THiết kế hệ thống lái trên xe tham khảo Toyota Camry 2.5G

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1.1 Công dụng cấu tạo: 1.2 Phân loại: 1.3 Yêu cầu: 1.3.1 Các góc đặt bánh xe: CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Các số liệu tham khảo lựa chọn thông số: 2.1.1.Các thông số xe TOYOTA CAMRY 2.5G: 2.1.2 Thông số hệ thống lái: 2.2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế: 2.2.1 Phương án dẫn động lái: 2.2.2 Phương án thiết kế cấu lái: CHƯƠNG : TÍNH TỐN THẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 3.1 Tính động học hình thang lái: 3.2 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết: 3.3 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế: 3.4 Tính tốn động lực học hệ thống lái: 3.4.1 Xác định mơmen cản quay vòng: 3.4.2 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái: 3.4.3 Xác định thơng số hình học dẫn động lái cấu lái: 3.4.4 Tính bền: 3.5 Tính tốn thiết kế trợ lực lái: 3.5.1 Sự cần thiết việc trang bị trợ lực cho hệ thống lái: 3.5.2 Nguyên lý trợ lực: 3.5.3 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế: 3.5.4.Tính tốn cường hóa lái: SVTH : CHU VĂN THẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP LỜI NÓI ĐẦU Trên tảng đất nước đà phát triển lớn mạnh kinh tế thay da đổi thịt q trình cơng nghi ệp hố đại hoá đ ất n ước hội nhập nghành cơng nghiệp, kỹ thuật Ơtơ nước ta ngày trọng phát triển Thể liên doanh lắp ráp Ơtơ nước ta v ới nước ngày phát triển rộng lớn hầu hết tỉnh nước như: FORD, TOYOTA, NISAN, DAEWOO, KIA, Một vấn đề lớn đặt hội nhập, tiếp thu công nghệ kỹ thuật tiên tiến nước có cơng nghiệp phát triển vào việc lắp ráp sản xuất sử dụng bảo dưỡng xe Ôtô Một hệ thống đặc biệt quan trọng Ơtơ hệ thống lái Hệ thống có chức điều khiển hướng chuyển động Ơtơ, đảm bảo tính ổn định chuỷên động thẳng quay vòng bánh xe dẫn hướng Trong trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng lớn đến an toàn chuyển động quỹ đạo chuyển động Ơtơ, đặc biệt xe có tốc độ cao Do người ta khơng ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính Đáp ứng nhu cầu hiểu biết ứng dụng khoa học kỹ thuật đại Em giao nhiệm vụ “ Thiết kế hệ thống lái xe tham khảo Toyota camry 2.5G ” với hệ thống lái có trợ lực cải tiến q trình điều khiển làm tăng tính an tồn chuyển động giúp cho người 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 có nhiều cố gắng với khả thời gian hạn chế nên đồ án em không tránh khỏi sai sót nhiều vấn đè khơng đề cập tới Em mong thầy bạn đồng nghiệp góp ý để đồ án hồn thiện Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo hướng dẫn : NGUYỄN VĂN HIỆP tận tình bảo để em hồn thành đồ án SVTH : CHU VĂN THẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Em xin chân thành cảm ơn Thầy môn Ơtơ - Khoa khí tr ường Đại Học Cơng Nghệ Giao Thông Vận Tải bạn giúp đỡ em q trình nghiên cứu hồn thành đồ án Sinh viên th ực hi ện Chu Văn Thật CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1.1 Công dụng cấu tạo: 1.1.1 Công dụng: Hệ thống lái hệ thống an toàn dùng để thay đổi hướng chuy ển động xe Nó giữ nguyên hướng chuyển động thẳng quay vòng xe cần thiết 1.1.2 Cấu tạo chung: Sơ đồ tổng qt hệ thống lái khơng có trợ lực Gồm có vành tay lái, trục lái, dẫn động lái: Hình1.1- Sơ đồ tổng quát hệ thống lái SVTH : CHU VĂN THẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP 1-Vành tay lái 2-Trục lái 3-Cơ cấu lái 