I. đặc điểm của cờng hoá lái
2.2 Chọn van phân phối:
Van phân phối có hai dạng đợc dùng phổ biến là loại van trợt và loại van xoay. Loại van trợt có kết cấu phức tạp. Với cơ cấu lái liên hợp của xe thiết kế, loại van xoay có kết cấu gọn, không có độ dịch chuyển dọc.
2.3 Nguyên lý làm việc của van phân phối kiểu van xoay.
Van ống ngoài( van xoay): Dng = 40(mm); dtr = 26(mm).
Có đờng dầu đến d = 7mm, đợc khoan thẳng, hai lỗ cờng hoá đợc khoan chéo góc d = 4mm. Đục mỗi mặt 4 lỗ cách đều nhau, có tất cả 12 lỗ trên mặt van. Mặt ngoài có khoét rãnh vuông và mặt trong có khoét rãnh êlíp. Van đợc lắp chặt với trục vít bằng chốt đờng kính 3(mm)
Van ống trong ( trục van phân phối): Dng = 26(mm); dtr = 13(mm).
Van này chỉ có hai loại lỗ: một lỗ trung gian (khi xe đi thẳng) và một lỗ nằm trên cao để hồi dầu về. Van làm rỗng bên trong. Thanh xoắn nằm cố định trong van. Cả van ống trong và thanh xoắn đợc lắp với trục vít bằng một chốt đờng kính 4(mm), đầu còn lại của thanh xoắn lắp chặt với van ống trong bằng chốt 4(mm). Mặt bên ngoài van ống trong có rãnh êlíp để dẫn dầu đi cờng hoá. Nguyên lý cờng hoá: Van ống trong Van ống ngoài Thanh xoắn Về A Về B Hình 3.5: Khi xe đi thẳng
Khi xe đi thẳng: lúc này ba lỗ trung gian trùng nhau. Dầu đi từ bơm qua lỗ trung gian vào van ống trong rồi qua cửa hồi về bình chứa. Buồng trái và buồng phải xi lanh bị nén nhẹ nhng không có sự chênh lệch áp suất giữa chúng nên không có sự trợ lực lái
Khi xe rẽ về một bên: Van ống trong có phần vỏ nối với các đăng của vành lái. Khi các đăng xoay, van ống trong cũng xoay, thanh xoắn bị xoắn một góc làm cho van ống trong và van ống ngoài lệch nhau một góc nhỏ (khoảng gần 3 độ) chỉ đủ để đờng dầu đi thẳng của van ống ngoài có thể đi đến bên đờng dầu cần cờng hoá, đồng thời hớng mặt bên không cần cờng hoá vào khoang trống để dầu bên không cờng hoá có thể đi về bình chứa.
Khi đang đánh lái mà giữ nguyên vành lái, khi đó thanh xoắn vẫn đang bị xoắn, dầu trợ lực tiếp tục trợ lực cho một buồng (trái hoặc phải) của xi lanh lực tuỳ theo đang quay vòng theo hớng nào. Vì giữ nguyên vành lái nên thanh răng đứng yên. Do đó trục vít bị quay theo chiều ngợc lại, tức là thanh xoắn không bị xoắn nữa, các van trở về vị trí trung gian nh khi xe đi thẳng. Khi ngời lái tiếp tục đánh lái, quá trình lại diễn ra nh khi xe quay vòng về một phía đã trình bày ở trên. Van ống trong Van ống ngoài Về A Thanh xoắn
Hình 3.6: Khi xe quay sang phải.
iii.tính toán cờng hóa lái
3.1. Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái
Ta biết rằng khi cha có cờng hoá lái, muốn quay vòng ôtô thì ngời lái phải tác dụng một lực rất lớn lên vành tay lái để thắng đợc lực cản quay vòng. Nếu sử dụng lực này trong một thời gian dài thì ngời lái sẽ bị mệt và không an toàn khi di chuyển. Do vậy ta phải xác định đợc lực lớn nhất mà ngời lái phải tác dụng lên vành tay lái. Theo nh phần 2.4 ta đã xác định đợc lực cực đại tác dụng lên vành tay lái dựa vào lực cản của mặt đờng.
Pmax = 40,87(KG).
3.2. Xây dựng đặc tính cờng hoá lái
Theo giáo trình TKTT ôtô thì đặc tính của cờng hoá chỉ rõ sự đặc trng của quá trình làm việc của bộ cờng hoá hệ thống lái. Nó biểu thị mối quan hệ giữa lực mà ngời lái đặt lên vành tay lái Pl và mômen cản quay vòng của các bánh dẫn hớng Mc. ( ) . . . c l d th M P KG R i iω η = .
