Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7chỗ

Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7chỗ

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe Lời mở đầu Hiện nay, trên thế giới cùng với sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ khác nh vô tuyến điện tử, chế tạo máyvới các bộ phận điều khiển tinh vi, các rôbốt công nghiệp thế hệ thông minh, ngành ôtô cũng đang có những bớc tiến lớn với sự ứng dụng của tin học, điều khiển khoa học mô phỏng vật liệu mới. Ôtô ngày nay đợc sử dụng ở tốc độ ngày càng cao, vấn đề an toàn chuyển động ngày càng đợc các nhà khoa học công nghệ của các trung tâm khoa học tại các nớc có ngành công nghiệp ôtô hoàn chỉnh nh Mĩ, Tây Âu, Nhật Bản đầu t nghiên cứu. Trong cấu tạo ôtô hai hệ thống đợc coi là quan trọng nhất đảm bảo an toàn chuyển động là hệ thống lái và hệ thống phanh. Trong những năm gần đây có hàng trăm các công trình khoa học đợc công bố nhằm hoàn thiện hệ thống lái tăng tính cơ động và hoàn thiện tính điều khiển của hệ thống lái, chính vì vậy các nhà khoa học cũng đã đi sâu vào việc chế tạo các bộ cờng hoá tích cực PPS (Progressive Power Steering) để đảm bảo cảm giác của ngời lái với mặt đờng tăng tính điều khiển của hệ thống lái nhờ những áp dụng các thành tựu về điện, điện tử ứng dụng, các thành tựu về tin học để kiểm soát đợc các tính năng của hệ thống lái và đảm bảo các chế độ hoạt động của chúng đợc tối u. Những năm gần đây ở nớc ta các phơng tiện giao thông đợc ngời dân sử dụng nh một phơng tiện thiết yếu trong mỗi gia đình, các phơng tiện giao thông trở thành vấn đề đợc xã hội quan tâm. Tai nạn và ách tắc giao thông xảy ra ngày một đó là do lợng xe máy tại các đô thị tăng cao, khi thu nhập của ngời dân ở các thành phố lớn ngày một tăng cao thì nhu cầu về phơng tiện giao thông theo đó cũng tăng lên, xu hớng sử dụng ôtô gia đình và xe bus đang phát triển. Trong thời đại công nghiệp hoá con ngời cần có sự năng động, tiết kiệm thời gian ph- ơng tiện giao thông nói chung và ôtô nói riêng đáp ứng đợc nhu cầu đó. Không chỉ trong gia đình ôtô đợc sử dụng ở hầu hết các lĩnh vực kinh tế văn hoá từ Phạm Văn Huy 1 Lớp 05B TH- 01CKĐL Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe nông nghiệp công nghiệp, từ đô thị đến nông thôn và trong cả quân đội. Ôtô là phơng tiện góp phần không nhỏ vào công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc, nó kéo gần các vùng lại với nhau, rút ngắn khoảng cách giao lu kinh tế văn hoá. Sau chiến tranh nớc ta còn lại rất nhiều các chủng loại xe sản xuất từ liên xô cũ nó đợc dùng để chuyên trở vũ khí quân nhu phục vụ cuộc đấu tranh giải phóng dân tộc, cho đến nay các chủng loại xe đó vẫn đợc sử dụng do những tính năng tốt của nó và xe UAZ là một ví dụ. Xe UAZ đợc dùng trong nhiều ngành nhủ lâm nghiệp nông nghiệp, đợc dùng trong quân đội. Những năm gần đây nớc ta đang từng bớc phát triển, trong đó ngành cơ khí nói chung và ngành công nghiệp ôtô nói riêng đang đợc quan tâm đầu t phát triển. Tại Việt nam đã xuất hiện hơn 10 liên doanh sản xuất lắp ráp ôtô và rất nhiều lĩnh vực phục vụ cho ngành công nghiệp ôtô ra đời. Do nhu cầu tăng cao nên xe UAZ đợc nhập khẩu mới từ liên bang Nga và đợc lắp ráp tại Việt Nam. Cùng với sự ra đời của các liên doanh ôtô tại Việt nam rất nhiều chủng loại, giá thành của chúng so với nhiều ngời dân việt nam là tơng đối cao, hơn nữa với địa hình không bằng phẳng nhiều đồi núi đi lại giữa các vùng cần những loại xe có tính năng cơ động cao mà giá thành phải phù hợp. Việc đóng mới xe UAZ là một giải pháp tốt. Là một sinh viên chuyên ngành ôtô việc đi đến thiết kế ôtô là cả một quá trình học hỏi tích lũy và kinh nghiệm thực tế. Với nhu cầu của xã hội và sự phát triển ngành ôtô ở việt nam việc thiết kế cải tiến chính là nhiệm vụ của ngời kỹ s ôtô, bản đồ án này là bớc khởi đầu cho ngời kỹ s mới ra trờng. Đề tài em đợc giao là: Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7chỗ Phạm Văn Huy 2 Lớp 05B TH- 01CKĐL Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe chơng 1 hệ thống lái của ô tô 1. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu 1.1. Nhiệm vụ Hệ thống lái có nhiệm vụ giữ cho ô tô chuyển động ổn định khi ô tô đi thẳng hoặc quay vòng. 1.2. Phân loại - Theo cách bố trí vô lăng: vô lăng bên trái hoặc bên phải. - Theo số lợng bánh xe dẫn hớng: cầu trớc dẫn hớng, hai cầu dẫn hớng, tất cả các bánh xe dẫn hớng. - Theo kết cấu cơ cấu lái: bánh răng thanh răng trục vít cung răng trục vít con lăn trục vít êcu bi thanh răng cung răng. 1.3. Yêu cầu - Bảo đảm tính năng vận hành cao của ôtô, có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngoặt trên những diện tích giới hạn. - Nhẹ nhàng trong việc điều khiển ôtô khi quay vòng tại chỗ và khi chuyển động. Lực trên vành lái (vô lăng) không vợt quá 6 (KG) khi ôtô chạy với vận tốc 20 (km/h) trên đờng bêtông nhựa theo quỹ đạo hình số 8 có bán kính vòng tròn 15 (m), và khoảng cách giữa tâm hai vòng tròn là 42 (m). lực khi quay vòng các bánh xe dẫn hớng tại chỗ trên mặt đờng nhựa bêtông không vợt quá 16-20 (KG). - Động học quay vòng đúng, có nghĩa là khi quay vòng tất cả các bánh xe lăn mà không trợt. - Truyền tối thiểu những va đập nghịch đảo lên vành lái. Phạm Văn Huy 3 Lớp 05B TH- 01CKĐL Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe - Các bánh xe dẫn hớng có khả năng quay về vị trí ban đầu và giữ đợc h- ớng chuyển động đã cho của ô tô. - Chính xác về mặt tuỳ động (chép hình) động học và động lực học, có nghĩa đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của các bánh xe dẫn hớng. - Có độ bền lâu (tuổi thọ) và không bị h hang trong toàn bộ thời gian phục vụ trên ô tô. - Thuận tiện trong việc sử dụng, bảo dỡng và sửa chữa. - Không có khe hở lớn trong hệ thống lái. 2. Kết cấu chung hệ thống lái Hình 1.1:Kết cấu chung hệ thống lái Kết cấu chung của hệ thống lái (hình 1.1) gồm: 1 vành lái;2 trục lái; 3,4 cơ cấu lái; 5 - đòn quay đứng; 6 - đòn kéo dọc;7 - đòn quay ngang; 8,9,10 hình thang lái; 11 cam quay bánh xe dẫn hớng; 12 dầm cầu dẫn hớng. Phạm Văn Huy 4 Lớp 05B TH- 01CKĐL Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe 2.1 Vành lái Vành lái (1) có dạng vành tròn để lực của ngời tác dụng lên tạo ra mômen quay, để hệ thống lái làm việc. Các nan hoa của vành lái có thể bố trí đều hoặc không đều tuỳ thuộc vào sự tiện lợi khi lái. 2.2. Trục lái Trục lái (2) thờng có dạng hình ống, nó đảm nhiệm việc truyền mômen từ vành lái tới cơ cấu lái, ngoài ra trục lái có thể thay đổi đợc độ nghiêng tuỳ theo điều kiện tiện lợi của ngời sử dụng. 2.3. Cơ cấu lái Cơ cấu lái (3,4) về nguyên lý, thực chất là một bộ giảm tốc, làm nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn thành chuyển động góc trong mặt phẳng của đòn quay đứng (5) và giảm tỷ số truyền theo yêu cầu cần thiết có nghĩa là làm tăng mômen của vành lái. 2.4. Dẫn động lái Dẫn động lái gồm hệ thống các đòn truyền lực từ đòn quay đứng (5) của cơ cấu lái đến cam quay bánh xe dẫn hớng (11). Có nhiệm vụ truyền mômen từ trục quay đứng (5) của cơ cấu lái tới bánh xe dẫn hớng làm cho bánh xe dẫn h- ớng quay. Ngoài ra hình thanh lái (8,9,10) của dẫn động lái còn đảm nhận một vai trò quan trọng là đảm bảo gần đúng mối quan hệ động học góc quay vòng của bánh xe dẫn hớng. 2.5. Các khớp cầu Có tác dụng liên kết các khâu dẫn động lái không cho phép tồn tại các khe hở giữa chúng. 