Tính trục lái.
Trục lái làm bằng ống thép rỗng được tính theo ứng suất xoắn đo lực tác dụng lên vành tay lái.
4 4 max 1 2 , 0 D d RD P (MN/m2) (1) Ở đây: D và d đường kính trong và đường kính ngoài của trục lái (m) Trục lái thường được chế tạo thép ống cácbon 20, 30, 40, không nhiệt luyện. Ứng suất tiếp xúc cho phép [ ] = 50 ÷ 80 MN/ m2
Với các trục lái dài cần tính toán theo độ cứng (góc xoắn trục) theo công thức:
DG L
2 ( rad) (2) Ở đây: L- Chiều dài của trục (m)
G – mô đuyn đàn hồi dịch chuyển (G = 8.104 MN/m2)
max đổi ra độ không được vượt quá (5,50 – 7,50): 1m. Tính như trên độ dự trữ bền giới hạn chảy được trong khoảng 2,5 – 3,5.
Tính cơ cấu lái
Loại trục vít vô tận và bánh răng vít hay cung răng
Khi tính toán độ bền ta tính theo uốn và chèn dập và thừa nhận có hai răng ăn khớp cùng một lúc. Ứng suất uốn của răng sẽ bằng:
2 2 cos 24 bt Th (MN/m2) Ở đây: t – Bước của trục vít vô tận,
37
h và b – chiều cao và chiều rộng tương ứng của răng bánh vít (m). Lực dọc T được xác định theo công thức:
t R P tag r R P T 1max 0 max 1 2 (MN)
Ở đây: r0 – bán kính vòng tròn cơ sở của trục vít
Trục vít thường chế tạo bằng thép xêmăngtít hóa 20, 20X, 20X3. Đôi khi chế tạo bằng thép 35X hay 35XH.
Bánh vít thường chế tạo bằng thép 35X đôi khi chế tạo bằng thép
Xêmăngtít 20X. Cung răng chế tạo bằng thép 35X, 20X. Khi tính chèn dập bề mặt răng ta coi mặt tì là toàn bộ bề mặt của bánh răng vít.
F T
cd
Ở đây: F – diện tích bề mặt tiếp xúc của răng F= 2bh (giả thiết với răng cùng ăn khớp).
[ ]cd lấy bằng 90 – 120 MN/m2
Tính đòn quay đứng và các đòn khác của dẫn động lái Đòn quay đứng:
Đòn quay đứng để truyền chuyển động từ trục thụ động của cơ cấu lái đến đòn dọc của dẫn động lái.
Đòn quay được nối với dẫn động lái nhờ khớp cầu và nối với trục cơ cấu lái bằng then hoa hình tam giác. Trong các kết cấu cũ đòn quay được lắp vào đầu trục hình vuông của cơ cấu lái. Lắp như vậy khó chính xác và gây nên ứng suất chèn dập trên bề mặt hình vuông rất lớn.
Kích thước cơ bản của đòn quay đứng được xác định theo giá trị của lực truyền từ các bánh xe dẫn hướng qua đòn quay đứng khi ô tô chuyển động trên đường gồ ghề.
Thực nghiệm cho ta biết lực truyền từ bánh xe qua đòn dọc không quá một
38
( 0,5 G1). Vì vậy khi tính lực quay đứng ta sẽ tính Q nào lớn hơn trong hai giá trị lực Q tác dụng lên chốt hình cầu dưới đây.
1 5 , 0 G Q (3) và a t ma J Ri P Q 1 x (4)
Đòn quay đứng được kiểm tra theo uốn do mô men Qla và theo xoắn do mô men Qc.
Đòn quay đứng được chế tạo bằng thép cácbon trung bình 40, 40X, 40XH tôi và ram. Then hoa tam giác ở đầu quay đứng được kiểm tra theo chèn, dập và cắt.
Hệ số an toàn khi tính đòn quay đứng lấy từ 2 – 3. Các đòn dẫn động:
Tính các đòn dẫn động chủ yếu là tính đòn dọc và đòn ngang. Đòn dọc được kiểm tra theo uốn dọc do lực Q và đòn ngang được kiểm tra theo uốn dọc do lực N. Lực Q có thể tính theo công thức (3) hoặc (4) và lấy giá trị lớn hơn để tính. Lực N có thể xác định theo giá trị lực phanh Xp
e c m G e c X N p p 2 1 1 (5) Ở đây: Xp – Lực phanh tác dụng lên một bánh xe
Mlp – hệ số phân bố lại trọng lượng lên cầu dẫn hướng khi phanh (mlp = 1,4).
