MỤC LỤC
MỤC LỤC..1
LỜI NÓI ĐẦU...2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI. 7
1.1 Nhiệm vụ - Yêu cầu - Phân loại hệ thống lái 7
1.1 .1 Nhiệm vụ. 7
1.1.2 Yêu cầu. 7
1.1.3 Phân loại 7
1.2. Kết cấu các hệ thống lái thường gặp trên ô tô. 8
1.2.1. Hệ thống lái không có trợ lực. 8
1.2.2.Hệ thống lái có trợ lực thủy lực. 9
1.2.3 Hệ thống lái trợ lực điện (Electronic Power Steering-EPS). 13
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN THIẾT KẾ.. 16
2. 1 Giới thiệu chung về xe Hyundai Santafe 2017. 16
2.1.1. Kết cấu hệ thống lái trợ lực điện Santafe. 22
2.1.2. Cơ cấu lái của Santafe. 23
2.1.3.Nguyên lý hoạt động của hệ thống Santafe. 24
2.1.4. Phương pháp điều khiển trợ lực trong hệ thống lái trợ lực điện. 25
2.1.5. Đặc điểm kết cấu của các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện. 27
2.2. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế. 35
2.2.1. Phương án lựa chọn dẫn động lái 35
2.2.2. Phương án lựa chọn cơ cấu lái 37
2.2.3. Phương án lựa chọn thiết kế trợ lực điện. 38
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI. 42
3.1. Tính toán thiết kế các thông số cơ bản. 42
3.1.1. Xây dựng đường cong lý thuyết: 42
3.1.2. Xây dựng đường cong thực tế: 43
3.1.3. Xác định mômen cản quay vòng taị chỗ. 46
3.1.4. Xác định chiều dài thanh răng: 49
3.2. Tính toán bộ truyền cơ cấu lái 50
3.2.1. Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng. 50
3.2.2. Xác định các thông số của bánh răng. 50
3.2.3. Xác định kích thước và thông số của thanh răng: 52
3.3. Tính bền cơ cấu lái 53
3.3.1. Tính bền cơ cấu lái trục răng - thanh răng: 53
3.3.2. Tính bền dẫn động lái 56
3.4. Thiết kế dẫn động lái 59
3.5 Tính toán thanh xoắn. 61
3.6 Tính chọn motor điện trợ lực. 61
3.7 Tính toán điều khiển motor điện. 62
3.8 Tính toán và kiểm bền trục vít - bánh vít 63
CHƯƠNG 4: BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI. 69
4.1. Một số hư hỏng và biện pháp khắc phục hệ thống lái 69
4.2. Kiểm tra chẩn đoán. 71
4.2.1. Kiểm tra hình thang lái 71
4.2.2. Kiểm tra điều chỉnh độ chụm bánh xe. 71
4.2.3. Kiểm tra độ đảo vành bánh xe. 72
4.3. Bảo dưỡng và sửa chữa các hư hỏng trên hệ thống lái 72
4.3.1. Quy trình tháo hệ thống lái 72
4.3.2. Quy trình lắp hệ thống lái 78
4.3.3. Bảo dưỡng hệ thống lái 78
KẾT LUẬN.. 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 82
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật trên thế giới đã có những bước tiến vô cùng mạnh mẽ.Có rất nhiều thành tựu khoa học tiên tiến được ứng dụng rộng dãi vào đời sống và phát triển kinh tế, đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông vận tải.
Nền công nghiệp chế tạo ô tô thế giới hiện nay đã có sự phát triển rất lớn và đang tạo đà cho khả năng phát triển nhanh chóng trong tương lai tới đây.Cùng với sự phát triển của khoa học, ngành công nghiệp ô tô cũng không ngừng đưa đến cho người sử dụng những công nghệ mới. Nó khiến cho xe ô tô không những trở nên tiện nghi, an toàn hơn mà còn thân thiện với con người và môi trường. Ngành công nghiệp ô tô hiện nay đã đưa vào sử dụng các công nghệ hết sức tiên tiến để chế tạo và lắp đặt ô tô như các loại cảm biến, các thiết bị điều khiển điện, điện tử…
Ở nước ta ngành công nghiệp ô tô đa phần là lắp ráp và sử dụng.Tuy nhiên cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật trên thế giới mà các công ty đã dần đưa các công nghệ tiên tiến, hiện đại ứng dụng vào lắp đặt, chế tạo ô tô. Trong đó hệ thống lái là một phần rất quan trọng, nó quyết định tới độ an toàn cho người sử dụng khi tham gia giao thông.
Từ vấn đề đó, với những kiến thức đã học và sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn, em quyết định thực hiện đề tài: “Tính toán thiết kế hệ thống lái dựa trên xe cơ sở Hyundai Santafe”. Đề tài được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy: TS. ……………. cùng các thầy cô khác trong bộ môn công nghệ và kỹ thuật ô tô.
Đến nay em đã đưa ra được cấu tạo và hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện cũng như những hư hỏng thường gặp của cơ cấu trong quá trình hoạt động của ôtô. Xây dựng được quy trình tính toán thiết kế, kiểm tra, sửa chữa, tháo, lắp và cách khắc phục hư hỏng của các bộ phận trong cơ cấu lái trợ lực điện.
