Chương 1 TỔNG QUAN VỀ 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 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. 1.2 Yêu cầu của hệ thống lái 1. Giữ chuyển động thẳng, ổn định. 2. Quay vòng ngoặt trên diện tích bé, thời gian ngắn. 3. Động học quay vòng phải đúng, để các bánh xe không bị trượt. 4. Lái phải nhẹ nhàng, thuận tiện. 5. Giảm va đập từ mặt đường lên vô lăng. 6. Hạn chế tối đa ảnh hưởng của hệ thống treo với hệ thống lái,nhằm đảm bảo khả năng điều khiển hướng của ô tô khi hoat động trên đường xấu.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI MỞ ĐẦU Ngày này, công nghiệp đại ngày phát triển, hầu hết lĩnh vực kinh tế xã hội Ngành cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp tơ nói riêng thời kỳ hoàn thiện phát triển vượt bậc, đảm bảo phục vụ lợi ích tốt người, với yêu cầu kỹ thuật chất lượng không ngừng nâng cao Với ngành công nghiệp ô tô, để đảm bảo tính tiện nghi, an tồn cho người sử dụng việc thiết kế hệ thống lái đảm bảo đầy đủ yêu cầu đặt điều cần thiết xã hội đại Một hệ thống lái phải đảm bảo tính quay vịng bánh xe dẫn hướng, điều khiển dễ dàng, dễ chăm sóc sửa chữa, bảo dưỡng phù hợp với phần lớn đối tượng sử dụng Cũng mà hệ thống lái ngày cải tiến, tiêu chuẩn thiết kế chế tạo sử dụng hệ thống lái ngày nghiêm ngặt chặt chẽ Qua tìm hiểu nghiên cứu, với yêu cầu nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp em giao nhiệm vụ :‘‘Thiết kế hệ thống lái cho ôtô du lịch, loại chỗ ngồi ” Do điều kiện thời gian hạn chế nên đồ án tập trung vào cấu lái tính tốn cường hóa lái chủ yếu Trong q trình thực khơng tránh khỏi sai sót, mong thầy hướng dẫn bạn tận tình giúp đỡ Em xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Tuấn Vinh-Lớp Ơ tơ xe chuyên dụng K53-ĐHBKHN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI Công dụng, phân loại, yêu cầu 1.1 Cơng dụng Hệ thống lái giữ vai trị điều khiển hướng chuyển động ô tô (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 thông ô tô 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 1.2 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 Nguyễn Tuấn Vinh-Lớp Ơ tơ xe chun dụng K53-ĐHBKHN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỚNG LÁI 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 ở cầu trước - Các bánh dẫn hướng ở cầu sau - Các bánh dẫn hướng ở 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 ) Kết cấu hệ thống lái Sơ đồ tổng quát hệ thống lái khơng có trợ lực: Nguyễn Tuấn Vinh-Lớp Ơ tơ xe chuyên dụng K53-ĐHBKHN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỚNG LÁI Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống lái 1.Vành tay lái 5.Thanh kéo dọc 2.Trục lái 6.Địn quay ngang 3.Cơ cấu lái 7.Hình thang lái 4.Địn quay đứng 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 2.2.Trục lái Trục lái thường có dạng ống, đảm nhận việc truyền mômen từ vô lăng tới cấu lái 2.3.Cơ cấu lái Cơ cấu lái phận hệ thống lái, có nhiệm vụ biến chuyển động quay vòng 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 Nguyễn Tuấn Vinh-Lớp Ơ tơ xe chun dụng K53-ĐHBKHN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI a) Tỷ số truyền cấu lái Tỷ số truyền cấu lái định nghĩa sau: ic = ω1 ω2 đó: - ω1 : Là góc quay vơ lăng - ω2 : Là góc quay trục đòn 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 1.2 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 ở 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 ô 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 Nguyễn Tuấn Vinh-Lớp Ơ tơ xe chuyên dụng K53-ĐHBKHN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 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 ở 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 ở 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 vô lăng Độ đàn hồi lớn va đập truyền lên vơ lăng ít, độ đàn hồi lớn ảnh hưởng đến khả chuyển động xe Độ Nguyễn Tuấn Vinh-Lớp Ơ tơ xe chuyên dụng K53-ĐHBKHN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 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 ở 