Bài viết về tính toán thiết kế hệ thống lái. Hệ thống lái giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động của ô tô (thay đổi hay duy trì) theo tác động của người lái. Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống điều khiển khác thực hiện điều khiển ô tô và đóng góp vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông khi ô tô chuyển động. Hệ thống lái bao gồm các cụm và chi tiết từ cơ cấu điều khiển (vành lái) tới các cơ cấu điều khiển hướng chuyển động toàn xe.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ GTVT KHOA CƠ KHÍ Đồ án mơn học KẾT CẤU – TÍNH TỐN Ơ TƠ Giảng viên hướng dẫn: Lê Quỳnh Mai Sinh viên thực hiện: Hoàng Như Tuấn Hà Nội – 2018 LỜI NĨI ĐẦU Hiện cơng nghiệp tơ nước ta phát triển mạnh mẽ ngày khẳng định vai trị to lớn ngành công nghiệp trọng điểm quốc gia Nhận thấy tiềm công nghiệp ô tô, nước ta mở cửa cho nhà đầu tư nước xây dựng, lắp ráp sản xuất linh kiện ô tô nước góp phần giải vấn đề nhân lực thúc đẩy kinh tế, đóng góp khơng nhỏ vào nguồn thu phủ Với tốc độ phát triển mạnh mẽ đòi hỏi nguồn nhân lực nghành ô tô cần phải có chất lượng chun mơn cao, để đáp ứng nhu cầu lao động ngành tương lai Một hệ thống quan trọng ô tô hệ thống lái Hệ thống có chức đặc biệt quan trọng, ảnh hưởng đến an tồn người điều khiển phương tiện hành khách, người tham gia giao thơng Do người ta khơng ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính Là sinh viên trường Đại học Cơng nghệ GTVT, với nhiệm vụ giao “thiết kế tính toán hệ thống lái xe VIOS” Với hệ thống lái trợ lực cải tiến trình điều khiển làm tăng tính an tồn, giúp người giảm mệt mỏi Mặc dù có nhiều cố gắng với hiểu biết thân, thời gian tìm hiểu hạn chế nên làm em có nhiều sai sót có vấn đề chưa đề cập tới, mong nhận ý kiến đóng góp thầy để làm hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 21 tháng năm 2019 Sinh viên thực Hoàng Như Tuấn Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI I TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI 1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 1.1 Công dụng Hệ thống lái giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động tơ (thay đổi hay trì) theo tác động người lái Hệ thống lái tham gia hệ thống điều khiển khác thực điều khiển tơ đóng góp vai trị quan trọng việc đảm bảo an tồn giao thơng tơ chuyển động Hệ thống lái bao gồm cụm chi tiết từ cấu điều khiển (vành lái) tới cấu điều khiển hướng chuyển động toàn xe 1.1.2 Yêu cầu hệ thống lái - Giữ chuyển động thẳng, ổn định Quay vịng ngoặt diện tích bé, thời gian ngắn Động học quay vòng phải đúng, để bánh xe không bị trượt Lái phải nhẹ nhàng, thuận tiện Giảm va đập từ mặt đường lên vô lăng Hạn chế tối đa ảnh hưởng hệ thống treo với hệ thống