Phõn tớch lựa chọn phương ỏn thiết kế dẫn động lỏi

1. 4 Dẫn động lỏi

2.2 Phõn tớch lựa chọn phương ỏn thiết kế dẫn động lỏi

2.2.1 Dẫn động lỏi với hình thang lỏi 4 khõu

Ưu điểm:

Kết cấu đơn giản,đỏp ứng gần đỳng quan hệ lý thuyết. Nhược điểm:

Phạm vi sử dụng hạn chế. Được sử dụng trờn ụ tụ cú dầm cầu liền với 2 phương phỏp bố trớ đũn ngang là đũn ngang lien kết nằm sau dầm cầu và nằm trước dầm cầu.Dựng với hệ thống treo phụ thuộc.

2.2.2 Dẫn động lỏi với hình thang lỏi 6 khõu

Số lượng đũn và khõu khớp tăng lờn nhằm đảm bảo cỏc bỏnh xe chuyển động độc lập.

Kết luận:Trờn ụ tụ với hệ thống treo trước độc lập và cơ cấu loại bỏnh răng- thanh răng thì cú thể kết hợp thanh răng làm luụn chức năng của thanh lỏi ngang trong hình thang lỏi.Với phương ỏn dần động lỏi 6 khõu cho hệ thống treo độc lập đó đỏp ứng gần đỳng mối quan hệ động học của cỏc bỏnh xe phớa trong va phớa ngoài khi quay vũng.

Hình 2.2 Sơ đồ dẫn động lỏi.

2.3 Phõn tớch lựa chọn phương ỏn cường húa lỏi2.3.1 Cường húa điện 2.3.1 Cường húa điện

Ưu điểm: Hệ thống cho phép cú khả năng sử lớ rộng rói nhiều thụng tin lien quan tới khả năng quay vũng của ụ tụ,hoàn thiện chất lượng điều khiển và quay vũng.

Nhược điểm: Hệ thống với nhiều cảm biến phức tạp,cỏc trương trình điều khiển mụ tơ DC,bộ kiểm soỏt tốc độ.Dẫn đến giỏ thành cao.

2.3.2 Cường húa khớ nén

Trợ lực khớ nén sử dụng năng lượng trợ lực là khớ nén trờn ụ tụ.Nguồn khớ nén trờn xe cú ỏp suất tối đa là 10 bar.Do đú kớch thước xi lanh lực và van điều khiển thường lớn,khú bố trớ trờn xe.Do vậy,hiện nay hệ thống trợ lực bằng khớ nén ớt được sử dụng.

2.3.3 Cường húa thủy lực

Cơ cấu lỏi,van phõn phối,xi lanh lực bố trớ trờn cựng một khối.

Ưu điểm:Cú cấu tạo khỏ đơn giản,tỏc động nhanh,hiệu suất cao.Với cụng nghệ chế tạo hiện đại cho phép thiết kế được những bộ trợ lực thủy lực cú kết cấu nhỏ gọn.Nờn được sử dụng nhiều trờn xe con và xe du lịch.

Nhược điểm:Cú nhiều chỗ tiếp xỳc cơ khớ dẫn đến mài mũn.

Kết luọ̃n:Chọn hệ thống lỏi cú cơ cấu lỏi kiểu bỏnh răng-thanh răng,dẫn động lỏi với hình thang lai 6 khõu,cường húa lỏi thủy lực.

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIấ́T Kấ́ HỆ THỐNG LÁI

3.1 Thụng số kỹ thuọ̃t xe tham khảo

Kia Morning ở một số thị trường khỏc cũn cú tờn gọi là KIA Picanto.

Đõy là dũng xe đụ thị của mang thương hiệu KIA, cụng ty sản xuất ụ tụ lớn thứ 2 của Hàn Quốc (sau Hyundai và cựng thuộc chung tập đoàn Hyundai). Kia Morning là lựa chọn hoàn hảo về xe ụ tụ cỡ nhỏ. Xe được nhiều người dựng cú thu nhập trung bình ở thị trường ở khu vực chõu Á chọn lựa.

Dũng xe này thường cú số lượng bỏn ra đứng trong top những chiếc xe ụ tụ bỏn chạy nhất ở Việt Nam.

Ngoài mẫu Kia Morning truyền thống, cũn cú một vài phiờn bản khỏc như Kia Morning Van, New Kia Morning và Kia Picanto- đều là những mẫu xe nhỏ, cựng phỏt huy ưu điểm nổi trội của xe Kia Morning.