Qua đây ta thấy khi không có cờng hoá thì lực đặt lên vành tay lái chỉ phụ thuộc vào mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hớng (vì R, iω, id, ηth là những hằng số). Do đó đờng đặc tính là những đờng bậc nhất đi qua gốc toạ độ. Theo tính toán ở phần trớc khi quay vòng ôtô tại chỗ mômen cản quay vòng là lớn nhất, toạ độ xác định điểm này trên đờng đặc tính là B [40,87 ; 117,3]. Vậy
Hình 3.7: Khi xe quay sang trái.
Thanh xoắn
Về B Van ống ngoài
Về A Van ống trong
đờng đặc tính đợc xác định P1 = f(Mc) sẽ đi qua gốc toạ độ và đi qua điểm B [40,87 ; 117,3].
Khi hệ thống lái đợc lắp cờng hoá đờng đặc tính của của nó cũng biểu thị mối quan hệ giữa lực tác dụng lên vành tay lái và mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hớng Mc. Đây cũng là mối quan hệ bậc nhất.
Khi con trợt của van phân phối ở vị trí trung gian thì lực cờng hoá quy dẫn lên vành tay lái Pc = 0 nên mômen cản quay vòng Mc = 0.
Do bộ cờng hoá đợc thiết kế ở van phân phối có lò xo định tâm. Khi những va đập ở mặt đờng truyền ngợc lên vành tay lái nếu nằm trong giới hạn lực nén sơ bộ ban đầu của lò xo thì lực đó đợc truyền lên vành tay lái. Nếu nh lực ngợc đó mà vợt quá giới hạn đó thì lò xo sẽ đợc nén tiếp dẫn đến con trợt van phân phối bị lệch về một phía và bộ cờng hoá bắt đầu làm việc. Cụ thể, để bộ c- ờng hoá làm việc thì lực đặt lên vành tay lái phải lớn hơn 2,5 (KG). ở giai đoạn này đặc tính biểu thị sẽ trùng với đặc tính khi cha có bộ cờng hoá.
Tại điểm A [2,5 ; 6,15] thì bộ cờng hoá bắt đầu làm việc.
Khi lực đặt lên vành tay lái lớn hơn 2,5 (KG) đờng đặc tính đặc trng cho hoạt động của cờng hoá ở giai đoạn này cũng là đờng bậc nhất nhng có độ dốc thấp hơn so với đờng đặc tính khi cha có cờng hoá (độ dốc này cần thiết phải có để đảm bảo cho ngời lái có cảm giác sức cản của mặt đờng tác dụng lên vành tay lái). Khi mômen cản quay vòng lớn hơn Mc = 117,3 (KGm) thì hệ thống lái làm việc nh hệ thống lái cơ khí ban đầu (cờng hoá đã làm việc hết khả năng). Cụ thể là ngời lái muốn quay vòng ôtô thì phải tác dụng lên vành tay lái một lực Pl > Pc. Đồ thị các đờng đặc tính khi cha cờng hoá Pl = f(Mc) và đợc lắp bộ cờng hoá Pc = f(Mc) đợc thể hiện ở hình dới đây.
Ta thấy rằng:
Đặc tính khi cha có cờng hoá là đờng bậc nhất, đoạn OB.
Đặc tính khi có cờng hoá là đờng bậc nhất gãy khúc và thấp hơn đ-
ờng đặc tính khi cha có cờng hoá.
Đoạn OA: Pl = Pc = f(Mc). Lực do ngời lái hoàn toàn đảm nhận. Đoạn AC: Pc = f(Mc). Biểu thị lực mà ngời lái cảm nhận về chất lợng mặt đờng. Điểm C [15 ; 117,3], chọn Pc = 15 (KG).
Hiệu số các toạ độ của hai đờng Pc và Pl chính là lực tạo nên bởi bộ cờng hoá. Lực này phải phụ thuộc vào áp suất môi trờng làm việc và đờng kính của xilanh.
Lực cờng hoá cực đại quy dẫn về vành tay lái: PH =Plmax − =Pc 40,87 15 25,87(− = KG).
Nếu chọn Pc lớn thì quay riêng các bánh xe dẫn hớng tại chỗ sẽ nặng hơn, còn nếu chon Pc quá nhỏ thì ngời lái sẽ không đủ cảm giác về chất lợng mặt đ- ờng.
3.3. Xác định lực tính toán
Với ôtô tải để giảm cờng độ lao động của ngời lái thì lực lái lớn nhất mà ngời lái phải sinh ra khi quay vòng xe là 15 (KG). Trong khi đó nếu không có c- ờng hoá thì lực lớn nhất mà ngời lái phải sinh ra là 40,87 (KG) nh đã tính ở trên. Khi quay vòng tại chỗ mômen cản quay vòng là lớn nhất
Mcmax =117,3(KGm). Lực thực tế mà xilanh lực phải sinh ra
Ta có lực cờng hoá cực đại quy dẫn về vành tay lái là: PH =25,87(KG).
