Xác định lực tính tốn

III. TÍNH TỐN CƯỜNG HÓA LÁI

3. Xác định lực tính tốn

Với ơ tô tải để giảm cường độ lao động của người lái thì lực lái lớn nhất mà người lái phải sinh ra là 150 (N). Trong khi đó nếu khơng có cường hóa thì lực lớn nhất mà người lái phải sinh ra là 355 (N) như đã tính ở trên. Khi quay vịng tại chỗ mơ men cản quay vòng là lớn nhất.

Mcmax = 1020 (Nm) Lực thực tế mà xilanh lực phải sinh ra:

Ta có lực cường hóa cực đại quy dẫn về vành tay lái là: PH = 205 (N)

Mơ men cản quay vịng lớn nhất của xe sinh ra trên trụ quay đứng là: Mc = 1020 (Nm)

Trong đó xilanh lực phải sinh ra mơ men có độ lớn bằng: Mch = k.Mc

Ở đây:

k: là phần trăm lực mà bộ cường hóa sinh ra trên vành tay lái. Khi quy dẫn lên vành tay lái thì: k = 𝑃𝐿𝑚𝑎𝑥− 𝑃𝑐 𝑃𝐿𝑚𝑎𝑥 . 100% = 355−150 355 . 100% = 57,7 % Trong đó:

PLmax: lực cực đại trên vành tay lái mà người lái phải sinh ra khi quay vịng ơ tơ tại chỗ khi chưa có cường hóa PLmax.

Pc: lực cực đại trên vành tay lái mà người lái phải sinh ra khi có bộ cường hóa làm việc Pc = 150 (N).

Lực mà xilanh phải sinh ra là: Pxl = 𝑀𝑐ℎ

𝑒 =

57,7.1020

100.0,13 = 4527 (N)

e: là khoảng cách từ đòn kéo ngang tới cầu dẫ hướng e = 130 (mm)

4. Tính tốn xilanh lực

Kích thước của xilanh 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 khơng thể q lớn được.

a) Xác định đường kính trong của xilanh lực và đường kính cần piston

Đường kính trong của xilanh lực được tính theo cơng thức:

2 0 4. . xl x P D d P  = + Trong đó:

Dx: đường kính trong của xilanh lực;

P0: là áp suất cực đại trong hệ thống cường hóa P0 = 6 (MPa); d: là đường kính cần đẩy piston, chọn d = 22 (mm);

Pxl: lực mà xilanh phải sinh ra Pxl = 4527 (N). Nên ta có:

Dx = √4.4527

𝜋.6 + 222 = 77 (mm)

Chọn Dx = 78 (mm).

b) Chọn đường kính ngồi và kiểm bền xilanh lực

Lấy chiều dày của thành xilanh là 8 (mm) thì đường kính ngồi của xilanh lực là: Dn = 78 + 2.8 = 94 (mm)

Ứng suất tác dụng lên thành xilanh: 𝜎 = 𝐷𝑛 2+𝐷𝑥2 𝐷𝑛2−𝐷𝑥2 .Po + Po = 942+782 942−782 .6 + 6 = 38,5 (N/mm 2) bằng 38,5 (MPa) Vật liệu làm xilanh là thép 40XH: [𝜎𝑐ℎ] = 80 (MPa) [𝜎] = 57,1 (MPa) Vậy:    xilanh lực thỏa mãn điều kiện bền.

c) Xác định hành trình và thể tích làm việc của xilanh lực

Hình 46: Sơ đồ hành trình dịch ngang của thanh kéo khi xe quay vòng lớn nhất

Theo như ta đã chọn thì góc quay của bánh xe khi hết lái là 370 so với vị trí trung gian. Hình minh họa trên thể hiện tay lái ở vị trí trung gian bằng nét liền, tay lái ở vị trí tận cùng bên trái bằng nét đứt.

Góc quay tồn bộ của địn quay đứng là: 𝜑 = 𝑙𝑛

𝑙𝑑𝑑 .37

0 = 370

Góc quay lớn nhất của bánh răng rẻ quạt từ vị trí trung gian bằng góc quay lớn nhất của địn quay đứng, do đó góc đánh lái lớn nhất của vơ lăng từ phía trái sang phải là:

αrq = 370

Hành trình SC của piston là chiều dài cung trịn của cung răng ứng với góc quay lớn nhất αrq. SC =2. 𝛼𝑟𝑞.𝜋 180 .𝑑𝑤2 2 = 2. 370.𝜋 180 .72 2 = 46 (mm)

Vậy nên thể tích làm việc của xilanh lực là: Vlv = 𝜋.𝐷𝑥2

4 .h (mm

3) Trong đó:

Dx: đường kính trong của xilanh lực Dx = 78 (mm); h: hành trình làm việc của piston.

