MỤC LỤC
MỤC LỤC...1
LỜI NÓI ĐẦU.. 2
Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI. 4
1.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống lái. 4
1.1.1. Công dụng. 4
1.1.2. Yêu cầu. 4
1.1.3. Phân loại hệ thống lái ô tô. 4
1.2. Khái quát chung hệ thống lái có trợ lực. 5
1.2.1. Vai trò của trợ lực lái. 5
1.2.2. Phân loại trợ lực lái. 6
1.2.3. Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện. 7
1.2.4. Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện. 10
1.2.5. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của EPS. 11
1.2.6. Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện. 17
Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE KIA CERATO.. 25
2.1. Giới thiệu xe tham khảo (Kia cerato). 25
2.2. Kết cấu các chi tiết của hệ thống lái trợ lực điện trên xe. 28
2.3. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế. 32
2.3.1. Lựa chọn phương án dẫn động lái. 32
2.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái. 34
2.3.3. Lựa chọn phương án thiết kế trợ lực điện. 39
2.4. Tính toán hệ thống lái. 41
2.4.1. Tính toán kiểm tra động học hệ thống lái. 41
2.4.1.1. Xây dựng đường cong lý thuyết. 41
2.4.1.2.Xây dựng đường cong thực tế. 42
2.4.1.3. Xác định momen cản quay vòng tại chỗ. 46
2.4.2. Tính toán bộ truyền cơ cấu lái 49
2.4.2.1.Xác định bán kính vòng lăn của trục răng. 49
2.4.2.2. Xác định các thông số của bánh răng. 49
2.4.2.3.Xác định kích thước và thông số của thanh răng. 51
2.4.2.4.Tính bền cơ cấu lái trục răng - thanh răng. 52
2.4.2.5. Kiểm tra bền trục lái 55
2.4.2.6. Kiểm tra bền Rô-tuyn. 56
2.4.3. Tính toán trợ lực điện. 58
2.4.3.1. Xây dựng đặc tính cường hóa lái 58
2.4.3.2. Tính kiểm nghiệm motor điện trợ lực. 60
2.4.3.3. Tính toán điều khiển motor điện. 60
2.4.3.4. Điều khiển động cơ điện. 62
Chương 3: BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA.. 63
3.1. Các yêu cầu chung: 63
3.2. Các chế độ bảo dưỡng hệ thống lái: 63
3.2.1. Bảo dưỡng thường xuyên. 63
3.2.2. Bảo dưỡng 1 (sau 6500 Km). 63
3.2.3. Bảo dưỡng 2 (sau 12500 Km). 63
3.3. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục. 64
3.3.1. Lái nặng. 64
3.3.2. Hành trình tự do lớn. 64
3.3.3. Trợ lực lái làm việc nhưng lực trợ lực nhỏ. 64
3.3.4. Lực trợ lực nhỏ và không đều khi quay vòng về hai phía. 64
3.3.5. Mất trợ lực lái 65
3.3.6. Có tiếng ồn khi bơm làm việc. 65
3.3.7. Có tiêng gõ trong cơ cấu lái 65
3.3.8. Dầu chảy qua lỗ thông hơi của bơm.. 65
3.3.9. Dầu nóng quá gây lọt dầu. 66
3.3.10. Dây đai quá căng. 66
3.3.11. Dây đai chùng. 66
3.3.12. Chảy dầu ở các đệm phớt 66
3.4. Một số nội dung bảo dưỡng, sửa chữa chinh. 67
3.4.1. Quy trình tháo lắp. 67
3.4.2 cum cơ cấu lái 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 82
LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời buổi đất nước đang trên đà CNH, HĐH với tốc độ tăng trưởng kinh tế nhanh chóng đến vượt bậc dẫn đến nhu cầu sử dụng ô tô của nước ta ngày càng tăng cao. Tuy nhiên, con người ngày càng hướng đến những trải nghiệm, tính tiện nghi, sự thoải mái và an toàn khi sử dụng xe hơi. Chính vì thế mà ngành công nghiệp ô tô cũng phải phát triển mạnh để đáp ứng được các nhu cầu của con người. Một trong những tính năng phát triển của ô tô mà được người dùng lựa chọn nhiều đó là hệ thông lái trợ lực điện tử.
