Chương 2: Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con
2.1. Xác định lực đặt lên vành tay lái
2.1.1. Xác định mô men cản quay các bánh xe
Số liệu đầu vào dựa trên xe tham khảo Honda Accord SM 2014 như trong Bảng Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con-2.
Bảng Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con-2. Thông số đầu vào tính toán
TT Thông số Giá trị Đơn vị Ghi chú
1 Kích thước (DxRxC) 4930 x 1847 x 1475 mm
2 Chiều dài cơ sở 2800 mm
3 Cỡ lốp 235/45R18 94V
4 Trọng lượng không tải 14880 N
5 Trọng lượng toàn tải 20000 N
6 Trọng lượng cầu trước G1 11000 N
7 Trọng lượng cầu sau G2 9000 N
Lực tác động lên vành tay lái của ô tô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ô tô tại chỗ. Lúc đó mômen cản quay vòng trên bánh xe dẫn hướng Mc sẽ bằng tổng số của mômen cản chuyển động M1, mômen cản M2 do sự trượt lê bánh xe trên mặt đường và mômen cảnM3 gây nên bởi sự làm ổn định các bánh xe dẫn hướng.
Mc=2(M1+M2+M3)1η
(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con.1 ) Với là hiệu suất tính đến tổn hao ma sát tại cam quay và các khớp trong dẫn động lái = 0,5 - 0,7 chọn = 0,7
+ Mô men cản M1
Mômen cản quay vòng được xác định theo công thức:
M1=Gbxfa
(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con.2) Trong đó:
Gbx - Trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng.
Gbx=G1
2 =11000
2 =5500 (N).
a - cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng với xe thiết kế đo được a = 0,045 m.
f - hệ số cản lăn ta xét trong trường hợp khi ô tô chạy trên đường nhựa và khô ta chọn f = 0,015.
Vậy: M1= 5500.0,045.0,015 = 3,71 (Nm)
+ Mô men cản M2 do sự trượt bên của bánh xe trên mặt đường:
Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe. Nguyên nhân lệch này là do sự đàn hồi bên của lốp. Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu
của trục bánh xe một đoạn x về phía sau. Đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảng cách của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài của nó theo công thức sau:
x=0.5√r2−rbx2
(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con.3) Trong đó:
+ r - bán kính tự do của bánh xe.
r=(H+d/2)
(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con.4) Với bánh xe có cỡ lốp là: 235/45R18 94V
Với H là chiều cao lốp: H = 0,45.235 = 105,75 (mm)
Với d là đường kính vành bánh xe: d = 18 (ins) = 18.25,4 = 457,2 (mm)
r=(99+4572,2)=327,6 (mm)
+ rbx❑
- bán kính làm việc của bánh xe.
Ta thừa nhận:
rbx❑ = 0.96r = 0,96.327,6 = 314,5 (mm).
(Tính toán, thiết kế hệ thống
Nên:
x=0,5√r2−(0,96r)2=0,14r.
Ta có mômen ma sát giữa bánh xe và đường là:
M2=Gbx. ϕ . x
(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con.6) Với ϕ là hệ số bám ngang. Lấy ϕ = 0,85
Vậy: M2 = 5500.0,85.0,14.314,5.10-3 = 205,8 (Nm)
M3 mô men gây bởi các góc đặt của bánh xe và trụ đứng, việc tính toán mô men này tương đối phức tạp nên trong khi tính toán có thể thay thế M3 bằng một hệ số λ khi đó mô men cản quay vòng tại 1 bánh xe dẫn hướng được tính như sau :
M = (M1 + M2)λ Với λ = 1,07- 1,15 ta chọn λ = 1,1 suy ra ta có:
M = (3,71 +205,8).1,1 = 230,46 (Nm)
(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con.7) Vậy mô men cản quay vòng là: Mc = 2.230,46/0,7 = 658 (Nm)
2.1.2. Tỷ số truyền của dẫn động lái
Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn. id = 0,85-1,1
Chọn sơ bộ id = 1 (cho cầu dẫn hướng).
2.1.3. Tỷ số truyền cơ cấu lái ic
Ta có công thức:
α’max=αmax.i
(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô
α’max: gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng.
Với xe thiết kế ta chọn α’max = 1,75 vòng
αmax: góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng (40o).
Ta có:
i= αmax' αmax=1,75.360
40 =15,75 Ta lấy sơ bộ tỷ số truyền của hệ thống lái i =16.
Tính lại α’max, ta có: αmaz
' =i . αomax=16.40°=640°=1,78vòng, phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế.
Do tỷ số truyền của dẫn động lái id = 1, nên tỷ số truyền của cơ cấu lái ic = 16.
2.1.4. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái
Khi đánh lái trong trường hợp ô tô đứng yên tại chỗ thì lực đặt lên vành tay lái để thắng được lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng là lớn nhất. Lực lớn nhất đặt lên vành tay lái được xác định theo công thức:
Pvlmax= Mc R .ic.id. η
(Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con.9) Trong đó:
Mc – mô men cản quay vòng: Mc= 658 (Nm).
R - bán kính bánh lái: R = 0,18 (m).
ic - tỷ số truyền cơ cấu lái : ic = 16.
η - hiệu suất của hệ thống lái: η = 0,8.
id - tỷ số truyền của truyền động lái: id = 0,85 - 1,1 ; chọn id = 1.
Vậy
Pvlmax= 658
0,18.16 .0,8=286(N)
Với Pvl này sẽ làm cho người lái mệt mỏi khi điều khiển một khoảng thời gian, cho nên ta phải sử dụng hệ thống trợ lực lái, tạo sự thoải mái cho người lái.
2.1.5. Chọn phương án cường hóa lái
Với thực tế và những vấn đề về cường hóa lái đã được giới thiệu ở phần trước, ta chọn phương án thiết kế cường hóa như sau:
- Phương án cường hóa lái là cường hóa thủy lực.
- Chọn bơm là bơm cánh gạt.
- Phương án bố trí là sơ đồ 4: cơ cấu lái, xi lanh lực và van phân phối bố trí trên cùng một khối.
- Chọn van điều khiển là loại van xoay.
Kết hợp với việc chọn phương án cơ cấu lái là bánh răng - thanh răng, và dẫn động lái 6 khâu, ta có sơ đồ bố trí chung hệ thống lái thiết kế như sau:
Hình Tính toán, thiết kế hệ thống lái cho ô tô con.28. Bố trí chung hệ thống lái thiết kế Nguyên lý hoạt động:
Khi quay vành lái đi một góc, lực từ vành lái truyền qua trục lái tới trục răng của cơ cấu lái. Mô men này làm quay trục răng, tác dụng làm thanh răng di chuyển sang trái hoặc phải, qua thanh dẫn động và đòn quay bên tác dụng làm cho bánh xe xoay sang phải hoặc sang trái, thay đổi hướng chuyển động của ô tô. Khi lực đặt vào vành tay lái đến một giá trị xác định (được tính trước), khi đó cường hóa lái bắt đầu làm việc và tác dụng lực làm quay các bánh xe dẫn hướng.