MỤC LỤC

MỤC LỤC........1

LỜI NÓI ĐẦU.......2

2. Giới thiệu ô tô LAND CRUISER.. 4

2.1. Các thông số kỹ thuật chính của ôtô LAND CRUISER 200. 6

2.2. Khái quát hệ thống lái trên ô tô LAND CRUISER 200. 8

3. Lý thuyết chung về hệ thống lái 8

3.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu. 8

3.1.1. Công dụng. 8

3.1.2. Phân loại 8

3.1.3. Yêu cầu. 9

3.2. Các sơ đò hệ thống lái 10

3.2.1. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc. 10

3.2.2. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập. 10

3.3. Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái 11

3.3.1. Vô lăng. 11

3.3.2. Trục lái 11

3.3.3. Cơ cấu lái 11

3.3.3.1. Các thông số đánh giá cơ bản. 11

3.3.4. Các loại cơ cấu lái thông dụng. 14

3.3.4.1. Loại trục vít - Cung răng. 14

3.3.4.2. Loại trục vít - con lăn. 16

3.3.4.3. Trục vít - chốt quay. 17

3.3.4.3. Bánh răng - thanh răng. 18

3.3.4.5. Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng. 19

3.3.5. Dẫn động lái 21

3.3.6. Hình thang lái 21

3.3.7. Hình học lái 22

3.3.7.1. Góc doãng. 22

3.3.7.2. Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng. 24

3.3.7.3. Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng. 25

3.3.7.4. Độ chụm đầu. 25

3.4. Cường hoá lái 26

3.4.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu. 26

3.4.1.1. Công dụng. 26

3.4.1.2.  Phân loại 26

3.4.1.2. Yêu cầu. 27

3.4.2. Các thông số đánh giá. 27

3.4.3. Các sơ đồ bố trí 28

3.5. Liên hệ giữa hệ thống lái và hệ thống treo. 30

4.  Hệ thống lái ôtô LAND CRUISER 200. 32

4.1.  Giới thiệu tổng quát về hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200. 32

4.2. Các thông số kỹ thuật chính của các chi  tiết  của  hệ  thống  lái  ô tô  LAND CRUISER 200  33

4.3. Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200. 34

4.3.1. Vành tay lái 34

4.3.2. Trục lái và trục các đăng của hệ thống lái LAND CRUISER 200. 35

4.3.3. Cơ cấu lái 36

4.3.4. dẫn động lái 41

4.3.5. Bơm trợ lực lái 41

5. Tính toán kiểm tra hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200. 42

5.1. Các thông số chính của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200. 42

5.2. Xác định mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng. 43

5.3. Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng. 46

5.4. Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái 46

5.4.1. Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái khi ô tô quay vòng tại chỗ. 46

5.4.1.1. Tính bền đòn quay đứng. 47

5.4.1.2. Tính bền thanh kéo bên. 48

5.4.2. Tính toán kiểm nghiệm dẫn động lái khi phanh với cường độ cao. 49

5.5. Tính toán kiểm tra hình thang lái 50

5.5.1. Cơ sở lý thuyết 50

5.5.2. Tính toán kiểm tra động học quay vòng. 51

6. Chẩn đoán những hư hỏng của hệ thống lái ôtô LAND CRUISER 200 và biện pháp khắc phục  56

6.1. Độ rơ vành tay lái tăng. 57

6.2. Lực trên vành tay lái gia tăng hay không đều. 57

6.3. Áp suất của cường hóa lái thủy lực hệ thống lái không ổn định. 57

7. Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200. 59

7.1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 59

7.1. Sữa chữa các chi tiết trong hệ thống lái 59

8. Kết luận. 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 62

LỜI NÓI ĐẦU

   Kể từ khi ra đời đến nay ngành cơ khí động lực không ngừng phát triển và đạt được thành tựu to lớn. Ngày nay với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ôtô đã chế tạo ra nhiều loại ôtô với hệ thống lái có tính năng kỹ thuật rất cao để đảm bảo vấn đề an toàn và tính cơ động của ôtô.

   Trong tập đồ án tốt nghiệp này em được nhận đề tài ”Khảo sát và tính toán kiểm tra hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200”. Nội dung của đề tài này giúp em hệ thống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ôtô nói chung và hệ thống lái của ôtô Land Cruiser nói riêng, từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về chuyên môn.

   Tập đồ án này trang bị cho người sử dụng, vận hành ôtô có những kiến thức cơ bản về hệ thống lái trên ôtô. Trong quá trình làm việc của hệ thống lái không thể tránh khỏi những hư hỏng hao mòn các chi tiết. Vì vậy đề tài này còn đề cập đến vấn đề bảo dưỡng, sửa chữa.

   Được sự hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo:…………...., cùng với sự nổ lực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này. Vì thời gian và kiến thức có hạn nên trong tập đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Vì vậy em mong các thầy, cô trong bộ môn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn.

    Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn  thầy giáo:……….…... Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong bộ môn đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý bấu trong quá trình học tập ở trường và thời gian làm đồ án tốt nghiệp.

                                                                                 ……, ngày …..  tháng ….. năm 20…...

                                                                                          Sinh viên thực hiện

                                                                                           …………………

1. Mục đích ý nghĩa đề tài

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. Mà hệ thống lái là một bộ phận quan trọng đảm bảo tính năng đó. Việc quay vòng hay chuyển hướng của ôtô khi gặp các chướng ngại vật trên đường đòi hỏi hệ thống lái làm việc thật chuẩn xác.