Lý do hệ thống này được người dùng lựa chọn nhiều là do hệ thống mang lại cảm giác lái nhẹ hơn, nhạy hơn, thật hơn, và an toàn hơn. Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, đảm bảo tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Trong quá trình chuyển động, đặc biệt là khi xe ở tốc độ cao, hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của xe.
Sự an toàn khi lái xe đã và đang được toàn thế giới quan tâm và em cũng vậy. Với đề tài đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống lái dựa trên xe cơ sở Kia Cerato”, ngoài nghiên cứu, phân tích ưu nhược điểm của hệ thống lái trợ lực điện tử so với các hệ thống lái có trợ lực khác, em cũng muốn tìm hiểu nhiều hơn đến sự thoải mái, an toàn của hệ thống lái trợ lực điện tử mặc dù không thể nghiên cứu chuyên sâu.
Em xin cảm ơn các thầy cô trong ban giám hiệu nhà trường ĐH Công Nghệ GTVT, các thầy trong khoa Cơ Khí, bộ môn Ô Tô đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đặc biệt, em xin cám ơn thầy giáo: TS…………….. người đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, em còn nhiều thiếu sót, nhiều điều chưa hiểu rõ hết, rất mong các thầy chỉ bảo tận tình và tạo điều kiện giúp đỡ em.
Em xin chân thành cảm ơn!
Chương 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI
1.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống lái.
Để đảm bảo an toàn khi ôtô chuyển động trên đường, người vận hành phải có kinh nghiệm xử lí và thành thạo các thao tác điều khiển. Mặt khác, để thuận tiện cho người vận hành thực hiện các thao tác đó, đòi hỏi ôtô phải đảm bảo tính năng an toàn cao.
1.1.1. Công dụng.
Hệ thống lái có công dụng duy trì hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô, giúp cho ô tô có thể giữ nguyên hướng chuyển động thẳng hoặc vòng sang trái, sang phải một cách dễ dàng thông qua vành lái (vô-lăng).
1.1.2. Yêu cầu.
- Đảm bảo khả năng quay vòng ngoặt và ổn định.
- Đảm bảo động học quay vòng tốt.
Đảm bảo điều khiển chính xác, lực và hành trình điều khiển tỉ lệ với mức độ quay
1.1.3. Phân loại hệ thống lái ô tô.
a, Phân loại theo phương pháp quay vòng của bánh xe.
b, Phân lọai theo số lượng bánh xe dẫn hướng.
c, Phân loại theo đặc điểm cấu tạo của cơ cấu lái.
- Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng.
- Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn.
- Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít ê cu bi thanh răng bánh răng.
1.2. Khái quát chung hệ thống lái có trợ lực.
1.2.1. Vai trò của trợ lực lái.
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đường dài. Đặc biệt trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe như nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái.
1.2.2. Phân loại trợ lực lái.
Các hệ thống lái có trợ lực được chia thành 2 nhóm chính:
+ Nhóm trợ lực thủy lực đơn thuần( HPS)
+ Nhóm trợ lực có điều khiển điện – điện tử
Phương pháp điều khiển lưu lượng( Flow Control Method):
Trong phương pháp này van điện từ Solenoid được đặt tại vị trí cửa ra của bơm để mở 1 đường dầu đi tắt về đường hồi dầu. Bộ điều khiển điện tử sẽ điều chỉnh van điện từ solenoid mở khi ôtô chạy ở tốc độ cao để giảm lưu lượng của bơm cấp đến van trợ lực và xilanh trợ lực.