lái,nhằm đảm bảo khả điều khiển hướng ô tô hoat động đường xấu Phần lớn yêu cầu cử hệ thống lái cấu lái đảm bảo Vì cấu lái phải thõa mãn điều kiện sau: - Có thể quay hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết tơ Có hiệu suất cao để lái nhẹ theo chiều thuận (từ vành lái đến bánh xe) lớn - chiều nghịch (từ bánh xe tác dụng lại vành lái) Đảm bảo giá trị thay đổi theo yêu cầu cần thiết thiết kế Điều chỉnh khoảng hở ăn khớp dễ dàng 1.1.3 Phân loại Có nhiều cách phân loại hệ thống lái: a) Phân loại theo số lượng cầu dẫn hướng - Các bánh dẫn hướng cầu trước - Các bánh dẫn hướng cầu sau - Các bánh dẫn hướng tất cầu b) Phân loại hệ thống lái theo kiểu truyền lực - Hệ thống lái khí - Hệ thống lái có trợ lực bằng thuỷ lực, bằng khí nén, kết hợp… c) Phân loại theo kết cấu cấu lái - Trục vít – bánh vít - Trục vít - cung - Trục vít – lăn - Trục vit – chốt quay - Cơ cấu lái loại liên hợp ( trục vít, ê cu, cung răng) - Bánh – d) Phân loại theo bố trí vành lái - Bố trí vành lái bên trái (theo luật đường bên phải ) - Bố trí vành lái bên phải (theo luật đường bên trái ) 1.2 Kết cấu hệ thống lái Sơ đồ tổng qt hệ thống lái khơng có trợ lực: Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống lái 1.Vành tay lái 5.Thanh kéo dọc 2.Trục lái 6.Đòn quay ngang 3.Cơ cấu lái 7.Hình thang lái 4.Địn quay đứng 1.2.1.Vơ lăng Vơ lăng có dạng vành trịn, có nhiệm vụ tiếp nhận lực tác động người lái truyền vào hệ thống lái Hình 1.2 Cấu tạo trục lái *Nhiệm vụ :Vành lái với trục lái có nhiệm vụ truyền lực quay vòng người lái từ vành lái đến trục vít cấu lái *Cấu tạo: Vành lái có dạng thép hình trịn với số nan hoa (hai ba) nối vành thép với moayơ vành lái bằng kim loại Moayơ có làm lỗ với then hoa để ăn khớp then với đầu trục lái Mô men tạo vành tay lái tích số lực lái người lái tác dụng vào bán kính vành tay lái Bản thân vành lái làm bằng chất dẻo, cao su nhân tạo bằng gỗ, bọc bằng da thật da nhân tạo 1.2.2.Trục lái Trục lái thường có dạng ống, đảm nhận việc truyền mơmen từ vô lăng tới cấu lái *Nhiệm vụ: Trục lái có nhiệm vụ truyền moomen lái xuống cấu lái Trục lái có hai loại: Loại cố định khơng thay đổi góc nghiêng loại thay đổi góc nghiêng *Cấu tạo: Đầu trục lái lắp bằng then hoa với moayơ vành lái (vơ lăng) cịn đầu lắp bằng then hoa với khớp đăng Trục đỡ ống trục lái bằng ổ bi ống trục lái cố định vỏ cabin bằng giá đỡ Đầu trục lái nối với cấu lái bằng khớp nối mềm khớp đăng để giảm thiểu việc truyền chấn động từ mặt đường qua cấu lái lên vơ lăng Trục lái số xe cịn có số kết cấu dùng để khống chế vỡ điều chỉnh hệ thống lái: ví dụ cấu khố tay lái, cấu tay lái nghiêng, cấu trượt tay lái Hình 1.3 Cấu tạo trục lái có hệ thống hấp thụ rung động Khi hộp cấu lái chuyển dịch xe bị va đập (va đập sơ cấp) trục trung gian co lại, làm giảm khả trục lái vô lăng nhô lên buồng lái Khi lực va đập truyền vào vô lăng cố đâm xe (va đập thứ cấp) cấu hấp thụ va đập túi khí người lái giúp hấp thu va đập Hơn nữa, giá đỡ dễ vỡ giá đỡ phía tách làm cho tồn trục lái đổ phía truớc Lúc hấp thụ va đập bị biến dạng để giúp hấp thu tác động va đập thứ cấp Cơ cấu tay lái nghiêng bao gồm cặp cữ chặn nghiêng, bulơng khố nghiêng , giá đỡ kiểu dễ vỡ, cần nghiêng Các cữ chặn nghiêng xoay đồng thời với cần nghiêng 1.2.3.Cơ cấu lái Cơ cấu lái phận hệ thống lái, có nhiệm vụ biến chuyển động quay vịng trục lái thành chuyển động góc địn quay đứng đảm bảo tỉ số truyền theo yêu cầu Về chất, cấu lái hộp giảm tốc có nhiệm vụ tăng mômen truyền từ vô lăng tới bánh xe dẫn hướng Các thông số đặc trưng cho cấu lái gồm tỷ số truyền, hiệu suất thuận, hiệu suất nghịch a) Tỷ số truyền cấu lái Tỷ số truyền cấu lái định nghĩa sau: ω ic = ω đó: - ω1 : Là góc quay vơ lăng - ω2 : Là góc quay trục địn quay đứng Tỷ số truyền cấu lái khơng đổi thay đổi Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích hợp thể giản đồ sau: Hình 1.4 Giản đồ thể quan hệ tỷ số truyền cấu lái góc quay vành tay lái * iω = góc quay vơ lăng /góc quay bánh dẫn hướng (đối với cấu lái trục ) * Phân tích đồ thị: Với quy luật thay đổi trên, ô tô chuyển động đường thẳng với vận tốc cao, người lái phải đánh lái với góc nhỏ xung quanh vị trí trung gian, nên tỷ số truyền lớn giúp cho người lái điều khiển ô tô nhẹ nhàng Hơn tỷ số truyền lớn có tác dụng làm giảm va đập truyền ngược từ đường lên vô lăng Ở góc đánh lái lớn tỷ số truyền nhỏ giúp cho việc điều khiển linh hoạt hơn, cho phép tơ quay vịng chỗ hẹp, bán kính quay vịng nhỏ Tuy nhiên cấu lái có tỷ số truyền thay đổi thường phức tạp, đắt tiền Vì với hệ thống lái có trang bị trợ lực nên sử dụng cấu lái có tỷ số truyền khơng đổi b) Hiệu suất cấu lái Trong cấu lái người ta phân biệt hiệu suất thuận nghịch * Hiệu suất thuận: hiệu suất tính theo lực truyền từ vơ lăng tới bánh xe Hiệu suất lớn tổn hao lượng điều khiển nhỏ, nghĩa lái nhẹ * Hiệu suất nghịch: hiệu suất tính theo lực truyền từ bánh xe lên vơ lăng, thiết kế cấu lái nên chọn hiệu suất nghịch nhỏ để giảm bớt lực truyền từ mặt đường lên vô lăng Như vậy, với hiệu suất nghịch nhỏ, lực va đập từ mặt đường truyền ngược lên vô lăng giảm đáng kể Đây ưu điểm cấu lái cần tận dụng tối đa Tuy nhiên, chọn hiệu suất nghịch q bé vơ lăng khả tự trở vị trí trung gian nhờ mơ men ổn định Bởi thiết kế nên chọn hiệu suất nghịch mức độ hợp lý c) Các yêu cầu cấu lái Phần lớn yêu cầu hệ thống lái cấu lái đảm bảo Vì cấu lái cần phải đảm bảo yêu cầu sau: + Có thể quay hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết xe + Có hiệu suất