Thế hệ đầu tiờn của cỏc dũng xe Kia Morning này bắt đầu xuất hiện từ năm 2003 tại Triển lóm ụ tụ Frankfurt. Những chiếc Kia Morning được phỏt triển dựa trờn thiết kế của dũng Hyundai Getz.

Hỡnh 3.1: Hỡnh ảnh thực tế xe Kia Morning

Bảng thụng số kỹ thuật xe Kia Morning

ST T

Thụng số Ký hiệu Giỏ trị

1 Chiều rộng cơ sở B 1400mm

2 Khoảng cỏch giữa 2 trụ quay đứng B0 1230mm

3 Chiều dài cơ sở của xe L 2370mm

4 Chiều dài toàn bộ xe L0 3535mm

5 Trọng lượng khụng tải G0 10100N

6 Trọng lượng toàn tải G 1350N

7 Trọng lượng tỏc dụng lờn cầu dẫn hướng G1 7300N 8 Trọng lượng tỏc dụng lờn một bỏnh dẫn Gbx 3650N

rbx a  hướng 9 Ký hiệu lốp 165/60R1 4 Thụng số hệ thống lỏi:

Chiều dài đũn bờn hình thang lỏi: m = 180mm Khoảng cỏch giữa đũn ngang và trụ trước: y = 188mm Chiều dài thanh nối bờn hình thang lỏi: p =280mm

3.2 Tớnh toỏn động học hệ thống lỏi3.2.1 Tớnh mụ men cản quay vũng max 3.2.1 Tớnh mụ men cản quay vũng max

Mụmen cản quay vũng ở cỏc bỏnh xe dẫn hướng được xỏc định ở trạng thỏi xe quay vũng và chở đủ tải. Mụmen cản quay vũng được tớnh toỏn khi xuất hiện lực cản lăn ở hai bỏnh xe ngược chiều nhau, cú một lực bờn Y, mụ men ổn định của bỏnh xe dẫn hướng. MC = M1+M2+M3 (2.1)

Mụ men cản quay vũng gõy nờn do lực cản lăn: M1 = Gbx. f.a (2.2)

Trong đú: - Gbx = 3650N

- a: Cỏnh tay đũn của lực Pf quay xung quanh trụ đứng. Với xe thiết kế ta đo được a = 45 (mm) = 0,045m

- f: Hệ số cản lăn xét cho trường hợp ụ tụ chạy trờn đường nhựa và khụ, f = 0,02

Hỡnh 3.3 Sơ đồ trụ đứng nghiờng trong mặt phẳng ngang.

+ Giỏ trị mụmen do Y gõy lờn M2 được tớnh cho một bỏnh xe, phản lực bờn lựi sau một đoạn x. Giỏ trị của x thừa nhận bằng 1/4 chiều dài của vết tiếp xỳc và gõy lờn mụmen quay cựng chiều M1.

M2 = Y. x (2.3) Trong đú:

+ x là khoảng cỏch từ tõm vết tiếp xỳc với hợp lực ma sỏt: (2.4)

rb x r x l 25, 4 2 d rB       (mm) (2.5) Với bỏnh xe cú ký hiệu 165/60 R14: ta tớnh được: 14 165 25,4 342,8 0.34 2 r    mm m     (m)

rbx là bỏn kớnh làm việc trung bình của bỏnh xe, và được xỏc định theo cụng thức sau: (2.6)

Thay vào (2.4) Ta được: x = 0,14r Y = Gbx.y

Với y = 0,85: Hệ số bỏm ngang giữa bỏnh xe và mặt đường M2 = Y. x = 0,14.r.Gbx.y (2.7)

Hỡnh 3.4: sơ đồ Mụmen

Mụmen ổn định M3 cú giỏ trị nhỏ nờn khi tớnh cú thể dựng hệ số . Mụmen cản tổng cộng trờn cầu trước dẫn hướng được tớnh toỏn như sau: Mc = 2.(M1 + M2 ) /= 2 Gbx (f.a + 0,14.y.r) / (2.8)

Giỏ trị  theo kinh nghiệm 1,07-1,15. Chọn =1,1 = 0,5-0,7 hiệu suất tớnh đến tổn hao ma sỏt, chọn = 0,7 Thay số vào ta cú: Mc=529 (N.m)