Phương pháp điều khiển đặc tính van(Valve Characteristics Control Method):
Trong phương pháp này áp suất điều khiển bị giới hạn bởi cơ cấu van xoay tức là điều khiển lượng và áp suất của dầu cung cấp cho xi lanh trợ lực được chia thành phần thứ hai, phần thứ ba.
Phương pháp điều khiển phản lực dầu ( Hydraulic Reaction Force Method):
Trong phương pháp này hiệu quả lái được điều khiển bởi cơ cấu phản lực dầu, nó được lắp trên van xoay( van trợ lực). Van điều khiển phản lực dầu làm tăng áp suất dầu cấp cho khoang phản lực phù hợp với tốc độ xe.
1.2.3. Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện
Do đòi hỏi tốc độ ngày một cao hơn, chất lượng tốt hơn và yêu cầu giảm năng lượng tiêu thụ ở phương tiện ngày một gia tăng. Để đáp ứng cho các đòi hỏi này, việc nghiên cứu và phát triển theo xu hướng cải thiện hệ thống điều khiển điện điện tử nhằm mục đích nâng cao hơn nữa các chức năng và đặc tính của nó.
* Mô tơ:
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. Mô tơ chấp hành của trợ lực lái điện có nhiệm vụ tạo ra mô men trợ lực dưới điều khiển của ECU và phải đáp ứng các yêu cầu:
- Mô tơ phải đưa ra được mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vô lăng.
- Mô tơ phải có cơ cấu đảo chiều quay khi có sự cố xảy ra.
- Những dao động của mô tơ và mô men xoắn, lực xoắn phải trực tiếp chuyển đổi thông qua vành lái tới tay người lái phải được cân nhắc.
* Bộ điều khiển trung tâm (ECU)
Bộ điều khiển trung tâm (ECU) nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý thông tin để điều khiển mô tơ.
Yêu cầu đối với ECU gồm có:
- Đảm bảo tính tiện nghi khi lái (chức năng điều khiển dòng điện mô tơ). Các chức năng này gồm có:
(1) Điều khiển được dòng điện cấp cho Mô tơ theo qui luật xác định
Tạo ra lực trợ lực (tương ứng với dòng điện cấp cho Mô tơ ) theo tốc độ xe và mô-men đặt lên vành lái để đảm bảo lực lái thích hợp trong toàn dải tốc độ xe.
(2) Điều khiển bù.
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.
(5) Tối đa dòng điện cấp cho mô tơ.
Giới hạn dòng điện của mô tơ tối đa đến mức tối ưu để bảo vệ ECU và mô tơ không bị hư hỏng do quá tải.
1.2.4. Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện.
Trợ lực lái được điều khiển theo các bản đồ được lưu trũ sẵn trong bộ nhớ của ECU. EPS ECU có thể lưu trũ 16 bản đồ, các bản đồ này được kích hoạt ở nhà máy phụ thuộc vào các yêu cầu cho trước (ví dụ trọng lượng của ô tô).
1.2.5. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của EPS
Tùy thuộc vào vị trí đặt hộp giảm tốc có 2 kiểu trợ lực điện: Kiểu thứ nhất, hộp giảm tốc đặt trực tiếp trên trục lái ngay dưới vành lái. Kiểu thứ hai, hộp giảm tốc được tích hợp vào cơ cấu lái (trong trường hợp này cơ cấu lái thường là loại bánh răng – thanh răng và đặt trực tiếp trên thanh lái ngang).
Trên hình 1.4 là cấu tạo hộp giảm tốc.
Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống thể hiện trên hình 1.5.
* Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 2
Kiểu này có 2 cách bố trí mô tơ trợ lực:
Thứ nhất là loại môtơ chế tạo rời lắp với trục bánh răng của cơ cấu lái ( hình 1.7) sử dụng trên xe Toyota Lexus,..
Trong hệ thống điều khiển này để tăng độ nhạy chấp hành và giảm kích thước, trọng lượng mô tơ điều khiển EPS ECU có thêm mạch tăng thế, nâng điện áp điều khiển lên gấp đôi (24V), cụm 5 trên hình 1.8
1.2.6. 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 mômen lái, cảm biến tốc độ đánh lái ( tốc độ quay vành lái ), cảm biến tốc độ ôtô.
* Cảm biến tốc độ ôtô:
Gồm 4 loại:
- Loại công tắc lưỡi gà
- Loại từ điện
- Loại quang điện
- Loại mạch từ trở MRE
a. Loại công tắc lưỡi gà (Hình 1.17):
Gồm 1 tiếp điểm lá đặt trong một ống thủy tinh nhỏ và đặt cạnh một mâm nam châm quay. Mâm nam châm được dẫn động bởi dây côngtơmét.
c. Loại quang điện ( Hình 1.19):
Được lắp ngay sau đồng hồ côngtơmét. Nó gồm 1 cánh xẻ rãnh được dẫn động quay từ dây côngtơmét. Cánh xẻ rãnh quay giữa khe của đèn LED và phototransittor ( Tranzito quang). Tốc độ quay của cánh sẻ rãnh tỉ lệ với tốc độ ô tô và lần lượt che và thông luồng ánh sáng từ đèn LED sang tranzito quang để tạo nên chuỗi xung vuông 0V– 5V tỷ lệ với tốc độ quay của trục thứ cấp hộp số phản ảnh tốc độ ôtô.
d. Loại mạch từ trở MRE (Hình 1.20):
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.
Chương 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE KIA CERATO
2.1. Giới thiệu xe tham khảo (Kia cerato)
Kia cerato/ K3 thế hệ mới là một mẫu sedan du lịch khá ăn khách ở Việt Nam . Xe có diện mạo trẻ trung ,tiện nghi hấp dẫn cùng giá bán phải chăng,Cerato luôn trong TOP 10 xe bán chạy nhất tháng
- Ngọai hình:
Kia cerato sở hữu dáng vẻ năng động và thể thao: thấp ở đầu xe, đuôi xe khá cao và vuông vứt. Điểm chú ý ở đầu xe là lưới tản nhiệt bằng crom cách điệu sáng bóng với cụm đèn hậu ngũ giác là mắt ở đuôi xe.
- Động cơ:
Kia Cerato có 3 tùy chọn phiên bản động cơ khác nhau. Trong đó, bản động cơ xăng Gamma 1.6L , 4 xi-lanh thẳng hàng có khả năng sản sinh công suất 128 mã lực, mô-men xoắn cực đại 157 Nm.
Thông số kỹ thuật xe Kia cerato1.6 AT như bảng 1.2.
2.2. Kết cấu các chi tiết của hệ thống lái trợ lực điện trên xe.
a, Vô-lăng (Bánh lái - Steering wheel).
+ Chức năng: có chức năng tiếp nhận mômen quay từ người lái rồi truyền cho trục lái.
+ Cấu tạo: vành tay lái ô tô có dạng hình tròn, có nan hoa được bố trí xung quanh vành trong của vành tay 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...
b, Trục lái và trục các đăng của hệ thống lái.
Trục lái là thành tố cấu thành hệ thống lái có chức năng chính là truyền momen lái từ vô lăng đến cơ cấu lái. Một trục lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phận bao che trục lái. Trục lái trên xecó cấu tạo phức tạp nó cho phép thay đổi độ nghiêng của vành tay lái hoặc cho phép trụ lái chùm ngắn lại khi người lái va đập trong trường hợp xảy ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với người lái.
d, Thước lái (Steering gears).
Biến đổi momen xoắn từ vô-lăng thành chuyển động tịnh tiến sang trái hoặc phải, thông qua các khớp lái để làm bánh xe chuyển hướng.
e, Rotuyn lái.