Mômen cản quay vòng lớn nhất của xe sinh ra trên trụ quay đứng là: Mc =117,3(KGm).
Trong đó xilanh lực phải sinh ra mômen có độ lớn bằng: Mch =k M. c (4 – 1)
ở đây: k – là phần trăm lực mà bộ cờng hoá sinh ra trên vành tay lái. Khi quy dẫn lên vành tay lái thì:
max max 40,87 15 .100% .100% 63,3% 40,87 l c l P P k P − − = = = . Trong đó:
Plmax – lực cực đại trên vành tay lái mà ngời lái phải sinh ra khi quay vòng ôtô tại chỗ khi cha có cờng hoá Plmax = 40,87(KG).
Pc – lực cực đại trên vành tay lái mà ngời lái phải sinh ra khi có bộ cờng hoá làm việc Pc = 15 (KG).
Lực mà xilanh phải sinh ra là:
63,3.117,3 571,16( ) 100.0,13 ch xl M P KG e = = = . (4 – 2)
e – là khoảng cách từ đòn kéo ngang tới cầu dẫn hớng e = 130 (mm).
3.4. Tính toán xilanh lực
Kích thớc của xilanh lực cần phải đủ lớn để đảm bảo sinh ra đợc lực cần thiết trong khi áp suất chất lỏng trong hệ thống trợ lực lái là có giới hạn. Nếu kích thớc nhỏ thì áp suất dầu trợ lực phải lớn và ngợc lại. áp suất dầu là do bơm dầu sinh ra, nó không thể quá lớn đợc. Còn kích thớc xilanh phải vừa phải để có thể bố trí đợc trên xe.
3.4.1. Xác định đờng kính trong của xilanh lực và đờng kính cần piston
Theo sách [5] đờng kính trong của xilanh lực đợc tính theo công thức:
2 0 4. . xl x P D d P π = + (4 – 3) Trong đó:
Dx – đờng kính trong của xilanh lực.
P0 – là áp suất cực đại trong hệ thống cờng hoá. P0 = 65 (KG/cm2) theo sách [12].
Pxl – lực mà xilanh phải sinh ra Pxl = 571,16 (KG). Nh vậy ta có: 4.571,16 2 2 3,9( ) 3,14.65 x D = + = cm Lấy Dx = 4,0 (cm).
3.4.2. Chọn đờng kính ngoài và kiểm bền xilanh lực
Lấy chiều dày của thành xilanh là 8 (mm) thì đờng kính ngoài của xilanh lực là:
Dn =40 2.8 56(+ = mm). ứng suất tác dụng lên thành xilanh:
2 2 2 2 2 0 0 2 2 2 2 5,6 4,0 . .65 65 265,4( / ) 5,6 4,0 n x n x D D P P KG cm D D + + σ = + = + = − − (4 – 4) Vật liệu làm xilanh là thép 40XH. [ ]σ =ch 800(KG cm/ 2). [ ]σ =571,4(KG cm/ 2).
Vậy: σ <[ ]σ xilanh lực thoả mãn điều kiện bền.
3.4.3. Xác định hành trình và thể tích làm việc của xilanh lực
Do kết cấu và bố trí cờng hoá, vỏ xilanh lực đợc gắn trên dầm cầu, cần đẩy piston gắn với đòn kéo ngang thông qua các khớp. Hành trình của piston xilanh lực là chiều dài mà piston phải trợt khi ta quay vành tay lái từ vị trí tận cùng bên
380 θ
Hình 4.2
Sơ đồ hành trình dịch ngang
trái sang vị trí tận cùng bên phải. Quãng đờng này của piston bằng hai lần quãng đờng mà piston phải trợt từ vị trí trung gian sang tận cùng một phía.
Theo nh ta đã chọn thì góc quay của bánh xe khi hết lái là 370 so với vị trí trung gian. Hình minh hoạ 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. Theo hình vẽ thì hành trình piston gần bằng hành trình dịch ngang của thanh kéo ngang và đợc tính bằng biểu thức sau: 0 2.( .sin .sin(37 )) 2.(135.sin16 135.sin(37 16)) 171,2( ) h m m mm θ θ = + − = + − = (4 – 5)
Trong đó : θ: góc tạo bởi hình thang lái và đòn bên xét theo phơng dọc θ = 160 lấy theo xe tham khảo
Vậy thể tích làm việc của xilanh lực là:
. 2 3 . ( ) 4 x lv D V =π h cm . (4 – 6) Trong đó:
Dx - đờng kính trong của xilanh lực Dx = 4,0 (cm). h – hành trình làm việc của piston.
Nh vậy ta có: 3,14.4,02 3 .17,12 215,03( ) 4 lv V = = cm .
