Tớnh trục lỏi

1. 4 Dẫn động lỏi

3.4.5 Tớnh trục lỏi

Trục lỏi làm bằng thép rỗng được tớnh theo ứng suất xoắn do lực tỏc dụng trờn vành tay lỏi: (MN/m2) (2.36)

Trong đú:

Plmax- Lực lỏi lớn nhất tỏc dụng lờn vụ lăng Plmax = 217,52N. D, d - Đường kớnh trong và đường kớnh ngoài của trục lỏi. R: bỏn kớnh vành tay lỏi R = 190mm

Chọn vật liệu chế tạo trục lỏi là thép C40 khụng nhiệt luyện, phụi chế tạo là phụi thép ống, ứng suất tiếp xỳc cho phép .

Chọn sơ bộ kớch thước của trục lỏi là: D=30 (mm), d= 20 (mm)

Thay những thụng số trờn vào cụng thức (2.36) ta được: 8 4 4 12 217,52.0,19.3.10 9,54 0, 2.(30 20 ).10      (MN/m2)

thoả món điều kiện cho phép.

Vậy ta chọn kớch thước sơ bộ là kớch thước thiết kế.

Với trục lỏi xe thiết kế, dựa trờn số liệu thực tế ta chọn chiều dài của trục lỏi L=1000 (mm).

Ta cần tớnh toỏn trục lỏi theo độ cứng vững (gúc xoắn trục) theo cụng thức sau: (rad) (2.37)

Trong đú:

L - Chiều dài của trục lỏi (m).

G - Mụ đun đàn hồi dịch chuyển (G=8.104MN/m2). đổi ra khụng được vượt quỏ.

Thay số vào ta được: 4 2.9,54 0,00795 0, 03.8.10    (rad) Suy ra: 0 0 0,00795.180 0, 46 /1 3,14 m   

Thoả món tiờu chuõ̉n thiết kế.

Pmax A B C Q1 Q Q2 3.4.6 Tớnh bền đũn kéo ngang

Trong quỏ trình làm việc, đũn kéo ngang chỉ chịu kéo nén theo phương doc trục. Do vậy khi tớnh bền ta chỉ cần tớnh kéo, nén và lực tỏc dụng từ bỏnh xe. Tớnh bền đũn kéo ngang theo chế độ phanh cực đại.

(2.38) Trong đú:

G1=7300N: Tải trọng đặt lờn cầu trước dẫn hướng trong trạng thỏi tĩnh. m1p = 1,4: Hệ số phõn bố lại trọng lượng lờn cầu trước khi phanh. : Hệ số bỏm giữa lốp và mặt đường.

Thay vào biểu thức ta được: Ppmax = 7300.1,4.0,85 = 8687(N).

Hỡnh 3.9 Sơ đồ phõn bố lực phanh.

Qua sơ đồ phõn tớch lực ta cú: (2.39) Trong đú:

AB, c: là cỏc kớch thước trờn hình vẽ. AB=180mm; 0 1470 1230 120( ) 2 2 B B c     mm Vậy 8687.120 5791,33 180 Q  N Ta lại cú: 0 1230 595,66 .cos 180.cos 78 2 2 cos 0,9991 280 B X m p          arccos 0,9991 2, 44o     1 .cos( 12) 5791,33.cos(2, 44 12) 5608,38( ) Q Q  N       2 .cos 5791,33.cos 2, 44 5786,08( ). Q Q    N

(2.40) Trong đú:

P = Q1 = 5608,38(N): Lực tỏc dụng theo phương của đũn ngang. Diện tớch của thanh ngang

Đũn kéo ngang được chế tạo bằng thép ống 40X, cú đường kớnh ngoài và trong lần lượt là: D=20mm; d=5mm.

Với hệ số dự trữ bền ổn định n =1,5 ta cú Thay số vào ta được:

2 2 5608.38 19,05( / ) 19,05( / ) 294,38 n N mm MN m     Ta cú <.

Vậy đũn kéo ngang đảm bảo độ bền và ổn định.