Gồm có rotuyn lái trong và lái ngoài.
- Rotuyn lái trong sẽ gắn với hai đầu của thước lái.
- Rotuyn lái ngoài sẽ được gắn với càng A xe.
2.3. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế.
2.3.1. Lựa chọn phương án 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.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn bên. Sự quay vòng của ôtô là rất phức tạp, để đảm bảo đúng mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện vì phải cần tới dẫn động lái 18 khâu.
2.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái.
a, Kiểu trục vít con lăn.
Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng . Trên phần lớn các ôtô Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này. Cơ cấu lái gồm trục vít gơbôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng.
b, Kiểu trục vít - chốt quay.
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
- Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
- Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.
c, Kiểu truc vít -cung răng.
* Cấu tạo :
Gồm một trục vít, cả hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít và êcu có rãnh tròn có chứa các viên bi,các viên bi lăn trong rãnh và truyền lực. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đường hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.
+ Tỷ số truyền :
Ta có thể giảm nhẹ lực đánh lái khi xe chạy chậm hoặc đang đỗ bằng cách thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu lái.Tuy nhiên khi tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái thì làm giảm độ nhạy của cơ hệ thống lái. Trên các xe có trợ lực lái ta dùng cơ cấu lái có tỷ số truyền không thay đổi được.
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
2.3.3. Lựa chọn phương án thiết kế trợ lực điện.
a, Motor trợ lực cho bánh răng chủ động (pinion-type).
b, Motor trợ lực vào thanh răng (rack-type).
c, Motor trợ lực cho trục lái (column -type)
d, Hệ thống lái trợ lực thủy lực - điện.
Nguyên lý hoạt động: lưu lượng dầu từ bơm đến van phân phối được điều chỉnh bằng van điện từ: ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe từ đó điều khiển van điện từ tăng giảm lưu lượng dầu phù hợp theo tốc độ của ô tô, vận tốc ô tô càng cao thì van điện từ đóng bớt đường dầu lại và ngược lại.
==> Với 4 phương án trên em lựa chọn phương án số 3 là hệ thống lái trợ lực điện kiểu: Motor trợ lực kiểu column –type
2.4. Tính toán hệ thống lái
2.4.1. Tính toán kiểm tra động học hệ thống lái.
2.4.1.1. Xây dựng đường cong lý thuyết.
Ta có:
a : Góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên ngoài.
b : Góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên trong.
B : Chiều rộng cơ sở.
L : Chiều dài cơ sở.
Kinh nghiệm cho thấy, nếu lựa chọn các thông số của hình thang lái một cách hợp lý thì có thể thỏa mãn được công thức 2.1
2.4.1.2.Xây dựng đường cong thực tế.
a. Khi xe đi thẳng.
Các đòn bên tạo với phương dọc một góc q.
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.
b. Trường hợp khi xe quay vòng
Trên hình 3.3 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 phương 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 b = (00, 50, ... , 400) ta lấy góc q theo xe thiết kế q = 780. Các giá trị tương ứng được thể hiện trong bảng 3.1.
2.4.1.3. Xác định momen cản quay vòng tại 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
Ta có:
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 = 2,0475 (Nm)
* Mômen cản M2 do sự trượt bên của bánh xe trên mặt đường:
Trên hình 3.6. 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 một đoạn x
Với bánh xe có cỡ lốp là: 215/45/R17
Với B là chiều cao lốp : B = 0,45x215 =96,75 (mm)
Với d là đường kính vành bánh xe : d = 17 (ins) = 15.25,4 = 431,8 (mm)
=> r = 312,65 mm
Với j là hệ số bám ngang. Lấy j = 0,85
Vậy: M2 = 4550x0,85x0,1x312,65x10-3 =120,9 (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 p khi đó mô men cản quay vòng tại 1 bánh xe dẫn hướng được tính như sau :
M = (M1 + M2)
Với p = 1,07- 1,15 ta chọn p = 1,1 suy ra ta có :
M = (2,0475 +120,9)x1,1 = 135,2 (Nm)
2.4.2. Tính toán bộ truyền cơ cấu lái
2.4.2.1.Xác định bán kính vòng lăn của trục răng
Để xác định được bán kính vòng lăn của bánh răng ta có thể thực hiện theo 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
(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.