4-Đòn quay đứng 5-Thanh kéo d ọc 6-Đòn quay đ ứng 7-Hình thang lái Vành tay lái: Vành tay lái có nhiệm vụ tạo mô men quay cần thiết người lái tác dụng lực vào vành tay lái Vành tay lái có dạng vành tròn, có nan hoa bố trí hay khơng quanh vành vành lái Mô men tạo vành tay lái tích số lực lái người lái tác dụng vào bán kính vành tay lái Vành lái(vô lăng) hệ thống ô tô có độ d định Khi xe dừng, bánh dẫn hướng vị trí thẳng, lắc nhẹ vơ lăng phía trước phía sau với lực lái nhẹ ngón tay độ dơ cực đại vô lăng đối v ới vô lăng không vượt 30 mm Bản thân vành lái làm chất dẻo, cao su nhân tạo g ỗ, bọc da thật da nhân tạo Trục lái: Trục lái có nhiệm vụ truyền mơ men lái xuống cấu lái Trục lái gồm có : Trục lái truyền chuyển động quay vơ lăng xuống cấu lái ống trục lái để cố định trục lái vào thân xe Đầu phía trục lái gia cơng ren then hoa để lắp vơ lăng lên giữ chặt đai ốc Cơ cấu lái: Cơ cấu lái có tác dụng biến chuyển động quay truyền đến từ vành lái thành chuyển động lắc Các loại cấu lái thường gặp là: Cơ cấu lái trục vít ê cu bi, Cơ cấu lái trục răng, Cơ cấu lái kiểu bi tuần hồn Đòn quay đứng: SVTH : CHU VĂN THẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Đòn quay đứng có tác dụng truyền momen từ trục đồn quay cấu lái tới đòn kéo dọc kéo ngang nối với cam quay ánh xe d ẫn h ướng Đòn kéo: Đòn kéo dùng để truyền lực từ đòn quay cấu lái đến cam quay bánh xe đẫn hướng Tuỳ theo phương đặt đòn mà người ta gọi đòn kéo dọc đòn kéo ngang Hình thang lái: Hình thang lái thực chất hình tứ giác gồm khâu: dầm cầu, lái ngang va hai bên Hình thang lái đảm bảo động học quay vòng bánh xe đẫn hướng nhờ vào kích thước lái ngang, cánh l ề góc đặt phải xác định 1.2 Phân loại: Theo bố trí bánh lái chia hệ thống lái với bánh lái bố trí bên ph ải ho ặc bên trái (tính theo chiều chuyển động xe) Bánh lái bố trí bên trái dùng cho nước thừa nhận luật đường theo phía phải nước xã hội chủ nghĩa Bánh lái bố trí bên phải dùng cho nước thừa nhận luật đường theo phía bên trái Anh, Nhật, Thụy Điển… Theo số lượng bánh dẫn hướng chia hệ thống lái với bánh dẫn hướng cầu trước, hai cầu tất cầu Theo kết cấu cấu lái chia loại trục vít loại liên hợp (g ồm trục vít, êcu, khía, quạt răng) Loại … Theo kết cấu nguyên lý làm việc cường hóa chia loại cường hóa thuỷ lực, loại cường hố khí nén, loại cường hố liên hợp (kết hợp thuỷ lực điện) 1.3 Yêu cầu: An toàn chuyển động giao thông vận tải ôtô ch ỉ tiêu hàng đ ầu việc đánh giá chất lượng thiết kế sử dụng phương tiện Một hệ thống định đến tính an tồn ổn định chuy ển đ ộng c ôtô h ệ thống lái Để giảm nhẹ lao động cho người lái tăng thêm đ ộ an tồn cho ơtơ , ngày ơtơ thường sử dụng cường hố lái Để đ ảm b ảo tính êm SVTH : CHU VĂN THẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP dịu chuyển động loại đường từ giải tốc độ thấp tới giải tốc đ ộ cao, h ệ thống lái cần đảm bảo yêu cầu sau : Đảm bảo động học quay vòng: bánh xe lăn khơng trượt Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng an tồn Các c cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng quan hệ hình học hệ th ống lái phải đảm bảo không gây lên dao động va đập hệ thống lái Trục lái kết hợp với cấu hấp thụ va đập, cấu hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái có tai nạn Trục lái gắn lên thân xe qua giá đỡ dễ vỡ để trục lái đễ dàng tụt xuống có va đập Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng: bánh