cao để lái nhẹ, cần có hiệu suất thuận lớn hiệu suất nghịch để va đập từ mặt đường giữ lại phần lớn cấu lái + Đảm bảo thay đổi trị số tỷ số truyền cần thiết + Đơn giản việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp cấu lái + Độ dơ cấu lái nhỏ + Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp tuổi thọ cao + Chiếm khơng gian dễ dàng tháo lắp Lực dùng để quay vô lăng gọi lực lái, giá trị lực đạt giá trị max xe đứng yên chỗ, giảm dần tốc độ xe tăng lên đạt nhỏ tốc độ xe lớn Sự đàn hồi hệ thống lái có ảnh hưởng tới truyền va đập từ mặt đường lên vơ lăng Độ đàn hồi lớn va đập truyền lên vơ lăng ít, độ đàn hồi lớn ảnh hưởng đến khả chuyển động xe Độ đàn hồi hệ thống lái xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính vành lái vơ lăng mơ men đặt vành lái Độ đàn hồi hệ thống lái phụ thuộc vào độ đàn hồi phần tử cấu lái, đòn dẫn động d) Các dạng cấu lái thông dụng Hiện ô tô thường sử dụng loại cấu lái như: + Loại trục vít glơbơit – lăn, + Loại trục vít – ê cu bi – – cung răng, + Loại bánh – răng, + Loại trục vít – cung răng, Ngồi cịn có cấu lái: trục vít – chốt quay, bánh – cung răng… * Kiểu bánh – răng: Cơ cấu lái kiểu bánh – gồm bánh phía trục lái ăn khớp với răng, trục bánh lắp ổ bi Điều chỉnh ổ dùng êcu lớn ép chặt ổ bi, vỏ êcu có phớt che bụi đảm bảo trục quay nhẹ nhàng Thanh có cấu tạo dạng nghiêng, phần cắt nằm phía giữa, phần cịn lại có tiết diện trịn Khi vơ lăng quay, bánh quay làm chuyển động tịnh tiến sang phải sang trái hai bạc trượt Sự dịch chuyển truyền tới đòn bên qua đầu răng, sau làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng 10 Vậy Q= 8687.127.5 = 6153.29 N 180 Ta lại có: B0 − X 1230 − 595, 66 − m.cos θ − 180.cos 78 2 cos γ = = = 0, 9991 p 280 ⇒ γ = arccos 0,9991 = 2, 44o ⇒ Q1 = Q.cos(γ + 12) = 6153.29.cos(2, 44 + 12) = 5958.90( N ) Q2 = Q.cos γ = 6153.29.cos 2, 44 = 6147.71( N ) Ứng suất nén dọc ngang liên kết xác định theo cơng thức: σn = P Ft (3.51) Trong đó: P = Q1 = 5958.9(N): Lực tác dụng theo phương địn ngang Diện tích ngang Ft = π ( D − d ) 3,14.( 20 − 52 ) = = 294,38( mm2 ) 4 Đòn kéo ngang chế tạo bằng thép ống 40X, có đường kính ngồi là: D=20mm; d=5mm σ b = 85( MN / m ) Với hệ số dự trữ bền ổn định n =1,5 ta có Thay số vào ta được: Ta có σn = [σ b ] = σ b n = 85 = 56,67( MN / m ) 1,5 5958.9 = 20.24( N / mm ) = 20.24( MN / m ) 294, 38 σ n < [σ b ] Vậy đòn kéo ngang đảm bảo độ bền ổn định 3.6 Tính bền địn bên hình thang lái Để đảm bảo an tồn tính ổn định q trình làm việc, địn bên làm bằng thép 40X Đòn bên dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn Do ta tính bền theo điều kiện uốn: Mu=AB.Q2=180.6147.71=1106587.8(Nmm) 83 Ta kiểm tra ứng suất uốn vị trí nguy hiểm chỗ giao hai tiết diện, điểm A