3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE DU LỊCH 7 CHỖ 2,25 TẤN
3.7.2.2 Xác định các thông số của bánh răng
Tính số răng của bánh răng Z:
Áp dụng công thức : cosβ .Z m D n C = (3.21) Trong đó: Dc : Đường kính vòng chia: Dc = 2.Rbr = 2.8 = 16 (mm ).
mn : Môduyn pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn mn = 2,5 (mm). : Góc nghiêng ngang của bánh răng ( 80 ÷ 200 ), chọn sơ bộ góc nghiêng = 140.
Từ công thức (3.21) ta suy ra số răng của bánh răng : Z = n c m D.cosβ = 0 10.cos14 2,5 = 6,21 Chọn số răng của bánh răng là: Z = 6 răng. Tính chính xác lại góc nghiêng, ta có : Cos = c n D m Z. = 16 5 , 2 . 6 = 0.9375 => = arccos 0,937 = 200 Môduyn ngang của bánh răng :
mt = β cos n m = 0 20 cos 5 , 2 = 2,66 Số răng tương đương: Ztđ =cos3β
Z = 3 937 , 0 6 = 7,53 Chọn Ztđ = 8
Như vậy Ztđ = 8 > 6 do vậy không thể xảy ra hiện tượng cắt chân răng. Từ đó ta tính được các thông số của bộ truyền bánh răng :
- Đường kính vòng đỉnh:
De1 = DC + 2.mn= 16 +2.2,5 = 21 mm. - Đường kính vòng đáy chân răng:
Di1 = DC - 2.mn =16 – 2.2,5 = 11 mm.
- Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy = 200. - Đường kính cơ sở của bánh răng:
D0 = DC. cos = 16.cos(200) = 15 (mm) - Chiều cao răng :
h= 2,25.mn =2,25,2,5 = 5,625 (mm) - Độ hở hướng tâm: c = 0,25.mn = 0,25.2,5 = 0,625 (mm) Dc Di1 Del
Hình 3-17 Kích thước hình học của bánh răng. 3.7.2.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng
Hình 3-18 Kích thước hình học của thanh răng - Chiều dài đoạn làm việc của thanh răng :
L > 2.X1 = 2.66 = 132 (mm) Chọn L = 140 (mm) - Môđun thanh răng là mn = 2,5 mm.
- Bước răng t = π.mn = 3,14.2,5 = 7,85 (mm)
- Chiều cao của răng thanh răng h = 2,25.mn = 2,25.2,5 = 5,62 (mm) - Số răng cần thiết trên thanh răng để khi quay vòng xe không bị chạm: 140 17,8 7,85 CT L Z t = = = Chọn số răng trên thanh răng ZCT = 16 răng
3.7.2.4 Xác định thông số,tính toán bộ trợ lực lái
Ta có:
Lực tác dụng lên vành tay lái: Pmax = 194,88 (N)
Tỉ số truyền cơ cấu lái : i ω = 18,5 (chọn theo xe tham khảo) Ta có : lực đặt lên vành tay lái do người lái tạo ra (PNL) là: PNL = 40 N ( xe du lịch 40÷70 N) - Khi đó lực tác dụng lên bộ cường hóa (Ph) là:
Ph = Pmax - PNL = 194,88 – 40 = 154,88 (N)
Ph
Ph Dtr
Hình 3-19 Sơ đồ tính đường kính xi lanh trợ lực. - Mặt khác ta có: .( 2 2 ) . 4 i XL TR h D D p P π − = (3.22)
Trong đó : p – áp suất chất lỏng hệ thống thủy lực ( 40-100 KG/cm2 ) Chọn p = 40 (KG/cm2)
i– tỷ số truyền từ bộ cường hóa tới vành tay lái
vì cơ cấu lái là bánh răng - thanh răng nên i = iω = 18,5 DXL - Đường kính làm việc của xilanh công tác của trợ lực [cm]
DTR - Đường kính phần trục piston ta có Dtr = 32 mm = 3,2 cm => Ph = .( 2 2 ) . 4 i XL TR D D p π − => DXL = 2 TR 4. .i D . h P pπ + DXL = 4.14, 488.18,5 2 3, 2 40.π + = 4,4 cm Chọn DXL = 5 cm
4. KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI XE THIẾT KẾ
4.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LÁI XE THIẾT KẾ
Hệ thống lái của xe tham khảo là hệ thống lái có trợ lực. Cấu tạo của hệ thống lái bao gồm: vành tay lái, trục lái, các đăng truyền động, cơ cấu lái, bộ trợ lực thuỷ lực và dẫn động lái.
Bộ trợ lực thuỷ lực có nhiệm vụ làm giảm bớt lực điều khiển của người lái, làm giảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng. Bộ trợ lực còn làm tăng tính an toàn khi có một bánh xe dẫn hướng bị nổ. Vì lúc đó người lái đủ sức giữ tay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt.
12 13 15 20 21 14 22 1 2 16 17 19 18 4 5 6 7 8 9 10 11 3
Hình 4-1 Sơ đồ dẫn động hệ thống lái trợ lực thủy lực
1- Khớp cầu; 2- Đòn quay đứng; 3- Đai ốc dầu; 4- Đường dầu từ bơm đến; 5- Đường dầu hồi về bình chứa; 6- Hộp điều khiển lái; 7- Vô lăng; 8- Trục lái;
9- Trục các đăng; 10- Khớp các đăng; 11- Cơ cấu lái; 12- Đường dầu nối giữa khoang phải xylanh với van xoay; 13- Đường dầu nối giữa khoang trái
xylanh với van xoay; 14- Xylanh trợ lực; 15- Đai ốc dầu; 16- Thanh kéo ngang; 17- Thanh kéo bên;18-Đai ốc hãm; 19- Bánh xe; 20- Puly; 21- Bơm;
22- Bình chứa dầu
Bơm trợ lực lái là loại bơm cánh gạt, được đặt trên thân động cơ và được dẫn động bằng đai dẫn động của xe.
Bộ trợ lực thuỷ lực có nhiệm vụ làm giảm nhẹ lực điều khiển của người lái, làm giảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng. Bộ trợ lực còn làm tăng tính an toàn khi có một bánh xe dẫn hướng bị nổ. Vì lúc đó người lái đủ sức giữ tay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt.
Tay lái có thể điều chỉnh theo 4 hướng: gật gù và xa-gần đến vị trí thích hợp làm tăng sự thoải mái cho người lái.
Cơ cấu lái là loại bánh răng - thanh răng. Loại này có kết cấu nhỏ gọn, tỷ số truyền nhỏ, độ nhạy cao, chế tạo đơn giản và hiệu suất cao.
Nguyên lý hoạt động : Khi vô lăng ở vị trí xe chạy thẳng thì không có mô men
quay tác động xuống trục lái, các van điều khiển vẫn ở vị trí trung gian nên dầu từ bơm trợ lực không vào buồng nào của xilanh mà quay trở lại bình chứa.
Khi đánh vô lăng xoay thì có môn men quay truyền xuống trục lái rồi truyền xuống cơ cấu lái, thanh xoắn trong cơ cấu lái xoắn lại làm các van điều khiển ở cơ cấu lái mở đường dầu đi tới một khoang của xi lanh trợ lực, đẩy dầu trong khoang còn lại về khoảng giữa của thanh xoắn và trục van điều khiển rồi đưa về bình dầu chứa, khi đó xe sẽ thực hiện quay vòng.
4.2 KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG LÁI XE THIẾT KẾ4.2.1 Vành tay lái 4.2.1 Vành tay lái
+ Chức năng: có chức năng tiếp nhận mômen quay từ người lái rồi truyền cho trục lái.
+ Cấu tạo: vành tay lái có dạng hình tròn, có nan hoa được bố trí xung quanh vành trong của vành tay lái. Bán kính ngoài của vành tay lái là 190 mm.
Vành tay lái còn là nơi bố trí một số bộ phận khác của ô tô như: nút điều khiển còi, túi khí an toàn...
Túi khí an toàn có hình dáng tương tự cây nấm được làm bằng nylon phủ neoprene, được xếp lại và đặt trong phần giữa của vành tay lái. Khi xe đâm thẳng vào một xe khác hoặc vật thể cứng, túi khí sẽ phồng lên trong khoảnh khắc để hình thành một chiếc đệm mềm giữa lái xe và vành tay lái.Túi khí an toàn chỉ được sử dụng một lần. Sau khi hoạt động túi khí phải được thay mới.
Hình 4-2 Kết cấu vành tay lái.
1-Vành trong bằng thép,2-vành ngoài bằng nhựa
Mặc dù ngày nay hệ thống lái được trang bị trợ lực lái nhưng vành tay lái cần phải đủ vững chắc để truyền mô men đủ lớn khi bộ trợ lực bị hỏng. Ngoài ra vành tay lái phải đảm bảo tính thẩm mỹ .
4.2.2 Trục lái
Trục lái là thành tố cấu thành hệ thống lái có chức năng chính là truyền momen lái từ vô lăng đến cơ cấu lái. Một trục lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phận bao che trục lái. Trục lái trên xe thiết kế có cấu tạo phức tạp hơn nó cho phép thay đổi độ nghiêng của vành tay lái hoặc cho phép trụ lái chùm ngắn lại khi người lái va đập trong trường hợp xảy ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với người lái. Ngoài ra trụ lái còn là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ôtô như : cần điều khiển hệ thống đèn, cần điều khiển gạt nước, cần điều khiển hộp số, hệ thống dây điện và các đầu nối điện,...
Trục các đăng là bộ phận nối chuyển tiếp giữa trục lái và cơ cấu lái. Trên trục các đăng có khớp nối chữ thập. Khớp chữ thập cho phép có độ lệch giữa trục lái và trục vít của cơ cấu lái khi hai trục này không đồng trục với nhau.
2 11 3 4 9 1 12 13 14 5 6 7 10 8 Hình 4-3 Kết cấu trục lái.
1- Đầu trục nối với vô lăng; 2- Vòng chặn; 3- Ổ bi; 4- Trục trượt; 5- Ống trượt trục; 6- Tấm hãm; 7- Vòng bi; 8- Trục chính; 9- Giá đỡ trên trục; 10- Khớp các đăng;
11- Trục các đăng; 12- Vòng chặn; 13- Bu lông hãm; 14- Cần khoá
Các bộ phận của hộp cơ cấu lái gồm : van điều khiển và xi lanh trợ lực lái, van
điều khiển là loại van quay.
Van điều khiển trong cơ cấu lái quyết định đưa dầu từ bơm trợ lực đi đến buồng nào của xilanh trợ lực. Trục van điều khiển và trục vít được nối với nhau bằng một thanh xoắn, chúng được cố định bằng một chốt làm cho chúng luôn quay cùng nhau.
Nguyên lý hoạt động của hộp cơ cấu lái như sau : piston trong xilanh trợ lực được đặt trên thanh răng, thanh răng dịch chuyển do áp suất dầu tạo ra từ bơm trợ lực lái theo các đường ống dẫn đến piston tác động lên làm piston dịch chuyển theo 2 hướng.
Cơ cấu lái kiểu thanh răng-bánh răng có các ưu điểm sau : + Cơ cấu lái đơn giản, kết cấu gọn
+ Làm việc tin cậy, độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp. + Sức cản trượt, cản lăn nhỏ, khả năng truyền mômen tốt nên tay lái nhẹ .
A A 1 2 3 4 5 6 18 19 7 8 9 10 11 12 14 20 21 15 16 17 13
Hình 4-4 Kết cấu van phân phối
1- Chốt cố định thanh xoắn và trục van điều khiển; 2- Thanh xoắn; 3- Van điều khiển; 4- Vòng bít; 5- Ổ bi đũa; 6-Vòng chắn dầu; 7-Then hoa; 8-Ổ bi đũa; 9-Vỏ cơ cấu lái; 10- Ổ bi kim; 11- Chốt; 12-Con lăn; 13,14-Chốt; 15-Van xoay; 16-Vỏ van xoay; 17- Then hoa; 18- Đường dầu từ bơm tới; 19- Đường dầu hồi về bình chứa; 20- Đường dầu đến khoang bên trái xy lanh ; 21- Đường dầu đến khoang bên
4.2.3.1 Nguyên lý làm việc của bánh răng – thanh răng
Cơ cấu bánh răng – thanh răng có nhiệm vụ xoay các van điều khiển để điều
khiển dòng dầu thủy lực từ bơm vào 2 phía của piston thanh răng. Các piston thanh răng sẽ chuyển đổi áp lực dầu thành chuyển động tịnh tiến để dịch chuyển thanh răng sang phải hoặc trái. Chuyển động này thông qua các thanh rô tuyn và rô tuyn tới khuỷu lái rồi làm quay các bánh xe dẫn hướng .
3
4
2 1
Hình 4-5 Kết cấu thanh răng
1- Thanh răng; 2- Lỗ ren; 3- Piston; 4- Vòng làm kín
Khi không có sự hỗ trợ của hệ thống trợ lực lái, cơ cấu bánh răng – thanh răng sẽ được điều khiển bằng tay nhưng với lực nặng hơn. Chuyển động quay từ vô lăng sẽ truyền xuống bánh răng, bánh răng ăn khớp với thanh răng và biến chuyển động quay của bánh răng thành chuyển động tịnh tiến của thanh răng làm thanh răng dịch chuyển sang 2 phía.
