẩy lên van ®iỊu khiĨn NÕu van ë vÞ trÝ trung gian, tÊt dầu chảy qua van vào cửa xả hồi bơm Vì áp suất dầu bên trái bên phải piston nh lên piston không chuyển động hớng 68 Van điều khiển Bơm Xi lanh lực Pissto n Hình 2.23 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái vị trí trung gian b) Khi quay vòng : Khi trục lái quay theo hớng nào, giả sử quay sang phải van điều khiển cung di chuyển làm đóng phần cửa dầu, cửa mở rộng Vì làm thay đổi lợng dầu vào cửa, lúc áp suất dầu đợc tạo Nh tạo trênh lệch áp suất hai khoang trái phải piston Sự trênh lệch áp suất làm piston dịch chuyển phía có áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp đợc đẩy qua van điều khiển bơm 69 Hình 2.24 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái quay vòng 2.5.3 Phân tích lựa chọn phơng án thiết kế: 2.5.3.1 Phân tích lựa chọn phơng án bố trí trợ lực lái: Trợ lực lái đợc bố trí xe đợc bố trí theo phơng án sau: BD B 12 - Trụ quay đứng 11 - Bánh dẫn h ng 10 - Đ òn bên - Khớ p cầu tự lựa - Vành tay l¸i 12 11 - Trơc l¸i - Thanh kÐo ngang - CÇu tr í c - Cơcấu lái - Đ òn quay ngang 10 11 - Đ òn kéo dọc 1- Đ òn quay đứng Phơng án 70 BD B 13 13 - Xilanh lùc 12 - Trụ quay đứng 11 - Bánh dẫn h ng 10 - Đ òn bên - Khớ p cầu tự lựa - Vành tay lái 12 - Trơc l¸i 11 - Thanh kÐo ngang - CÇu tr í c 10 - Cơcấu lái 11 - Đ òn quay ngang - Đ òn kéo dọc 1- Đ òn quay đứng Phơng án BD B 13 - Xilanh lùc 12 - Trô quay ® øng 11 - B¸nh dÉn h í ng 10 - Đ òn bên - Khớ p cầu tự lựa - Vành tay lái - Trơc l¸i 12 11 - Thanh kÐo ngang 10 - Cầu tr c - Cơcấu lái - Đ òn quay ngang 11 13 - Đ òn kéo dọc 1- Đ òn quay đứng Phơng án 71 BD B 13 - Xilanh lùc 12 - Trô quay ®øng 11 - B¸nh dÉn h í ng 10 - Đ òn bên - Khớ p cầu tự lựa - Vành tay lái 12 - Trơc l¸i 11 - Thanh kÐo ngang - Cầu tr c 10 - Cơcấu lái - Đ òn quay ngang 11 13 - Đ òn kéo dọc 1- Đ òn quay đứng Phơng án BD B 13 - Xilanh lực 12 - Trụ quay đứng 11 - Bánh dẫn h ng 10 - Đ òn bên - Khớ p cầu tự lựa - Trục lái 10 - Thanh kéo ngang - Đ òn quay ngang 13 - CÇu tr í c - Cơcấu lái 12 - Vành tay lái 11 - Đ òn kéo dọc 1- Đ òn quay đứng Phơng án Đối với đề tài: thiết kế hệ thống lái xe du lịch, với hệ thống lái trục - ta lựa chọn phơng án 5: bố trí 72 trợ lực lái với đòn kéo ngang u ®iĨm cđa viƯc bè trÝ nµy lµ gän nhĐ, dƠ bè trÝ piston trỵ lùc kÕt hỵp vãi cïng 2.5.3.2 Phân tích lựa chọn phơng án trợ lùc: a).KiĨu van quay : Van ®iỊu khiĨn kiĨu quay cấu lái định dầu từ bơm đến buồng Trục van điều khiển (mômen từ vô lăng tác dụng lên ) trục đợc nối với xoắn.Van quay trục đợc nối với chốt quay Nếu có áp suất dầu, xoắn bị xoắn hết cỡ, trục van điều khiển trục tiếp xúc với vấu chặn nên mômen từ trục van điều khiển truyền thẳng đến trục Hình 2.27 - Van điều khiển kiểu quay Sơ đồ mạch điều khiển thuỷ lực van quay 73 Một sức cản mạch dầu đợc tạo chuyển dộng quay trục van điều khiển so với van quay Khi vô lăng quay sang phải, áp suất bị cản lại cửa X Y, quay sang trái, bị cản lại X' Y' Hình 2.28 - Mạch điều khiển thuỷ lực van quay Khi đánh lái, trục van điều khiển quay, làm trục quay nhờ kéo Ngợc lại với trục răng, lúc xoắn bị xoắn tỷ lệ với lực tác dụng từ mặt ®êng , trơc van ®iỊu khiĨn chØ quay theo lỵng xoắn xoắn di chuyển sang phải sang trái so với van quay Vì khe X,Y (hay X' Y') đợc tạo gây khác áp suất dầu buồng xy lanh bên phải bên trái Nh vậy, chuyển ®éng quay cđa trơc van ®iỊu khiĨn trùc tiÕp g©y thay