xe dẫn hướng sau thực quay vòng cần có khả tự động quay trạng thái chuyển động thẳng để quay bánh xe trạng thái chuyển động thẳng cần đặt l ực vành lái nhỏ xe đường vòng Đảm bảo khả quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng đường hẹp ,đường gấp khúc, hệ thống lái quay ngặt bánh xe trước cách dễ dàng Quay vòng ngặt trạng thái quay vòng với thời gian quay vòng ngắn bán kính quay vòng nhỏ Đảm bảo lực lái thích hợp: Lực người lái đặt lên vành lái quay vòng phải nhỏ, lực lái cần thiết lớn xe đứng yên giảm tốc độ xe tăng Vì cần phải đảm bảo lực lái nhỏ gây cảm giác trạng thái mặt đường Hệ thống lái khơng có độ dơ lớn: Với xe có vận tốc lớn 100Km/h, độ dơ vành lái khơng vượt q 180, với xe có vận tốc lớn từ 25 km/h đến 100km/h độ dơ vành lái khơng vượt q 270 Đảm bảo khả an toàn bị động xe, không gây tổn thương cho người lái xảy tai nạn Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hiệu suất nghịch để giảm tác động từ mặt đường qua kết cấu lái lên vô lăng Đảm bảo tỷ lệ thuận góc quay vơ lăng với góc quay bánh xe dẫn hướng Khơng đòi hỏi người lái xe cường độ lao động lớn điều ển ôtô Độ tin cậy cao SVTH : CHU VĂN THẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dưỡng sửa chữa 1.3.1 Các góc đặt bánh xe: Việc bố trí bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới tính ều ển xe, tính ổn định chuyển động ơtơ Các u cầu việc bố trí điều khiển chuyển động nhẹ nhàng, xác đảm bảo ổn định thẳng quay vòng, kể có cố hệ th ống khác Đ ối với xe yêu cầu ngày quan tâm nâng cao vận tốc xe không ngừng nâng lên.Trên cầu dẫn hướng bánh xe dẫn hướng bố trí quan tâm thích đáng Ở bánh xe khơng dẫn hướng việc bố trí ý, song bị hạn chế giá thành ch ế tạo phức tạp kết cấu nên việc bố trí tn thủ theo điều kiện truyền thống Ơ tơ chuyển động hướng tác động người lái quanh vô lăng Tuy nhiên, ôtô trạng thái thẳng mà người lái phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe trạng thái chạy thẳng, hay người lái phải tác dụng lực lớn để quay vòng xe gây mệt mỏi căng thẳng bắp lẫn tinh thần điều khiển xe Đó điều khơng mong muốn, để khắc phục vấn đề nêu bánh xe lắp vào thân xe với góc định tuỳ theo yêu cầu định loại xe tính sử dụng loại Những góc gọi chung góc đặt bánh xe Việc điều khiển xe trở lên dễ dàng bánh xe đặt theo m ột góc cách xác theo yêu cầu thiết kế Các góc đặt bánh xe ngăn cản việc mài mòn lốp Nếu góc đặt bánh xe khơng có th ể dẫn đến tượng sau: - Khó lái - Tính ổn định lái Trả lái đường vòng Tuổi thọ lốp giảm ( mòn nhanh) Góc đặt bánh xe gồm góc sau : Góc Camber(góc nghiêng ngang bánh xe ) SVTH : CHU VĂN THẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Góc Castervà khoảng Caster(Góc nghiêng dọc trụ đứng ch ế độ l ệch dọc) Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng) Độ chụm độ mở (góc dỗng) 1.3.1.1 Góc Camber ( góc nghiêng ngang bánh xe ): Góc tạo đường tâm bánh xe dẫn hướng vị trí thẳng đứng v ới đường tâm bánh xe vị trí nghiêng gọi gócCAMBER, đo độ Khi bánh xe dẫn hướng nghiêng ngồi gọi góc “CAMBER dương”, ngược lại gọi góc”CAMBER âm” Bánh xe khơng nghiêng CAMBER không(bánh xe thẳng đứng ) (-) (+) CAMBER 90 Hình 1.2- Góc CAMBER Chức góc CAMBER: Những năm trước bánh xe đặt với góc CAMBER dương để cải thiện đ ộ bền cầu trước để lốp tiếp xúc vng góc với mặt đường (do trọng lượng xe )nhằm ngăn ngừa mòn khơng lốp đường, có phần cao hai bên Góc camber đảm bảo lăn thẳng bánh