MỤC LỤC
MỤC LỤC.......................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................................ii
DANH MỤC BẢNG........................................................................................................iii
NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT................................................................................................iv
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................1
Chương 1. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI XE FORD FOCUS ...2
1.1. Tổng quan về xe Ford Focus ..................................................................................2
1.1.1. Giới thiệu chung về xe Ford Focus.......................................................................2
1.1.2. Tổng quan các hệ thống trên xe Ford Focus........................................................5
1.1.2.1. Hệ thống Động cơ..............................................................................................5
1.1.2.2. Hệ thống truyền lực...........................................................................................7
1.1.2.3. Hệ thống treo.....................................................................................................8
1.1.2.4. Hệ thống lái .....................................................................................................10
1.1.2.5. Hệ thống phanh................................................................................................11
1.1.2.6. Các hệ thống an toàn trên xe Ford Focus 2012...............................................11
1.2. Đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Ford Focus .....................................................16
1.2.1. Cấu tạo chung của hệ thống lái xe Ford Focus..................................................16
1.2.2. Đặc điểm kết cấu hệ thống lái trên xe Ford Focus..............................................16
1.2.2.1. Vành tay lái, hộp lái và trục lái ........................................................................16
1.2.2.2. Cơ cấu lái.........................................................................................................19
1.2.2.3. Hình thang lái ..................................................................................................21
1.2.2.4. Trợ lực lái điện đai ốc bi tuần hoàn..................................................................22
1.2.2.5. Động cơ điện EPS...........................................................................................24
1.2.2.6. Cảm biến mô men lái ......................................................................................25
1.2.2.7. Mô đun EPS.....................................................................................................27
1.2.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống lái trên xe Ford Focus....................................28
1.2.3.1. Nguyên lí làm việc............................................................................................28
1.2.3.2. Trường hợp xe đi thẳng...................................................................................31
1.2.3.3. Trường hợp xe quay vòng sang phải..............................................................31
1.2.3.4. Trường hợp xe quay vòng sang trái ...............................................................32
1.2.4. Ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện trên xe Ford Focus 2012........................32
1.2.4.1. Ưu điểm của trợ lực điện.................................................................................32
1.2.4.2. Chức năng điều chỉnh hành trình thẳng..........................................................33
1.2.4.3. Tự động bù lệch của hệ thống lái...................................................................34
1.2.4.4. Tính tùy động...................................................................................................34
1.2.4.5. Tính kinh tế......................................................................................................34
Chương 2. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI XE FORD FOCUS ...........35
2.1. Các thông số đầu vào............................................................................................35
2.2. Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái......................................................................36
2.2.1. Kiểm nghiệm động học hình thang lái................................................................36
2.2.1.1. Cơ sở lý thuyết tính toán kiểm tra động học hình thang lái.............................36
2.2.1.2. Kiểm nghiệm hình thang lái bằng hình học.....................................................37
2.2.1.3. Động học hình thang lái 6 khâu.......................................................................38
2.2.1.4. Kiểm nghiệm động học hình thang lái bằng phương pháp đại số...................41
2.2.2. Xác định momen cản quay vòng.......................................................................44
2.2.2.1. Mô men cản M2...............................................................................................45
2.2.2.2. Mô men M3......................................................................................................46
2.2.2.3. Hiệu suất dẫn động của trụ đứng và hình thang lái.........................................46
2.2.3. Tính bền hệ thống lái.........................................................................................47
2.2.3.1. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái................................................47
2.2.3.2. Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng thanh răng.............................47
2.2.3.3. Kiểm tra bền....................................................................................................48
2.2.4. Tính bền trục lái..................................................................................................51
2.2.5. Tính bền đòn kéo ngang.....................................................................................52
2.2.5.1. Tính bền đòn kéo dọc......................................................................................54
2.2.6. Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái............................................................55
2.2.7. Tính bền khớp cầu..............................................................................................55
2.2.7.1. Tính ứng suất chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu.............................56
2.2.7.2. Kiểm tra khớp cầu theo điều kiện cắt ..............................................................56
Chương 3. KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE FORD FOCUS...57
3.1. Chú ý trong quá trình sử dụng...............................................................................57
3.1.1. Yêu cầu đối với người sử dụng...........................................................................57
3.2. Bảo dưỡng hệ thống lái..........................................................................................57
3.2.1. Bảo dưỡng hằng ngày.........................................................................................57
3.2.2. Bảo dưỡng định kỳ..............................................................................................57
3.2.2.1. Bảo dưỡng 1.....................................................................................................57
3.2.2.2. Bảo dưỡng 2....................................................................................................58
3.2.2.3. Một số quy định khi bảo dưỡng sữa chữa hệ thống lái...................................58
3.2.3. Một số nội dung bảo dưỡng, kiểm tra chính.......................................................58
3.2.3.1. Kiểm tra vành tay lái........................................................................................58
3.2.3.2. Kiểm tra đầu thanh nối ....................................................................................59
3.2.3.3. Kiểm tra góc Camber, Caster và góc Kingpin..................................................60
3.2.3.4. Đo góc quay của bánh dẫn hướng...................................................................61
3.2.3.5. Kiểm tra, điều chỉnh độ chụm bánh xe.............................................................62
3.2.3.6. Kiểm tra cảm biến mômen quay của trục lái....................................................63
3.2.3.7. Kiểm tra hư hỏng của rơle điều khiển..............................................................63
3.2.3.8. Kiểm tra hư hỏng của bộ điều khiển trung tâm hệ thống lái.............................64
3.3. Hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục.......................................................64
3.3.1. Cơ cấu lái ...........................................................................................................64
3.3.2. Một số hư hỏng khác...........................................................................................66
3.3.3. Một số phương pháp xác định hư hỏng..............................................................66
3.4. Tháo lắp hệ thống lái..............................................................................................76
KẾT LUẬN.....................................................................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................82
LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã tạo điều kiện cho ngành công nghiệp ô tô phát triển ngày càng hoàn thiện và đáp ứng rộng rãi hơn nữa nhu cầu sử dụng của con người, đảm bảo an toàn sự tiện nghi và thoải mái cho người sử dụng..