3.4.7 Tớnh bền đũn bờn hình thang lỏi

Để đảm bảo an toàn và tớnh ổn định trong quỏ trình làm việc, đũn bờn được làm bằng thép 40X. Đũn bờn của dẫn động lỏi chủ yếu chịu ứng suất uốn.

Do vậy ta tớnh bền theo điều kiện uốn: Mu=AB.Q2=180.5786,08=1041494,4(Nmm).

Ta kiểm tra ứng suất uốn tại vị trớ nguy hiểm nhất tại chỗ giao nhau giữa hai tiết diện, tại điểm A.

2 1041494, 4 285, 65( ) 3646 u u u M N mm W     Trong đú: Với: b =35mm; h =25mm.

Theo tài liệu chuyờn ngành lấy hệ số an toàn n=1,5 và với thép 40X thì ta cú: Vậy =285,65<=570, thỏa món điều kiện bền uốn.

3.4.8 Tớnh bền thanh nối bờn của dẫn động lỏi

Do ở hai đầu là khớp nờn chỉ chịu kéo nén đường tõm. Ta tớnh đũn nối trong trường hợp chịu phanh cực đại như trờn:

Thanh uốn AB chịu lực nén: Q1=5608,38N. Ứng suất uốn của thanh:

1 2 5608,38 17,86( ) 314 u t Q N F mm     Trong đú:

d D : là tiết diện thanh nối bờn.

Với đường kớnh thanh nối D=20mm, chọn theo xe tham khảo. Thanh nối được làm bằng vật liệu thép 40X cú .

Vậy: <. Do đú đũn nối bờn của dẫn động lỏi đủ bền trong quỏ trình làm việc.

3.4.9 Tớnh bền khớp cầu (rotuyl)

Vật liệu chế tạo khớp cầu là thép 40XH cú cơ tớnh: .

Với điều kiện là khớp làm việc ở chế độ tải trọng động và chịu va đập. Khớp cầu được kiểm bền theo ứng suất chốn dập tại vị trớ làm việc và kiểm tra độ bền cắt tại vị trớ cú tiết diện nguy hiểm.

Kiểm tra bền khớp cầu.

Như phần tớnh bền thanh kéo ngang lức tỏc dụng lờn khớp cầu cũng chớnh là lực phanh cực đại Ppmax = Q = 5791,33(N).

Hỡnh 3.10 Khớp cầu

Tớnh ứng suất chốn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu. Trong đú:

F: Là diện tớch tiếp xỳc giữa mặt cầu và đệm rotuyn. Trong thực tế diện tớch làm việc chiếm 2/3 diện tớch khớp cầu. nờn mặt chịu lực tiếp xỳc chiếm 1/2.2/3=1/3 bề mặt khớp cầu.

Ta cú:

Với D=30mm, là đường kớnh khớp cầu. 2 5791,33 1, 23( / ) 4700 u Q N mm F     Hệ số an toàn:   20 16, 23. 1, 23 d u n     

Như vậy khớp cầu thỏa món điều kiện chốn dập tại bề mặt làm việc.

 Kiểm tra khớp cầu theo điều kiện cắt.

Kiểm tra độ bền cắt khớp cầu tại tiết diện nguy hiểm nhất. Ứng suất cắt được tớnh theo cụng thức:

2 5791,33 / 314 18, 44( / ) c c Q N mm F     Trong đú:

Fc: Là tiết diện của rotuyn tại vị trớ cú tiết diện nguy hiểm nhất. Với d = 20 mm: Là đường kớnh chỗ cắt của rotuyn.

Hệ số an toàn:   70 3,8 18, 44 c c n      .

Như vậy khớp cầu thỏa món điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm.

3.5 Tớnh toỏn thiết kế cường húa lỏi

3.5.1 Cụng tiờu hao của người lỏi để quay vành tay lỏi

(3.1)

Với : Gúc quay của trục lỏi từ vị trớ giữa đến mép ngoài cựng, : Bỏn kớnh vành tay lỏi và lực trung bình đặt vào vành tay lỏi. và ta chọn Pv = 40N

Thay số ta được:

Mặt khỏc đối với xe du lịch cụng trung bình giới hạn Vậy , thỏa món điều kiện.