M u 1106587.8 = = 285,65( N ) mm Wu 3646 σu = Trong đó: Wu = b.h = 35.252 / = 3646(mm2 ) Với: b =35mm; h =25mm Theo tài liệu chuyên ngành lấy hệ số an tồn n=1,5 với thép 40X ta có: [σ u ] = 850 = 570( N / mm2 ) 1,5 σ u =285,65< [σ u ] =570, thỏa mãn điều kiện bền uốn Vậy 3.7 Tính bền nối bên dẫn động lái Do hai đầu khớp nên chịu kéo nén đường tâm Ta tính địn nối trường hợp chịu phanh cực đại trên: Thanh uốn AB chịu lực nén: Q1=5958.9N Ứng suất uốn thanh: σu = Q1 5958.9 N = = 18.97( ) Ft 314 mm Trong đó: Ft = π D = 3,14.20 / = 314(mm2 ) : tiết diện nối bên Với đường kính nối D=20mm, chọn theo xe tham khảo Thanh nối làm bằng vật liệu thép 40X có [σ u ] = 570( N / mm ) Vậy: 3.8 σ u < [σ u ] Do địn nối bên dẫn động lái đủ bền q trình làm việc Tính bền khớp cầu (rotuyl) Vật liệu chế tạo khớp cầu thép 40XH có tính: 84 [σ d ] = 20( N / mm )và[τ c ] = 70( N / mm ) Với điều kiện khớp làm việc chế độ tải trọng động chịu va đập Khớp cầu kiểm bền theo ứng suất chèn dập vị trí làm việc kiểm tra độ bền cắt vị trí có tiết diện nguy hiểm • Kiểm tra bền khớp cầu Như phần tính bền kéo ngang lức tác dụng lên khớp cầu lực phanh cực đại Ppmax = Q = 6147.71(N) D d Hình 3.9 Khớp cầu Tính ứng suất chèn dập bề mặt làm việc khớp cầu σu = Q F Trong đó: F: Là diện tích tiếp xúc mặt cầu đệm rotuyn Trong thực tế diện tích làm việc chiếm 2/3 diện tích khớp cầu nên mặt chịu lực tiếp xúc chiếm 1/2.2/3=1/3 bề mặt khớp cầu Ta có: 4.π D π 303 F= = = 4700(mm ) 3.8 18 Với D=30mm, đường kính khớp cầu σu = Q 6147.71 = = 1,3( N / mm ) F 4700 Hệ số an toàn: n= [σd ] σu = 20 = 15.38 1, Như khớp cầu thỏa mãn điều kiện chèn dập bề mặt làm việc 85 • Kiểm tra khớp cầu theo điều kiện cắt Kiểm tra độ bền cắt khớp cầu tiết diện nguy hiểm Ứng suất cắt tính theo công thức: τc = Q = 6147.71/ 314 = 19.58( N / mm ) Fc Trong đó: Fc: Là tiết diện rotuyn vị trí có tiết diện nguy hiểm Fc = π d π 20 = = 314(mm ) 4 Với d = 20 mm: Là đường kính chỗ cắt rotuyn Hệ số an toàn: n= [τc ] = τc 70 = 3,58 19.58 Như khớp cầu thỏa mãn điều kiện cắt tiết diện nguy hiểm 3.9 Tính tốn thiết kế cường hóa lái 3.9.1 Cơng tiêu hao người lái để quay vành tay lái Atb = Với π ϕ t Rv Pv 180 (3.52) ϕ t : Góc quay trục lái từ vị trí đến mép cùng, ϕ Rv vàPv = 640o : Bán kính vành tay lái lực trung bình đặt vào vành tay lái Rv = 0.19m ta chọn Pv = 40N Thay số ta được: Atb = 3,14.640o 0,19.40 = 85 Nm 180 Mặt khác xe du lịch cơng trung bình giới hạn Vậy t Atb 〈[ Atb ] [ Atb ] = 100 Nm , thỏa mãn điều kiện Ta thừa nhận lực lớn người lái đặt vào vành tay lái P v = 160N - Phần trăm mô men cản quay vòng truyền tới tay người lái từ mặt đường là: M cl = Pv Rv ic η c Với: 86 ic i : Là tỷ số truyền cấu lái c = 16 η c : Là hiệu suất thuận cấu lái ηc = 0,8 