2.4.2.2. 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.
Chọn số răng Z = 7 răng.
Tính chính xác lại góc nghiêng, ta có : Cosb = 0,97
Suy ra b = arccos 0.972 = 140
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+ 0,562) = 26 mm.
+ Đường kính chân răng:
Df =Dc- 2mn(1.25- j)=18-2.2,5(1,25- 0,562) =14,6 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) = 17 mm.
+ Chiều cao răng :
h= (hf’ + hf” )m =(1 +1.25)2,5 = 5,6 mm.
+ Chiều cao đỉnh răng:
h’ = (f’ + j) m = (1+ 0.562).2,5 = 4 mm.
+ Chiều dày của răng trên vòng chia:
S = pm/2 + 2j mtga = 3,14.2,5/2 + 2.0,562.2,5.tg200 = 5 mm
2.4.2.3.Xác định kích thước và thông số của thanh răng
Ta có:
Mx : Mô men xoắn gây lên sự nguy hiểm ở thanh răng, chính bằng mômen cản quay vòng từ bánh xe: Mx = Mc = 338 Nm
Thay các thông số vào công thức (3.21) ta được : d = 0,02 m. Chọn d = 20 mm
Chiều dài đoạn làm việc của thanh răng : L = 2X1 = 2.84.78 = 169,6 mm
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) =25,8-2.2,5(1,25-0,647)=22,785 mm » 23mm.
+ Đường kính vòng đỉnh của thanh răng:
Dd = D = 26 mm
+ Chiều cao của thanh răng
h = (f’ + f’’) mn = (1+ 1,25).2,5 = 5,6 mm
2.4.2.5. Kiểm tra bền trục lái
Kích thước trục lái(xem hình 2.7).
- Đường kính ngoài : Dtl = 25 (mm)
- Đường kính trong: dtl = 15 (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.
Thay số vào công thức ta có:
tx = 10,4 MPa
=> tx < [tx]
Kết luận: vậy trục lái đảm bảo độ bền.
2.4.2.6. Kiểm tra bền Rô-tuyn
Kích thước:
- Khoảng cách từ tâm cầu đến vị trí ngàm: eN = 23 (mm).
- Đường kính tại vị trí ngàm tính toán: dN = 18 (mm).
- Đường kính cầu rôtuyn: Dc = 28 (mm)
- Đường kính bề mặt tỳ với đệm rôtuyn: k = 16 (mm)
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).
Sơ đồ lực tác dụng xem hình 2-10
2.4.3. Tính toán trợ lực điện
2.4.3.1. Xây dựng đặc tính cường hóa 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.
Qua đây ta thấy khi không có cường hoá thì lực đặt lên vành tay lái chỉ phụ thuộc vào mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng (vì R, ic, id, hth là những hằng số). Do đó đường đặc tính là những đường bậc nhất đi qua gốc toạ độ. Theo tính toán ở phần trước khi quay vòng ôtô tại chỗ mômen cản quay vòng là lớn nhất, toạ độ xác định điểm này trên đường đặc tính là B [329 ; 128,3]. Vậy đường đặc tính được xác định P1 = f(Mc) sẽ đi qua gốc toạ độ và đi qua điểm B [329 ; 128,3].
Đồ thị các đường đặc tính khi chưa cường hoá Pvl = f(Mc) và được lắp bộ cường hoá Pc = f(Mc) được thể hiện ở hình vẽ dưới.
Ta thấy rằng:
Đoạn OB: Pvl = 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.