Một trong những hệ thống quan trọng của ô tô là hệ thống lái. Hệ thống lái 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. Do đó, người ta không ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính năng và độ an toàn của nó.
Xuất phát từ những yêu cầu và đặc điểm đó, em đã được giao thực hiện nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp với đề tài “Khai thác hệ thống lái trên xe FORD FOCUS”.
Nội dung phần thuyết minh đồ án bao gồm:
* Lời mở đầu.
* Chương 1. Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Ford Focus.
* Chương 2. Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái xe Ford Focus.
* Chương 3. Khai thác và sử dụng hệ thống lái xe Ford Focus.
* Kết luận.
Được sự hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo: ThS…………….và các thầy trong khoa, em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này, vì kiến thức và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Em rất mong được sự góp ý của các thầy để đề tài của em được hoàn thiện.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy: ThS…………….. Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy trong khoa đã tận tình chỉ dạy, hướng dẫn em trong thời gian học tập tại trường và thời gian làm đồ án tốt nghiệp.
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Học viên thực hiện
…………………
Chương 1
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI XE FORD FOCUS
1.1. Tổng quan về xe Ford Focus
1.1.1. Giới thiệu chung về xe Ford Focus
Ford Focus là 1 dòng xe nổi tiếng của hãng xe Ford của Mỹ được sử dụng trong nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam. Xe Ford Focus có thiết kế nhỏ gọn được sản xuất bởi công ty Ford Motor từ năm 1998. Xe Ford Focus là loại xe du lịch hạng nhỏ, với công thức bánh xe là 4x2. Ra đời từ năm 1998 để thay thế cho các dòng như Laser tại châu Á Thái Bình Dương và Escort tại châu Âu và châu Mỹ, Ford Focus luôn chứng tỏ là một chiếc xe tốt trong phân khúc và thường đứng trong tốp những sản phẩm thành công nhất.
Với phong cách “Âu châu” điển hình. Cả hai phiên bản đều được thiết kế theo thuộc tính động lực học, các đường viền, nếp gấp và đường cong đẹp mắt – một đường cong tinh tế xuất phát từ đèn pha cho đến đường gân dập nổi gần đèn đuôi, và một nếp gấp sắc nét bắt đầu từ hốc bánh phía trước chạy dọc theo tay nắm cửa. Phiên bản sedan và hatchback đủ “lạ” để người ta không còn nhận ra chiếc Focus giản dị đời trước.
Ford Focus 2012 được trang bị một hệ thống giải trí và nghe nhìn khá hiện đại, với đầu CD tích hợp MP3/AM/FM/AUX và công nghệ Ford Sync điều khiển bằng giọng nói - Bluetooth Voice Control (bản Ambiente không có cổng AUX và hệ thống Sync).
1.1.2. Tổng quan các hệ thống trên xe Ford Focus
1.1.2.1. Hệ thống Động cơ
Động cơ Duratec 1.6L có công suất cực đại 125 mã lực tại 6.000 vòng/phút, mô-men xoắn tối đa đạt 159 Nm tại 4.000 vòng/phút cùng khả năng tiết kiệm nhiên liệu cao.
Khi kết hợp với hộp số sàn 5 cấp, động cơ 1.6L có mức tiêu thụ nhiên liệu trên các cung đường hỗn hợp là 6,1L/100km.
Hệ thống van điều khiển với cam đôi trên thân máy (DOHC)
Hai trục cam (DOHC), một trục đảm nhiệm điều khiển van nạp và một trục đảm nhiệm điều khiển van xả, được bố trí trên mỗi dãy xy-lanh. Thiết kế này đảm bảo khả năng tương thích cao cho nhiều van nạp và van xả.
1.1.2.2. Hệ thống truyền lực
Hệ thống truyền lực của xe bao gồm: ly hợp, hộp số, truyền lực chính và vi sai, các đăng.
Ly hợp: sử dụng loại ly hợp đơn.
Hộp số: Loại hộp số tự động 6 cấp (5 số tiến và một số lùi), 2 trục, dẫn động điều khiển cơ khí gián tiếp thông qua các dây kéo.
Truyền lực chính và vi sai cũng được bố trí luôn trong cụm hộp số.
Các đăng: Xe sử dụng các đăng đồng tốc bi kiểu Rzeppa và Tripot để truyền
lực cho bánh xe chủ động ở cầu trước (cầu chủ động dẫn hướng).
1.1.2.3. Hệ thống lái
Ford Focus 2012 sử dụng hệ thống lái trợ lực điện toàn phần.Hệ thống lái của xe bao gồm:
Dẫn động lái: vành tay lái, trục lái, truyền động các đăng, thanh lái ngang, cam quay và các khớp nối.