Vậy M cl = 40.0,19.16.0,8 = 97 Nm - Phần trăm mơ men cản quay vịng thu nhận xi lanh lực ( ứng với góc quay bánh xe 400) là: M cx = 1040 − 97 = 943Nm * Lực đặt lên vành tay lái để gài trợ lực: Đối với ô tô du lịch giá trị thường nằm khoảng 20 – 40N Đối với xe thiết kế ta chọn là: Po = 30N Từ ta tính mơ men cần thiết để mở cường hóa là: M o = Po Rv = 30.0,19 = 5,7 Nm Mặt khác: M o = ( M Q + M Z ) η o io (3.53) Trong đó: Mz: Là mơ men cản trục lái dịch chuyển, giá trị nhỏ, lấy Mz = MQ: Là mô men cần thiết để xoắn xoắn tới vị trí bắt đầu trợ lực η o : Là hiệu suất từ vành tay lái tới van xoắn, chọn η o = io: Là tỷ số truyền từ vành lái tới van, chọn io = Thay số: M o = ( 5,7 + 0) = 5,7 Nm 1.1 Như mô men đặt lên vành tay lái để trợ lực bắt đầu làm việc 5,7Nm * Ở thời điểm bắt đầu cường hóa mơ men cản mặt đường truyền lên là: M ' = il M = 16.5,7 = 91Nm i Trong đó: l = 16, tỷ số truyền hệ thống lái * Chỉ số hiệu tác dụng: tỷ số lực đặt vào vành tay lái khơng có trợ lực có trợ lực H= Pv max 217,52 = = 1,3595 Pv 160 Với Pv = 160N, lực lớn đặt vào vành tay lái có trợ lực Chỉ số H thường lấy < Do H = 1,3595 hợp lý 87 3.9.2 Xây dựng đặc tính cường hóa lái Theo giáo trình thiết kế tính tốn tơ thì đặc tính cường hóa rõ đặc trưng trình làm việc cường hóa hệ thống lái Nó biểu thị mối quan hệ lực mà người lái đặt lên vành tay lái mơ men cản quay vịng bánh dẫn hướng: Pl = Mc R.iω id η th (3.54) Qua ta thấy khơng có cường hóa lực đặt lên vành tay lái phụ thuộc vào mơ men cản quay vịng bánh xe dẫn hướng.Do đường đặc tính đường bậc qua gốc tọa độ.Theo tính tốn phần trước quay vịng tơ chỗ mơ men cản quay vòng lớn nhất, tọa độ xác định điểm đường đặc tính B.Vậy đường đặc tính xác định Pl = f (M c ) qua gốc tọa độ qua điểm B Khi hệ thống lái lắp cường hóa đường đặc tính biểu mối quan hệ lực tác dụng lên vành tay lái mô men cản quay vòng bánh xe dẫn hướng, quan hệ bậc Khi van quay van phân phối vị trí trung gian lực cường hóa quy dẫn lên vành tay lái Pc = nên mơ men cản quay vịng Mc = Do cường hóa thiết kế có xoắn, nên va đập mặt đường truyền ngược lên vành tay lái nằm giới hạn lực xoắn sơ ban đầu xoắn lực truyền lên vành tay lái Nếu lực ngược vượt qua giới hạn xoắn xoắn tiếp dẫn đến thân van phân phối bị lệch phía cường hóa bắt đầu làm việc Cụ thể, để cường hóa làm việc lực đặt lên vành tay lái phải lớn 30N Ở giai đoạn đặc tính biểu thị trùng với đặc tính chưa có cường hóa Tại điểm A cường hóa bắt đầu làm việc Khi lực đặt lên vành tay lái lớn 30N, đường đặc tính đặc trưng cho hoạt động cường hóa giai đoạn đường bậc có độ dốc thấp so với đường đặc tính chưa có cường hóa ( độ dốc cần thiết để người lái có cảm giác lái ) Khi mơ men cản quay vịng lớn M c = 529Nm hệ thống lái làm việc