Em rất mong những đóng góp ý kiến của quý thầy cô cùng tất cả các bạn để đề tài của em ngày một hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Vĩnh Yên, Ngày….. tháng …. năm 20…
Sinh viên thực hiện
…………………
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1.1 Nhiệm vụ - Yêu cầu - Phân loại hệ thống lái
1.1 .1 Nhiệm vụ
Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe. Bởi vậy chức năng của hệ thống lái là giữ nguyên hay thay đổi hướng chuyển động của xe theo ý muốn người điều khiển.
1.1.2 Yêu cầu
Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Hệ thống lái điều khiển dễ dàng, nhanh chóng, chính xác và an toàn. Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảo không gây nên các dao động và va đập trong hệ thống lái.
- Lực cần thiết đặt trên vành tay lái nhỏ.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt.
1.1.3 Phân loại
Hệ thống lái có thể phân loại như sau:
* Theo phương pháp chuyển hướng :
- Chuyển hướng hai bánh xe trên cầu trước.
- Chuyển hướng tất cả 4 bánh xe. Ký hiệu 4WS
* Theo đặc điểm truyền lực:
- Hệ thống lái cơ khí ( hệ thống lái thường ).
- Hệ thống lái cơ khí có trợ lực.
1.2. Kết cấu các hệ thống lái thường gặp trên ô tô
1.2.1. Hệ thống lái không có trợ lực
* Hệ thống lái cơ khí loại trục vít, bánh vít
Hệ thống lái cơ học loại trục vít - bánh vít, dạng bánh răng hình quạt, gồm có vành tay lái hay vô lăng 1 cố định với trục lái 2. Trục lái được lồng hay đặt trong ống lái và nối với cơ cấu lái hay bộ truyền lực chính, loại trục vít 3 và bánh vít, dạng bánh răng hình quạt 4. Trục của bánh răng hình quạt cố định với đòn quay đứng 5, thanh kéo dọc 6 nối bản lề với đòn quay đứng 5 và đòn quay ngang 7.
1.2.2. Hệ thống lái có trợ lực thủy lực
Các bộ phận chính của hệ thống lái có trợ lực gồm: bơm, van điều khiển, xilanh trợ lực, hộp cơ cấu lái (bót lái). Hệ thống lái sử dụng công suất động cơ để dẫn động cho bơm trợ lực tạo ra áp suất. Khi xoay vô lăng sẽ chuyển mạch một đường dẫn dầu tại van điều khiển. Nhờ áp suất dầu này mà píttông trong xilanh trợ lực được đẩy đi và làm quay bánh xe dẫn hướng.
* Các chi tiết chính của hệ thống
- Bơm trợ lực lái
Hầu hết sử dụng loại bơm cánh gạt để làm bơm trợ lực vì loại này có ưu điểm kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, phù hợp với hệ thống thuỷ lực yêu cầu áp suất không lớn.
+ Hoạt động của bơm:
Trục bơm quay dẫn động cho rô to quay trong stato bơm (hay còn gọi là vòng cam) được gắn chắc với vỏ bơm.Trên rô to có các rãnh để gắn các cánh bơm.
- Van xoay
Chuyển động quay của trục van điều khiển kiểu van quay tạo nên một giới hạn trong mạch thuỷ lực. Khi vô lăng quay sang phải áp suất bị hạn chế tại các lỗ X và Y. Khi vô lăng quay sang trái trục van điều khiển tạo giới hạn tại X' và Y'. Khi vô lăng xoay thì trục lái quay, làm xoay trục vít qua thanh xoắn.
1.2.3 Hệ thống lái trợ lực điện (Electronic Power Steering-EPS)
a. Yêu cầu đối với hệ thống lái trợ lực điện
- Hệ thống lái đảm bảo điều khiển dễ dàng, nhanh chóng và an toàn. Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảo không gây nên các dao động và va đập trong hệ thống lái.
- Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng chỉ cần đặt lực trên vành tay lái nhỏ hơn khi xe đi vào đường vòng.
b. Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện
Các phần tử chính của trợ lực lái điện gồm có: Mô tơ điện một chiều; Các cảm biến; Bộ điều khiển trung tâm (ECU);
* Mô tơ điện trợ lực lái: Mô tơ điện của trợ lực lái là một mô tơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu, gắn với bộ truyền động của trợ lực lái. Có nhiệm vụ tạo ra mô men trợ lực dưới điều khiển của ECU, đưa ra được mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vô lăng.
* Bộ điều khiển trung tâm (ECU): Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý thông tin để điều khiển mô tơ trợ lực lái. Thực hiện việc điều khiển dòng điện cấp cho Mô tơ theo qui luật xác định tạo ra lực trợ lực theo tốc độ xe và mô-men đặt lên vành lái để đảm bảo lực lái thích hợp trong toàn dải tốc độ xe.
c. Các dạng trợ lực điện
Hệ thống lái trợ lực điện gồm có 2 kiểu trợ lực cơ bản là:
+ Mô tơ trợ lực trên trục lái
+ Mô tơ trợ lực ở bên trong cơ cấu lái
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN THIẾT KẾ
2.1 Giới thiệu chung về xe Hyundai Santafe 2017
Bảng thông số kỹ thuật cơ bản xe Hyundai Santafe như bảng 2.1.