Như vậy ta có: Vlv = 𝜋.78 2

4 . 46 = 219693(mm

3)

d) Xác định chỉ số hiệu quả tác dụng của cường hóa

Theo giáo trình Tính tốn và thiết kế tập 2 – 1971 thì chỉ số hiệu dụng của cường hóa được xác định qua hệ số k:

k = PLmax Pc =

355

150 = 2,36

Theo qui phạm thì hệ số k nằm trong phạm vi cho phép [k] = 2 ÷ 6 ở đây k = 2,36 nằm trong khoảng cho phép. Vậy các thông số của bộ cường hóa mà ta đang tính tốn thỏa mãn điều kiện này.

5. Tính chọn bơm trợ lực

Với bơm cung cấp dầu cho cường hóa thì địi hỏi phải cung cấp đủ dầu cho cường hóa làm việc. Lưu lượng của bơm được xác định từ điều kiện là làm thế nào để xilanh lực của cường hóa phải kịp làm quay các bánh xe dẫn hướng nhanh hơn điều mà người lái có thể làm được. Nếu khơng đảm bảo được điều kiện này thì ứng với trường hợp quay vịng nhanh thì người lái sẽ phải tiêu hao một lực lớn không những để thắng được lực cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hướng mà còn để đẩy dầu di chuyển từ khoang bên này sang khoang bên kia của xilanh lực vì bơm khơng đủ lưu lượng.

a) Tính lưu lượng của bơm

Lưu lượng của bơm được tính theo thời gian quay vịng và thể tích làm việc của xilanh lực: lv V Q t = Trong đó:

Q: lưu lượng của bơm;

Vlv: thể tích làm việc của xilanh Vlv = 219693 (mm3); t: thời gian quay vòng của xe t= 2,81 (s).

Ta có:

Q = 219693

2,81 = 78182 (mm

Thực tế lưu lượng của bơm còn phải lớn hơn như vậy để bù vào sự rò rỉ dầu ở van phân phối. Lưu lượng rị rỉ là ∆Q:

∆Q = (0,05 ÷ 0,1)Q ta chọn ∆Q = 0.08Q Tức là:

Qtt = Q + ∆Q = 1,08Q = 1,08.78182 = 84436 (mm3/s)

Năng suất tính tốn của bơm ở đây phải đạt được ở số vòng quay của động cơ cao hơn số vịng quay khơng tải là 25% và áp suất đạt được là 0,5Pmax.

b) Chọn bơm cường hóa

Bơm cường hóa là cum phức tạp và chịu tải lớn của hệ thống cường hóa thủy lực. Điều kiện làm việc của bơm gây nên bởi chế độ tải trọng thay đổi lớn, ứng suất nhiệt cao và sự ảnh hưởng của môi trường xung quanh.

Bơm được sử dụng cho cường hóa có nhiều loại như bơm piston, bơm trục vít, bơm bánh răng, bơm cánh gạt. Hiện nay trên các xe hiện đại người ta sử dụng chủ yếu là loại bơm bánh răng và bơm cánh gạt.

Qua phân tích các yêu cầu và điều kiện làm việc của bơm cường hóa ta chọn loại bơm cánh gạt tác dụng kép vì loại bơm này có kết cấu nhỏ gọn, hiệu suất có thể đạt tới 0,7 ÷ 0,8, áp suất có thể đạt 10 (MPa), lưu lượng từ 5 ÷ 200 (l/phút). Căn cứ vào lưu lượng thực tế của bơm ta đã tính tốn ở phần trước ta chọn loại bơm cánh gạt tác dụng kép có lưu lượng riêng là 90000 (mm3/s).

6. Tính tốn các chi tiết của van phân phối

a) Tính góc xoay của van xoay

' ' ' +  = 

• ∆′: khe hở giữa mép van ống trong và van ống ngồi:

  . . . 2 d . . 2 1. ' d p g h Q  =  Trong đó:

Q: lưu lượng dầu cung cấp cho bộ cường hóa làm việc Q = 84436 (mm3/s); d1: đường kính lõi van, chọn d1 = 26 (mm);

h: độ dài chiều dọc rãnh van h = 21 (mm);

g: Gia tốc trọng trường g = 10 (m/s2) bằng 1000 (mm/s2);

∆𝑝: tổn thất áp suất ở hành trình khơng tải ∆𝑝 = 0,003 (N/mm3);

𝛾𝑑: trọng lượng riêng của dầu 𝛾𝑑 = 0,9 (g/cm3) bằng 9.10-6 (N/mm3); ψ: tổn thất cục bộ ψ = 3,1.