hệ thống lái 88 khí ban đầu Cụ thể người lái muốn quay vịng tơ phải tác dụng lên vành tay lái lực Pl > Pc Đồ thị đặc tính: P(N) 217,52 B Khơng có Cường hóa D 160 30 o C A Có cường 91 hóa 529 Mc(Nm) Ta thấy rằng: Đặc tính chưa có cường hóa đường bậc nhất, đoạn OB Đặc tính có cường hóa đường bậc gãy khúc thấp đường đặc tính chưa có cường hóa Đoạn OA: Pl = Pc = f(Mc), lực người lái hoàn toàn đảm nhiệm Đoạn AC: Pc = f(Mc) Biểu thị lực mà người lái cảm nhận chất lượng mặt đường, điểm C, chọn Pc = 160N Từ C trở đi: Pc = f(Mc) song song với đường Pl = f(Mc) Hiệu số tọa độ hai đường Pl Pc lực tạo nên cường hóa Lực phải phụ thuộc vào áp suất môi trường làm việc đường kính xi lanh Nếu chọn Pc lớn quay riêng bánh xe dẫn hướng chỗ nặng hơn, chọn P c nhỏ người lái khơng đủ cảm giác chất lượng mặt đường 89 3.9.3 Tính tốn xi lanh lực Kích thước xi lanh lực cần phải đủ lớn để đảm bảo sinh lực cần thiết áp suất chất lỏng hệ thống trợ lực lái có giới hạn kích thước nhỏ áp suất dầu trợ lực phải lớn ngược lại Áp suất dầu bơm dầu sinh ra, có giới hạn, cịn kích thước xi lanh phải vừa phải để bố trí xe • Xác định đường kính xi lanh đường kính cần piston d D x Hình 3.10: đường kính xilanh cần piston Có cơng thức: Dx= Px + d2 π pmax (3.55) Trong đó: - Dx: Là đường kính xi lanh - pmax: Là áp suất dầu cực đại hệ thống cường hóa, pmax = 850N/cm2 - d: Là đường kính cần đẩy piston Nó đường kính răng, d = 26mm - Px: Là lực tác dụng lên đầu cần đẩy piston xác định sau: Px = P.ic η o (3.56) Với: + P: Là lực tác dụng lên vành tay lái ứng với phần trăm mô men cản thu nhận cường hóa P = Pl max − Pvl = 217,56 − 160 = 57,56 N + ic: Là tỷ số tỷ số truyền cấu lái, ic = 16 90 + Hiệu suất thuận cấu lái = 0,8 Thay số: Px = 57,56.16.0,8 = 736,768N Thay số vào ta được: Dx = 10 4.736, 768 + 2, 62 = 28, 04mm 3,14.850 Ta lấy Dx = 30mm * Chọn đường kính ngồi kiểm bền xi lanh lực: Lấy chiều dày xi lanh lực 4mm, đường kính ngồi xi lanh lực là: Dn = Dx + 2.4 = 30 + = 38mm Tính bền: σ= Dn2 + Dx2 382 + 30 P + P = 850 + 850 = 4512,5 N / cm max max Dn2 − Dx2 382 − 30 - Vật liệu làm xi lanh chọn thép 40XH Ta có [σ ] = 6000 N cm Vậy σ 〈[σ ] , xi lanh lực đủ bền 3.9.4 Xác định suất bơm Năng suất bơm xác định từ điều kiện làm để xi lanh lực cường hóa phải làm quay bánh xe dẫn hướng nhanh điều kiện làm người lái Nếu điều kiện không đảm bảo trường hợp quay vịng nhanh người lái bị tiêu hao lực lớn Vì khơng thắng lực cản quay vịng bánh xe dẫn hướng mà đẩy dầu từ phần sang phần xi lanh lực Để đảm bảo điều kiện ta phải chọn bơm có lưu lượng đủ lớn, có nghĩa phải thỏa mãn: Qb ηb (1 − δ ) >F.v (3.57) Trong đó: Qb: Lưu lượng định mức bơm η b : Hiệu suất thể tích bơm bơm cánh gạt, ηb = 0,75 – 0,85 ta chọn ηb = 0,8 δ = 0,05 – 