Hyundai SantaFe 2017 sở hữu kích thước tổng thể Dài x Rộng x Cao đạt 4.690 x 1.880 x 1.680 (mm), khi đặt cạnh người đồng hương Sorento thì mẫu xe của Hyundai nhỉnh hơn về chiều dài cùng chiều cao, kém đôi chút ở chiều rộng, còn lại cả hai có cùng chiều dài cơ sở 2.700 (mm) và khoảng sáng gầm 185 (mm).
SantaFe mang diện mạo dữ dằn, gây choáng ngợp với người đối diện và dường như luôn sẵn sàng lao đến chinh phục mọi điều phía trước. Cả bốn phiên bản cùng trước bị hệ thống đèn chiếu sáng HID có thể tự động bật/tắt nhờ vào cảm biến ánh sáng. "Đôi mắt" còn được tô điểm bởi hai dãy đèn LED chạy ban ngày sang trọng, vuốt dài từ góc của lưới tản nhiệt đa giác sang hai bên thân xe.
Sau cùng, hãng xe Hàn Quốc tạo điểm nhấn bằng sự đối lập khi đặt bộ ống xả kép bọc chrome bóng bẩy lệch về bên phải của cản sau cứng cáp vốn được ốp nhựa đen-xám.
Nội thất:
Hàng ghế thứ ba có lẽ chỉ nên dành cho các thành viên nhỏ tuổi bởi nếu khổ người cao tầm 1m70 sẻ phải bó gối kha khá, và tựa đầu lại đặt khá sát cửa kính phí sau. Dẫu sao SantaFe vẫn là một chiếc xe gia đình đủ tốt dành cho bảy người khi đặt cạnh các lựa chọn khác ở cùng tầm giá.
Tiện nghi:
Mở đầu cho danh sách trang bị của SantaFe 2017 là hệ thống điều hòa tự động hai vùng nhiệt độ độc lập, đi cùng đó là các hốc gió xuất hiện rải rác khắp cabin để phục vụ cụ thể cho từng hàng ghế trong suốt mọi chuyến đi.
Vận hành - An toàn:
Nhờ vào việc mang đến tùy chọn động cơ xăng hoặc dầu xen lẫn hệ dẫn động 2WD hoặc 4WD mà SantaFe luôn nằm trong danh sách “cân đo đong đếm” của nhóm khách hàng tìm mua xe 7 chỗ. Tất cả các phiên bản đều sử dụng hộp số tự động 6 cấp, và thông số hiệu năng của hai mẫu động cơ từ Hyundai như sau:
Động cơ diesel tăng áp R 2.2 eVGT: dung tích 2.199 cc, công suất cực đại 199 mã lực tại 3.800 vòng/phút, mô-men xoắn tối đa 441 Nm ở dải vòng tua 1.750 – 2.750 vòng/phút.
Hyundai đồng thời cung cấp cho người lái ba mức nhạy của chân ga thông qua nút Drive Mode, tùy theo cảm hứng và nhu cầu mạnh mẽ hay tiết kiệm mà bạn có thể tùy chọn Comfort - Normal - Sport để tăng dần độ bốc cho SantaFe. Đổi lại cột chữ A lại khá choáng tầm nhìn nên người lái cần phải chú ý, cẩn thận khi tiến vào các giao lộ nhiều xe máy.
2.1.1. Kết cấu hệ thống lái trợ lực điện Santafe
* Mô tơ điện trợ lực lái: Mô tơ điện của trợ lực lái là một mô tơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu, gắn với bộ truyền động của trợ lực lái. Có nhiệm vụ tạo ra mô men trợ lực dưới điều khiển của ECU, đưa ra được mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vô lăng.
* Bộ điều khiển trung tâm (ECU): Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý thông tin để điều khiển mô tơ trợ lực lái. Thực hiện việc điều khiển dòng điện cấp cho Mô tơ theo qui luật xác định tạo ra lực trợ lực theo tốc độ xe và mô-men đặt lên vành lái để đảm bảo lực lái thích hợp trong toàn dải tốc độ xe. Giảm thiểu sự biến động của lực lái bằng cách bù dòng điện cấp cho Mô tơ tương ứng với sự biến động mô-men xoắn đầu vào.
2.1.2. Cơ cấu lái của Santafe
Hệ thống lái trợ lực điện gồm có kiểu trợ lực cơ bản là:
+ Mô tơ trợ lực trên trục lái
- Hệ thống lái trợ lực điện có mô tơ trợ lực gắn trên trục lái
Trong hệ thống trợ lực lái kiểu này có một môtơ điện trợ lực cùng cơ cấu giảm tốc trục vít- bánh vít được bố trí ở trục lái chính ( trước đoạn các đăng trục lái) . Tại đây cũng bố trí cảm biến mômen lái.
2.1.4. Phương pháp điều khiển trợ lực trong hệ thống lái trợ lực điện
Phương pháp điều khiển dòng điện (Curent Control Method)
Trong phương pháp này, giá trị cần đạt được đối với dòng điện cấp cho môtơ tương ứng với mômen ra môtơ được thiết lập để nó bằng với tín hiệu tốc độ phản hồi của cảm biến tốc độ động cơ.
