Với : góc quay của trục lái từ vị trí giữa đến mép ngoài cùng, : bán kính vành tay lái và lực trung bình đặt vào vành tay lái. và ta chọn Pv = 40N ( trang 35, [3] )
Thay số ta được:
Mặt khác đối với xe tải và xe du lịch công trung bình giới hạn Vậy , thỏa mãn điều kiện.
Ta thừa nhận lực lớn nhất của người lái đặt vào vành tay lái Pv = 160N
- Phần trăm mô men cản quay vòng được truyền tới tay người lái từ mặt đường là:
Với:
: Là tỷ số truyền của cơ cấu lái = 16. : Là hiệu suất thuận của cơ cấu lái = 0,8. Vậy
- Phần trăm mô men cản quay vòng được thu nhận bởi xi lanh lực ( ứng với góc quay của bánh xe là 400) là:
Lực đặt lên vành tay lái để gài trợ lực:
Đối với ô tô du lịch giá trị này thường nằm trong khoảng 20 – 40N. Đối với xe thiết kế ta chọn là: Po = 30N. Từ đó ta tính được mô men cần thiết để mở cường hóa là:
Mặt khác: (3.2) Trong đó:
Mz: là mô men cản khi trục lái dịch chuyển, giá trị này rất nhỏ, lấy Mz = 0. MQ: là mô men cần thiết để xoắn thanh xoắn tới vị trí bắt đầu trợ lực. : Là hiệu suất từ vành tay lái tới van xoắn, chọn .
io: là tỷ số truyền từ vành lái tới van, chọn io = 1. Thay số:
Như vậy mô men đặt lên vành tay lái để trợ lực bắt đầu làm việc là 5,7Nm.
Ở thời điểm bắt đầu cường hóa thì mô men cản do mặt đường truyền lên là:
Trong đó: = 16, là tỷ số truyền của hệ thống lái.
Chỉ số hiệu quả tác dụng: là tỷ số giữa lực đặt vào vành tay lái khi không có trợ lực và khi có trợ lực.
Với Pv = 160N, là lực lớn nhất đặt vào vành tay lái khi có trợ lực. Chỉ số H thường lấy < 4. Do đó H = 2,7 là hợp lý.
2.7.2. Xây dựng đặc tính cường hóa lái
Theo giáo trình thiết kế tính toán ô tô thì thì đặc tính của cường hóa chỉ rõ sự đặc trưng của quá trình làm việc của bộ cường hóa hệ thống lái. Nó biểu thị mối quan hệ giữa lực mà người lái đặt lên vành tay lái và mô men cản quay vòng của các bánh dẫn hướng:
(3.3)
Qua đây ta thấy khi không có cường hóa thì lực đặt lên vành tay lái chỉ phụ thuộc vào mô men cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng. do đó đường đặc tính là những đường bậc nhất đi qua gốc tọa độ. Theo tính toán ở phần trước khi quay vòng ô tô tại chỗ mô men cản quay vòng là lớn nhất, tọa độ xác định điểm này trên đường đặc tính là B. Vậy đường đặc tính được xác định sẽ đi qua gốc tọa độ và đi qua điểm B.
Khi hệ thống lái được lắp cường hóa đường đặc tính của nó cũng biểu hiện mối quan hệ giữa lực tác dụng lên vành tay lái và mô men cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng, đây cũng là quan hệ bậc nhất.
Khi van quay của van phân phối ở vị trí trung gian thì lực cường hóa quy dẫn lên vành tay lái Pc = 0 nên mô men cản quay vòng Mc = 0.
Do bộ cường hóa được thiết kế ở giữa có thanh xoắn, nên khi những va đập ở mặt đường truyền ngược lên vành tay lái nếu nằm trong giới hạn lực xoắn sơ bộ ban đầu của thanh xoắn thì lực đó được truyền lên vành tay lái. Nếu lực ngược đó vượt qua giới hạn đó thì thanh xoắn sẽ được xoắn tiếp dẫn đến thân van phân phối bị lệch về một phía và bộ cường hóa bắt đầu làm việc. Cụ thể, để bộ cường hóa làm việc thì lực đặt lên vành tay lái phải lớn hơn 30N. Ở giai đoạn này đặc tính biểu thị sẽ trùng với đặc tính khi chưa có bộ cường hóa.