Hiệu số các toạ độ của hai đường Pc và Pvl chính là lực tạo nên bởi bộ cường hoá. Nếu Pc lớn thì quay riêng các bánh xe dẫn hướng tại chỗ sẽ nặng hơn, còn nếu Pc quá nhỏ thì người lái sẽ không đủ cảm giác về chất lượng mặt đường.
2.4.3.2. Tính kiểm nghiệm motor điện trợ lực
Ta có mô men cản lớn nhất của bánh xe dẫn hướng là 338 Nm
Suy ra Mtl = M - Mvl =22,5 –12,83 = 9,67 Nm
Với bộ truyền trục vít - bánh vít có tỉ số truyền u = 7
Vậy công suất của motor điện là: P = Mm ω = 1,3x94,2 =122,06 W
2.4.3.3. Tính toán điều khiển motor điện
Để motor trợ lực thay đổi theo tốc độ của ô tô thì ta thay 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 60(A).
Với vận tốc xe lớn nhất vmax = 160(km/h), thì dòng điện cực đại cấp cho motor là 17(A).
Ta có lực tác dụng lên vành lái nhỏ nhất khi bắt đầu trợ lực là 20N, như vậy mô men tác dụng trên trục lái là = 20.0,18 = 3,6(N.m).(bán kính vành lái Rvl = 0,18m).
Ta có lực tác dụng lên vành lái lớn nhất khi trợ lực hoạt động cực đại là 60N, như vậy mô men tác dụng trên trục lái là = 60.0,18 = 10,8 (Nm).
2.4.3.4. Điều khiển động cơ điện
a, Điều khiển motor điện trợ lực.
Theo thông số điều khiển môtơ trợ lực lái có thể được điều khiển theo 2 cách:
- Điều khiển điện áp
- Điều khiển dòng
b, Hệ điều chỉnh tự động động cơ điện một chiều trong truyền động đảo chiều .
Vấn đề quan trọng nhất của hệ đảo chiều là đặc tính động của dòng điện và tốc độ trong quá trình đảo chiều
Chương 3
BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA
3.1. Các yêu cầu chung:
Trên cơ sở nắm vững đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc hệ thống lái, trong quá trình sử dụng bảo dưỡng sửa chữa ta phải tuân thủ một số yêu cầu sau đây:
- Phải thường xuyên kiểm tra mức dầu trong trợ lực, thông rửa các phần tử lọc của bơm, thường xuyên kiểm tra độ kín khít của các mối ghép và đường ống trong trợ lực.
- Không tự ý tháo cơ cấu lái, van phân phối hay bơm trợ lực. Khi tháo lắp các chi tiết của các bộ phận này phải đảm bảo thợ có tay nghề cao và đảm bảo vệ sinh công nghiệp.
3.2. Các chế độ bảo dưỡng hệ thống lái:
3.2.1. Bảo dưỡng thường xuyên
Thường xuyên kiểm tra các chỗ nối, các ổ có bị lỏng ra không và còn chốt chẻ không. Kiểm tra độ rơ vành tay lái và xem có bị kẹt không.
3.2.3. Bảo dưỡng 2 (sau 12500 Km)
Kiểm tra dầu trợ lực lái, nếu cần thiết thì thay dầu. kiểm tra điều chỉnh độ rơ ở các khớp cầu của thanh lái dọc, ngang. Bơm mỡ đầy đủ vào các vú mỡ.
Thông rửa các phần tử lọc của bơm dầu, kiểm tra áp suất trong hệ thống trợ lực, điều chỉnh độ căng dây đai.
3.3. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục
3.3.1. Lái nặng
* Nguyên nhân
- Lốp trước không đủ căng hay mòn không đều;
- Góc đặt bánh trước không đúng;
* Khắc phục
- Kiểm tra áp suất lốp;
- Điều chỉnh lại góc đặt bánh xe.