Ta thừa nhận lực lớn nhất của người lỏi đặt vào vành tay lỏi Pv = 160N

- Phần trăm mụ men cản quay vũng được truyền tới tay người lỏi từ mặt đường là:

Với:

: Là tỷ số truyền của cơ cấu lỏi = 16. : Là hiệu suất thuận của cơ cấu lỏi = 0,8. Vậy

- Phần trăm mụ men cản quay vũng được thu nhận bởi xi lanh lực ( ứng với gúc quay của bỏnh xe là 400) là:

* Lực đặt lờn vành tay lỏi để gài trợ lực:

Đối với ụ tụ du lịch giỏ trị này thường nằm trong khoảng 20 – 40N. Đối với xe thiết kế ta chọn là: Po = 30N. Từ đú ta tớnh được mụ men cần thiết để mở cường húa là:

Mặt khỏc: (3.2) Trong đú:

Mz: Là mụ men cản khi trục lỏi dịch chuyển, giỏ trị này rất nhỏ, lấy Mz = 0. MQ: Là mụ men cần thiết để xoắn thanh xoắn tới vị trớ bắt đầu trợ lực. : Là hiệu suất từ vành tay lỏi tới van xoắn, chọn .

io: Là tỷ số truyền từ vành lỏi tới van, chọn io = 1. Thay số:

Như vậy mụ men đặt lờn vành tay lỏi để trợ lực bắt đầu làm việc là 5,7Nm. * Ở thời điểm bắt đầu cường húa thì mụ men cản do mặt đường truyền lờn là: Trong đú: = 16, là tỷ số truyền của hệ thống lỏi.

* Chỉ số hiệu quả tỏc dụng: là tỷ số giữa lực đặt vào vành tay lỏi khi khụng cú trợ lực và khi cú trợ lực. max 217,52 1,3595 160 v v P H P   

Với Pv = 160N, là lực lớn nhất đặt vào vành tay lỏi khi cú trợ lực. Chỉ số H thường lấy < 4. Do đú H = 1,3595 là hợp lý.

3.5.2 Xõy dựng đặc tớnh cường húa lỏi

Theo giỏo trình thiết kế tớnh toỏn ụ tụ thì thì đặc tớnh của cường húa chỉ rừ sự đặc trưng của quỏ trình làm việc của bộ cường húa hệ thống lỏi. Nú biểu thị mối quan hệ giữa lực mà người lỏi đặt lờn vành tay lỏi và mụ men cản quay vũng của cỏc bỏnh dẫn hướng:

(3.3)

Qua đõy ta thấy khi khụng cú cường húa thì lực đặt lờn vành tay lỏi chỉ phụ thuộc vào mụ men cản quay vũng của bỏnh xe dẫn hướng.Do đú đường đặc tớnh là những đường bậc nhất đi qua gốc tọa độ.Theo tớnh toỏn ở phần trước khi quay vũng ụ tụ tại chỗ mụ men cản quay vũng là lớn nhất, tọa độ xỏc định điểm này trờn đường đặc tớnh là B.Vậy đường đặc tớnh được xỏc định sẽ đi qua gốc tọa độ và đi qua điểm B.

Khi hệ thống lỏi được lắp cường húa đường đặc tớnh của nú cũng biểu hiện mối quan hệ giữa lực tỏc dụng lờn vành tay lỏi và mụ men cản quay vũng của bỏnh xe dẫn hướng, đõy cũng là quan hệ bậc nhất.

Khi van quay của van phõn phối ở vị trớ trung gian thì lực cường húa quy dẫn lờn vành tay lỏi Pc = 0 nờn mụ men cản quay vũng Mc = 0.

Do bộ cường húa được thiết kế ở giữa cú thanh xoắn, nờn khi những va đập ở mặt đường truyền ngược lờn vành tay lỏi nếu nằm trong giới hạn lực xoắn sơ bộ ban đầu của thanh xoắn thì lực đú được truyền lờn vành tay lỏi. Nếu lực ngược đú vượt qua giới hạn đú thì thanh xoắn sẽ được xoắn tiếp dẫn đến thõn van phõn phối bị lệch về

một phớa và bộ cường húa bắt đầu làm việc. Cụ thể, để bộ cường húa làm việc thì lực đặt lờn vành tay lỏi phải lớn hơn 30N. Ở giai đoạn này đặc tớnh biểu thị sẽ trựng với đặc tớnh khi chưa cú bộ cường húa.