3.4.4. Xác định chỉ số hiệu quả tác dụng của cờng hoá
Theo giáo trình TKTT ôtô tập 2 – 1971 thì chỉ số hiệu dụng của cờng hoá đợc xác định qua kệ số k: max 40,87 2,72 15 l c P k P = = = (4 – 7)
Theo quy phạm thì hệ số k nằm trong phạm vi cho phép [k] = 2 ữ 6. ở đây k = 2,72 nằm trong khoảng cho phép. Vậy các thông số của bộ cờng hoá mà ta đang tính toán thoả mãn điều kiện này.
3.5. Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái
Với bơm cung cấp dầu cho cờng hoá thì đòi hỏi phải cung cấp đủ dầu cho c- ờng hoá làm việc. Lu lợng của bơm đợc xác định từ điều kiện là làm thế nào để xilanh lực của cờng hoá phải kịp làm quay các bánh xe dẫn hớng nhanh hơn điều mà ngời lái có thể làm đợc. Nếu không đảm bảo đợc điều kiện này thì ứng
với trờng hợp quay vòng nhanh thì ngời lái sẽ phải tiêu hao một lực lớn không những để thắng đợc lực cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hớng mà còn để đẩy dầu di chuyển từ khoang bên này sang khoang bên kia của xilanh lực vì bơm không đủ lu lợng.
3.5.1. Tính lu lợng của bơm
Lu lợng của bơm đợc tính theo thời gian quay vòng và thể tích làm việc của xilanh lực: Vlv Q t = (4 – 8) Trong đó: Q – lu lợng của bơm.
Vlv – thể tích làm việc của xilanh Vlv = 215,03 (cm3). t – thời gian quay vòng của xe t = 2,81 (s).
Ta có:
215,03 3
76,52( / )
2,81
Q= = cm s .
Thực tế lu lợng của bơm còn phải lớn hơn nh vậy để bù vào sự dò dỉ dầu ở van phân phối. Lu lợng dò dỉ là ∆Q
∆Q = (0,05 ữ 0,1)Q. Lấy ∆Q = 0,08Q Tức là:
Qtt = Q + ∆Q = 1,08Q = 1,08.76,52 = 82,64 (cm3/s).
Năng suất tính toán của bơm ở đây phải đạt đợc ở số vòng quay của động cơ cao hơn số vòng quay không tải là 25% và áp suất đạt đợc là 0,5Pmax .
3.5.2. Chọn bơm cờng hoá
Bơm cờng hoá là cụm phức tạp và chịu tải lớn nhất của hệ thống cờng hoá thuỷ lực. Điều kiện làm việc của bơm gây nên bởi chế độ tải trọng thay đổi lớn, ứng suất nhiệt cao và sự ảnh hởng cảu môi trờng xung quanh.
Bơm đợc sử dụng cho cờng hoá có nhiều loại nh bơm piston, bơm trục vít, bơm bánh răng, bơm cánh gạt. Hiện nay trên các xe hiện đại ngời ta sử dụng chủ yếu hai loại bơm là bơm bánh răng và bơm cánh gạt.
Qua phân tích các yêu cầu và điều kiện làm việc của bơm cờng hoá 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 ữ 0,8, áp suất có thể đạt 100 (KG/cm2), lu lợng từ 5 ữ 200 (l/phút).
Căn cứ vào lu lợng thực tế của bơm ta đã tính toán ở phần trớc ta chọn loại bơm cánh gạt tác dụng kép có lu lợng riêng là 90 (cm3/s).
3.6. Tính toán các chi tiết của van phân phối 3.6.1. Tính góc xoay của van xoay.
'' '+∆ ∆ =
∆ (3-6)
a. ∆': Khe hở giữa mép van ống trong và van ống ngoài.
ψ γ . . . 2 d . . 2 1. ' d p g h Q ∆ = ∆ (3-7) Trong đó:
+. Q: lu lợng dầu cung cấp cho bộ cờng hoá làm việc. Q = 82,64(cm3/s).
+ d1: Đờng kính lõi van, chọn d1 = 2,6(cm)
+ h: độ dài chiều dọc rãnh van, chọn h = 2,1(cm) + g: Gia tốc trọng trờng. g = 10(m/s2) = 100(cm/s2).
+ ∆p: Tổn thất áp suất ở hành trình không tải. ∆ =0.3 3
cm KG
P .
+ γd: Trọng lợng riêng của dầu. =0.9 3=0.009 3
cm KG cm g d γ . +. ψ: Tổn thất cục bộ. ψ = 3,1. ⇒ ' 82,64 ( ) 0,16 2.100.0,3 2.2,1.2,6 0.009.3,1 cm ∆ = = .
Khi tính đến sự tiết lu trong các đờng rãnh dầu lấy: ∆ =' 0, 2( )cm =2(mm) b. ∆'': Độ trùng khớp cực đại của mép van ống trong và van ống ngoài (độ