Tại điểm A thì bộ cường hóa bắt đầu làm việc :
Khi lực đặt lên vành tay lái lớn hơn 30N, thì đường đặc tính đặc trưng cho hoạt động của cường hóa ở giai đoạn này cũng là đường bậc nhất nhưng có độ dốc thấp hơn so với đường đặc tính khi chưa có cường hóa ( độ dốc là cần thiết để người lái có
o A B C D P(N) Mc(Nm) Không có Cường hóa 368 890 160 30 91 Có cường hóa
cảm giác lái ). Khi mô men cản quay vòng lớn hơn Mc = 890Nm thì hệ thống lái làm việc như hệ thống lái cơ khí ban đầu. Cụ thể là người lái muốn quay vòng ô tô thì phải tác dụng lên vành tay lái một lực Pl > Pc.
Đồ thị đặc tính:
Ta thấy rằng:
Đặc tính khi chưa có cường hóa là đường bậc nhất, đoạn OB.
Đặc tính khi có cường hóa là đường bậc nhất gãy khúc và thấp hơn đường đặc tính khi chưa có cường hóa.
Đoạn OA: Pl = Pc = f(Mc), lực do người lái hoàn toàn đảm nhiệm.
Đoạn AC: Pc = f(Mc). Biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt đường, điểm C, chọn Pc = 160N .
d
Từ C trở đi: Pc = f(Mc) song song với đường Pl = f(Mc).
Hiệu số các tọa độ của hai đường Pl và Pc chính là lực tạo nên bởi bộ cường hóa. Lực này phải phụ thuộc vào áp suất môi trường làm việc và đường kính của xi lanh.
Nếu chọn Pc lớn thì quay riêng các bánh xe dẫn hướng tại chỗ sẽ nặng hơn, còn nếu chọn Pc quá nhỏ thì người lái sẽ không đủ cảm giác về chất lượng mặt đường.
2.7.3. Tính toán xi lanh lực
Kích thước của xi lanh lực cần phải đủ lớn để đảm bảo sinh ra được lực cần thiết trong khi áp suất chất lỏng trong hệ thống trợ lực lái là có giới hạn. nếu kích thước nhỏ thì áp suất dầu trợ lực phải lớn và ngược lại. Áp suất dầu là do bơm dầu sinh ra, nó có giới hạn, còn kích thước xi lanh phải vừa phải để bố trí được trên xe.
Xác định đường kính trong xi lanh và đường kính cần piston.
Có công thức: (3.4) Trong đó:
- Dx: là đường kính trong của xi lanh
- pmax: là áp suất dầu cực đại trong hệ thống cường hóa, pmax = 850N/cm2
- d: là đường kính cần đẩy piston. Nó chính là đường kính của thanh răng, d = 26mm.
- Px: là lực tác dụng lên đầu cần đẩy của piston được xác định như sau: (3.5)
Với:
+ P: là lực tác dụng lên vành tay lái ứng với phần trăm của mô men cản thu nhận bởi cường hóa.
= 353-160 = 193N
+ ic: là tỷ số tỷ số truyền của cơ cấu lái, ic = 16. + hiệu suất thuận của cơ cấu lái = 0,8.
Thay số: Px = 193.16.0,8 = 2666N Thay số vào ta được:
Ta lấy Dx = 36mm
Chọn đường kính ngoài và kiểm bền xi lanh lực :
Lấy chiều dày của xi lanh lực là 4mm, thì đường kính ngoài của xi lanh lực là:
Tính bền:
- Vật liệu làm xi lanh chọn là thép 40XH. Ta có
Vậy , xi lanh lực đủ bền.
2.7.4. Xác định năng suất của bơm
Năng suất của bơm được xác định từ điều kiện là làm thế nào để xi lanh lực của cường hóa phải làm quay bánh xe dẫn hướng nhanh hơn điều kiện có thể làm được của người lái. Nếu điều kiện này không được đảm bảo thì trong những trường hợp quay vòng nhanh thì người lái sẽ bị tiêu hao một lực lớn. Vì không chỉ thắng lực
cản quay vòng ở bánh xe dẫn hướng mà còn đẩy dầu đi từ phần này sang phần kia của xi lanh lực.
Để đảm bảo điều kiện trên ta phải chọn bơm có lưu lượng đủ lớn, có nghĩa là phải thỏa mãn:
(3.6) Trong đó:
Qb:lưu lượng định mức của bơm.
: hiệu suất thể tích của bơm đối với bơm cánh gạt, = 0,75 – 0,85. ta chọn = 0,8. = 0,05 – 0,1, chọn = 0,08
v: là vận tốc chuyển động của piston (m/s).