4.2.3.2 Nguyên lý làm việc của trợ lực lái
a. Khi xe đi thẳng
+ Khi xe đi thẳng, vành tay lái ở vị trí trung gian, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 4-6. Chất lỏng từ bơm đến chạy qua các thân van trong theo các đường ống dẫn dầu đến 2 buồng I và II, áp suất chất lỏng ở buồng II và buồng I của xylanh lực là như nhau, do đó piston không dịch chuyển. Thanh răng giữ nguyên vị trí với xe đi thẳng. Trong trường hợp này các va đập truyền từ bánh xe được giảm bớt nhờ chất lỏng ở áp suất cao.
II I 1 2 3 4 5 6
Hình 4-6 Van xoay ở vị trí trung gian
1- Xy lanh; 2- Thân van ngoài; 3- Thân van trong; 4- Thanh xoắn; 5- Bơm; 6- Bình chứa
b. Khi xe quay sang vòng sang trái
+ Khi xe quay vòng sang trái, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 4-7. Thân van
trong xoay mở đường dầu đi từ bơm theo các đường ống dẫn dầu vào buồng I của xylanh và dầu ở buồng II theo các đường ống dẫn dầu về trong lõi thông với đường dầu hồi về bình chứa, làm cho thanh răng dịch về bên trái đẩy bánh xe quay sang trái, thực hiện quay vòng sang trái.
+ Khi dừng quay vành tay lái ở một vị trí nào đó, thân van trong đứng yên, nhưng dầu vẫn tiếp tục đi vào buồng I, đẩy bánh răng ngược chiều làm thanh xoắn trả lại, các cửa van mở ở một trạng thái nhất định, tạo nên sự chênh áp suất ổn định giữa hai buồng I và II ở một giá trị nhất định đảm bảo ô tô không quay tiếp.
II I 1 2 3 4 5 6
Hình 4-7 Van hoạt động quay trái
1- Xy lanh; 2- Thân van ngoài; 3- Thân van trong; 4- Thanh xoắn; 5- Bơm; 6- Bình chứa
II I 1 2 3 4 5 6
Hình 4-8 Van hoạt động quay phải
1-Xy lanh; 2-Thân van ngoài; 3-Thân van trong; 4-Thanh xoắn; 5-Bơm; 6- Bình chứa
+ Khi xe quay vòng sang phải, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 4-8. Thân van trong xoay mở đường dầu đi từ bơm theo các đường ống dẫn dầu vào buồng II của xylanh và dầu ở buồng I theo các đường ống dẫn dầu về trong lõi thông với đường dầu hồi về bình chứa, làm cho thanh răng dịch về bên trái đẩy bánh xe quay sang phải, thực hiện quay vòng sang phải.
+ Khi dừng quay vành tay lái ở một vị trí nào đó, thân van trong đứng yên, nhưng dầu vẫn tiếp tục đi vào buồng II, đẩy bánh răng ngược chiều làm thanh xoắn
trả lại, các cửa van mở ở một trạng thái nhất định, tạo nên sự chênh áp suất ổn định giữa hai buồng I và II ở một giá trị nhất định đảm bảo ô tô không quay tiếp.
+ Khả năng trợ lực của hệ thống lái thực hiện nhờ quá trình biến dạng thanh xoắn, mở thông các đường dầu, do vậy kết cấu này cho phép tạo nên khe hở nhỏ bằng cách gia công chính xác các miệng rãnh đường dầu của thân van trong và thân van ngoài của van phân phối và khả năng biến dạng thanh xoắn. Thanh xoắn càng nhỏ khả năng trợ lực càng sớm. Thanh xoắn được cố định đầu trên với trục van điều khiển và đầu dưới với bánh răng bởi chốt cố định.
+ Kết cấu van xoay cho phép khả năng tạo nên góc mở thông các đường dầu bé, do vậy độ nhạy của cơ cấu cao.
4.2.4 Dẫn động lái 4 1 2 3 5 6
Hình 4-9 Kết cấu khớp cầu của thanh kéo bên
1- Đai ốc hãm; 2-Vòng kẹp ; 3- Khớp cầu; 4- Cao su giảm chấn; 5-Bạc lót; 6-Lò xo Dẫn động lái trên xe thiết kế gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của các bánh xe. Bộ phận cơ bản và quan trọng nhất của dẫn động lái là hình thang lái, được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang, và các cạnh bên. Nó có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe không bị trượt lê khi