Hai phương pháp điều khiển trên dựa trên mối quan hệ giữa các thông số của môtơ. Trong mạch tương đương của môtơ, mối liên hệ giữa điện áp cực Vm, trở kháng L, điện trở R, sức điện động cố định K, tốc độ quay vòng N, cường độ dòng điện i, thời gian t được thể hiện trong công thức:
Vm =L(di/ dt) + R.i + K.N = R.i + k.N
2.1.5. Đặc điểm kết cấu của các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện
Trong trợ lực lái điện, có một phần tử rất quan trọng không thể thiếu đó là các cảm biến. Các cảm biến này có nhiệm vụ truyền thông tin đến ECU để ECU sử lý thông tin và quyết định vòng quay của môtơ trợ lực.
Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện – điện tử gồm: Cảm biến góc đánh lái, cảm biến mômen lái, cảm biến tốc độ đánh lái ( tốc độ quay vành lái ), cảm biến tốc độ ôtô.
a. Cảm biến góc lái
* Loại cảm biến góc lái loại hiệu ứng Hall
Có cấu tạo đơn giản hơn, dễ lắp đặt và đặc tính ra là dạng xung số. Vì vậy các xe ngày nay thường sử dụng loại cảm biến này.
Cấu tạo của cảm biến gồm 1 rôto nam châm nhiều cực gắn với trục lái. Một IC Hall được đặt đối diện với vành nam châm ( Cách 1 khe hở nhỏ: 0,2 ÷ 0,4 mm). Cảm biến được cấp nguồn điện 12v một chiều. Khi đánh tay lái, vành nam châm sẽ quay và từ trường của nam châm tác động vào IC Hall tạo ra chuỗi xung vuông 0v ÷ 5v.
b. Cảm biến mômen lái
Loại 4 vành dây
Cảm biến gồm 2 phần:
- Phần stato có 2 vành dây, các dây được cuốn trên các răng thép định hình
- Phần rôto có 2 vành dây: 1 vành được gắn với trục răng, phần thứ 2 được gắn với cácđăng trục lái. Giữa vành thứ nhất và thứ hai có thể xoay lệch nhau 1 góc bằng góc xoắn của thanh xoắn ( Khoảng 7 độ 58 phút)
d. Loại mạch từ trở MRE
Cảm biến được lắp ở trục thứ cấp hộp số. Cảm biến gồm 1 vòng nam châm nạp nhiều cực lắp trên trục của cảm biến. Khi vòng nam châm quay, từ trường sẽ tác động lên mạch từ trở MRE và tạo ra các xung xoay chiều tại 2 đầu mút 2 và 4 của mạch MRE.
+ Trục lái: Là trục bắt vào vành lái có nhiệm vụ nhận và truyền lực của người lái từ vành lái xuống dưới.
+ Thanh xoắn: Nối giữa cá trục bằng chốt, có nhiệm vụ xác định đảm bảo cho các trục chuyển động tương đối với nhau. Đồng thời là bộ phận tạo sự chuyển vị tương đối gây ra sự lệch góc giữa các trục
- Các trạng thái quay vòng: Khi người lái quay vành lái sang, cảm biến mômen xác định được chiều quay và mômen tác dụng trên trục lái, ECU điều khiển motor trợ lực phù hợp theo chiều quay của vành lái.
+ Động cơ điện một chiều.
Cấu tạo:
Để đảm bảo được công suất trợ lực cần thiết trên bộ trợ lực điện sử dụng loại động cơ điện một chiều, nó bao gồm: Rôto, stato, trục lái chính và cơ cấu giảm tốc. Cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít. Mô men do rôto động cơđiện tạo ra được truyền tới cơ cấu giảm tốc sau đó được truyền tới trục lái chính.
Hoạt động:
Khi nhận được tín hiệu điều khiển từ ECU EPS thì mô tơ sẽ quay để thực hiện quá trình trợ lực như: quay nhanh, quay chậm, quay trái, quay phải và dừng. Trục thứ cấp được dẫn động bởi mô tơ thông qua cơ cấu trục vít bánh vít nên khi mô tơ quay làm cho trục thứ cấp quay theo.
e. ECU trợ lực lái
ECU EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, so sánh các tín hiệu mà nó nhận được, tính toán rồi đưa ra tín hiệu để điều khiển tốc độ và hướng quay của mô tơ trợ lực D/C phù hợp với tín hiệu mà ECU nhận được từ các cảm biến.
Trong trường hợp hệ thống có sự cố ECU EPS sẽ gửi tín hiệu tới rơle bật sáng đèn báo EPS trên đồng hồ táp lô, đồng thời ECU EPS là nơi lưu mã hư hỏng để phục vụ cho việc sửa chữa.
f. Các cụm chi tiết khác.
* Vành tay lái.
Chức năng: có chức năng tiếp nhận mô men quay từ người lái rồi truyền cho trục lái.