Tại điểm A thì bộ cường húa bắt đầu làm việc.

Khi lực đặt lờn vành tay lỏi lớn hơn 30N, thì đường đặc tớnh đặc trưng cho hoạt động của cường húa ở giai đoạn này cũng là đường bậc nhất nhưng cú độ dốc thấp hơn so với đường đặc tớnh khi chưa cú cường húa ( độ dốc là cần thiết để người lỏi cú cảm giỏc lỏi ). Khi mụ men cản quay vũng lớn hơn Mc = 529Nm thì hệ thống lỏi làm việc như hệ thống lỏi cơ khớ ban đầu. Cụ thể là người lỏi muốn quay vũng ụ tụ thì phải tỏc dụng lờn vành tay lỏi một lực Pl > Pc.

Đồ thị đặc tớnh:

Hỡnh 3.11: Đồ thị đặc tớnh Ta thấy rằng:

Đặc tớnh khi chưa cú cường húa là đường bậc nhất, đoạn OB.

Đặc tớnh khi cú cường húa là đường bậc nhất góy khỳc và thấp hơn đường đặc tớnh khi chưa cú cường húa.

Đoạn OA: Pl = Pc = f(Mc), lực do người lỏi hoàn toàn đảm nhiệm.

Đoạn AC: Pc = f(Mc). Biểu thị lực mà người lỏi cảm nhận về chất lượng mặt đường, điểm C, chọn Pc = 160N .

Từ C trở đi: Pc = f(Mc) song song với đường Pl = f(Mc).

Hiệu số cỏc tọa độ của hai đường Pl và Pc chớnh là lực tạo nờn bởi bộ cường húa. Lực này phải phụ thuộc vào ỏp suất mụi trường làm việc và đường kớnh của xi lanh.

Nếu chọn Pc lớn thì quay riờng cỏc bỏnh xe dẫn hướng tại chỗ sẽ nặng hơn, cũn nếu chọn Pc quỏ nhỏ thì người lỏi sẽ khụng đủ cảm giỏc về chất lượng mặt đường.

d D

x

3.5.3 Tớnh toỏn xi lanh lực

Kớch thước của xi lanh lực cần phải đủ lớn để đảm bảo sinh ra được lực cần thiết trong khi ỏp suất chất lỏng trong hệ thống trợ lực lỏi là cú giới hạn. nếu kớch thước nhỏ thì ỏp suất dầu trợ lực phải lớn và ngược lại. Áp suất dầu là do bơm dầu sinh ra, nú cú giới hạn, cũn kớch thước xi lanh phải vừa phải để bố trớ được trờn xe.

 Xỏc định đường kớnh trong xi lanh và đường kớnh cần piston.

Hỡnh 3.12: Đường kớnh xylanh

Cú cụng thức: (3.4) Trong đú:

Dx: Là đường kớnh trong của xi lanh

pmax: Là ỏp suất dầu cực đại trong hệ thống cường húa, pmax = 850N/cm2

d: Là đường kớnh cần đõ̉y piston. Nú chớnh là đường kớnh của thanh răng, d = 26mm.

Px: Là lực tỏc dụng lờn đầu cần đõ̉y của piston được xỏc định như sau: (3.5)

Với:

+ P: Là lực tỏc dụng lờn vành tay lỏi ứng với phần trăm của mụ men cản thu nhận bởi cường húa. P P lmaxPvl0 217,56 160 57,56  N

+ ic: Là tỷ số tỷ số truyền của cơ cấu lỏi, ic = 16. + Hiệu suất thuận của cơ cấu lỏi = 0,8.