Tốc độ quay vòng (v/p) lớn nhất có thể đặt được của người lái theo số liệu tham khảo nv = 60 (v/p). Như vậy khi quay 1,5 vòng thì mất 1,5s, và thanh răng dịch chuyển là: S = X1 = 87,86mm
Ta có
F: là diện tích của xi lanh lực
Do vậy ta phải chọn bơm có năng suất thỏa mãn điều kiện:
Thực tế lưu lượng bơm còn phải lớn hơn như vậy để bù vào sự rò rỉ của van phân phối. Lưu lượng rò rì là
Chọn (3.7)
Từ đó ta chọn bơm cường hóa:
Bơm cánh gạt kép có kết cấu nhỏ, hiệu suất từ 0.7 – 0.8, áp suất có thể đạt 100at, lưu lượng từ 5 – 100 l/p
Ký hiệu bơm:
Lưu lượng bơm: 6 (l/p)
Số vòng quay roto: n = 950 (vòng/phút) Hiệu suất bơm: 0,78
Hiệu suất toàn phần: 0,6 Hiệu suất cơ khí: 0,8
Các bộ phận của bơm gồm có: cụm bơm tạo áp suất, cụm van điều tiết, van an toàn và lưu lượng, các cụm vỏ và lắp, cốc đựng dầu đặt riêng rẽ với bơm và được nối với bơm bằng ống dẫn dầu.
2.7.5. Tính các chi tiết của van phân phối.
2.7.5.1. Tính góc xoay của van quay. (3.8)
Trong đó:
*. : khe hở giữa mép van ống trong và van ống ngoài (3.9)
Với:
- Qb: lưu lượng dầu cung cấp cho bộ cường hòa làm việc, Qb= 88 - d: đường kính thanh răng, d = 26mm
- g: gia tốc trọng trường, g = 10(m/s2)=1000 (cm/s2). - : là tổn thất áp suất ở hành trình không tải, =3N/cm3.
- : trọng lượng riêng của dầu = 0,09N/cm3
- : tổn thất cục bộ, = 3,1 Thay số,
Khi tính đến sự tiết lưu trong các đường rãnh dầu lấy 0,08cm
*. : độ trùng khớp cực đại của mép van ống trong và ngoài, được xác định từ điều kiện lượng lọt dầu của van xoay (Q1)
(3.10)
Do quá nhỏ nên lấy = 0,01cm
Vậy hành trình toàn bộ van xoay xê dịch về một phía:
Với van xoay thì khi mở van để đi cường hóa sẽ phải xoay thanh xoán đi một góc là:
Trong đó:
l: là hành trình của van xoay đi hết khi cường hóa, l = 0,9. R: là bán kính van ống trong của van phân phối, R = 20mm
Vậy thanh xoán sẽ phải xoắn đi một góc 2,58 độ, thì đường dầu đi cường hóa mới làm việc.
2.7.5.2. Các thông số khác
Góc xoắn không tải (tính từ thời điểm bắt đầu tác động của cường hóa ) : (3.11)
trong đó:
: hành trình van xoay tới lúc bắt đầu che kín rãnh thoát dầu=0,8mm. R : bán kính vành lái, R = 190mm
i: tỷ số truyền lực tới vành tay lái
Với:
- tỷ số truyền của cơ cấu lái ic = 16 - chiều dài đòn quay bên l = 180 thay số: , phù hợp với yêu cầu.
- góc quay tự do toàn bộ: là góc quay cho phép của vành tay lái khi cường hóa không hoạt động.
<30o, phù hợp yêu cầu.
a. Tính toán thanh xoắn :
Ta chọn vật liệu chế tạo thanh xoắn là thép lò xo có mô đun đàn hồi G = 8.104N/mm.
Ta phải tính đường kính của thanh xoắn sao cho khi bắt đầu trợ lực, ứng với lực đặt lên vành tay lái là Pvl = 30N thì thanh xoắn phải xoắn là 0,045rad.
Ứng suất xoắn của thanh xoắn được xác định theo công thức: (3.12)
Góc xoắn của thanh xoắn được xác định theo công thức: (3.13)
(3.14)
Chiều dài của thanh xoắn L=100mm Vậy
b. Tính mối ghép then hoa :
+ Về độ bền dập :
Ứng suất dập trên bề mặt răng: (3.15)
Trong đó:
- T: mô men xoắn trên trục T = 5700Nmm.( mô men làm thanh xoắn bắt đầu bị xoắn ).
- l: chiều dài làm việc của mối ghép l = 16 mm. - z: số răng, z = 6.
- dtb: đường kính trung bình mối ghép, dtb = 14,5mm. - h: chiều cao làm việc của răng, h = 0,9mm.
thay số ta được: 9,1(N/mm2)
ở đây ta có mối ghép then cố định, nên ứng suất dập cho phép được tính theo công thức:
(3.16) Trong đó:
- của chi tiết có độ rắn thấp hơn ( la bánh răng). Do bánh răng làm bằng thép 40X, tôi cải thiện, có = 550MPa =550 (N/mm2).