Cấu tạo
Vành tay lái có cấu tạo tương đối giống nhau ở tất cả các loại ô tô. Nó bao gồm một vành hình tròn và một vài nan hoa được bố trí quanh vành trong của vành tay lái. Ngoài chức năng chính là tạo mô men lái, vành tay lái còn là nơi bố trí một số bộ phận khác của ô tô như: nút điều khiển còi, túi khí an toàn.. vv
* Trụ lái
Chức năng:
Trụ lái là thành tố cấu thành hệ thống lái có chức năng chính là truyền mô men lái từ vành tay lái đến hộp số lái. Một trụ lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phận bao che trục lái. Trụ lái của những ô tô hiện đại có cấu tạo phức tạp hơn nó cho phép thay đổi độ nghiêng của vành tay lái hoặc cho phép trụ lái chùn ngắn lại khi người lái va đập trong trường hợp xảy ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với người lái.
Cấu tạo:
Trục lái là bộ phận đặt bên trong vỏ trụ lái có chức năng truyền chuyển động quay của vành tay lái đến hộp số lái. Đầu trên của trục lái thường có ren và then hoa để liên kết và cố định vành tay lái trên trục lái, đầu dưới của trục lái liên kết với trục đầu vào của hộp số lái.
* Cơ cấu lái
Chức năng
Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động ngang của dẫn động lái
Tăng lực tác động của người lái lên vành tay lái để thực hiện quay vòng xe nhẹ nhàng hơn.
Cấu tạo
Thanh răng trượt trong các ống dẩn hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, trục vít được ép đến thanh răng bằng lò xo.
2.2. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế
2.2.1. Phương án lựa chọn dẫn động lái
Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của tất cả các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.
- Dẫn động lái bốn khâu
Hình thang lái bốn khâu đơn giản, dễ chế tạo đảm bảo được động học và động lực học quay vòng của bánh xe. Nhưng kiểu dẫn động này chỉ dùng trên xe có cơ cấu lái với hệ thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng).
- Dẫn động lái sáu khâu
Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt trên hầu hết các xe du lịch có hệ thống treo độc lập lắp trên cầu dẫn hướng. Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu là dễ dàng lắp đặt cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc, bố trí cường hóa lái thuận tiện ngaytrên dẫn động lái, hiện nay dẫn động lái sáu khâu được sử dụng rộng rãi trên các xe du lịch của các hãng như: Toyota, Nissan, KIA, Hyundai...
2.2.2. Phương án lựa chọn cơ cấu lái
Dựa vào đặc điểm kết cấu và ưu nhược điểm của từng loại cơ cấu lái đã giới thiệu ở trên, em lựa chọn phương án thiết kế hệ thống lái với cơ cấu lái đơn giản là cơ cấu bánh răng - thanh răng, với cơ cấu này thanh răng được lấy luôn là 1 khâu của hình thang lái. Đồng thời ta có thể bố trí thêm trợ lực lái nếu muốn có được tỉ số truyền thay đổi.
Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng có các ưu điểm sau:
+ Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang như các cơ cấu lái khác;
+ Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp. Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ;
+ Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải chăm sóc bảo dưỡng.
2.2.3. Phương án lựa chọn thiết kế trợ lực điện.
Theo vị trí của motor trợ lực ta có các phương án bố trí sau:
+ Phương án 1: motor trợ lực cho bánh răng chủ động (pinion-type).
Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào bánh răng chủ động của cơ cấu lái, nên mô men của motor không cần phải lớn và tốn không gian bố trí bên dưới.
+ Phương án 2: motor trợ lực vào thanh rang (rack-type).
- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào thanh răng của hệ thống.
Mô men của motor cần phải lớn và tốn không gian bố trí bên dưới.
+ Phương án 3: motor trợ lực cho trục lái (column -type ).
- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào trục lái của hệ thống.
- Motor trợ lực, cảm biến mô men, và ECU được gắn vào trục lái.
- Với kiểu này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên không gian bên dưới phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũng thuận tiện cho công việc tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa motor và phần điều khiển ECU.
+ Phương án lựa chọn:
Với 4 phương án trên em lựa chọn phương án số 3 là hệ thống lái trợ lực điện kiểu: column-type (motor trợ lực cho trục lái)
Với kiểu này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên không gian bên dưới phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũng thuận tiện cho công việc tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa motor và phần điều khiển ECU.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI
3.1. Tính toán thiết kế các thông số cơ bản
3.1.1. Xây dựng đường cong lý thuyết:
Trên hình là sơ đồ nguyên lý quay vòng.Từ lý thuyết quay vòng, để bánh xe lăn tinh khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quan hệ dưới đây của các bánh xe dẫn hướng.
cotga - cotgb = B/L (3.1)
3.1.2. Xây dựng đường cong thực tế:
Trường hợp xe đi thẳng:
Khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa a và b vẫn được giữ nguyên như công thức trên thì hình thang lái Đan - Tô không thể thoả mãn hoàn toàn được.
Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho sai lệch với quan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn, nhưng cũng không được vượt quá 10.
Trường hợp khi xe quay vòng:
Trên hình là Sơ đồ hình thang lái khi xe quay vòng. Khi bánh xe bên trái quay đi một góc a và bên phải quay đi một góc b, lúc này đòn bên của bánh xe bên phải hợp với phường ngang một góc (q-b) và bánh xe bên trái là (q +a).
Dựa vào công thức (2.4) và (2.15) ta xây dựng các đường đặc tính hình thang lái lý thuyết và thực tế ứng với mỗi giá trị của góc a = (00, 50, ... , 400) ta lấy góc q theo xe thiết kế.