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 ở 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 Nguyễn Tuấn Vinh-Lớp Ơ tơ xe chun dụng K53-ĐHBKHN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI Trục lái Đai ốc Chụp nhựa Đai ốc đ.c Đai ốc điều chỉnh Lò xo ổ bi 10 Thanh Vỏ cấu lái 11 trục Dẫn hướng 12 ổ bi 10 12 11 Thanh Hình 1.3 Cơ cấu lái kiểu bánh – Cơ cấu lái đặt vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho truyền nghiêng, trục đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng răng, nhờ ăn khớp truyền lớn, làm việc êm phù hợp với việc bố trí vành lái xe Cơ cấu lái kiểu bánh răng- có ưu điểm sau: Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cấu lái nhỏ thân tác dụng dẫn động lái nên khơng cần địn kéo ngang cấu lái khác Có độ nhạy cao ăn khớp trực tiếp Sức cản trượt, cản lăn nhỏ truyền mô men tốt nên tay lái nhẹ * Cơ cấu lái trục vít lăn: Loại cấu lái sử dụng rộng rãi Trên phần lớn ôtô Liên Xơ loại có tải trọng bé tải trọng trung bình đặt loại cấu Trên hình 1.4 trình bày cấu lái loại trục vít lăn Cơ cấu lái gồm trục vít gơbơlơit ăn khớp với lăn (có ba ren) đặt ổ bi kim trục đòn quay đứng Số lượng ren loại cấu lái trục vít lăn một, hai ba tuỳ theo lực truyền qua cấu lái Nguyễn Tuấn Vinh-Lớp Ơ tơ xe chun dụng K53-ĐHBKHN A-A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI B Nh× n theo B A A Hình 1.4 Cơ cấu lái trục vít lăn Ưu điểm: + Nhờ trục vít có dạng glơ-bơ-it chiều dài trục vít khơng lớn tiếp xúc ăn khớp lâu diện rộng hơn, nghĩa giảm áp suất riêng tăng độ chống mài mòn Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc phân tán tùy theo cỡ ơtơ mà làm lăn có hai đến bốn vịng ren + Mất mát ma sát nhờ thay ma sát trượt bằng ma sát lăn + Có khả điều chỉnh khe hở ăn khớp bánh Đường trục lăn nằm lệch với đường trục trục vít đoạn ∆ = ÷ 7mm, điều cho phép triệt tiêu ăn mòn ăn khớp bằng cách điều chỉnh trình sử dụng + Tỷ số truyền cấu lái trục vít lăn xác định vị trí trung gian xác định theo cơng thức: Nguyễn Tuấn Vinh-Lớp Ơ tơ xe chun dụng K53-ĐHBKHN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ic = THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 10 2.π r2 t.z1 Trong đó: r2 - Bán kính vịng trịn ban đầu hình glơ-bơ-it trục vít t - Bước trục vít z1 - Số đường ren truc vít Tỷ số truyền cấu lái ic tăng lên từ vị trí đến vị trí rìa khoảng ÷ 7% tăng không đáng kể coi tỷ số truyền loại trục vít lăn khơng thay đổi Hiệu suất thuận ηth = 0,65, hiệu suất nghịch ηng = 0,5 * Cơ cấu lái trục vít chốt quay: Cơ cấu lái loại gồm hai loại: Cơ cấu lái trục vít chốt quay Cơ cấu lái trục vít hai chốt quay Hình 1.5 Cơ cấu lái trục vít chốt quay Ưu điểm: + Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trước Tùy theo điều kiện cho trước chế tạo,khi chế tạo trục vít ta có loại cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng giảm quay vành lái khỏi vị trí trung gian Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay ngỗng trục vít hay địn quay trục vít phát sinh ma sát trượt Để tăng hiệu suất cấu lái giảm độ mịn trục vít chốt quay chốt đặt ổ bi Nếu bước trục vít khơng đổi tỷ số truyền xác định theo công thức: 10 Nguyễn Tuấn Vinh-Lớp Ơ tơ xe chun dụng K53-ĐHBKHN 10 ĐỜ ÁN TỐT NGHIỆP ∆' = Thay số, 65 2.1000.3 2.3,14.2, 3,1.0, 09 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 75 = 0,027cm ' 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 (3.10) '' '' Do ∆ nhỏ nên lấy ∆ = 0,01cm 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= l 0, = = 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 xốn phải xoắn góc 1,72 độ, đường dầu cường hóa làm việc 3.5.5.2 Các thơng số khác - Góc xoắn khơng tải (tính từ thời điểm bắt đầu tác động cường hóa ): ∆' i ϕo = Rvl (3.11) 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 75 Nguyễn Tuấn Vinh-Lớp Ơ tơ xe chuyên dụng K53-ĐHBKHN 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i= THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 76 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 khơng hoạt động 2.∆.i 2.0, 6.17 = = 0,107 rad = 6,15o Rvl 190