3. Các thông số, chỉ tiêu đặc trng của hệ thống lái 3.1. Tỷ số truyền của cơ cấu lái i ccl = = d d (1.1) Trong công thức (1.1): Phạm Văn Huy 5 Lớp 05B TH- 01CKĐL 0 720 720 ic 10 20 25 30 Hình 1.2- quy luật thay đổi tỷ số truyền Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe , : vận tốc góc quay tơng ứng của vành lái và đòn quay đứng. dd , : các góc quay phần tử t- ơng ứng của vành lái và trục đòn quay đứng. Tỷ số truyền có thể thay đổi hoặc không đổi.Với cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi trong giới hạn rộng đợc dùng truớc hết trong hệ thống lái không có cờng hoá. Theo quan điểm của một số nhà thiết kế, sự thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu lái phải xuất phát từ các lực tác động lên bánh xe dẫn hớng khi quay vòng. Khi xe đi thẳng lực cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hớng không lớn do những góc độ lớn hơn thì lực cản lớn do đó tỷ số truyền cần phải lớn. Theo quan điểm này thì khi quay vòng việc điều khiển là nhẹ nhàng, nhng khi xe đi thẳng ngời lái luôn phải đánh vô lăng với những góc quay lớn nên dễ gây mệt mỏi. Để đánh giá ngời ta đa ra đồ thị tỷ số truyền và góc quay vành tay lái hình (1.2). Trong phạm vi góc quay 2 > về một phía thì tỷ số truyền giảm rất nhanh và ở hai phần rìa của đồ thị thì hầu nh không thay đổi, trong giai đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì có thể làm cho bánh dẫn hớng quay một góc lớn nghĩa là làm cho khả năng chuyển làn tốt hơn. 3.2. Hiệu suất cơ cấu lái Phân biệt hiệu suất thuận (khi truyền lực từ vành tay lái xuống đòn quay đứng) và hiệu suất nghịch (khi truyền lực từ đòn quay đứng tới vành lái). Hiệu suất thuận càng cao có nghĩa tổn thất cho ma sát cơ cấu lái càng nhỏ thì càng làm nhẹ nhàng cho việc điều khiển lái. Hiệu suất nghịch càng nhỏ thì càng giảm Phạm Văn Huy 6 Lớp 05B TH- 01CKĐL Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe mômen trên vành lái do tác động của những lực ngẫu nhiên của mặt đờng tác dụng vào bánh xe dẫn hớng. Trên ô tô có bố trí cờng hoá lái, dập tắt những va đập từ mặt đờng lên hệ thống dẫn động đợc đảm bảo bằng sự tác dụng của cờng hoá (chủ yếu trong xylanh lực). ở trờng hợp này, hiệu suất nghịch đợc xem nh là một nhân tố có ảnh hởng tới độ ổn định làm việc tĩnh của cờng hoá, bởi vì van phân phối của c- ờng hoá có thể đặt ở một bộ phận bất kỳ nào của hệ thống lái, nên ảnh hởng của hiệu suất nghịch càn đợc nghiên cứu trong tong trờng hợp cụ thể. 3.3 Độ bền lâu làm việc của cơ cấu lái Là sự ăn khớp đúng tức là khe hở và sự thay đổi của các khe hở này sau số vòng quay toàn bộ của vành lái. Trong điều kiện sử dụng, sự ăn khớp của cặp truyền lực cần không có khe hở ở vị trí giữa (trung tâm), có nghĩa ứng với chuyển động thẳng của ô tô và có thể có các khe hở cho tới mép ngoài cùng, có nghĩa ứng với lúc quay vòng ô tô. Đặc điểm của kết cấu này phải đợc giữ trong toàn bộ thời gian sử dụng của ô tô kể cả khi cặp truyền lực bị mài mòn. Để đảm bảo khả năng làm việc nói trên, cần phải có kết cấu điều chỉnh để bù đắp lại độ mòn ở phần giữa (là phần bị mài mòn nhiều nhất của cơ cấu lái) mà không làm bị kẹt chúng khi quay vành lái sang hai phía. Muốn vậy khe hở ăn khớp từ vị trí giữa ra hai bên phải đợc làm lớn dần lên và đạt cực đại ở vị trí ngoài cùng. 3.4. Tỷ số truyền của dẫn động lái Tỷ số truyền của dẫn động lái là một giá trị hoàn toàn không xác định, bởi vì ứng với góc quay của đòn quay đứng thì chiều dài hiệu dụng của đòn quay đứng, đòn quay ngang và các đòn của hình thang lái thay đổi. Trong các kết cấu hiện nay i d thay đổi không nhiều lắm. i d = 0,9 1,2 (1.2) 3.5. Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái Phạm Văn Huy 7 Lớp 05B TH- 01CKĐL Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe Là tỷ số của góc quay vành tay lái và góc quay của bánh xe dẫn hớng. Tỷ số truyền này bằng tích số giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái i c và tỷ số truyền của dẫn động lái i d . i g =i c .i d 3.6. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hớng và lực đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng. i l = l c p p (1.3) p c = c M c (1.4) p l = r M l (1.5) Trong các công thức (1.3),(1.4),(1.5): M c : mômen cản quay vòng của bánh xe. c: cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đờng trục đứng kéo dài. M l : mômen lái đặt trên vành lái. r: bán kính vành tay lái. Thay vào công thức (1.3): i l = l c M r c M . (1.6) Bán kính vành tay lái ở đa số ô tô hiện nay: 200 250 (mm) và tỷ số truyền góc i g không vợt quá 25 vì vậy i l không đợc lớn quá để không làm ảnh h- ởng tới tính năng vận hành của ô tô, i l hiện nay chọn trong khoảng từ 10 30. 4.Một số loại cơ cấu lái thông dụng 4.1. Cơ cấu lái trục vít - con lăn Phạm Văn Huy 8 Lớp 05B TH- 01CKĐL Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe Trên hình (1.3) trình bày cơ cấu lái loại trục vít con lăn. Cơ cấu lái gồm trục vít gbôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có 3 ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng. Số lợng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái. Cơ cấu lái trục vít con lăn đợc sử dụng rộng rãi trên phần lớn các ô tô loại có tải trọng nhỏ và tải trọng trung bình. Loại này có những u điểm: hiệu suất thuận cao (0,65 0,8) nhờ trục vít có dạng glôbôit cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhng sự tiếp xúc các răng ăn khớp đợc lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm đợc áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn, tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc đợc phân tán tuỳ theo cỡ ô tô mà làm con lăn có hai đến bốn vòng ren, mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay đợc ma sát trợt bằng ma sát lăn, có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các răng vì đờng trục của con lăn nằm lệch với đờng trục của trục vít một đoạn = 5 7 (mm), điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá trình sử dụng. Nhng nó cũng tồn tại một số nh- ợc điểm nh hiệu suất thấp đối với những cơ cấu có kích thớc lớn và khó phối hợp với bộ phận phân phối của cờng hoá thuỷ lực. Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác định theo công thức: Phạm Văn Huy 9 Lớp 05B TH- 01CKĐL Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống lái xe i c = 1 2 . .2 zt r (1.7) Trong công thức (1.7): r 2 : bán kính vòng tròn ban đầu của hình glôbôit của trục vít. t: bớc của trục vít. z 1 : số đờng ren của trục vít. Tỷ số truyền của cơ cấu lái i c sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng 5 7 % nhng sự tăng này không đáng kể coi nh tỷ số truyền của loài trục vít con lăn là không thay đổi. 4.2. Cơ cấu lái trục vít chốt quay Cơ cấu lái loại này gồm hai loại: - Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay. - Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay. Hình 1.4: Cơ cấu trục vít chốt quay Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trớc. Tuỳ theo điều kiện cho trớc khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian. Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hay đòn quay và trục vít phát sinh ma sát trợt. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt đợc đặt trong ổ bi. Phạm Văn Huy 10 Lớp 05B TH- 01CKĐL