Hệ thống trợ lực: Hệ thống trợ lực lái trên xe là trợ lực điện. Mô tơ trợ lực được bắt trên vỏ hộp tay lái
Cơ cấu lái loại thanh răng – bánh răng trụ, trong đó thanh răng làm luôn nhiệm vụ của thanh lái ngang trong hình thang lái.
1.1.2.6. Các hệ thống an toàn trên xe Ford Focus 2012
Các hệ thống an toàn trên xe giúp cho người lái yên tâm hơn và thoải mái hơn khi sử dụng, đảm bảo sự an toàn tuyệt đối cho khách hàng trong trường hợp xe bị tai nạn. Các hệ thống an toàn quan trọng như:
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS: giúp cho việc phanh xe, giảm tốc độ khi đang lưu thông trên đường được an toàn và chính xác tuyệt đối, đặc biệt là trong những trường hợp phanh gấp.
Thông số kỹ thuật về kích thước và động cơ của xe Ford Focus 2012 như bảng 1.a.
Giới thiệu về các hệ thống và trang thiết bị trên xe như bảng 1.b.
1.2. Đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Ford Focus
1.2.1. Cấu tạo chung của hệ thống lái xe Ford Focus
Xe này sử dụng hệ thống lái trợ lực điện (EPS). Các thành phần của EPS được tích hợp trong cơ cấu lái.
Ngay sau khi vô lăng được di chuyển, một động cơ điện sẽ hỗ trợ chuyển động của tay lái. Khi chuyển động lái xảy ra nó sẽ được phát hiện bởi cảm biến mô-men lái. Tín hiệu từ cảm biến mô-men lái được mô đun sử dụng để tính toán sức mạnh của trợ lực lái. Mô- đun EPS điều khiển động cơ EPS với dòng điện tương ứng.
1.2.2. Đặc điểm kết cấu hệ thống lái trên xe Ford Focus
1.2.2.1. Vành tay lái, hộp lái và trục lái
Vô lăng Ford Focus 2012 là loại vô lăng 4 chấu, được bọc da cao cấp có in lôgo của hãng xe ỡ giữa vô lăng, phía trong vô lăng được thiết kế có các gân giúp cho người lái dễ dàng điều khiển.
Vô lăng được lắp chặt với trục lái nhờ then hoa ở vành trong của vô lăng và được đặt trong buồng lái. Chức năng chính là tạo ra mô men lái cần thiết khi có lực tác dụng của người lái.
Vô lăng Ford Focus 2012 có bán kính là 18 (mm) và có hành trình tự do là 300.
Dưới nắp còi của vô lăng là nơi chứa túi khí đảm bảo an toàn cho người lái khi xe gặp sự cố.
Cụm trục lái là một cụm chi tiết và được bắt vào khoan xe bên dưới vô lăng. Là nơi để bố trí trục lái bắt chặt với vô lăng và các cảm biến mô men lái cùng với các giắc cắm điện của các cảm biến hay hệ thống tín hiệu và phụ tải…
1.2.2.2. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái sử dụng trên xe là loại bánh răng trụ - thanh răng. Vỏ của cơ cấu lái được làm bằng gang, bên trong vỏ là các bộ phận như trục răng ở phía dưới trục lái chính được chế tạo bằng thép, trục răng quay trơn nhờ ổ bi đặt trong vỏ của cơ cấu lái để đảm bảo cho trục răng quay nhẹ nhàng ăn khớp với thanh răng.
Mô tơ điện đảm nhận hỗ trợ chuyển động của thanh răng thông qua một đai răng, nhằm truyền chuyển động của mô tơ đến đai bi ốc tuần hoàn, từ chuyển động quay của đai bi ốc tuần hoàn thành chuyển động tịnh tiến của thanh răng.
Khi quay vô lăng, trục răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt. Kéo theo sự dịch chuyển của các rôtyn lái làm chuyển hướng các bánh xe dẫn hướng.
Các thanh kéo bên có độ dài như nhau, chúng có cơ cấu điều chỉnh chiều dài để thay đổi độ chụm của hai bánh xe dẫn hướng, cơ cấu điều chỉnh chiều dài thanh kéo bên thường dùng ống ren, có đai ốc hãm.
1.2.2.3. Hình thang lái
Hình thang lái được bố trí phía sau đường tâm trục cầu trước. Hình thang lái truyền động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
Bộ phận chính của hình thang là cơ cấu 6 khâu bao gồm: hai đòn kéo bên (3), thanh răng (2), hai đòn quay bên (4) (cam quay) và dầm cầu là đường thẳng tưởng tượng nằm trên đường tâm trục cầu trước vì hệ thống treo trước của xe là hệ thống treo độc lập.
Hình thang lái có tác dụng đảm bảo động học quay vòng đúng của ô tô. Khi đó cá bánh xe dẫn hướng không có sự trược khi xe quay vòng.
1.2.2.4. Trợ lực lái điện đai ốc bi tuần hoàn
Tổng quan về chức năng:
- Ngay sau khi vô lăng di chuyển, mô tơ điện hỗ trợ cho việc lái xe.
- Khi chuyển động lái xảy ra, nó được phát hiện bằng cảm biến momen lái.
- Tín hiệu từ Cảm biến mô men xoắn lái được mô-đun sử dụng để tính toán công suất của trợ lực lái.
- Mô-đun EPS điều khiển động cơ EPS với dòng điện tương ứng.
Đai răng dùng để truyền chuyển động quay của động cơ thông qua đai ốc bi tuần hoàn tới thanh răng của cơ cấu lái.
Bánh răng ra của bộ truyền động đai răng chạy trên ổ bi.