3.1.3. Xác định mômen cản quay vòng taị chỗ.
Lực tác động lên vành tay lái của ôtô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ôtô 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 cản M3 gây nên bởi sự làm ổn định các bánh xe dẫn hướng.
Mômen cản M1
a - cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng với xe thiết kế đo được a = 0,03 m.
f - hệ số cản lăn ta xét trong trường hợp khi ôtô chạy trên đường nhựa và khô ta chọn f= 0,015.
Vậy: M1 = 3,665 (Nm).
Trên hình 3.11 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.
Với bánh xe có cỡ lốp là: 235/60/R18
Với B là chiều cao lốp : B = 0,6.235 =99 (mm)
Với d là đường kính vành bánh xe : d = 18 (ins) = 18.25,4 = 455,6 (mm)
Với j là hệ số bám ngang. Lấy j = 0,85
Vậy: M2 = 7750.0,85.0,14.276,8.10-3 =122 (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 khi đó mô men cản quay vòng tại 1 bánh xe dẫn hướng được tính như sau :
M = (M1 + M2)
Với = 1,07- 1,15 ta chọn = 1,1 suy ra ta có :
M = (3,665 +122).1,1 = 136 (Nm)
Vậy mô men cản quay vòng là: Mc =2.136/0,7 = 388 (Nm)
Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái:
Mc : mômen cản quay vòng: Mc = 388(Nm).
R : bán kính bánh lái: R = 0,18 (m).
ic : tỷ số truyền cơ cấu lái : Chọn ic = 20.
hth : hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái thanh răng - trục răng hiệu suất thuận. hth = 0,65.
id - tỷ số truyền của truyền động lái. id = 0,85- 1,1 ; chọn id = 1
Vậy Ppmax - 176 N
3.1.4. Xác định chiều dài thanh răng:
Do thanh răng quay về cả hai bên nên khoảng cách của thanh răng sẽ phải thoả mãn là: L = 180 (mm) > 2 X1 = 2.84,78 = 169,5 (mm).
Vậy khoảng cách phải làm việc của thanh răng đo trên chiều dài của trục nhỏ bằng nửa lần chiều dài ( L = 180 mm ). Vậy thanh răng đủ dài để xe có thể quay vàng dễ dàng mà không bị chạm.
3.2. Tính toán bộ truyền cơ cấu lái
3.2.1. Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng
Để xác định được bán kính vòng lăn của bánh răng ta có thể thực hiện theo các phương pháp sau:
+ Chọn trước đường kính vòng lăn của bánh răng từ đó tính ra vòng quay của bánh răng có phù hợp không. Có nghĩa là ứng với số vòng quay (n) nào đó thì thanh răng phải dịch chuyển được một đoạn X1 = 84,78 (mm).
+ Chọn trước số vòng quay của vành lái rồi sau đó xác định bán kính vòng lăn của bánh răng. đối với cơ cấu lái loại bánh răng - thanh răng thì số vòng quay của vành lái thì cũng là số vòng quay của bánh răng.
Dựa vào xe tham khảo, chọn số vòng quay về 1 phía của vành lái ứng với bánh xe quay là n = 1,5 vòng.
Suy ra: R = 9 mm.
3.2.2. Xác định các thông số của bánh răng
Ta có:
Dc : Đường kính vòng chia: Dc = 2R = 2.9 = 18 (mm ).
mn : Môdun pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn mn = 2.5.
b : Góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ góc nghiêng b = 120.
Từ công thức (3.22) ta suy ra số răng của bánh răng : Z = 6,13
Số răng tối thiểu: Zmin = 17cos3b = 17.cos3180 = 14,62
Như vậy Zmin = 15 >6 do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phải dịch chỉnh, ta chọn kiểu dịch chỉnh đều jS = 0.
Từ đó ta tính được các thông số của bộ truyền bánh răng :
- Đường kính vòng đỉnh:
Dd = Dc+2mn(1+ j) = 18 +2.2,5(1+ 0,647) = 26,24mm chọn = 27 mm.
+ Đường kính đỉnh chân răng:
Df =Dc- 2mn(1.25- j)=18-2.2,5(1,25- 0,647) =15 mm.
- Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy a = 200.
- Đường kính cơ sở của bánh răng:
D0 = Dc. cosa = 18.cos(200) = 16,9 1mm.
- Chiều cao răng :
h= (hf’ + hf” )m =(1 +1.25)2,5 = 5,625 mm.
- Chiều cao đỉnh răng:
h’ = (f’ + j) m = (1+ 0.647) 2,5 = 4,12 mm.
3.2.3. Xác định kích thước và thông số của thanh răng:
Suy ra: Z = 19,8. Vậy ta chọn Z = 20 răng.
Hệ số dịch chỉnh thanh răng :
jtr = jS - jbr = 0 -0,647 = 0,647
- Đường kính vòng chia của thanh răng:
Dc = Dd - 2m(1,25 - j) = 24 - 2.2,5(1,25 -0,647) = 20,985 mm » 21mm.