φ - Hệ số bám giữa lốp và đường φ= 0,7 Ứng suất nén trong đòn kéo dọc
d n f Q
Ứng suất nén trong đòn kéo ngang
n n f N
Ở đây: fd và fn – Tiết diện ngang của đòn kéo ngang và đòn kéo dọc Ứng suất uốn dọc của đòn kéo dọc ud
f E 2 n 2 l J
39
Ứng suất uốn ngang của đòn kéo ngang
n un f E 2 n 2 n J
Ở đây: Jd và Jn – là mômen quán tính của tiết diện thanh dọc và thanh ngang. E – Môđuyn đàn hồi của vật liệu chế tạo thanh dọc và thanh ngang (E= 2,1.105 MN/m2).
lb, n – các kích thước chiều dài
Độ dự trữ bền được tính theo 1,22,5. un ud K
Đòn kéo dọc và kéo ngang được chế tạo bằng thép ống loại 20, 30 và 40. Trụ cầu (rotule): Trụ cầu trong dẫn động lái được kiểm tra theo áp suất giữa đầu trụ cầu và đệm.
Áp suất giữa trụ cầu và tấm đệm không quá 25 – 35 MN/ m2
Chân trụ cầu được kiểm tra theo cắt và uốn ở chỗ tiếp xúc với thành lỗ đòn kéo. Lực xiết lò xo ban đầu ở bên tấm đệm phải đạt khoang 0,8 lực cực đại tác dụng lên thanh kéo dọc.
Trụ cầu được chế tạo bằng thép xêmăngtít hóa 15HM, 12XH3 Động học của truyền động lái
Động học, động lực học trong ô tô, khi tính toán thiết kế động học của hình thang lái, người ta xác định các kích thước của hình thang lái, các góc nghiêng của đòn bên của hình thang lái đối với trục dọc của ô tô và chọn tỉ số truyền cần thiết của các đòn dẫn động lái.
Khi tính toán kiểm tra động học của hình thang lái người ta xác định quan hệ thực tế của góc quay các bánh dẫn hướng đối với một ô tô cụ thể và so sánh nó với quan hệ lý thuyết (không kể đến biến dạng của lốp).
Muốn ô tô quay vòng không bị trượt thì điều kiện cần và đủ là các bánh xe phải cùng quay quanh một tâm O. Với ô tô có bốn bánh (hai bánh trước là dẫn hướng) tâm quay vòng O nằm ngoài ô tô hoặc nằm trên giao điểm trục nằm giữa hai cầu sau và trục kéo dài của hai bánh dẫn hướng với ô tô có 6 bánh xe
40
hoặc nằm trên giao điểm của các trục dài của bốn bánh dẫn hướng và trường hợp ô tô có bốn bánh đều là bốn bánh dẫn hướng...
Khi quay vòng các bánh dẫn hướng quay cùng với ngỗng quay nhưng ngỗng quay nằm trong dầm cầu trước chỉ quay quanh trục của nó mà không di chuyển vị trí. Quan hệ giữa các ngỗng quay nhờ hình thang lái mà ta gọi là hình thang lái Đantô. Theo lý thuyết ô tô máy kéo ta có góc . Hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo cho hai bánh dẫn hướng quay với các góc và
theo quan hệ không đổi đảm bảo điều kiện quay không trượt như sau:
L C O g L D O g cot cot (6) Vậy L B L C O D O g gcot cot (7) Ở đây: L – Khoảng cách giữa hai cầu ô tô hay là chiều dài cơ sở của ô tô.
B - Khoảng cách giữa tâm của các ngỗng quay (O – tâm quay vòng). (tâm của ngỗng quay là giao điểm của ngỗng quay và trục của trụ đứng). Phương trình (7) chưa kể đến độ biến dạng bên của các bánh xe. Để ô tô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa và vẫn giữ được như (7) thì dạng hình thang lái Đantô phải hoàn toàn xác định. Hình thang lái Đantô không hoàn toàn thỏa man công thức (7) nhưng có thể chọn quan hệ cơ cấu hình thang lái cho ta sai lệch với quan hệ lý thuyết một ít.
4.2. Thực nghiệm để xác định tải trọng tác dụng lên hệ thống lái của xe ô tô VINAXUKI.
Để xác định tải trọng tác dụng lên hệ thống lái của xe ô tô tôi đã tiến hành làm thực nghiệm trên xe ô tô VINAXUKI khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp (Hình 4.1) tại Tỉnh Thanh Hóa thông qua việc đo lực tác dụng lên vành tay lái.