Lợi thế so với ổ răng có răng:
Tỷ số truyền lớn hơn được tạo ra. Điều này là cần thiết vì động cơ EPS hoạt động hiệu quả hơn ở tốc độ quay cao hơn. Ngoài ra, không tạo ra lực uốn trên giá lái.
1.2.2.6. Cảm biến mô men lái
Cảm biến mô men nằm trên trục lái có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu mô men và tốc độ đánh lái từ trục lái đến trung tâm điều khiển của hệ thống lái.
Trục vào của cảm biến (trục sơ cấp) liên kết trực tiếp với phần trên trục lái và trục ra (trục thứ cấp) của cảm biến gắn phần nối tiếp của trục lái tới cơ cấu lái.
Trục đầu vào của cảm biến mômen lái được nối với khớp vạn năng của trục trung gian.
Các đường trục ở đầu dưới của trục đầu ra tiếp xúc trực tiếp với thanh răng của cơ cấu lái.
Các thành phần sau của cảm biến mômen lái quay theo trục vào / ra:
- Hỗ trợ stato cảm biến mômen lái,
- Stato cảm biến mômen lái,
- Rôto cảm biến mômen lái.
1.2.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống lái trên xe Ford Focus
1.2.3.1. Nguyên lí làm việc
Lực lái do người lái xe tác dụng được truyền qua trụ lái đến bánh lái và bánh trước của xe.
Trục lái được cấu tạo bởi một trục đầu vào và một trục đầu ra. Hai phần của trục lái được kết nối với nhau thông qua một thanh xoắn.
Khi người lái quay vô lăng, hiện tượng xoắn xảy ra ở trục lái.
Lượng xoắn phụ thuộc vào lực ma sát giữa vỏ xe và mặt đường.
Lực xoắn được tăng lên bằng cách sử dụng thanh xoắn, gây ra chuyển động tương đối giữa các trục đầu vào và đầu ra. Chuyển động tương đối này được phát hiện bởi cảm biến mô-men lái và được truyền tới mô-đun EPS.
Tín hiệu đầu vào mô-đun EPS:
- Tốc độ xe.
- Tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh sau.
- Trạng thái động cơ ( đánh lửa tắt hay bật, hoặc động cơ đang chạy).
+ Thông tin về tình trạng của động cơ mô đun EPS nhận được từ GEM. Nếu GEM không cung cấp bất kỳ trạng thái động cơ có ý nghĩa nào, thì truy vấn trạng thái động cơ PCM.
- Góc đánh lái tuyệt đối từ cảm biến xoay vô lăng của cột lái.
- Yêu cầu đánh lái để đỗ xe chủ động từ mô- đun hỗ trợ đỗ xe chủ động.
1.2.3.3. Trường hợp xe quay vòng sang phải
Khi người lái xe điều khiển vô lăng quay vòng sang phải, mô men lái tác động lên trục đầu vào của cảm biến mô men thông qua trục lái chính. Thanh xoắn tíc hợp trên trục bị xoắn cảm biến EPS phát tín hiệu về mô đun EPS. Dựa trên độ xoắn này, một tín hiệu tỉ lệ với mô men được đưa vào mô đun EPS.
Mô đun EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, đánh giá chung tình trạng của xe sẽ xác định được mô men trợ lực phù hợp với tốc độ xe, quyết định dòng điện dẫn động mô tơ điện với một cường độ, chiều và thời điểm cần thiết.
1.2.3.4. Trường hợp xe quay vòng sang trái
Tương tự với trường hợp xe quay vòng sang phải. Khi người lái xe điều khiển vô lăng quay vòng sang trái, mô men lái tác động lên trục đầu vào của cảm biến mô men thông qua trục lái chính.
Thanh xoắn tíc hợp trên trục bị xoắn cảm biến EPS phát tín hiệu về mô đun EPS. Dựa trên độ xoắn này, một tín hiệu tỉ lệ với mô men khác được đưa vào mô đun EPS.
1.2.4. Ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện trên xe Ford Focus 2012
1.2.4.1. Ưu điểm của trợ lực điện
- EPS chỉ hoạt động khi xảy ra chuyển động lái. Điều này làm giảm tải cho động cơ và do đó giảm mức tiêu thụ nhiên liệu.
- Hệ thống điều chỉnh trợ lực lái đặc biệt cho mọi tốc độ.
- Không nhạy cảm với những xáo trộn từ hộp số đang chạy dẫn đến rung tay lái, điều này có thể bao gồm:
+ Mất cân bằng ở bánh xe hoặc đĩa phanh.
+ Xe bị trôi sang một bên.
1.2.4.2. Chức năng điều chỉnh hành trình thẳng
Chức năng điều chỉnh hành trình thẳng tiến cân bằng độ lệch ngang của xe thông qua hệ thống EPS.
Hoạt động:
- Khi đi thẳng về phía trước, hiện tượng trôi xe ban đầu được người lái điều chỉnh theo hướng khác.
- Hệ thống nhận biết đánh lái điều chỉnh của người lái trên tốc độ 60 km/h. Ngoài tốc độ đó, mô-men lái điều chỉnh được phát hiện bởi cảm biến mô-men lái và quá trình hướng dẫn bắt đầu.
- Mô-đun EPS tính toán dòng điều khiển cho động cơ EPS từ tín hiệu cảm biến mô-men lái. Do đó, mô-đun EPS điều khiển đặc biệt động cơ EPS. Việc điều chỉnh hành trình thẳng hiện được thực hiện bởi EPS.