3.3.3. Trợ lực lái làm việc nhưng lực trợ lực nhỏ
* Nguyên nhân
- Thiếu dầu;
- Có không khí và nước trong hệ thống;
- Hỏng bơm;
* Khắc phục
- Bổ xung dầu;
- Xả khí và thay dầu;
3.3.7. Có tiêng gõ trong cơ cấu lái
* Nguyên nhân
- Khe hở ăn khớp quá lớn;
- Mòn các ổ đỡ;
* Khắc phục
- Điều chỉnh ăn khớp trong cơ cấu lái;
- Điều chỉnh, thay thế các ổ đỡ bị mòn;
3.3.12. Chảy dầu ở các đệm phớt
* Nguyên nhân
- Các đệm bị lão hóa;
- Do chuyển động các chi tiết bị cọ xát;
* Khắc phục
- Thay thế các phớt đệm mới.
3.4. Một số nội dung bảo dưỡng, sửa chữa chinh
3.4.1. Quy trình tháo lắp
* Tháo vành tay lái và dẫn động lái
Tháo vành tay lái và dẫn động lái như bảng 3.1.
3.4.2 Cum cơ cấu lái
Trơ lực lái > thanh nối hệ thống trợ lực lái > tháo ra như bảng 3.2.
3.4.3 Cụm ecu và cảm biến
Quy trình tháo cụm ecu và cảm biến như bảng 3.3.
Bảo dưởng kỹ thuật cấp hai gồm những việc sau đây: cọ rửa bầu lọc của bơm trợ lực, kiểm tra độ bắt chặt của đòn quay đứng vào trục và chốt cầu vào đòn quay đứng kiểm tra khe hở trong cơ cấu lái và nếu khe hỏ vượt quá giới hạn quy định thì điều chỉnh lại.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau một thời gian tập trung nghiên cứu tài liệu, tính toán và tìm hiểu thực tế với sự cố gắng của bản thân và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: TS……………. cùng toàn thể các thầy trong Bộ môn Ô tô của trường ĐH Công nghệ GTVT, em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao.
Qua đồ án tốt nghiệp này đã giúp em hiểu hơn một số vấn đề như:
- Nhu cầu về sử dụng ô tô của con người ngày nay.
- Hệ thống lái trên xe, đặc biệt là HTL trợ lực điện tử.
- Khảo sát, tính toán HTL dựa trên xe Kia cerato.
- Khả năng sử dụng máy tính, Word Office, Auto Cad, Internet,...
- Kỹ năng thuyết trình giữa đám đông.
Vì điều kiện thời gian có hạn và trình độ nghiên cứu còn hạn chế nên đồ án vẫn còn nhiều khuyết điểm. Em rất mong có được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy trong bộ môn để đồ án này của em được hoàn chỉnh hơn nữa.
Em cảm thấy bản thân còn nhiều thiếu sót, kiến thức, hiểu biết còn hạn chế nhiều, cần phải học hỏi tìm tòi hơn nữa để có thể đáp ứng được yêu cầu và tốc độ phát triển của xã hội cũng như yêu cầu về nhân lực ngành công nghệ trên ô tô ngày nay.
Rất mong được các thầy chỉ bảo và giúp đỡ em nhiều hơn!
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
…………………
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Minh Tài (1998). Lý thuyết ô tô, máy kéo. NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội
[2]. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm (2004). Thiết kế chi tiết máy. NXB Giáo dục Hà Nội
[3]. PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan (2007). Tập bài giảng Thiết kế tính toán ô tô.
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
[4]. PGS.TS Nguyễn Khắc Trai (2006). Cơ sở thiết kế ô tô. NXB Giao thông vận tải
[5]. Nguyễn Hoàng Việt (1998). Kết cấu và tính toán ô tô. Khoa cơ khí giao thông -
Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng
[6]. Nguyễn Khắc Trai, Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải, Phạm Huy Hường, Nguyễn
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"