- Đường kính vòng đỉnh của thanh răng:
Dd = D = 24 mm
- Chiều cao của thanh răng
h = (f’ + f’’) mn = (1+ 1,25).2,5 = 5,625 mm
3.3. Tính bền cơ cấu lái
3.3.1. Tính bền cơ cấu lái trục răng - thanh răng:
Đối với loại truyền động truc răng - thanh răng phải đảm bảo cho các răng có độ bền cao.
Xác định lực tác dụng lên bộ truyền trục răng - thanh răng.
Kiểm tra vật liệu: Trong quá trình làm việc trục răng, thanh răng chịu ứng suất uốn tiếp xúc và chịu tải trọng va đập từ mặt đường. Vì vậy thường gây ra hiện tương rạn nứt chân răng. Do ảnh hưởng lớn tới sự tin cậy và tuổi thọ của cơ cấu lái. Để đảm bảo được những yêu cầu lam việc của cơ cấu lái thì vật liệu chế tạo trục răng - thanh răng được dùng là thép XH được tôi cải thiện.
Vậy điều kiện được thoả mãn Þ Bộ truyền trục răng - thanh răng đảm bảo đủ bền trong quá trình làm việc.
3.3.2. Tính bền dẫn động lái
- Đường kính trong: dtl = 25 (mm)
- Đường kính ngoài: Dtl = 17 (mm)
Trục lái được làm bằng ống thép, vật liệu làm trục lái là thép 35, không nhiệt luyện, có ứng suất tiếp xúc cho phép: [tx] = 50 - 80 MPa.
Khớp cầu được kiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc và kiểm tra độ bền uốn và cắt tại vị trí ngàm.
Lực tác dụng lên khớp cầu lớn nhất chính là lực cực đại tác dụng lên đòn kéo ngang: N = 7994,47 (N).
3.4. Thiết kế dẫn động lái
Xây dựng đặc tính cường hoá lái:
Theo giáo trình Thết kế tính toán ôtô thì đặc tính của cường hoá chỉ rõ sự đặc trưng của quá trình làm việc của bộ cường hoá hệ thống lái. Nó biểu thị mối quan hệ giữa lực mà người lái đặt lên vành tay lái Pl và mômen cản quay vòng của các bánh dẫn hướng Mc
Đồ thị các đường đặc tính khi chưa cường hoá Pl = f(Mc) và được lắp bộ cường hoá Pc = f(Mc) được thể hiện ở hình 2.8 dưới đây.
Ta thấy rằng:
Đặc tính khi chưa có cường hoá là đường bậc nhất, đoạn OB.
Đặc tính khi có cường hoá là đường bậc nhất gãy khúc và thấp hơn đường đặc tính khi chưa có cường hoá.
Đoạn OA: Pl = Pc = f(Mc). Lực do người lái hoàn toàn đảm nhận.
Đoạn AC: Pc = f(Mc). Biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt đường. Điểm C [388; 60], chọn Pc = 60 (N).
Từ C trở đi: Pc = f(Mc) song song với đường Pl = f(Mc).
3.5 Tính toán thanh xoắn
Chọn đường kính thanh xoắn D = 5 mm = 0,005 m.
Chiều dài thanh xoắn là L =130 mm = 0,130 m.
3.6 Tính chọn motor điện trợ lực
Ta có mô men cản lớn nhất của bánh xe dẫn hướng là 388 N.m
Với: M = Mvl + Mtl
Trong đó: Mvl : là mô men của người lái tác dụng lên vành lái
Mtl : là mô men trợ lực
Suy ra: Mtl = M - Mvl =29,85 -60.0,18 = 19,05 N.m
Với bộ truyền trục vít - bánh vít có tỉ số truyền u = 7
Vậy công suất của motor điện là: P = Mm. = 2,72.94,2 =256 w
3.7 Tính toán điều khiển motor điện.
Để motor trợ lực thay đổi theo tốc độ của ô tô thì tat hay đổi mô men trợ lực bằng cách điều khiển dòng điện cấp cho motor theo tốc độ xe và theo mô men tác động trên trục lái:
Với vận tốc xe nhỏ nhất vmin = 0(km/h), thì dòng điện cực đại cấp cho motor là 65(A).
Với vận tốc xe lớn nhất vmax = 160(km/h), thì dòng điện cực đại cấp cho motor là 17(A).
3.8 Tính toán và kiểm bền trục vít - bánh vít
Số liệu thiết kế:
P = 0,256 (KW) ;
n1 = 900 (vòng/phút) ;
T1 = 2720 (N.mm) ;
T2 = 19050 (N.mm) ;
U1 = 7.
Các thông số hình học bộ truyền trục vít - bánh vít:
Khoảng cách trục: aw = 53 mm.
Mô đun: m = 2
Hệ số đường kính: q = 10,5
Tỷ số truyền: u = 7
Số ren trục vít và số răng bánh vít: z1 = 6 ; z2 = 42
Hệ số dịch chỉnh bánh vít: x = 0,5
Góc vít: gw = 18,50.
Chiều dài phần cắt ren của trục vít: với x = 0,5
b1≥ (12,5 + 0,1z2)m = (12,5 + 0,1.42)2 = 33,4mm. chọn b1 = 36 mm.
Chiều rộng bánh vít: b2 = 16 mm.