xe, gi ảm va đập mép lốp với mặt đường Khi góc CAMBER khơng gần khơng có ưu SVTH : CHU VĂN THẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP điểm đường vòng bánh xe nằm vùng có khả truy ền lực dọc lực bên tốt Góc CAMBER ngăn ngừa khả bánh xe bị nghiêng theo chi ều ngược l ại tác động trọng lượng xe khe hở biến dạng chi tiết trục trước hệ thống treo trước Đồng thời giảm cánh tay đòn phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên dẫn động lái giảm lực lên vành tay lái Khi chuyển động đường vòng, tác dụng lực ly tâm thân xe nghiêng theo hướng quay vòng, bánh xe ngồi nghiêng vào trong, bánh xe nghiêng so với thân xe Để bánh xe lăn gần vng góc v ới mặt đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, xe có tốc độ cao, hệ treo độc l ập góc CAMBER thường âm 1.3.1.2 Góc Caster khoảng Caster (Góc nghiêng dọc trụ đứng chế độ lệch dọc ): Góc nghiêng dọc trụ đứng nghiêng phía trước phía sau trụ đứng Nó đo độ, xác định góc trụ xoay đứng phương thẳng đứng nhìn từ cạnh xe Nếu trụ xoay đứng nghiêng phía sau gọi góc nghiêng dương ngược lại gọi góc nghiêng âm Khoảng cách từ giao điểm đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm vùng tiếp xúc lốp mặt đường gọi khoảng Caster c SVTH : CHU VĂN THẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Góc Caster khoảng Caster thể hình sau : (-) (+) Góc Caster V c Hình 1.3 – Caster khoảng Caster Tác dụng góc Caster : Hồi vị bánh xe khoảng Caster: Dưới tác dụng lực ly tâm bánh xe vào đường vòng lực gió bên thành phần trọng lượng xe xe vào đường nghiêng, khu vực tiếp xúc bánh xe với mặt đường xuất phản lực bên Yb Khi trụ quay đứng đặt nghiêng phía sau góc so với chi ều tiến xe (Caster dương ) phản lực bên Yb đường tạo với tâm tiếp xúc mô men ổn định, mô men xác định cơng thức sau: M=Y b.c Mơmen có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu b ị lệch khỏi vị trí Nhưng quay vòng người lái phải tạo lực để khắc phục mơ men này.Vì vậy, góc Caster thường khơng lớn Mơmen phụ thuộc vào góc quay vòng bánh xe dẫn hướng Đối với xe đại tr ị s ố góc Caster khoảng từ 00đến 30 SVTH : CHU VĂN THẬT 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP § Õn bì nh chứa Từ bơm V2 V1 Cánh No.1 V3 V1 V2 V4 V4 V3 Piston trỵ lùc Hình 3.14 - Sơ đồ điều khiển dạng van cánh c).Kiểu van ống: Van điều khiển kiểu ống mô tả hình vẽ đây: SVTH : CHU VĂN THẬT 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Hình vẽ 3.15 – Van điều khiển kiểu ống Một van ống đạt bên van ống ngồi, có lỗ rãnh phần van ống Van ống nối với van điều khiển nhờ hai viên bi nối với trục nhờ hai chốt trượt Van ống quay chiều với trục di chuyển lên xuống 1mm Van ống đạt vỏ cấu lái van ống gắn chặt với trục nhờ đĩa trượt phanh hãm van ống ngồi khơng thể dịch chuy ển lên xuống Sở đồ mạch điều khiển thuỷ lực van ống Một sức cản mạch thuỷ lực 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 su ất dầu bị cản cửa X’ Y’ Khi vô lăng quay, trục van điều khiển quay làm quay trục thông qua xoắn Van ống nâng lên hay hạ xuống nhờ hai viên bi Như van ống di chuyển lên xuống so với van ống phụ thuộc vào mức độ xoắn xoắn SVTH : CHU VĂN THẬT 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Hình 3.16- Sơ đồ mạch điều khiển thuỷ lực kiểu van ống Khi van ống chuyển động lên trình quay phải chuy ển động xuống trình quay trái sinh khác áp suất dầu buồng bên phải buồng bên trái.vì dầu gửi đến buồng xy