đổi cửa điều chỉnh áp suất dầu Dầu từ bơm vào vành van quay dầu 74 hồi bình qua khe hở xoắn trục van điều khiển b).Kiểu van cánh: Trên hình vẽ cấu tạo kiểu van c¸nh Nã cịng cã t¸c dơng nh hai kiĨu van Trục van điều khiển trục đợc nối thông qua xoắn, cánh van đợc làm liền với xoắn Các van V1 van V2 cánh số đóng vai trò nh van điều khiển hớng chảy lựa chọn dòng dầu:hoặc từ P-AT từ P-B-T phụ thuộc vào dịch chuyển vô lăng Các van V3 van V4 cánh số hai đóng vai trò nh van điều khiển áp suất điểm A điểm B phụ thuộc vào lực đánh lái.ở vị trí chung gian tất van V 1,V2,V3 van V4 mở trênh lệch áp suất hai khoang A khoang B Khi vô lăng quay sang trái V1 mở,V2 đóng,V3 mở phần,V4 mở áp suất A tăng lên đẩy piston sang phải tạo trợ lực lái.Tơng tự xe quay vòng sang phải Đ ến bì nh chứa Từ bơm V2 V1 Cánh No.1 V3 V1 V2 V4 Cánh No.2 Piston trợ lực 75 V4 V3 Hình 2.29 Sơ đồ điều khiển dạng van cánh c).Kiểu van ống: Van điều khiển kiểu ống đợc mô tả hình vẽ dới đây: Hình vẽ 2.30 Van điều khiển kiểu ống 76 Một van ống đợc đạt bên van ống ngoài, có lỗ rÃnh phần dới van ống Van ống đợc nối với van điều khiển nhờ hai viên bi đợc nối với trục nhờ hai chốt trợt Van ống quay chiều với trục nhng di chun lªn xng chØ b»ng 1mm Van èng đợc đạt vỏ cấu lái van ống đợc gắn chặt với trục nhờ đĩa trợt phanh hÃm van ống dịch chuyển lên xuống đợc Sở đồ mạch điều khiển thuỷ lực van ống Một sức cản mạch thuỷ lực đợc tạo dịch chuyển van ống so với van ống Khi đánh lái sang phải, áp suất bị cản cửa X Y Khi đánh lái sang trái áp suất dầu bị cản cửa X Y Khi vô lăng quay, trục van điều khiển quay làm quay trục thông qua xoắn Van ống đợc nâng lên hay hạ xuống nhờ hai viên bi Nh vËy van èng di chun lªn xng so víi van èng ngoµi chØ phơ thc vµo møc độ xoắn xoắn Hình 2.31- Sơ đồ mạch ®iỊu khiĨn thủ lùc kiĨu van èng 77 Khi van ống chuyển động lên trình quay phải chuyển động xuống dới trình quay trái sinh khác áp suất dầu buồng bên phải buồng bên trái dầu đợc gửi đến buồng xy lanh lực tạo chênh áp đẩy piston sang phải hay sang trái, nhờ hệ thống lái đợc trợ lực Tóm lại qua đánh giá, phân tích u nhợc điểm phận hệ thống trợ lực lái cho xe du lịch ta chọn nh sau: +.Phơng án thiết kế hệ thống trợ lực lái hệ thống trợ lực thuỷ lực + Phơng án bố trí cờng hoá + Chọn bơm cánh gạt + Chọn van điều khiển loại van quay 2.5.4.tính toán cờng hóa lái: 2.5.4.1 Chọn thông số làm việc hệ thống lái: Trong việc tính toán hệ thống lái để quay vòng ôtô chuyển động đợc xác định c«ng nh sau: Atb = π * ϕt * RV * PV 180 ( 2.40 ) Trong đó: ã t: Là góc quay trục lái ( độ) từ vị trí trung gian tới mép cùng, có t = 540 ã RV: Bán kính vành lái ã PV: Lực trung bình đặt vào vành lái: Chọn PV = 50N(Số liệu tham khảo) Thay số liệu vào công thøc (2.40): Atb = 3.14 * 540 * 0.18 * 50 = 84.82( Nm ) 180 78 ... dẫn động lái, bánh xe dẫn hớng quay góc max = 40 dịch chuyển đoạn lµ X 48 X = m * cos(θ − β ) + p * cos γ '' − ( m * cos θ + p * cos γ ) ( 2.21) Trong ®ã: cos γ '' = ∗ p − ( m * cos(θ − β ) ) p... thông số xe du lịch TOYOTA COROLLA: Chiều dài toàn xe :4530 mm ChiỊu réng toµn bé xe : 1705 mm ChiỊu cao xe : 1500 mm Chiều dài sở : 2450 mm VƯt b¸nh tríc cđa xe : 1520 mm VƯt b¸nh sau cđa xe : 1530... lực ly tâm thân xe nghiêng theo hớng quay vòng, bánh xe nghiêng vào trong, bánh xe nghiêng so với thân xe Để bánh xe lăn gần vuông góc với mặt đờng để tiếp nhận lực bên tốt hơn, xe có tốc độ cao,