Đường kính vòng chia: d1 = qm = 10,5.2 =21 mm. d2 = mz2 = 2.42 = 84 mm.
Đường kính vòng đỉnh :
da1 = m(q + 2) = 2(10,5 + 2) = 25 mm.
da2 = m(z2 + 2 + 2x) = 2(42 + 2 + 2.0,5) = 90 mm.
Đường kính vòng đáy:
df1 = m(q - 2,4) = 2(10,5 - 2,4) = 16,2 mm.
df2 = m(z2 - 2,4 + 2x) =2(42 - 2,4 + 2.0,5) = 81,2 mm.
Góc ôm : d = arcsin[b2/(da1 - 0,5m)] =arcsin[16/(25 - 0,5.2)] = 41,80.
CHƯƠNG 4: BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI
4.1. Một số hư hỏng và biện pháp khắc phục hệ thống lái
Hệ thống lái trên xe luôn có thể xảy ra những hư hỏng làm mất khả năng điều khiển của xe. Do đó có thể gây ra nhiều tai nạn bất ngờ gây thiệt hại đến tính mạng tài sản của mọi người.
Một số hư hỏng và biện pháp khắc phục hệ thống lái như bảng 4.1.
4.2. Kiểm tra chẩn đoán
4.2.1. Kiểm tra hình thang lái
* Kiểm tra độ mòn, lỏng của các khớp cầu, bằng cách lắc và xoay chúng, nếu vượt quá tiêu chuẩn thì thay cái mới
4.2.3. Kiểm tra độ đảo vành bánh xe
Dùng đồng hồ so để kiểm tra độ đảo: Gá chân đồng hồ so vuông góc với phía ngoài vành bánh xe, xoay bánh xe một vòng, số vạch kim đồng hồ dao động cho ta độ đảo vành bánh xe. Độ đảo cho phép < 1,2 mm.
4.3. Bảo dưỡng và sửa chữa các hư hỏng trên hệ thống lái
4.3.1. Quy trình tháo hệ thống lái
a. Tháo vành tay lái và trục lái
* Bước 1: Tháo các đầu cực của ăc quy ra để đảm bảo an toàn
* Bước 2: Tháo vành tay lái
* Bước 6: Tháo hộp điều khiển (hình 4.6)
Tháo đầu nối điện của còi (1), tháo các vít giữ hộp điều khiển (2) rồi tháo hộp điều khiển.
b. Tháo cơ cấu lái và hình thang lái
* Bước 1: Tháo hai bánh xe của cầu trước (cầu dẫn hướng), rồi tháo mối ghép giữa đầu trục bánh răng trụ răng xoắn với trục trung gian.
* Bước 2: Tháo các liên kết của cụm cơ cấu lái
* Bước 5: Tháo thanh răng
4.3.3. Bảo dưỡng hệ thống lái
Thường xuyên kiểm tra siết chặt các bu lông, đai ốc ghép giữa các bộ phận của hệ thống lái với vỏ xe cũng như trong hệ thống lái và quan sát xem có sự rò rỉ dầu trợ lực lái sau mỗi lần xe vận hành.
Tiến hành chăm sóc bảo quản, bảo dưỡng, sửa chữa các hệ thống trên xe đều phải tuân theo một qui trình công nghệ nhất định. Hệ thống lái trên xe ôtô cũng là hệ thống đòi hỏi phải chăm sóc, bảo quản, bảo dưỡng thường xuyên và đúng yêu cầu kỹ thuật.
KẾT LUẬN
Sau quãng thời gian gần 3 tháng thực hiện đồ án với đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống lái dựa trên xe cơ sở Hyundai Santafe”, đến nay đồ án của em đã cơ bản hoàn thành.
Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu cũng như dưới sự hướng dẫn của thầy : TS………………., em nhận thấy kiến thức cơ bản của em đã được cải thiện hơn đặc biệt là về kết cấu của hệ thống lái trên xe oto con, đó là một phần quan trọng trong nền tảng kiến thức chuyên nghành của một kỹ sư cơ khí ô tô.
Để hoàn thành được đồ án này trước hết em xin cảm ơn toàn thể các thầy giáo trong khoa Cơ khí trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải đã chỉ bảo và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quãng thời gian qua. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn : TS………………., thầy đã tạo điều kiện cũng như tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Do thời gian có hạn, kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế cũng như thiếu những kinh nghiệm thực tiễn cho nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong các thầy góp ý để đồ án của em được hoàn thiện hơn và có thể phát triển thành một tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn sinh viên chuyên nghành Công nghệ kỹ thuật ô tô.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Lý thuyết ôtô máy kéo - Năm 1993
Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng.
[2]. Thiết kế tính toán ôtô - máy kéo - Năm 1971
Trương Minh Chấp, Dương Đình Khuyến, Nguyễn Khắc Trai.
[3]. Chi tiết máy Tập I, tập II - Năm 1997- Nguyễn Trọng Hiệp.
[4]. Cấu tạo gầm xe con, Nhà xuất bản giao thông vận tải - Năm 1996- Nguyễn Khắc Trai.
[5]. Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy - Trần Văn Địch.
[6]. Thiết kế hệ thống lái của ôtô - máy kéo bánh xe, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội - Năm 1991 - Phạm Minh Thái.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"