lanh lực tạo chênh áp đẩy piston sang phải hay sang trái, nhờ h ệ th ống lái trợ lực Tóm lại qua đánh giá, phân tích ưu nhược điểm phận hệ thống trợ lực lái cho xe du lịch ta chọn sau: +.Phương án thiết kế hệ thống trợ lực lái hệ thống trợ lực thuỷ lực + Phương án bố trí cường hố + Chọn bơm cánh gạt + Chọn van điều khiển loại van quay 3.5.4.Tính tốn cường hóa lái: 3.5.4.1 Chọn thông số làm việc hệ thống lái: Trong việc tính tốn hệ thống lái để quay vòng ơtơ chuyển động xác định công sau:  * t * RV * PV 180 Trong đó: ( 3.40 ) Atb  SVTH : CHU VĂN THẬT 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP t: Là góc quay trục lái ( độ) từ vị trí trung gian tới mép ngồi cùng, có t = 540 RV: Bán kính vành lái PV: Lực trung bình đặt vào vành lái: Chọn PV = 50N(Số liệu tham khảo) Thay số liệu vào công thức (3.40): Atb  3.14 * 540 * 0.18 * 50 84.82 Nm 180 Mặt khác xe du lịch cơng trung bình gi ới hạn,  Atb  100 Nm Như vậy: Atb 84.82 Nm   Atb  100 Nm Do thoả mãn Lực cực đại đặt lên vành lái có cường hoá ta ch ọn P VL0 = 90N (Theo tài liệu tham khảo chuyên ngành) 221.3  90 59.3% 221.3 Từ ta tính phần trăm trợ lực là: * Lực đặt lên vành tay lái để gài trợ lực: Đối với ôtô du lịch giá trị thường nằm khoảng (20N  40N).Đối với xe thiết kế ta chọn là: P0 = 30N Từ ta tính mơmen cần thiết để mở cường hố là(Tại vành tay lái): M o  RO * RVL 30 * 0.18 5.4( Nm) Mặt khác: M o  M Q  M Z  *  * i0 ( 3.41 ) Trong đó: MZ: Mơmen cản trục lái dịch chuyển, giá trị nhỏ MZ = MQ: Mômen cần thiết để xoắn xoắn tới vị trí bắt đầu trợ lực 0: Là hiệu suất từ vành tay lái tới van xoắn (Hiệu suất truyền lực) Chọn 0 = i0: Là tỷ số truyền từ vành lái tới van Chọn i0 = Vậy mômen cần thiết để bắt đầu mở trợ lực là: M0 = MQ = 5.4 (Nm) * Ở thời điểm bắt đầu cường hố mơmen cản mặt đường truyền lên là: SVTH : CHU VĂN THẬT 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP M'  GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP P0 * M c 30 * 487.6  66.1 Nm PVLMax 221.3 * Mômen cản mà cường hoá phải khắc phục là: M tl  M c * 59.3% 487.6 * 59.3% 289.14( Nm) * Chỉ số hiệu tác dụng cường hoá(H): Là tỷ số lực đặt vào vành tay lái khơng có tr ợ l ực có tr ợ lực H PVLMax 221.3  2.45 PVl 90 Chỉ số H thường cho H < Do H = 2.45 hợp lý, phù hợp với chủng loại xe thiết kế Để đảm bảo yếu cầu cường hoá phải đảm bảo tuổi thọ lốp 3.5.4.2 Xây dựng đặc tính cường hố lái: Theo giáo trình Thết kế tính tốn ơtơ đặc tính cường hố ch ỉ rõ s ự đ ặc trưng trình làm việc cường hố hệ th ống lái Nó bi ểu thị mối quan hệ lực mà người lái đặt lên vành tay lái Pl mơmen cản quay vòng bánh dẫn hướng Mc: Pl  Mc R * i * i d * th Qua ta thấy khơng có cường hố lực đặt lên vành tay lái ch ỉ phụ thuộc vào mômen cản quay vòng bánh xe dẫn hướng (vì R, i , id, th số) Do đường đặc tính đường bậc qua gốc toạ độ Theo tính tốn phần trước quay vòng ơtơ chỗ mơmen cản quay vòng lớn nhất, toạ độ xác định điểm đường đặc tính B [47,68 ; 117,3] Vậy đường đặc tính xác định P1 = f(Mc) qua gốc toạ độ qua điểm B [47,68 ; 117,3] Khi hệ thống lái lắp cường hoá đường đặc tính của bi ểu thị mối quan hệ lực tác dụng lên vành tay lái mơmen cản quay vòng bánh xe dẫn hướng Mc Đây mối quan hệ bậc SVTH : CHU VĂN THẬT 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Khi trượt van phân phối vị trí trung gian lực cường hoá quy dẫn lên vành tay lái Pc = nên mơmen cản quay vòng Mc = Do cường hoá thiết kế van