0,1, chọn δ = 0,08 91 v: Là vận tốc chuyển động piston (m/s) Tốc độ quay vịng (v/p) lớn đặt người lái theo số liệu tham khảo n v = 60 (v/p) Như quay 1,5 vịng 1,5s, dịch chuyển là: S = X1 = 93,82mm Ta có v= S 93,82 m = = 62, 55 t 1, s F: Là diện tích xi lanh lực Dx 2 30 F = π ÷ = 3,14 ÷ = 706,9mm 2 Do ta phải chọn bơm có suất thỏa mãn điều kiện: Qb ≥ F v 706, 9.62, 55 mm3 cm3 = = 60077 = 60, 077 ηb ( − δ ) 0,8.(1 − 0, 08) s s Thực tế lưu lượng bơm phải lớn để bù vào rị rỉ van phân phối Lưu lượng rị rì Chọn Ta có: ∆Q = 0,08Qb ∆Q : ∆Q = ( 0,05 ÷ 0,1).Qb (3.58) Qtt = Qb + ∆Q = 1,08.Qb = 1,08.60,077 = cm 65 s =3,9(l/phút) Từ ta chọn bơm cường hóa: Bơm cánh gạt kép có kết cấu nhỏ, hiệu suất từ 0.7 – 0.8, áp suất đạt 100at, lưu lượng từ – 100 l/p Ký hiệu bơm: Lưu lượng bơm: Qb = (l/p) Số vòng quay roto: n = 950 (vòng/phút) Hiệu suất bơm: ηb = 0,78 Hiệu suất tồn phần: η = 0,6 Hiệu suất khí: η ck = 0,8 92 Các phận bơm gồm có: cụm bơm tạo áp suất, cụm van điều tiết, van an toàn lưu lượng, cụm vỏ lắp, cốc đựng dầu đặt riêng rẽ với bơm nối với bơm bằng ống dẫn dầu 3.9.5 Tính chi tiết van phân phối 3.9.5.1 Tính góc xoay van quay ∆ = ∆' + ∆'' (3.59) Trong đó: ∆' : Khe hở mép van ống van ống ∆' = 2.π d Qb 2.g ∆ p ψ γ d (3.9) Với: - Qb: Lưu lượng dầu cung cấp cho cường hịa làm việc, Qb= - d: Đường kính răng, d = 26mm - g: Gia tốc trọng trường, g = 10(m/s2)=1000 (cm/s2) - ∆p - γ d : Trọng lượng riêng dầu γ d = 0,09N/cm3 - ψ : Tổn thất cục bộ, ψ = 3,1 : Là tổn thất áp suất hành trình khơng tải, ∆' = Thay số, 65 2.1000.3 2.3,14.2, 3,1.0, 09 ∆p cm 65 s =3N/cm3 = 0, 027 cm ' Khi tính đến tiết lưu đường rãnh dầu lấy ∆ = 0,05cm * Độ trùng khớp cực đại mép van ống ngoài, xác định từ điều kiện lượng lọt dầu van xoay (Q1) ∆'' = ε π d Pmax 24.η Q1 (3.60) '' '' Do ∆ nhỏ nên lấy ∆ = 0,01cm 93 Vậy hành trình tồn van xoay xê dịch phía: ' '' ∆ = ∆ + ∆ = 0,05 + 0,01 = 0,06cm = 0,6mm Với van xoay mở van để cường hóa phải xoay xốn góc là: α= 0, l = = 0, 03rad = 1, 72o R 20 Trong đó: l: Là hành trình van xoay hết cường hóa, l = 0,7 R: Là bán kính van ống van phân phối, R = 20mm Vậy xoán phải xoắn góc 1,72 độ, đường dầu cường hóa làm việc 3.9.5.2 Các thơng số khác - Góc xoắn khơng tải (tính từ thời điểm bắt đầu tác động cường hóa ): ∆' i ϕo = Rvl (3.61) đó: ∆' : Hành trình van xoay tới lúc bắt đầu che kín rãnh dầu ∆' =0,6mm Rvl: Bán kính vành lái, Rvl = 190mm i: Tỷ số truyền lực tới vành tay lái i= Rvl ic 190.16 = = 17 l 180 Với: - Tỷ số truyền cấu lái ic = 16 - Chiều dài đòn quay bên l = 180 Thay số: φo = 0, 5.17 = 0, 045rad = 2, 56o ≤ 4o 190 , phù hợp với yêu cầu - Góc quay tự tồn bộ: ϕ o' góc quay cho phép vành tay lái cường hóa không hoạt động φo' = 2.∆.i 2.0,6.17 = = 0,107 rad = 6,15o Rvl 190