3.2.2 Tỷ số truyền của hệ thống lỏi

3.2.2.1 Tỷ số truyền của dẫn động lỏi id

Tỷ số truyền của dẫn động lỏi phụ thuộc vào kớch thước và quan hệ của cỏc cỏnh tay đũn. id = 0,85-1,1

3.2.2.2 Tỷ số truyền của cơ cấu lỏi ic

Ta cú cụng thức: ’max=max.i (2.9) Trong đú :

’max: Gọi là vũng quay vành lỏi lớn nhất tớnh từ vị trớ đi thẳng. Với xe thiết kế là xe du lịch ta chọn ’max = 1,75 vũng

max: Gúc quay vũng lớn nhất của bỏnh xe dẫn hướng ( 40o ). Ta cú:

Ta lấy sơ bộ tỷ số truyền của hệ thống lỏi i =16. Tớnh lại ’max, ta cú: , phự hợp với tiờu chuõ̉n thiết kế.

Do tỷ số truyền của dẫn động lỏi id=1, nờn tỷ số truyền của cơ cấu lỏi ic = 16

3.2.3 Xỏc định lực tỏc động lớn nhất ở vành tay lỏi

Pvlmax= (2.10) Trong đú:

+ Mc: Là mụ men cản quay vũng Mc=529Nm + Pmax là lực tỏc dụng lớn nhất lờn vành tay lỏi. + il: Là tỷ số truyền của hệ thống lỏi.

+ R: Là bỏn kớnh vành lỏi, R=190 mm + : Là hiệu suất của hệ thống lỏi =0,8 Thay số ta được max

529 217,52 16.0,8.0,19 vl P   N

Với Pvl này, sẽ làm cho người lỏi mệt mỏi khi điều khiển một khoảng thời gian, cho nờn ta phải sử dụng hệ thống trợ lực lỏi, tạo sự thoải mỏi cho người lỏi.

* Nguyờn lý hoạt động:

Khi quay vành lỏi đi một gúc, lực từ vành lỏi truyền qua trục lỏi tới trục răng của cơ cấu lỏi. Mụ men này làm quay trục răng, tỏc dụng làm thanh răng di chuyển sang trỏi hoặc phải, qua thanh dẫn động và đũn quay bờn tỏc dụng làm cho bỏnh xe xoay sang phải hoặc sang trỏi, thay đổi hướng chuyển động của ụtụ. Khi lực đặt vào vành tay lỏi đến một giỏ trị xỏc định ( được tớnh trước ), khi đú cường húa lỏi bắt đầu làm việc và tỏc dụng lực làm quay cỏc bỏnh xe dẫn hướng.

3.3 Tớnh cỏc thụng số hình học của dẫn động lỏi 3.3.1 Tớnh động học hình thang lỏi 3.3.1 Tớnh động học hình thang lỏi

Nhiệm vụ của tớnh động học dẫn động lỏi là xỏc định những thụng số tối ưu của hình thang lỏi để đảm bảo động học quay vũng của cỏc bỏnh xe dẫn hướng một cỏch chớnh xỏc nhất và động học đỳng của đũn quay đứng khi cú sự biến dạng của bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn cỏc thụng số cần thiết của hệ thống dẫn động lỏi.

B C A D O m L   Bo X y m p 

Hình 3.5 Sơ đồ động học khi quay vũng.

Từ lý thuyết quay vũng ta thấy để nhận được sự lăn tinh của cỏc bỏnh xe dẫn hướng khi quay vũng thì hệ thống lỏi phải đảm bảo mối quan hệ sau đõy của gúc quay bỏnh xe dẫn hướng bờn ngoài và bờn trong so với tõm quay vũng.

Theo giỏo trình “ thiết kế và tớnh toỏn ụ tụ mỏy kéo ” mối quan hệ đú được biểu hiện ở cụng thức sau: (2.11)

Trong đú:

: Là gúc quay của bỏnh xe dẫn hướng ngoài của cầu dẫn hướng.

: Là gúc quay của bỏnh xe dẫn hướng trong của cầu dẫn hướng. L: Là chiều dài cơ sở của xe.

Bo : Là khoảng cỏch giữa hai tõm trụ đứng,B0=m.

a) Trường hợp xe đi thẳng

Hình 3.6 Sơ đồ dẫn động lỏi khi xe đi thẳng.