Thay số: Px = 57,56.16.0,8 = 736,768N Thay số vào ta được:

2 4.736,768 10. 2,6 28,04 3,14.850 x D    mm Ta lấy Dx = 30mm

* Chọn đường kớnh ngoài và kiểm bền xi lanh lực:

Lấy chiều dày của xi lanh lực là 4mm, thì đường kớnh ngoài của xi lanh lực là: 2.4 30 8 38

n x

D D     mm

2 2 2 2 2 max max 2 2 2 2 38 30 . .850 850 4512,5 / 38 30 n x n x D D P P N cm D D          

- Vật liệu làm xi lanh chọn là thép 40XH. Ta cú

Vậy , xi lanh lực đủ bền.

3.5.4 Xỏc định năng suất của bơm

Năng suất của bơm được xỏc định từ điều kiện là làm thế nào để xi lanh lực của cường húa phải làm quay bỏnh xe dẫn hướng nhanh hơn điều kiện cú thể làm được của người lỏi. Nếu điều kiện này khụng được đảm bảo thì trong những trường hợp quay vũng nhanh thì người lỏi sẽ bị tiờu hao một lực lớn. Vì khụng chỉ thắng lực cản quay vũng ở bỏnh xe dẫn hướng mà cũn đõ̉y dầu đi từ phần này sang phần kia của xi lanh lực.

Để đảm bảo điều kiện trờn ta phải chọn bơm cú lưu lượng đủ lớn, cú nghĩa là phải thỏa món:

. .(1 )

b b

Q   >F.v (3.6) Trong đú:

Qb: Lưu lượng định mức của bơm.

: Hiệu suất thể tớch của bơm đối với bơm cỏnh 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 vũng (v/p) lớn nhất cú thể đặt được của người lỏi theo số liệu tham khảo nv = 60 (v/p). Như vậy khi quay 1,5 vũng thì mất 1,5s, và thanh răng dịch chuyển là: S = X1 = 93,82mm Ta cú 93,82 62,55 1,5 S m v t s   

F: Là diện tớch của xi lanh lực

2 2 2 30 . 3,14. 706,9 2 2 x D F        mm        

Do vậy ta phải chọn bơm cú năng suất thỏa món điều kiện:

  3 3 . 706,9.62,55 60077 60,077 . 1 0,8.(1 0,08) b b F v mm cm Q s s        

Thực tế lưu lượng bơm cũn phải lớn hơn như vậy để bự vào sự rũ rỉ của van phõn phối. Lưu lượng rũ rì là

Chọn (3.7)

Từ đú ta chọn bơm cường húa:

Bơm cỏnh gạt kép cú kết cấu nhỏ, hiệu suất từ 0.7 – 0.8, ỏp suất cú thể đạt 100at, lưu lượng từ 4 – 100 l/p

Ký hiệu bơm:

Lưu lượng bơm: 6 (l/p)

Số vũng quay roto: n = 950 (vũng/phỳt) Hiệu suất bơm: 0,78

Hiệu suất toàn phần: 0,6 Hiệu suất cơ khớ: 0,8

Cỏc bộ phận của bơm gồm cú: cụm bơm tạo ỏp suất, cụm van điều tiết, van an toàn và lưu lượng, cỏc cụm vỏ và lắp, cốc đựng dầu đặt riờng rẽ với bơm và được nối với bơm bằng ống dẫn dầu.

3.5.5 Tớnh cỏc chi tiết của van phõn phối

3.5.5.1 Tớnh gúc xoay của van quay

(3.8) Trong đú:

: Khe hở giữa mép van ống trong và van ống ngoài

(3.9)

Với:

Qb: Lưu lượng dầu cung cấp cho bộ cường hũa làm việc, Qb= 65 d: Đường kớnh thanh răng, d = 26mm

g: Gia tốc trọng trường, g = 10(m/s2)=1000 (cm/s2). : Là tổn thất ỏp suất ở hành trình khụng tải, =3N/cm3. : Trọng lượng riờng của dầu = 0,09N/cm3

: Tổn thất cục bộ, = 3,1 Thay số, ' 65 0,027 2.1000.3 2.3,14.2,6. 3,1.0,09 cm   

Khi tớnh đến sự tiết lưu trong cỏc đường rónh dầu lấy 0,05cm

* Độ trựng khớp cực đại của mép van ống trong và ngoài, được xỏc định từ điều