phân phối có lò xo định tâm Khi va đập mặt đường truyền ngược lên vành tay lái nằm giới hạn lực nén sơ ban đầu lò xo lực truyền lên vành tay lái Nếu lực ngược mà vượt giới hạn lò xo nén tiếp dẫn đến trượt van phân phối bị lệch phía cường hố bắt đầu làm việc Cụ thể, để cường hố làm việc lực đặt lên vành tay lái phải lớn 30 (N) Ở giai đoạn đặc tính biểu thị trùng với đặc tính chưa có cường hố Tại điểm A [30 ; 66] cường hố bắt đầu làm việc Khi lực đặt lên vành tay lái lớn 30 (N) đường đặc tính đặc tr ưng cho hoạt động cường hoá giai đoạn đường bậc có độ dốc thấp so với đường đặc tính chưa có cường hố (độ dốc cần thiết phải có để đảm bảo cho người lái có cảm giác sức cản mặt đường tác dụng lên vành tay lái) Khi mômen cản quay vòng lớn Mc = 487.6 (Nm) hệ thống lái làm việc hệ thống lái khí ban đầu (cường hoá làm vi ệc hết khả năng) Cụ thể người lái muốn quay vòng ơtơ phải tác dụng lên vành tay lái lực Pl> Pc Đồ thị đường đặc tính chưa cường hoá P l = f(Mc) lắp cường hố Pc = f(Mc) thể hình P(N) 221.3 B D Khơng có cường hố 90 30 C A 66 SVTH : CHU VĂN THẬT Có cường hố 487.6 65 Mc(Nm) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Ta thấy rằng: Đặc tính chưa có cường hố đường bậc nhất, đoạn OB Đặc tính có cường hố đường bậc gãy khúc thấp đường đặc tính chưa có cường hố Đoạn OA: Pl = Pc = f(Mc) Lực người lái hoàn toàn đảm nhận Đoạn AC: Pc = f(Mc) Biểu thị lực mà người lái cảm nhận chất lượng mặt đường Điểm C [90 ; 487.6], chọn Pc = 90 (KG) Từ C trở đi: Pc = f(Mc) song song với đường Pl = f(Mc) Hiệu số toạ độ hai đường Pc Pl lực tạo nên cường hoá.Lực phải phụ thuộc vào áp suất mơi trường làm việc đường kính xilanh Nếu chọn Pc lớn quay riêng bánh xe dẫn hướng chỗ nặng hơn, chon Pc q nhỏ người lái khơng đủ cảm giác chất lượng mặt đường 3.5.4.3 Tính tốn xilanh lực: Kích thước xilanh lực cần phải đủ lớn để đảm bảo sinh lực cần thiết áp suất chất lỏng hệ thống trợ lực lái có giới hạn.Nếu kích thước nhỏ áp suất dầu trợ lực phải lớn ngược lại Áp suất dầu bơm dầu sinh ra, khơng thể q lớn Còn kích thước xilanh phải vừa phải để bố trí xe * Xác định đường kính xilanh lực đường kính cần piston * Đường kính xilanh lực tính theo cơng thức: Dx  * Px d  * Pmax ( 3.42 ) Trong đó: Dx – Đường kính xilanh lực P0 – Là áp suất cực đại hệ thống cường hoá P0 = 85 (KG/cm2) (Theo tài liệu tham khảo) d – Là đường kính cần đẩy piston Nó đường kính răng, chọn d = 21 (mm) SVTH : CHU VĂN THẬT 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Px – Lực tác dụng lên đầu cần đẩy piston xác định sau: Px  P * ic * o ( 3.43 ) Với: + P: Lực tác dụng lên vành tay lái ứng với phần trăm mômen cản thu nhận cường hoá P  PvlMax  PVL0 221.3  90 131.3( N ) + ic: Tỷ số truyền cấu lái: ic 20.4 + 0: Tỷ số truyền cấu lái:  0.95 Px =131.3*20.4*0.95 = 2544.5(N) Như thay vào (4.3) ta có: * 254.45  2.1  4(cm) 3.14 * 85 Dx  Lấy Dx = 4.0 (cm) b) Chọn đường kính kiểm bền xilanh lực: Lấy chiều dày thành xilanh (mm) đường kính ngồi xilanh lực là: Dn   * 56(mm) Ứng suất tác dụng lên thành xilanh:   Dn2  D x2 562  402 * P  P  * 85  85 347 N 0 cm Dn2  D x2 562  402  Vật liệu làm xilanh thép 40XH   ch   800( KG / cm2 )   571.4 KG  Vậy:  cm       xilanh lực thoả mãn điều kiện bền 3.5.4.4 Xác định suất bơm: SVTH : CHU VĂN THẬT 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Năng suất bơm xác định từ điều kiện làm đ ể xy lanh l ực cường hoá phải làm quay bánh xe dẫn