∆′ = 84436

2.21.26.√2.1000.0,003

9.10−6.3,1

Khi tính đến sự tiết lưu trong các đường rãnh dầu lấy: ∆′ = 2 (mm).

• ∆′′: độ trùng khớp cực đại của mép van ống trong và van ống ngoài (độ “chờm” của van) được xác định từ điều kiện lượng lọt dầu của van xoay (Q1): 1 max 2 " . . 24 . . . Q P d h   = 

Do ∆′′ quá nhỏ nên lấy ∆′′ = 0,1 (mm)

Vậy hành trình tồn bộ van xoay về một phía tính theo chu vi van:

∆ = ∆′ + ∆′′ = 2 + 0,1 = 2,1 (mm)

b) Các thông số khác

❖ Góc xoắn của thanh xoắn để mở van:

2 / 0 d CH  = 

∆: Hành trình theo chu vi của van xoay khi cường hóa làm việc;

d: đường kính lõi van d = 26 (mm).

Nên ta tính được : 0 0 2,1 0,16( ) 9, 2 13 CH rad  = = =

Vậy thanh xoắn sẽ phải xoắn đi một góc là 9,20 thì đường dầu cường hóa mới làm việc.

❖ Góc quay tự do tồn bộ 0của vành tay lái khi có cường hóa:

oCH c  

0 = 0 +2.

𝜑0𝑐: độ rơ của hệ thống lái khi khơng có cường hóa 𝜑0𝑐 = 80.

oCH c  

0 = 0 +2. = 80 + 2.9,20 = 26,40

c) Tính tốn thanh xoắn

Thanh xoắn có vai trị giống như lị xo định tâm trong kết cấu van trượt. Chọn vật liệu chế tạo thanh xoắn là thép lị xo G60A có modul đàn hời:

G = 8.104(N/mm2)

Đường kính của thanh xoắn phải thỏa mãn sao cho khi bắt đầu trợ lực, ứng với lực đặt lên vành tay lái là PVL0 = 25 (N) thì thanh xoắn phải xoắn một góc 9,20. Ứng suất xoắn của thanh xoắn được xác định theo cơng thức:

3 . 2 . 0 . D R PVL VL = 

Góc xoắn của thanh xoắn được xác định theo công thức:

G D L . . . 2  = nên ta có: G L D . . . 2   = Chiều dài của thanh xoắn: L = 92 (mm)

D = √2.𝑃𝑉𝐿.𝑅𝑉𝐿.𝐿 0,2.𝜃.𝐺 4 = √0,2.2.25.200.929,20.𝜋 1800.80000 4 = 4,4 (mm)

Chọn đường kính của thanh xoắn là: D = 5 (mm)

Hình 47: Thanh xoắn

❖ Kiểm nghiệm điều kiện bền:

  500( ) . 2 , 0 . . 3 MPa D R PVL VL =  =     500( ) ) ( 200 10 . 5 . 2 , 0 10 . 200 . 25 9 3 3 MPa MPa  = = = −−  

CHƯƠNG V

BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI

I. BẢO DƯỠNG KỸ THUẬT HỆ THỐNG LÁI

1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống

• Trong bảo dưỡng kỹ thuật hàng ngày, kiểm tra khoảng chạy tự do của tay lái và cả tác động của hệ thống lái đối với người đi đường của ơ tơ. Cần xem tình trạng bên ngồi các tấm đệm khít của cacte cơ cấu lái để ngăn ngừa tình trạng rị rỉ dầu nhờn;

• Trong bảo dưỡng kỹ thuật cấp 1: kiểm tra độ kín khít của những mối ghép nối hệ thống trợ lái thủy lực và việc bắt chặt bơm trợ lái thủy lực. Vặn chặt các đai ốc bắt chặt cơ cấu lái vào dầm ô tô, khớp cầu của địn lái.

• Bảo dưỡng kỹ thuật cấp 2 gờm có: cọ rửa bầu lọc của bơm trợ lái thủy lực, kiểm tra độ bắt chặt đòn quay đứng vào trục và khớp cầu vào đòn quay đứng. Kiểm tra khe hở trong cơ cấu lái và nếu khe hở vượt quá giới hạn quy định thì hiệu chỉnh lại.

• Dầu cho hệ thống lái là loại Shell Spirax S2 ATF D2, khi thay dầu chú ý dùng khí có áp lực cao để đẩy hết dầu cặn ra khỏi cacte. Sau khi nạp dầu mới, tiến hành xả air bằng cách nổ máy, đánh vơ lăng hết cỡ sang một phía, giữ một thời gian rời làm tương tự với phía cịn lại. Làm như vậy vài lần để đẩy hết khơng khí ra ngồi.