1.2.4.4. Tính tùy động
Trong trường hợp này người lái giữ vô lăng khi quay vòng, tín hiệu cảm biến xoay vô lăng không đổi, hộp điều khiển trung tâm ECU của hệ thống lái sẽ điều khiển mô tơ điện ngừng quay đảm bảo cho các góc quay của bánh xe dẫn hướng không thay đổi và cố định mô men trợ lực chống lại các phản lực của mặt đường tác dụng lên hệ thống lái.
Chương 2
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI XE FORD FOCUS
2.1. Các thông số đầu vào
Thông số đầu vào của hệ thống lái Ford Focus như bảng 2.a.
2.2. Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái
Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái bao gồm tính toán kiểm tra động học của dẫn động lái và tính toán kiểm bền cho các chi tiết cơ bản của hệ thống lái.
Tính toán kiểm tra động học dẫn động lái nhằm kiểm tra dẫn động lái theo điều kiện trượt bên của các bánh xe dẫn hướng khi ô tô quay vòng.
Có hai phương pháp kiểm tra động học hình thang lái là phương pháp hình học và phương pháp đại số.
Tính bền cho các chi tiết cơ bản của hệ thống lái bao gồm trục lái, thanh lái ngang và các khớp cầu.
2.2.1. Kiểm nghiệm động học hình thang lái
2.2.1.1. Cơ sở lý thuyết tính toán kiểm tra động học hình thang lái
ai: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong (độ).
βi: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài (độ).
B0: là khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng (mm).
L : là chiều dài cơ sở của ôtô (mm).
Như vậy, ta có thể thấy để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng lăn không trượt khi vào đường cong thì hiệu cotg các góc quay vòng bánh xe dẫn hướng bên trong và bên ngoài phải luôn luôn bằng một hằng số B0/L.
Thay số vào ta được: Cotgw = 0,556
2.2.1.2. Kiểm nghiệm hình thang lái bằng hình học
Dựng hình chữ nhật ABCD với: AD = L; CD = B0.Xác định các trung điểm G, G’ của AB và CD. Nối G với C →GC là đường lý thuyết theo phương trình (2.1).
Kéo dài các cạnh của các cặp góc (ai, bi) cắt nhau tại các điểm Ei. Để hạn chế sự trượt ngang của các bánh xe dẩn hướng thì các điểm Ei càng gần GC càng tốt.
Trên thực tế, các cặp giá trị (αi, βi) không thỏa mãn điều kiện (2.1) nên các bánh xe dẫn hướng vẫn xảy ra hiện tượng trượt ngang, mức độ trượt ngang càng ít nếu các giao điểm Ei tạo ra càng gần đường thẳng GC.
2.2.1.4. Kiểm nghiệm động học hình thang lái bằng phương pháp đại số
Sơ đồ biểu thị mối quan hệ hình học trong hình thang lái như hình 2.6.
Các thông số đã biết:
Khoảng cách giưã hai trụ đứng B0 = 1470 (mm) = 1,47 (m)
Chiều dài cơ sở của xe L = 2648 (mm) = 2,648 (m)
Chiều dài đòn kéo bên = 160 (mm) = 0,16 (m)
Nếu e < 5% thì hinh thang lái của xe đảm bảo yêu cầu
Kết quả tính toán được ghi vào bảng 2.b
Như vậy dựa theo kết quả tính toán có thể thấy hình thang lái của xe Ford Focus 2012 đảm bảo điều kiện quay vòng của ô tô. Trong thực tế ô tô vẫn bị trượt khi quay vòng và giá trị rất bé không ảnh hưởng nhiều
2.2.2. Xác định momen cản quay vòng
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 M1 sinh ra do lực cản truyền động, mômen cản M2 do sự trượt lết bánh xe trên mặt đường và mômen cần thiết để làm ổn định các bánh dẫn hướng M3.
Mô men cản quay vòng sinh ra do lực cản lăn:
Mômen cản quay vòng được xác định theo công thức:
M1 = Gbx . f . c (2.20)
Gbx : Trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng
G1: Do động cơ đặt trước, dẫn động cầu trước nên khi tính toán lấy tải trọng tác dụng lên cầu trước bằng G1 = 70% G
c : cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng. a = 0,03 (m).
f : hệ số cản lăn. f = 0,015.
Vậy: M1 = 6387,5 . 0,015. 0,03 = 2,87(Nm)
2.2.2.1. Mô men cản M2
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 lực ngang Y sẽ dịch chuyển một đoạn x nào đó phía sau đối với trục bánh xe.
Với bánh xe có cỡ lốp là: 205/60R 16
r = 401(mm)
rbx : bán kính làm việc của bánh xe.
=> rbx = 0,96 . r = 0,96 . 401 = 384,96 (mm) (2.22)
Thay (2.22) vào (2.21) ta được: x = 0,14.r
Do đó mômen cản do bánh xe trượt lết là:
M2 = Gbx . φ . 0,14 . r = 6387,5 .0,85.0,14. 0,401 = 304,80 (Nm)
(với φ là hệ số bám ngang φ = 0,85)
2.2.2.2. Mô men M3
Mômen ổn định tạo nên bởi độ nghiêng ngang, nghiêng dọc của trụ đứng. Giá trị của M3 thường rất nhỏ lấy M3 = 0.