hướng nhanh điều ki ện làm người lái Nếu điều kiện khơng đảm bảo trường hợp quay vòng nhanh người lái bị tiêu hao lực lớn Vì khơng thắng lực cản quay vòng bánh xe dẫn hướng mà đẩy dầu từ phần sang phần xy lanh lực Để đảm bảo điều kiện ta phải chọn bơm có lưu lượng đủ lớn, có nghĩa phải thoả mãn: Qb *b * 1     F * ds dt ( 3.44 ) Trong đó: Qb: Năng suất định mức bơm b: Hiệu suất thể tích bơm bơm cánh gạt, b = 0.75  0.85 Ta chọn b = 0.85  = 0.05  0.1, chọn  = 0.075 ds/dt: Là tốc độ piston (m/s) Tốc độ quay vòng (v/p) lớn đạt người lái theo s ố li ệu tham khảo nv = 60 (v/p) Như quay 1.5 vòng 1.5s, dịch chuyển là: S = X1 = 74 mm F: Là diện tích xy lanh lực  D   d    40   20   F   xl    tr          942 mm2             Do ta phải chọn bơm có suất thoả mãn điều kiện: ds 74 942 * 3 dt  1.5 Qb  57550.4 mm  57.55 cm s s   b * 1    0.85 * 1  0.075 F*   Thực tế lưu lượng bơm phải lớn để bù vào rò rỉ van phân phối lưu lượng rò rỉ Q : Q = (0.05  0.1)*Q Chọn Q = 0.08* Q Qtt = Q + Q = 1.08*57.55 = 62.15 (cm3/s) SVTH : CHU VĂN THẬT 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Chọn bơm cường hố: Bơm cánh gạt kép có kết cấu nhỏ, hiệu suất từ 0.7  0.8, áp suất đạt 100 at, lưu lượng từ  100 (l/phút) Ký hiệu bơm:  12 – 21 Lưu lượng: Q = (l/phút) Số vòng quay roto: n = 950 (vòng/phút) Hiệu suất bơm: Q = 0.78 Hiệu suất toàn phần:  = 0.55 Hiệu suất khí: ck = 0.8 Bơm thuỷ lực dùng cho xe Toyota corolla loại b ơm cánh gạt Các cụm c bao gồm: Cụm bơm tạo áp suất, cụm van điều tiết, van an toàn lưu lượng, cụm vỏ nắp, cốc đựng dầu đặt riêng rẽ với bơm nối với bơm ống dẫn dầu 3.5.4.5 Tính tốn chi tiết van phân phối: a) Tính góc xoay van quay:   '  '' ' *  : Khe hở mép van ống van ống Q '  * * d * * g * p d * ( 3.45) Trong đó: + Q: lưu lượng dầu cung cấp cho cường hoá việc Q = 57.55(cm3/s) + d: Đường kính d = 2.1(cm) + g: Gia tốc trọng trường g = 10(m/s2) = 1000(cm/s2) + p : Tổn thất áp suất hành trình không tải P 0.3 KG  cm   d 0.9 g  0.009 KG   cm    cm  d + : Trọng lượng riêng dầu + : Tổn thất cục  = 3.1 SVTH : CHU VĂN THẬT 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP '   GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP 57.55 0.094 cm  * 1000 * 0.3 * 3.14 * 2.1 * 0.009 * 3.1 ' Khi tính đến tiết lưu đường rãnh dầu lấy:  0.12 cm  '' *  : Độ trùng khớp cực đại mép van ống van ống xác định từ điều kiện lượng lọt dầu van xoay (Q1) "   *  * d * Pmax 24 * * Q1 " " Do  nhỏ nên lấy  0.01(cm) Vậy hành trình tồn van xoay xê dịch phía:   '  " 0.12  0.01 0.121(cm) 1.21(mm) Với van xoay mở van để cường hố phải quay xoắn góc là:  l 1.21  0.055(rad ) 3.15 R 22 Trong đó: + l: Chính hành trình van xoay hết cường hoá l = 1.21 (mm) + R: Bán kính van ống van phân phối R = 22 (mm) Vậy xoắn phải xoắn góc 3.15 độ đường dầu cường hố làm việc * Các thơng số khác: *.Góc xoắn khơng tải:(Tính từ thời điểm bắt đầu tác động cường hoá) ' * i 0  Rvl ' : Hành trình van xoay tới lúc bắt đầu che kín rãnh d ầu Rvl: Bán kính vành lái Rvl = 180 (mm) i: Tỷ số truyền lực tới vành tay lái i Rvl * i 180 * 20.4   22.95 l 160 SVTH : CHU VĂN THẬT 70 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP iw: Tỷ số truyền cấu lái iw = 20.4 l: Chiều dài đòn quay đứng l = 160 Vậy : 0  0.12 * 22.95 0.0153* 180 0.0153(rad )  0.87 180 3.14 ' *.Góc quay tự tồn bộ:  góc quay cho phép vành tay lái cường hố khơng làm việc  0'  *  * i * 1.21 * 22.95 0.3 * 180  0.3(rad )  17.6 Rvl 180 3.14 ' Vậy :  17.6 0< 350 * Tính toán xoắn: Ta chọn vật liệu chế tạo xoắn thép loxo có moduyn đàn hồi G = 8*104 N/mm Ta phải tính đường kính xoắn cho bắt đầu trợ lực, ứng v ới lực đặt lên vành tay lái PVL0 = 30N xoắn phải xoắn 3079’ Ứng suất xoắn xoắn xác định theo công thức :  PVL * RVL ( 3.46) 0.2 * D Góc xoắn xoắn xác định theo cơng thức :  * * L * * L D D *G   *G D 4 * PVL * RVL * L * 30 *180 * 80 * 180  5.35(mm) 0.2 *  * G 3.14 * 3.79 * 0.2 * 80000 SVTH : CHU VĂN THẬT 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Hình 3.17 – Thanh xoắn Dựa thực tế xe tham khảo ta lấy Chiều dài xoắn L= 80 mm Đường kính xoắn D = 5.35 mm KẾT LUẬN SVTH : CHU VĂN THẬT 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP Kỹ thuật ô tô ngày phát triển tới mức cao , th ỏa mãn nh ưng yêu cầu đòi hỏi khắt khe nhiều yếu tố : kinh tế , môi trường đầu tư , thị hiếu người dùng … Đặc biệt an toàn chuyển động tơ tốc độ cao Vì ô tô trang bị thêm hiều hệ thống để đảm bảo tính nói Sau thời gian nghiên cứu , tính tốn thi ết kế giúp đỡ tận tình thầy Nguyễn Văn Hiệp , thầy cô môn bạn đồng nghiệp , em hồn thành đồ án Thơng qua đồ án phần nói lên tác dụng vai trò h ệ th ống lái Từ có cải tiến kĩ thuật để nâng cao độ an toàn chuy ển động việc điều khiển xe dễ dàng Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian kinh nghiệm nghiên cức hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong thầy tận tình bảo giúp đỡ Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên th ực hi ện Chu Văn Th ật SVTH : CHU VĂN THẬT 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUY ỄN VĂN HI ỆP LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1.1 Công dụng cấu tạo: 1.2 Phân loại: 1.3 Yêu cầu: 1.3.1 Các góc đặt bánh xe: CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ18 2.1 Các số liệu tham khảo lựa chọn thông số: .18 2.1.1.Các thông số xe TOYOTA CAMRY 2.5G: 18 2.1.2 Thông số hệ thống lái: 18 2.2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế: 18 2.2.1 Phương án dẫn động lái: 18 2.2.2 Phương án thiết kế cấu lái: 20 CHƯƠNG : TÍNH TỐN THẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI .28 3.1 Tính động học hình thang lái: 28 3.2 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết: .31 3.3 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế: 32 3.4 Tính tốn động lực học hệ thống lái: 34 3.4.1 Xác định mơmen cản quay vòng: .34 3.4.2 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái: 37 3.4.3 Xác định thơng số hình học dẫn động lái cấu lái: 37 3.4.4 Tính bền: 41 3.5 Tính tốn thiết kế trợ lực lái: 51 3.5.1 Sự cần thiết việc trang bị trợ lực cho hệ thống lái: .51 3.5.2 Nguyên lý trợ lực: 51 3.5.3 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế: .57 3.5.4.Tính tốn cường hóa lái: 65 KẾT LUẬN 75 SVTH : CHU VĂN THẬT 74 ... Kết luận : Đối với đề tài Thiết kế hệ thống lái cho xe tham khảo Toyota camry 2.5G , cấu lái tốt thích hợp cấu lái trục – CHƯƠNG : TÍNH TỐN THẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 3.1 Tính động học hình thang lái: ... biệt xe có tốc độ cao Do người 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 giao nhiệm vụ “ Thiết kế hệ thống lái xe tham khảo. .. Công dụng: Hệ thống lái hệ thống an toàn dùng để thay đổi hướng chuy ển động xe Nó giữ nguyên hướng chuyển động thẳng quay vòng xe cần thiết 1.1.2 Cấu tạo chung: Sơ đồ tổng quát hệ thống lái khơng