Kt = 54000/5700 = 9,47.
- Ks: hệ số tập trung tải trọng, Ks = 1,1 – 1,6, chọ Ks = 1,2.
- Kr: hệ số kể tới sự phân bố không đều tải trọng cho các răng, Kr = 1,6 – 3, chọn Kr = 1,8 .
- Kl: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng, Kl = 1 – 4, chọn Kl = 1,2. Ta có
Như vậy , then đảm bảo độ bền dập.
+ Về độ bền mòn :
Để đảm bảo đủ độ bền mòn cho bề mặt làm việc của răng then hoa, ứng suất quy ước khi tính về mòn phải thỏa mãn điều kiện:
(3.17)
Ta có (3.18) Trong đó:
- : ứng suất quy ước cho phép khi tính về mòn ứng với số chu kì làm việc cơ sở và tải trọng tĩnh, tra trong bảng 9.10,[4] ta được = 150MPa = 150N/mm2.
- Kc: hệ số chế độ tải trọng, tra bảng 9.11,[4], Kc = 0,63. - KN: là hệ số tuổi thọ,
với N=60nLh = 60.60.15000=540.105
, n = 60 (vòng/phut), Lh = 15000h là tổng số giờ làm việc của mối ghép.
- Kr’: hệ số kể tới sự phân bố không đều tải trọng cho các răng và sự trượt khác nhau trên bề mặt làm việc khi trục quay, Kr’ = 1,1 – 4,5. chon Kr’ = 4.
- Kb: hệ số kể đến điều kiện bôi trơn mối ghép, với điều kiện bôi trơn trung bình Kb = 1.
Như vậy đảm bảo bền mỏi.
CHƯƠNG 3
CHẨN ĐOÁN BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI 3.1. Chẩn đoán hệ thống lái
Hệ thống lái phải đảm bảo cho ôtô chạy đúng hướng mong muốn, ở bất kỳ điều kiện đường xá nào và bất kỳ tốc độ nào của ôtô. Người lái không phải mất nhiều công sức để điều khiển vành tay lái, khi xe chạy thẳng cũng như khi thao tác lái. Trong quá trình vận hành sử dụng xe, các chi tiết của hệ thống lái thường xuyên làm việc. Các chi tiết chịu ma sát sẽ bị mòn, dẫn đến rơ lỏng do đó làm sai lệch động học quay vòng, lốp sẽ bị mòn nhanh và có thể dẫn đến không an toàn trong chuyển động.Vì vậy, phải thường xuyên theo dõi, kiểm tra nhằm kịp thời phát hiện, sửa chữa, điều chỉnh để phục hồi trạng thái kỹ thuật, điều kiện làm việc bình thường cho hệ thống lái, nhằm đảm bảo an toàn chuyển động cho xe.
3.1.1. Độ rơ vành tay lái
Độ rơ vành tay lái lớn nhất cho phép là 30[mm], nếu lớn hơn có thể do các nguyên nhân sau:
- Vòng bi trục bánh xe bị mòn; - Các khớp cầu (rô tuyn) bị mòn; - Ổ bi trong cơ cấu lái bị mòn; - Bánh răng và thanh răng bị mòn; - Bu lông bắt vỏ của cơ cấu lái bị hỏng;
3.1.2. Lực trên vành tay lái gia tăng hay không đều
Vành tay lái quay nặng là do các nguyên nhân sau:
- Bơm trợ lực bị hỏng hoặc thiếu dầu;
- Rơ ổ bi, thiếu dầu bôi trơn: Các cơ cấu lái luôn được bôi trơn bằng mỡ, cần hết sức lưu ý đến sự thất thoát dầu mỡ của cơ cấu lái thông qua sự chảy dầu mỡ. Nguyên nhân thiếu dầu bôi trơn có thể là do rách nát đệm kín, joăng phớt làm kín, các bạc mòn tạo nên khe hở hướng tâm lớn mà phớt không đủ khă năng làm kín.
- Dây đai bơm trợ lực tay lái hỏng;
- Ổ trụ đứng bị mòn làm sai lệnh các góc đặt bánh xe;
- Lốp xe bơm không đủ áp suất: Áp suất lốp thấp và không đều làm tăng lực người lái vào vô lăng khi điều khiển xe;
- Góc chụm bị sai, cần kiểm tra lại góc chụm.
3.1.3. Áp suất của cường hóa lái thủy lực không ổn định
+ Van lưu thông của bơm bị bẩn :