2.2.2.3. Hiệu suất dẫn động của trụ đứng và hình thang lái
Thay các giá trị hk, ht vào công thức (2.23): h = 0,8 . 0,9 = 0,72
Tổng mômen cản quay ở cả hai bánh dẫn hướng tác dụng lên cam quay và từ cam quay qua đòn dọc của dẫn động lái là:
Theo [3] Mc = 2. Gbx .(f.c + 0,14.r ) (2.24)
Thay các giá tri M1, M2, h vào công thức ta được:
Mc = 2. 6387,5 .(0,015.0,03 + 0,14.0,401) = 1004,07 (Nm)
Vậy mô men cản quay vòng cực đại Mc = 1004,07 (Nm).
2.2.3. Tính bền hệ thống lái
2.2.3.1. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái
Khi đánh lái trong trường hợp ôtô 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.
Mc : mômen cản quay vòng. Mc = 1004,07 (Nm).
R : bán kính vành lái. R = 0,18 (m).
Iw : tỷ số truyền cơ cấu lái. iw= 14,7
hth : hiệu suất thuận của cơ cấu lái. hth = 0,8.
id : tỷ số truyền của truyền động lái. id= 1.
Thay vào công thức (2.25), ta được: Pvlmax = 474,33 (N)
2.2.3.3. Kiểm tra bền
Trong quá trình làm việc bánh răng, thanh răng chịu ứng suất uốn, ứng suất tiếp xúc và chịu tải trọng va đập từ mặt đường. Vì vậy thường gây ra hiện tượng rạn nứt chân răng. Do đó ảnh hưởng lớn tới sự tin cậy và tuổi thọ của cơ cấu lái. Để đảm bảo được những yêu cầu làm việc của cơ cấu lái thì vật liệu chế tạo bánh răng - thanh răng được dùng là thép 40X được tôi cải thiện.
a. Ứng suất cho phép:
* Ứng suất tiếp xúc cho phép:
SH: là hệ số an toàn , lấy SH = 1,1.
ZR: hệ số xét ảnh hưởng của độ nhám, ZR = 0,95.
ZV: hệ số xét ảnh hưởng của vận tốc vòng, ZV = 1,1.
KXH: hệ số xét ảnh hưởng của kích thước bánh răng, KXH = 1.
KF: hệ số xét ảnh hưởng của độ độ bôi trơn, KF = 1.
Thay các thông số vào công thức(2.26) ta được: [eH] = 560,5 (MPa)
* Ứng suất uốn cho phép :
YR = 1, KXF = 1.
SF: là hệ số an toàn, lấy SF = 1,7.
YS: là hệ số xét tới ảnh hưởng của mô đun với m = 2,5,
ta chọn YS = 1,03.
=> [eF] = 318,682 (MPa)
c. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:
Với: YF1, YF2 : là hệ số dạng răng.
Theo tài liệu chi tiết máy với hệ số dịch chỉnh x = 0,65 và số răng:
Chọn Ztđ1=10
Chọn Ztđ2=30
Thay các thông số vào công thức (2.28) ta được:
eF1 = 12,13
eF2 = 12,51
=> eF1 < eF2 < [eF] = 318,682 (MPa)
Vậy điều kiện được thoả mãn Þ Bộ truyền bánh răng - thanh răng đảm bảo đủ bền trong quá trình làm việc.
2.2.4. Tính bền trục lái
Trục lái làm bằng thép 20 có ứng suất cho phép . Trục lái chế tạo đặc có đường kính D = 20 mm.
Pvl : lực cực đại tác dụng lên vành tay lái, Pvl = 474,33 (N).
R : bán kính vành tay lái. R = 180 (mm).
Wx : mô đuyn chống xoắn.
Wx = 0,2 . D3 = 0,2 . 203 = 1600 ( mm3 )
Thay các giá trị trên vào công thức (2.29), ta được: tx = 53,36 (N/mm2)
Vậy với tx = 53,36 (N/mm2) <[tx] = 80 (N/mm2), trục lái đủ bền.
Trong quá trình làm việc trục lái chịu ứng suất xoắn truyền từ vô lăng xuống.
2.2.5. Tính bền đòn kéo ngang
Trong quá trình làm việc đòn kéo ngang chỉ chịu kéo nén theo phương dọc trục. Do vậy khi tính bền ta chỉ cần tính kéo, nén và lực tác dụng từ bánh xe.
G1: tải trọng trong trạng thái tĩnh lên cầu trước G1 = 12775 (N)
β: hệ số bám giữa lốp và mặt đường β = 0,8
m1p : hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu trước khi phanh. M1p= 1,4.
Thay vào công thức (2.31), ta có: Ppmax = 14308 (N)
Đòn kéo ngang được chế tạo bằng thép ống CT20 có đường kính trong và ngoài lần lượt là: D = 20 mm; d = 10mm.
[sn] = 350 (kg/cm2) = 35 (MN/m2).
Với hệ số dự trữ bền ổn định n = 2 ta có: [sn] = 17,5 (MN/m2)
Thay các thông số vào công thức (2.33) sn =9,37 (N/mm2) =>sn< [sn]
Vậy đòn kéo ngang đảm bảm độ bền và độ ổn định.
2.2.5.1. Tính bền đòn kéo dọc
Để đảm bảo an toàn và tính ổn định trong quá trình làm việc, đòn bên được làm bằng thép 20X. Đòn bên của dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn. Do vậy ta tính bền theo điều kiện uốn:
Thay số ta được: Mx = 353094,4 (NM)
Kiểm tra ứng suất uốn tại vị trí nguy hiểm nhất tại chỗ giao nhau giữa hai tiết diện.