2. Sửa chữa chi tiết hệ thống lái

Để xác định mức độ mài mịn và tính chất sửa chữa, phải tháo rời chi tiết trong hệ thống lái.

Khi tháo tay lái và đòn quay đứng phải dùng vam tháo. Những hư hỏng chính của hệ các chi tiết hệ thống lái là: mòn thanh răng – bánh răng, ống lót, vịng bi và ở lắp vịng bi. Mặt bích bắt chặt cacte bị sứt mẻ và nứt, mòn bạc ở cacte dành cho ổ bi kim đỡ ở trục của địn quay đứng và các chi tiết của khớp cầu thanh chuyển hướng, thanh chuyển hướng bị cong.

Phải thay thanh răng của cơ cấu lái nếu bề mặt làm việc của thanh răng mòn rõ rệt hay lớp tơi bị tróc ra. Thải bỏ cung răng nếu bề mặt có khe nứt hay vết lõm. Cở trục của địn quay đứng nếu mịn thì phải phục hời bằng cách mạ crơm rời mài theo kích thước danh nghĩa. Cở trục có thể phục hời bằng cách lắp vào cacte những ống lót bằng đờng thanh đã được mài theo kích thước sửa chữa. Đầu có ren của đầu trục địn quay đứng nếu bị cháy thì phục hời bằng cách hàn đắp bằng hờ quang điện rung. Trước hết phải tiện hết ren củ trên máy tiện rồi hàn đắp kim loại, tiện trên kích thước danh nghĩa và cắt ren mới. Trục của đòn quay đứng nếu bị xoắn thì phải loại bỏ.

Các ở lắp vịng bi cơ cấu lái nếu bị mịn thì phục hời bằng cách lắp thêm chi tiết phụ. Muốn vậy phải khoan rộng lỗ, lắp ép vào đó một ống lót và gia cơng đường kính trong của nó theo kích thước của vịng bi.

Những chỗ sứt mẻ và khe nứt trên mặt bích cacte khắc phục bằng phương pháp hàn. Thường dùng hàn khí, có nung nóng tồn bộ chi tiết trước khi hàn.

Lỗ trên cacte dành cho ổ bi kim đỡ trục địn quay đứng nếu bị mịn thì doa lại theo kích thước sửa chữa.

Trong cơ cấu dẫn động lái, chốt cầu và máng lót thanh truyền hướng ngang bị mịn nhanh hơn, cịn các đầu thì mịn ít hơn. Ngồi ta cịn có những hư hỏng khác là do mòn lỗ ở mút, cháy ren, lõ xo ép các máng đệm vào chốt cầu bị gãy hoặc ́u.

Tùy theo tính chất mài mịn mà xác định khả năng tiếp tục sử dụng của nắp thanh chuyển hướng ngang hay thay từng chi tiết. Nếu cần thiết thì tháo rời khớp của nắp. Muốn vậy, tháo chốt chẻ của nút ren, vặn nút ra khỏi lỗ rồi tháo chi tiết ra. Chốt cầu bị mịn, bị sứt mẻ hay có vết xước, cần thay mới. Đờng thời lắp máng lót mới của chốt cầu. Thay mới các lò xo mòn bị gãy.

Những hư hỏng đặc trưng của bộ trợ lực lái là khơng có lực tác dụng ở bất kỳ tần số quay nào của động cơ, lực không đủ lớn và không đồng đều khi quay tay lái sang bên này hay bên kia.

Để khắc phục hư hỏng trên hay tháo rời bơm ra, xả hết dầu nhờn, cọ rửa cẩn thận các chi tiết. Khi tháo lắp và sửa chữa bơm, không được tách riêng cụm chi tiết nắp bơm và van chuyển, stato, rôto và cánh bơm.

II. SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI

Hệ thống lái phải đảm bảo cho ôt ô chạy đúng hướng mong muốn, ở bất kỳ điều kiện đường xá nào và bất kỳ tốc độ nào của ô tô. 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 mịn, dẫn đến rơ lỏng do đó làm sai lệch động học quay vịng, lốp sẽ bị mịn nhanh và có thể dẫn đến khơng an tồn 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.

• Những hiện tượng hư hỏng chính của hệ thống lái

Các hiện tượng này có thể xuất hiện riêng rẽ hoặc cùng lúc với nhau.

a) 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:

• Các khớp cầu (rơ tuyn) bị mịn; • Ổ bi trong cơ cấu lái bị mịn; • Bánh răng và thanh răng bị mịn; • Bu lông bắt vỏ của cơ cấu lái bị hỏng.

b) Áp suất của cường hóa lái thủy lực hệ thống lái không ổn định

❖ Van lưu thông của bơm bị bẩn: