Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống lái cho xe khách

LỜI NÓI ĐẦU Trong kinh tế tăng trưởng mạnh mẽ nước ta, nhu cầu giao thông vận tải ngày lớn Vai trò quan trọng ô tô ngày khẳng định ô tô có khả động cao, vận chuyển người hàng hóa nhiều loại địa hình khác Với tơ nói chung xe khách nói riêng, an toàn chuyển động tiêu hàng đầu việc đánh giá chất lượng thiết kế sử dụng phương tiện Một hệ thống định đến tính an tồn ổn định chuyển động hệ thống lái đặc biệt tốc độ cao Với đề tài mình, em hồn thành việc thiết kế hệ thống lái cho xe khách Trong trình làm Đồ án tốt nghiệp, hướng dẫn tận tình thầy giáo Nguyễn Văn Bang thầy giáo mơn Cơ khí ô tô em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên trình thực hiện, chắn em khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận bảo góp ý thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI I, NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI 1, Nhiệm vụ Hệ thống lái dùng để giữ hướng chuyển động thay đổi hướng chuyển động ô tô cần thiết Có thể thay đổi hướng chuyển động cách : - Thay đổi phương chuyển động bánh xe dẫn hướng - Thay đổi momen xoắn bánh sau chủ động - Kết hợp phương pháp Theo quan điểm an toàn chuyển động thi hệ thống lái hệ thống quan trọng 2, Phân loại Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ô tô : - Phân loại theo cách bố trí cấu lái : + Loại cấu lái đặt bên trái ( dùng cho nước có luật giao thơng quy định chiều chuyển động bên phải, đại đa số nước có luật giao thông bên phải ) + Loại cấu đăt bên phải ( dùng cho nước có luật giao thông quy định chiêu chuyển dộng bên trái , có nước thí dụ: Anh Thụy Diển , Nhật…) - Theo kết cấu cấu lái: + Loại trục vít, bánh vít + Loại trục vít địn quay + Loại khía + Loại liên hợp ( Trục vít – ê cu – cung ) - Theo số bánh dẫn hướng : + Hệ thống lái với bánh xe dẫn hướng cầu trước + Hệ thống lái với bánh xe dẫn hướng cầu sau + Hệ thống lái với bánh xe dẫn hướng tất cầu - Theo nguyên lý làm việc phận trợ lực lái + Loại trợ lực lái thủy lực + Loại trợ lực lái loại khí + Loại trợ lực lái khí + Loại trợ lực lái dùng điện 3, Yêu cầu Một hệ thống định đến tính an tồn ổn định chuyển động ô tô hệ thống lái Theo hệ thống lái cần đảm bảo yêu cầu sau : - Đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng an tồn - Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng - Đảm bảo khả quay vòng hẹp dễ dàng - Đảm bảo lực lái thích hợp - Hệ thống lái khơng có độ dơ lớn - Đảm bảo tỷ lệ thuận góc quay vơ lăng với góc quay bánh xe dẫn hướng - Khơng địi hỏi người lái xe cường độ lao động lớn điều khiển ô tô - Đặt cấu lái lên phần treo ô tô, cấu tạo đơn giản điều khiển nhẹ nhàng thuận lợi II, CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG LÁI Cấu tạo hệ thống lái bao gồm phần chính: vành lái, cấu lái, dẫn động lái - Cơ cấu lái hộp giảm tốc bố trí khung vỏ tơ đảm nhận phần lớn tỉ số truyền hệ thống lái, - Vành lái cấu điều khiển nằm buồng lái, chịu tác động trực tiếp người điều khiển Nối liền vành lái cấu lái trục lái - Dẫn động lái gồm kết cấu dẫn động nối từ cấu lái tới bánh xe dẫn hướng liên kết bánh xe dẫn hướng Bao gồm: hai đòn bên, đòn ngang, trục quay bánh xe IV,LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Phương án giao : “ Thiết kế hệ thống lái loại trục vít lăn, trợ lực thủy lực, với loại hệ thống treo trước sau phụ thuộc nhíp ” Cơ cấu lái loại trục vít – lăn, có ưu điểm sau: - Trục vít có dạng glơbơit nên chều dài trục vít lớn tiếp xúc ăn khớp lâu hơn, giảm ứng suất tiếp xúc tính chống mài mịn tốt - Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc phân tán, vịng ren - Ít tổn thất ma sát ( thay má sát trượt ma sát lăn) - Có khả điều chỉnh ăn khớp Dường trục lăn lệch với đường trục trục vít đoạn (= 5-7 )mm điều cho phép triệt tiêu hao mòn ăn khớp cách điều chỉnh trình sử dụng 1,Cấu tạo Hình : Cấu tạo cấu lái kiểu trục vít lăn 1- Trục chủ động - Đệm điều chỉnh - Con lăn 11 - Ốc đổ dầu - Vỏ cấu lái - Nắp 8, 10 - Trục bị động 12 - Nắp 3, 13 - Trục vít lõm - Trục lăn - Bạc trục bị động 14 - Đòn quay Kiểu cấu lái sử dụng cặp ăn khớp trục vít, lăn để thực trình điều khiển xe chuyển hướng hay quay vòng Sơ đồ cấu tạo cấu tạo thể hình 19, bao gồm trục vít lõm (3) ghép căng với trục chủ động (trục lái) (1) quay hai ổ đỡ cầu Con lăn (7) quay trục (6) ăn khớp với trục vít lõm Giữa lăn trục (6) có ổ bi kim, trục (6) gá nạng (8) trục bị động, trục bị động quay bạc tựa dài (9) cố định theo phương dọc trục đai ốc Đầu ngồi trục bị động (8) có lắp địn quay đứng (14) hãm chặt đệm vênh êcu Hình : chi tiết tháo rời cấu lái kiểu trục vít lăn Khi trục chủ động (1) quay làm trục vít lõm (3) quay theo Do trục vít lõm (3) ăn khớp với lăn (7) nên làm quay theo làm tồn nạng (8) quay hai phía tuỳ theo chiều quay trục lái (1) Trục bị động (8) quay làm làm đòn quay đứng (14) quay theo tác động vào cấu dẫn động lái CHƯƠNG II: TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÁI CÁC THƠNG SỐ CHO TRƯỚC Xe khách Ký hiệu lốp : 8.25 - 20 Trọng lượng phân cho cầu trước : Ga1 = 26100 N Trọng lượng phân cho cầu sau : Ga = 54500 N Chiều dài sở : L = 3612 m m Khoảng cách hai tâm trụ đứng mặt phẳng chứa hình thang lái B = 1,895 m Bán kính quay vịng nhỏ bánh xe ngồi phía trước Loại cấu lái Loại hệ thống treo Rng = 9,0 m : Trục vít – lăn trợ lực thủy lực ic = 20,5 : Trước phụ, sau phụ thuộc nhíp XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG LÁI 2.1 Xác định mô men cản quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng Lực tác dụng lên vành tay lái ô tô đạt giá trị cực đại ta quay vịng tơ chỗ Lúc mơ men cản quay vòng dọc bánh xe dẫn hướng M c băng tổng số momen cản chuyển động M1, mômen cản bánh xe trượt lê đường M2 mômen cản cần thiết để làm ổn định dẫn hướng M cánh tay đòn a gây Khi xác định giá trị lực cực đại tác dụng lên vành lái P max cịn M3 bỏ qua + Mô men cản lăn M1 + Mô men cản trượt M2 + Mô men cản M3 gây lên việc làm ổn định bánh xe dẫn hướng * Tính mơ men M1 M1 xác định theo cơng thức : M1 = Z.f.a Trong : Z1 – Trọng lượng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng, f – hệ số cản lăn, f = 0,015 a – cánh tay địn ( xem hình vẽ) Theo chọn a = 60mm  Rb x Y a a Pf Hình Sơ đồ trụ đứng nghiêng mặt phẳng ngan * Tính mơ men M2 M2 xác định theo công thức : M2 = Y.x = Z  0,14 Rbx Với - hệ số bám, chọn  = 0,7 x – tay đòn lực ngang trụ đứng thừa nhận x = 0,14.R b x Rbx bán kính làm việc trung bình bánh xe Rbx =  ro Trong :  - hệ số kể đến biến dạng lốp, chọn tùy thuộc vào loại lốp Với lốp có áp suất thấp ta có  = 0,93÷ 0,935 Chọn  = 0,935 r- bán kính thiết kế bánh xe dẫn hướng (mm) B – chiều rộng lốp ( B = H) (inch) H- chiều cao lốp d – đường kính vành bánh xe (inch) Với bánh xe có kí hiệu : 8,25 – 20 ta xác định : B = H = 8,25 (inch) d = 20 (inch) Từ ta tính : Rbx = 0,935 463,55 = 433,419 (mm) Mơ men cản quay vịng bánh xe dẫn hướng : Với k hệ số kể tới ảnh hưởng mô men cản M xác định thực nghiệm k = 1,07 ÷ 1,15 Chọn k = 1,1 Vậy mơ men cản quay vịng cầu dẫn hướng : 2.2 Xác định lực lớn tác dụng lên vơ lăng Qmax Trong đó: - R bán kính vơ lăng, với tơ khách R = 0,25 m - : Hiệu suất thuận hệ thống lái Chọn thl = 0,7 - : Hiệu suất tính đến ma sát dẫn động lái chọn - il : tỉ số truyền hệ thống lái, Tỉ số truyền dấn động lái : với ô tô khách chọn idd = 1,4 10 5,654 7,407 10 9,09 12 10,703 14 12,243 16 13,712 18 15,163 20 16,489 22 17,849 24 19,086 26 20,305 28 21,504 30 22,636 32 23,749 34 24,797 36 25,827 26,839 38 16 40 27,789 42 28,767 44 29,683 45 30,114 35 30 25 20 15 10 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Đường đặc tính lý thuyết 4.3 Xây dựng đường đặc tính thực tế hình thang lái - Nhiệm vụ thiết kế hình thang lái Đan tơ xác định góc nghiêng địn bên xe chạy thẳng: 17 Hình 5.Sơ đồ xác định kích thước hình thang lái - Cần xác định góc độ dài địn bên m đòn ngang n - Quan hệ thực tế góc quay  ,  phụ thuộc vào m,n - Khi xe chạy thẳng: - Từ sơ đồ dẫn động lái hình ta tính mối quan hệ thông số theo biểu thức sau: - Khi xe quay vịng: Hình 6.Sơ đồ quay vịng hình thang lái Khi bánh xe dẫn hướng bên trái quay góc bánh xe bên phải quay góc , lúc hai địn bên phải hợp với đường thẳng ngang góc bánh xe bên trái Từ sơ đồ dẫn động hình ta có mối quan hệ thơng số theo quan hệ sau: m.cos(   ) m  B.sin(   )  2m.sin   B.sin      arctg  arcsin B  m.sin(   ) m cos (   )   B  m.sin(   )  Trong đó: m thường lấy theo kinh nghiệm m/B= 0,12 ; 0,14 ; 0,16 Chọn sơ theo kinh nghiệm m = 0,12 * B = 227,4 ( mm) 18 Chọn sơ góc ban đầu theo cơng thức Chuđakop Thay số : Ta tính ( theo kinh nghiệm thiết kế) Cho giá trị xung quanh giá trị sơ (1=210) Cho = 190,200,210,220,230,sẽ tìm mối quan hệ thực tế , theo công thức sau:     arctg m.cos(   ) m  B.sin(   )  2m.sin   B.sin   arcsin B  m.sin(   ) m cos (   )   B  m.sin(   )  Bảng 2: Bảng thông số đường đặc tính thực tế: θ= 19 θ= 20 θ= 21 θ= 22 θ= 23 0 0 0 1,947 1,947 1,947 1,947 1,947 3,891 3,890 3,890 3,890 3,890 5,767 5,711 5,711 5,711 5,711 7,576 7,520 7,520 7,463 7,463 10 9,314 9,258 9,202 9,202 9,146 12 10,979 10,924 10,869 10,813 10,758 14 12,571 12,517 12,462 12,407 12,298 16 14,144 14,036 13,982 13,874 13,820 18 15,642 15,536 15,430 15,323 15,216 20 17,014 16,909 16,804 16,647 16,541 22 18,418 18,263 18,108 17,952 17,797 24 19,697 19,494 19,341 19,188 19,034 19 26 20,907 20,707 20,506 20,355 20,153 28 22,048 21,851 21,653 21,405 21,206 30 23,171 22,928 22,685 22,441 22,195 32 24,181 23,941 23,653 23,364 23,122 34 25,174 24,844 24,560 24,275 23,989 36 26,059 25,734 25,408 25,080 24,797 38 26,885 26,565 26,197 25,873 25,501 40 27,699 27,294 26,931 26,565 26,197 42 28,413 28,013 27,610 27,203 26,794 44 29,074 28,635 28,191 27,744 27,339 45 29,380 28,899 28,458 28,013 27,565 Đường đặc tính thực tế 35 30 Bê ta 25 19 độ 20 độ 21 độ 22 độ 23 độ lý thuyết 20 15 10 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Alpha Từ bảng giá trị thu ta xây dựng đồ thị quan hệ   thực tế đồ thị quan hệ   lý thuyết 20 Theo bảng giá trị ta chọn  cho sai lệch so với đường lý thuyết nhỏ nhỏ 10, ta chọn  = 190 Vậy ta có:  = 190 - Độ dài đòn bên m = 227,4 mm - Độ dài kéo ngang : - Góc quay lớn bánh xe dẫn hướng phía ngồi quanh trụ đứng tính theo cơng thức :  max � � L � �  arctg � � Rng  a   L2  B �  � � � Trong : - L : chiều dài sở, L = 3612 mm - B : tâm vết bánh xe, B = 1895 mm - a: tay đòn lực cản lăn trụ đứng, xe tải nhẹ a= 30 �60 mm Chọn a = 60 mm - Rng : bán kính quay vịng nhỏ bánh xe ngồi, Thay số vào ta : - Góc quay lớn bánh xe dẫn hướng phía quanh trụ đứng tính theo cơng thức : cot g  max  cot g max  21 B L THIẾT KẾ TRỤC LÁI Trục lái làm thép rỗng tính theo ứng suất xoắn lực tác dụng vành lái: iugu Trong đó: - Plmax : lực lái lớn tác dụng lên vô lăng - D, d : đường kính đường kính ngồi trục lái -R :bán kính vành tay lái, R = 0,25m Chọn vật liệu chế tạo trục lái thép C40 không nhiệt luyện, phôi chế tạo phôi thép ống có ứng suất tiếp xúc cho phép Chọn sơ kích thước trục lái : D=30 (mm); d= 20 (mm) thỏa mãn điều kiện Vậy ta chọn kích thước sơ kích thước thiết kế KIỂM TRA BỀN CƠ CẤU LÁI Truyền động loại trục vít – lăn cần đảm bảo cho có độ bền uốn, tính tốn cần ý đến độ chống mòn độ bền tiếp xúc - Kiểm tra theo ứng suất chèn dập: Trong đó: T – lực dọc trục vít Với - t – bước trục vít: t=m m : Mơ đun dọc trục 22 - P m a x – lực tác dụng lớn lên vơ lăng - R – bán kính vơ lăng, R = 0,25 m F - diện tích tiếp xúc trục vít với lăn F  (1  sin 1 ).r12  (2  sin 2 ).r22  = 23 ,  = 76 , r = d a /2 =30/2=15(mm), r = d a /2 =110/2=55(mm)  ==1,326;  ==0,401  F=(1,326- 0,970).15 +(0,4- 0,39).52,5 = 111,097 (mm ) r1 Vậy: thay vào ta được: r2 TÍNH BỀN DẪN ĐỘNG LÁI Trục vít 7.1 Địn quay đứng Địn quay đứng cấu lái dùng để truyền chuyển động từ trục bị động cấu lái đến dọc dẫn động lái 23 Thực nghiệm chứng tỏ lực cực đại tác dụng lên đòn quay đứng thường không 0,5.G1(G1 - trọng lượng tác dụng lên bánh xe trước tơ ởtrạng thái tính) Tính tốn với giá trị N, giá trị lớn ta lấy - Ứng suất uốn tác dụng lên đòn quay đứng:  u = < [ u ]=15002000(KG/cm ) Lấy [ u ]=1800(KG/cm ) l–chiều dài đòn quay đứng Tra bảng HDTKMH, l= 148mm Mặt khác ta có: W u =  =1800(KG/cm ) (d: đường kính trục địn quay đứng)  W u = 5,366 (cm ) - Ứng suất xoắn tác dụng lên địn quay đứng: Trong đó: mơ men chống xoắn : Vậy Kết tính thỏa mãn điều kiện bền 24 7.2 Thanh kéo Trên dọc có lực N = 525 (kG)tác dụng Đối với ngang, lực tác dụng tính theo trường hợp nguy hiểm cầu dẫn hướng : Trong đó: - G : trọng lượng tác dụng lên bánh xe trước ôtô trạng thái tĩnh - m p : hệ số phân bố trọng lượng lên cầu dẫn hướng phanh, lấy m p = 1,4 -  : hệ số bám, chọn  = 0,7 - a : chọn sơ theo phần tính tốn trước, a = 60 mm - Ứng suất nén: + Của dọc: Trong đó: [ n ]- ứng suất nén cho phép, chọn [  n ] = 500(KG/m ) F d - tiết diện dọc : ( Do d = 0,8D) 25 (D,d- đường kính ngồi, đường kính kéo dọc) 0,2826.D 500 =652,5  D = 2,149(cm) =21,49(mm)  d = 0,8 * 21,49 = 17,191(mm) Vậy ta có: + Của ngang: (Chọn F n =F d =130,510(mm )) - Hệ số dự trữ bền: Vậy đủ bền ( k = 1,25 2,5) 7.3 Khớp cầu (Rôtuyn lái) Vật liệu chế tạo khớp cầu thép 20XH có , khớp cầu kiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập vị trí làm việc kiểm tra độ bền cắt vị trí ngàm Lực tác dụng lên khớp cầu lực tác dụng lên đòn quay đứng, PD= N = 5250 N - Kiểm tra ứng suất chèn dập bề mặt làm việc khớp cầu: 26 Trong đó: F – diện tích tiếp xúc mặt cầu đệm rotuyn Trong thực tế làm việc, diện tích làm việc chiểm 2/3 bề mặt khớp cầu.Nên bề mặt chịu lực tiếp xúc chiếm 1/2 2/3 = 1/3 bề mặt khớp cầu Ta có: D – đường kính khớp cầu, chọn theo thực tế D = 35mm Thỏa mãn điều kiện chèn dập bề mặt làm việc khớp cầu - Kiểm tra theo độ bền cắt Kiểm tra khớp cầu vị trí nguy hiểm (vị trí ngàm), với ứng suất cắt cho phép là: Ứng suất cắt tính theo cơng thức sau: Trong đó: Thỏa mãn điều kiện cắt tiết diện nguy hiểm Vậy khớp cầu đủ bền trình làm việc 27 KẾT LUẬN Trên toàn nội dung thuyết minh thiết kế mơn học em Có thể thấy thiết kế môn học không cung cấp cho em kiến thức bổ ích chun ngành mà cịn giúp em tổng hợp lại kiến thức môn học khác chi tiết máy, sức bền, …… Sau thời gian nghiên cứu, tính tốn thiết kế, giúp đỡ tận tình, bảo Thầy giáo Nguyễn Văn Bang Thầy môn, bạn lớp em hồn thành cơng việc sau dựa số liệu xe thiết kế: - Thiết kế, tính tốn cấu lái trục vít – lăn (glơbơit) - Thiết kế hình thang lái - Thiết kế trục lái - Kiểm tra bền cấu lái, dẫn động lái Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian kinh nghiệm thiết kế hạn chế nên khơng thể tránh khỏi nhứng thiếu sót Vì em mong 28 nhận bảo Thầy để thiết kế em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Khắc Trai - Cơ sở thiết kế ôt ô , Nhà suất giao thơng vận tải Trịnh Chí Thiện – Tơ Đức Long – Nguyễn Văn Bang.Kết cấu tính tốn tơ, Nhà Xuất Bản Giao Thông Vận Tải - Năm 1984 29 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………….1 CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI……………………… Công dụng…………………………………………………………2 Phân loại………………………………………………………… Yêu cầu……………………………………………………………2 Cấu tạo chung……………………………………………… ……3 Lựa chọn phương án thiết kế………………………………………4 CHƯƠNG II : TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÁI ………………………….5 Các thơng số cho trước……………………………………………5 Xác định thông số hệ thống lái lái……… ……….5 Thiết kế cấu lái…………………………………………………7 Thiết kế hình thang lái………………………………………… 11 Thiết kế trục lái………………………………………………… 18 Kiểm tra bền cấu lái………………………………………… 19 Tính bền dẫn động lái……………………………………………20 KẾT LUẬN ……………………………………………………………….25 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………… 26 30 ... vít – ê cu – cung ) - Theo số bánh dẫn hướng : + Hệ thống lái với bánh xe dẫn hướng cầu trước + Hệ thống lái với bánh xe dẫn hướng cầu sau + Hệ thống lái với bánh xe dẫn hướng tất cầu - Theo nguyên... CỦA HỆ THỐNG LÁI Cấu tạo hệ thống lái bao gồm phần chính: vành lái, cấu lái, dẫn động lái - Cơ cấu lái hộp giảm tốc bố trí khung vỏ ô tô đảm nhận phần lớn tỉ số truyền hệ thống lái, - Vành lái. .. trục quay bánh xe IV,LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Phương án giao : “ Thiết kế hệ thống lái loại trục vít lăn, trợ lực thủy lực, với loại hệ thống treo trước sau phụ thuộc nhíp ” Cơ cấu lái loại