41
Hình 4.1: Chuẩn bị ô tô khảo nghiệm
Để đo lực tác dụng lên vành tay lái tôi sử dụng những thiết bị sau: Lực tác dụng lên vành tay lái được đo bằng đầu đo lực loại 980 N.
Đầu đo lực được bố trí trên vành tay lái xe VINAXUKI bằng các đồ gá mà tôi tự chế (hình 4.2) sao cho khi tác dụng lên vành tay lái lực có phương tiếp tuyến với vành tay lái.
42
Đầu đo lực được nối với thiết bị thu thập khếch đại nhiều kênh Spider - 8, thiết bị này được nối ghép với máy tính xách tay Acer được điều khiển bằng phần mềm Catman (hình 4.3).
Hình 4.3: Đầu đo nối với Spider – 8 và máy tính
Nguồn điện cung cấp cho thiết bị đo lấy từ máy phát điện Samsung công suất 10 kw qua ổn áp Lioa (hình 4.4).
43
Thiết bị đo được đặt trong cabin của ô tô (hình 4.5).
Hình 4.5: Tiến hành thực nghiệm
Trước khi thực nghiệm chúng ta cần chuẩn bị như sau: Để khảo nghiệm hệ thống lái của xe ô tô VINAXUKI khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp ta cần chọn khu đường đất đồi điển hình có địa hình thoải cho việc khảo sát. Sau khi chọn được đường để khảo sát ta cần chọn xe ô tô ở đây ta sử dụng xe VINAXUKI 1240 kg loại không có trợ lực lái và các thiết bị phục vụ cho thí nghiệm như đầu đo lực, máy phát điện, ổn áp...
Người lái ô tô chỉ tác động lực lên vành tay lái thông qua bộ gá đầu đo lực không tác động trực tiếp lên vành tay lái (hình 4.2). Khi đo lực tác dụng lên vành tay lái người lái xe sẽ lái xe vòng qua trái rồi đánh lái qua phải để đo lực tác dụng lên vành tay tay lái lớn nhất khi xe quay vòng về hai phía. Thiết bị đo sẽ tự động đo lực tác dụng lên vành tay lái trong trường hợp này. Kết quả đo được lưu vào các tệp giữ liệu dạng ASCII trong phần mềm Catman.
Thực nghiệm do 4 người đảm nhiệm: Người thứ nhất điều khiển ô tô, người thứ hai điều khiển máy tính và thiết bị thu thập khuếch đại tín hiệu
44
Spider 8, người thứ ba lập biểu và ghi chép nội dung đo, người thứ tư làm công việc phụ trợ cho quá trình đo.
Xử lý kết quả thực nghiệm
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm được xử lý bằng phần mềm Catman. Dưới đây là một trong những kết quả đo lực tác dụng lên vành tay lái (hình 4.6)
BIỂU ĐÒ LỰC TÁC DỤNG LÊN VÀNH TAY LÁI
-10 -5 0 5 10 15 0 2 4 6 8 10 Thời gian Lự c tá c dụ ng , D aN Series1
Hình 4.6: Kết quả đo lực tác dụng lên vành tay lái trên đầu đo lực.
Từ kết quả lực tác dụng lên vành tay lái và quan hệ động học cơ cấu lái tôi tính được tải trọng tác dụng lên các chi tiết chính của cơ cấu lái làm tài liệu gốc cho việc mô phỏng ứng suất, biến dạng một số chi tiết chính của cơ cấu lái như sau.
Hình 4.7: Sơ đồ lực tác dụng lên vành tay lái
P2 P1
r1
r2
45
Từ sơ đồ trên ta có quan hệ như sau:
1 . 1 2 2r Pr P 1 2 2 1 . r r P P 400 500 2 P
Trong đó: r1: Khoảng cách từ tâm vành tay lái đến vị trí lắp đầu đo lực tiếp tuyến với vành tay lái. r1= 400 mm
r2: Khoảng cách từ tâm vành tay lái đến vị trí tác dụng lực lên đầu đo lực. r2 = 500 mm
P1: Lực tác dụng lên vành tay lái. P2: Lực tác dụng lên đầu đo.
Từ kết quả thực nghiệm ta dễ dàng tính được P1. Khi P2 đạt giá trị lớn nhất P1= 13,645. DaN. Từ đây ta vẽ được biểu đồ lực tác dụng lên vành tay lái như (hình 4.8)
BIỂU ĐỒ LỰC TÁC DỤNG LÊN VÀNH TAY LÁI
-15 -10 -5 0 5 10 15 0 2 4 6 8 10 Thời gian,s Lự c tá c dụ ng D aN 12.85
46