Từ sơ đồ dẫn động lỏi trờn ta cú thể tớnh được mối liờn hệ giữa cỏc thụng số theo cỏc biểu thức sau: (2.12)

Trong đú: (2.13) (2.14)

A D B C X        

Thay vào ta được: (2.15)

Cỏc đũn bờn tạo với phương ngang một gúc .

Khi ụtụ quay vũng với cỏc bỏn kớnh quay vũng khỏc nhau thì hình thang lỏi đantụ khụng thỏa món hoàn toàn được quan hệ giữa và như cụng thức trờn.

Tuy nhiờn ta cú thể chọn một kết cấu hình thang lỏi cho sai lệch với quan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép, khụng vượt quỏ 1o.

b) Trường hợp khi xe quay vũng

Hỡnh 3.7 Sơ đồ dẫn động khi xe quay vũng.

Ta cú cỏc thụng số như trờn hình vẽ.

Từ sơ đồ ta cú mối quan hệ của cỏc thụng số như sau: (2.16)

Với: (2.17)

Từ quan hệ hình học trong tam giỏc ACD ta cú:

Thay vào biểu thức trờn ta cú: (2.18)

(2.19)

Từ mối quan hệ hình học trong tam giỏc ACD ta cú: (2.20)

Mặt khỏc:

Thay vào ta cú biểu thức sau: - (2.21)

Trong đú: (2.21)

3.3.2 Xõy dựng đường đặc tớnh lý thuyết

(2.22) Với Bo = 1230mm, L = 2370mm.

Cho cỏc giỏ trị khỏc nhau tư 5 – 40, ta cú cỏc gúc tương ứng theo bảng sau: Từ bảng giỏ trị được ta xõy dựng được quan hệ lý thuyết:

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5 10 15 20 25 30 35 quan h ly thuyờtờ quan h ly thuyờtờ Hình 3.7 Đờng đặc tính lý thuyết . 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 4.8 0 9.23 13.3 5 17.2 0 20.84 24.3 0 27.6 3 30.8 5 0 4.83 9.33 13.49 17.28 20.66 23.57 25.95 27.73 0 0.03 0.10 0.14 0.08 -0.18 -0.73 -1.68 -3.12 0 4.84 9.38 13.59 17.46 20.92 23.94 26.44 28.35 0 0.04 0.15 0.24 0.26 0.08 -0.36 -1.19 -2.5 0 4.85 9.42 13.69 17.62 21.18 24.30 26.92 28.96 0 0.05 0.19 0.34 0.42 0.34 0.00 -0.71 -1.89 0 4.87 9.47 13.78 17.79 21.43 24.66 27.39 29.57 0 0.07 0.24 0.43 0.59 0.59 0.36 -0.24 -1.18 0 4.88 9.51 13.88 17.95 21.68 25.01 27.86 30.17 0 0.08 0.28 0.53 0.75 0.84 0.71 0.23 -0.68

Xõy dựng đường đặc tớnh thực tế

Để xõy dựng đường cong đặc tớnh hình thang lỏi thực tế ta phải xõy dựng đường cong biểu thị hàm số . Ta cú mối quan hệ giữa cỏc thụng số đú như sau: - (2.23)

Trong đú:

(2.24 )

Theo cỏc thụng số lấy trờn xe tham khảo ta cú: 78o

  : Gúc tạo bởi đũn bờn hình thang lỏi và phương ngang m = 180(mm): Chiều dài đũn bờn hình thang lỏi

y = 188(mm): Khoảng cỏch giữa đũn ngang với trục trước trong hình thang lỏi

p = 280(mm): Chiều dài thanh nối bờn hình thang lỏi Cho lần lượt ta cú được bảng số liệu trờn.

Trong đó

Ta thấy chỉ cú  78o thì

Như vậy với  78o thì ta cú được đường cong thực tế gần với đường cong lý

thuyết nhất, và thỏa món điều kiện về sai lệch giữa lý thuyết và thực tế.

Ta xõy dựng đồ thị quan hệ và thực tế và lý thuyết trờn cựng đồ thị như sau:

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5 10 15 20 25 30 35 Lythuyet Thucte Hỡnh 3.8 Đường đặc tớnh thực tế.