=> eu = 176,54 (N/mm2)
2.2.6. Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái
Thanh nối của dẫn động lái 6 khâu do ở hai đầu là khớp nên chỉ chịu kéo nén đúng tâm. Ta tính thanh nối trong trường hợp chịu lực phanh cực đại:
+ Thanh uốn chịu lực nén: Q1 = 1932,1 (N).
Thanh nối được làm bằng vật liệu thép 20X.
Vậy: eu = 17,09 (N/mm2) < [eu] = 140 (N/mm2). Do đó đòn nối bên của dẫn động lái đủ bền trong quá trình làm việc.
2.2.7. Tính bền khớp cầu
Khớp cầu được bố trí trên đòn kéo dọc, đòn ngang hệ thống lái. Chúng là khâu quan trọng của dẫn động lái. Khớp cầu có lò xo nén đặt hướng kính.
Với điều kiện là khớp làm việc ở chế độ tải trọng động và chịu va đập. Khớp cầu được kiểm nghiệm độ bền theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc và kiểm tra độ bền cắt tại vị trí có tiết diện nguy hiểm.
Lực tác dụng lên khớp cầu chính là lực phanh cực đại N=Ppmax= 14308 (N)
2.2.7.1. Tính ứng suất chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu
Theo [3] Q = 0,5 . G1 = 0,5 . 12775 = 6387,5
D : đường kính khớp cầu D = 20 (mm)
ecd =15,25 (N/mm2)
Hệ số an toàn: n =1,96
Như vậy khớp cầu thỏa mãn điều kiện chèn dập tại bề mặt nguy hiểm.
2.2.7.2. Kiểm tra khớp cầu theo điều kiện cắt
d : là đường kính tại chỗ thắt của rôtuyn. d = 12 (mm)
Thay các giá trị tìm được vào công thức (2.37) tc = 56,5(N/mm2)
Hệ số an toàn: n = 1,42
Như vậy khớp cầu thoả mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm.
Chương 3
KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE FORD FOCUS
3.1. Chú ý trong quá trình sử dụng
3.1.1. Yêu cầu đối với người sử dụng
Hệ thống lái đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn nhưng rất hay gặp trục trặc trong quá trình sử dụng, do đó người lái xe cần chú ý
- Tuân thủ lịch trình bảo dưỡng và thay thế hoặc sửa chữa định kỳ của nhà sản xuất.
- Thường xuyên kiểm tra bằng mắt hoặc kiểm tra hoạt động các chức năng của hệ thống lái để kịp thời phát hiện hư hỏng.
- Luôn kiểm tra hệ thống lái trước khi lái xe: Hành trình tự do của vành tay lái, trạng thái làm việc của bộ trợ lực tay lái, hình thang lái.
3.2. Bảo dưỡng hệ thống lái
3.2.1. Bảo dưỡng hằng ngày
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.
3.2.2. Bảo dưỡng định kỳ
3.2.2.1. Bảo dưỡng 1
Sau khoảng 6500 km tiến hành bảo dưỡng lần 1 đối với hệ thống lái, làm đầy đủ các nội dung cua bảo dưỡng thường xuyên và làm thêm các nội dung sau đây:
- Kiểm tra và xiết lại ổ, các khớp nối, kiểm tra các chốt chẻ.
- Kiểm tra việc lắp đặt các cơ cấu trên khung xe.
3.2.2.3. Một số quy định khi bảo dưỡng sữa chữa hệ thống lái
- Tháo lắp đúng thứ tự.
- Làm đúng, làm hết nội dung bảo dưỡng sửa chữa.
- Không làm bừa làm ẩu.
3.2.3. Một số nội dung bảo dưỡng, kiểm tra chính
3.2.3..1. Kiểm tra vành tay lái
Độ an toàn chuyển động của xe phụ thuộc vào hành trình tự do của vành tay lái. Hành trình tự do của vành tay lái được kiểm tra bằng thước khi động cơ làm việc ở chế độ không tải và bánh trước ở vị trí thẳng.
- Các bước tiến hành để đo hành trình tự do:
+ Kẹp thước đo hành trình tự do vành tay lái vào vỏ trục lái.
+ Đánh tay lái sang trái cho đến khi bánh trước của xe bắt đầu dịch chuyển thì dừng lại, đánh dấu vị trí lên thước.
+ Quay vành tay lái theo hướng ngược lại cho đến khi bánh xe dịch chuyển.
+ Góc quay của kim sẽ tương ứng với hành trình tự do của vành tay lái lúc này nếu xe không nổ máy thì hành trình tự do vành tay lái phải nhỏ hơn 30 mm.
3.2.3.3. Kiểm tra góc Camber, Caster và góc Kingpin
- Các bước tiến hành :
+ Để bánh trước trên tâm của dụng cụ đo góc đặt bánh xe.
+ Tháo ốp bánh xe. Đặt dụng cụ đo góc camber-caster-king pin và gắn nó vào tâm của moayơ cầu xe hoặc bán trục.
+ Kiểm tra camber, caster và góc kingpin.
- So sánh với các giá trị tiêu chuẩn:
+ Góc Caster có giá trị trong khoảng (-3o đến 10o)
+ Góc Kingpin có giá trị nằm trong khoảng (-5o đến 5o)
+ Tháo đồng hồ đo các góc camber-caster và kingpin và miếng gá.
+ Lắp ốp moay ơ bánh xe.