Vì vậy ta chọn được =780, ứng với gúc quay vũng lớn nhất của bỏnh xe dẫn hướng là và max 30,170

2 2 0 2 0 2 2.( .cos ( .sin ) ) 1230 2.(180.cos78 280 (188 180.sin 78 ) ) X  B m   p  y m       595.66( ) X mm  

3.4 Tớnh bền cỏc chi tiết của hệ thống lỏi

Theo sơ đồ dẫn động lỏi, khi bỏnh xe dẫn hướng quay được một gúc thì thanh răng dịch chuyển một đoạn X1.

(2.25)

Thay m =180, p =280, y =188,  78o và Ta tớnh được X1=93,82(mm)

Do thanh răng quay về cả hai bờn nờn chiều dài làm việc của thanh răng L > 2.X1=187.64mm

Do đú ta chọn chiều dài làm việc của thanh răng là L=200 (mm), để đảm bảo khi xe quay vũng hết thì thanh răng vẫn khụng bị chạm.

3.4.1 Xỏc định bỏn kớnh vũng lăn của bỏnh răng

Số vũng quay của vành lỏi ứng với bỏnh xe quay là n =1,78 vũng. Ta cú: (2.26) 1 93,82 8,39 2. . 2. .1,78 X R mm n       3.4.2 Xỏc định cỏc thụng số của bỏnh răng

Tớnh số răng theo tài liệu chi tiết mỏy. (2.27)

Trong đú:

Đường kớnh vũng chia Dc=2.R=16,78mm

mn: Mụ đun phỏp tuyến của bỏnh răng, chọn theo tiờu chuõ̉n mn=2 Gúc nghiờng ngang của bỏnh răng, chọn sơ bộ  18o

Ta cú số răng của bỏnh răng là:

.cos 16,78.cos18 7,98 2 o c n D Z m     Chọn số răng Z=8. Tớnh lại gúc nghiờng ta cú: . 8.2 cos 0,9535 18 16,78 o n c Z m D      

Mụ đun ngang của bỏnh răng: 2 2,1 cos cos18 n t o m m    

Số răng tối thiểu: 3

min 17.cos 14, 74

Z   

Như vậy Zmin=15>6, do vậy cú hiện tượng cắt chõn răng nờn phải dịch chỉnh, ta chọn kiểu dịch chỉnh đều . Xỏc định hệ số dịch chỉnh theo cụng thức: 15 15 8 0, 47 15 15 br Z      

Từ đú ta tớnh được cỏc thụng số của bộ truyền bỏnh răng: + Đường kớnh vũng đỉnh: 2. .(1 ) 16,78 2.2.(1 0, 47) 22, 65 d c n D D  m      mm + Đường kớnh chõn răng: 2. .(1, 25 ) 16, 78 2.2.(1, 25 0.47) 13,65 f c n D D  m      mm

+ Gúc ăn khớp của bỏnh răng được chọn theo chi tiết mỏy . + Đường kớnh cơ sở của bỏnh răng:

0 .cos 16,78.cos 20o 15,77 .

c

D D    mm

+ Chiều cao răng:

h=(h’f+h”f).m=(1+1,25).2=4,5mm + Chiều dày của răng trờn vũng chia:

. / 2 2. . . 3,14.2 / 2 2.2.0, 47. 20o 3,8 .

S  m  m tg    tg  mm

3.4.3 Xỏc định kớch thước và thụng số của thanh răng

Đường kớnh của thanh răng được cắt tại mặt cắt nguy hiểm nhất: (2.28)

Trong đú:

Ứng suất tiếp xỳc cho phép tại tiết diện nguy hiểm nhất, lấy

 x 16.107N m/ 2

Mụ mem xoắn gõy lờn sự nguy hiểm ở thanh răng, bằng mụ mem cản quay vũng ở bỏnh xe: Mx=Mc=529(Nm).

Thay cỏc thụng số vào ta được: 3 7 529 0,0255( ) 0, 2.16.10 d   m Chọn d =26 mm.

Chiều dài đoạn làm việc của thanh răng L=200mm. Mặt khỏc ta cú: (2.29)

Trong đú: 1 . .2 200 6,589 30,35 cos cos18 6,589 n o m t   Z        Vậy ta chọn Z = 30 Hệ số dịch chỉnh thanh răng: 0, 47 tr br     

+ Đường kớnh vũng chia của thanh răng: 1,25-)=25 - 2.2.(1,25-0,47) =19,8720mm

+ Đường kớnh vũng đỉnh của thanh răng: D=26mm

+ Chiều cao của thanh răng: h=(f’+f”).mn=(1+1,25).2 =4,5mm