3.2.3.4. Đo góc quay của bánh dẫn hướng
Cho dầu xe lên cac bệ kiểu mâm xoay co ghi độ. Đánh hết lái về hai phía, xác định các góc quay bánh xe dẫn hướng hai bên trên mâm chia độ
+ Quay vô lăng hoàn toàn sang trái và phải, và đo góc quay.
- Góc quay bánh xe:
+ Bánh bên trong 41°01’ +/- 2°.
+ Bánh xe bên ngoài 35°21’.
3.2.3.6. Kiểm tra cảm biến mômen quay của trục lái
Nguyên lý chung là đo góc lệch giữa hai mặt cắt thông qua các kỹ thuật khác nhau như điện từ, quang học, từ đó có thể tính được momen xoắn dựa vào công thức, và đo độ lệch góc giữa 2 mặt cắt.
3.2.3.8. Kiểm tra hư hỏng của bộ điều khiển trung tâm hệ thống lái
Nguyên nhân gây hỏng mô đun EPS có khá nhiều như: do tai nạn va chạm, nước vào do rửa xe, do chập cháy dây điện hoặc do thời gian vv....
Cách kiểm tra thì có thể dùng mắt thường đối với hư hỏng cơ học, ngoài ra còn có các thiết bị chuyên dùng để kiểm tra như G-scan, carmanscan, lauch X431, các máy chuẩn đoán riêng của hãng vv...
3.3. Hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục
3.3.1. Cơ cấu lái
Mài mòn cơ cấu lái.
Cơ cấu lái là cụm đảm nhận tỷ số truyền rất lớn trong hệ thống lái, do vậy các bề mặt làm việc của cơ cấu lái bị mòn khá nhanh.
Sự mài mòn của cư cấu lái tham gia phần lớn vào việc tăng độ rơ vành tay lái, độ rơ của vành tay lái làm cho độ nhạy của cơ cấu lái giảm, tạo nên sự va đập khi làm việc và mất khả năng điều khiển chính xác hướng chuyển động.
Rạn nứt gãy trong cơ cấu lái.
Các hiện tượng phổ biến là rạn nứt chân răng, gãy chân răng. Các hư hỏng này gây ra tiếng ồn và làm tăng nhiệt độ của cơ cấu lái, làm tăng tải trọng tác dụng lên các chi tiết như trục lái.
Lý do cho sự nặng nề:
- Để có thể sử dụng tối ưu hiệu quả của động cơ EPS, đai ốc bi tuần hoàn chỉ có một rãnh nhỏ trên đường bóng của nó.
- Ngoài ra, dung sai trong đai ốc bi tuần hoàn xấp xỉ 5µ. Điều này làm cho đai ốc bi tuần hoàn cực kỳ nhạy cảm với bụi bẩn và ăn mòn. Bụi bẩn và hơi ẩm có thể xâm nhập vào đai ốc bi tuần hoàn thông qua khởi động lái bị lỗi chẳng hạn.
- Vì lý do này, điều đặc biệt quan trọng là phải kiểm tra tình trạng của bốt lái trong quá trình bảo dưỡng xe định kỳ.
3.3.2. Một số hư hỏng khác
Bảo vệ quá nhiệt
Một cảm biến nhiệt độ và một thuật toán để tính toán nhiệt độ được đặt trong mô-đun EPS.
Từ một nhiệt độ nhất định, hỗ trợ lái thông qua động cơ EPS liên tục được giảm xuống. Quá nhiệt có thể xảy ra nếu, ví dụ tay lái liên tục chuyển từ trạng thái khóa hoàn toàn sang khóa hoàn toàn khi xe không chuyển động. Trong các điều kiện hoạt động này, động cơ EPS được kích hoạt với công suất tối đa. Ở đây dòng điện cực đại có thể lên đến 80A đến 90 A.
3.4. Tháo lắp hệ thống lái
- Dụng cụ cần thiết:
+ Kìm tháo phanh.
+ Đế từ của đồng hồ đo.
+ Panme ngoài 25 – 50 mm.
+ Đồng hồ đo đường kính xi lanh.
Tháo lắp mốt số chi tiết của cơ cấu lái như bảng 3.e.
KẾT LUẬN
Với đề tài được giao là:“Khai thác hệ thống lái trên xe FORD FOCUS”.Em nhận thấy đây là một đề tài thiết thực, mang tính thực tế cao. Sau một thời gian tập trung nghiên cứu tham khảo tài liệu, tính toán, tìm hiểu thực tế cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy trong Bộ môn ô tô, đặc biệt là thầy : ThS.................... và các bạn, em đã hoàn thành bản đồ án đúng tiến độ và thời gian.
Vì điều kiện thời gian có hạn, trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế, cho nên chất lượng đồ án còn hạn chế, còn nhiều thiếu sót trong phần tính toán và kết cấu có thể chưa hợp lý. Em rất mong có được sự chỉ bảo tận tình của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn, bản thân có được những kiến thức, kinh nghiệp quý báo.
Một lần nữa em xin gửi lời tri ơn sâu sắc tới thầy : ThS.................... và toàn thể các thầy trong khoa ô tô đã tận tình dạy dỗ, giúp em hoàn thiện đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Cấu tạo ô tô – Tập II, Trường đại học Trần Đại Nghĩa.
2. Focus C346 Service Publication, Ford, năm 2012
3. Lý thuyết ô tô quân sự, Nhà xuất bản quân đội nhân dân, năm 2002 .
4. Nguyễn Hữu Cẩn – Phan Đình Kiên, Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo – tập II, Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, năm 1971.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"