Chất lượng của hệ thống lái phụ thuộc rất nhiều vào công tác bảo dưỡng sửa chữa. Muốn làm tốt việc đó thì người cán bộ kỹ thuật cần phải nắm vững kết cấu và nguyên lí làm việc của các bộ phận của hệ thống lái.

Đề tài: Khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống lái ôtô LAND CRUISER mong muốn đáp ứng một phần nào mục đích đó. Nội dung của đề tài đề cập đến các vấn đề sau:

-  Khảo sát hệ thống lái.

-  Tính toán kiểm tra.

-  Bảo dưỡng sửa chữa.

Các nội dung trên được trình bày theo các mục, nhằm mục đích nghiên cứu kết cấu và nguyên lí làm việc cũng như công dụng, phân loại, yêu cầu chung của các chi tiết cũng như từng cụm chi tiết. Sự ảnh hưởng của các chi tiết  hay từng cụm chi tiết đến quá trình làm việc cũng như các thông số kỹ thuật, để đảm bảo cho ôtô vận hành an toàn trên đường. Ngoài ra đề tài này còn đề cập đến vấn đề bảo dưỡng sửa chữa một số hiện tượng hư hỏng thường xuyên xảy ra của hệ thống lái.

Đề tài này còn có thể giúp các cơ sở hình thành các tài liệu giảng dạy, đào tạo nghề và giúp cho bạn đọc hiểu biết thêm về hệ thống lái của ôtô. Đặc biệt là ô tô LAND CRUISER.

2. Giới thiệu ô tô LAND CRUISER

Ô tô Land Cruiser là loại xe được sản xuất tại Nhật Bản vào năm 1951 và xuất hiện tại Việt Nam lần đầu tiên vào năm 2000. Suốt hơn 50 năm thống lĩnh trên khắp mọi địa hình, Land Cruiser danh tiếng đã trở thành một phương tiện thiết yếu cho khát khao chinh phục những vùng đất hiểm trở nhất.

Danh tiếng toàn cầu với sức mạnh và độ tin cậy tuyệt đối, Land Cruiser khẳng định những giá trị truyền thống dựa trên nền tảng mới của thiết kế và công nghệ một cách thiết phục. Cấu trúc thân xe cực kỳ chắc chắn cùng động cơ mạnh mẽ vượt trội mang đến khả năng vận hành ưu việt. Dù trên đường cao tốc hay địa hình hiểm trở, với các tính năng an toàn hàng đầu, Land Cruiser đem lại cho chủ nhân sự an tâm và hài lòng tuyệt đối. Ấn tượng và thuyết phục, Land Cruiser luôn là sự lựa chọn tối ưu cho những ai thực sự am hiểu dòng xe hai cầu đích thực.

Hình dáng tổng thể của ô tô Land Cruiser 200 được thể hiện trên hình 2.1.

Hình 2-1  Hình dáng tổng thể ô tô LAND CRUISER 200

2.1. Các thông số kỹ thuật chính của ôtô LAND CRUISER 200

Dưới đây là các thông số kỹ thuật chính của ô tô LAND CRUISER 200.

Bảng 2-1 Các thông số kỹ thuật chính của ô tô LAND CRUISER 200

2.2. Khái quát hệ thống lái trên ô tô LAND CRUISER 200

Hệ thống lái trên ô tô Land Cruiser 200 là hệ thống lái có trợ lực lái kiểu bánh răng thanh răng nên giúp giảm nhẹ lao động cho người lái và tăng tính an toàn lao động. Dẫn động hệ thống lái thông qua trục lái, khớp các đăng và các khâu khớp trong hình thang lái, cơ cấu lái và bơm trợ lực lái được bố trí riêng, cơ cấu lái được bắt chặt vào khung xe và nối với trục lái bằng khớp các đăng.

Tay lái có thể điều chỉnh theo 4 hướng: gật gù và xa gần làm tăng sự thỏa mái cho người lái.

Tỷ số truyền của cơ cấu lái: iω = 16,5.

Bơm dầu trợ lực lái là loại bơm cánh gạt tác dụng kép, số cánh gạt là 10 cánh, trên thân bơm có bố trí van an toàn.

3. Lý thuyết chung về hệ thống lái

3.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu

3.1.1. Công dụng

Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô máy kéo chuyển động theo một hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe.

Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:

- Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: Dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.

- Dẫn động lái: Dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng.

- Cường hóa lái: Thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa. Nó dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài. Trên các xe cỡ nhỏ có thể không có.

3.1.2. Phân loại

-Theo vị trí bố trí vô lăng, chia ra:

+ Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động) dùng cho những nước xã hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ,...

+ Vô lăng bố trí bên phải: dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái như: Anh, Thuỵ Điển ...

Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của người lái, đặt biệt là khi vượt xe.

-Theo kết cấu cơ cấu lái, chia ra:

+ Trục vít - Cung răng;

+ Trục vít - Chốt quay;

+ Trục vít - Con lăn;

+ Bánh răng - Thanh răng;

+ Thanh răng liên hợp (Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng).

- Theo số lượng bánh xe chuyển hướng, chia ra:

+ Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu;

+  Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu;

- Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ cường hoá lái, chia ra:

+ Cường hoá thuỷ lực;

+ Cường hoá khí (khi nén hoặc chân không);

+ Cường hoá điện;

+ Cường hoá cơ khí;

+ Ngoài ra còn có thể phân loại theo: Số lượng các bánh xe dẫn hướng (các bánh dẫn hướng chỉ ở cầu trước, ở cả hai cầu hay tất cả các cầu), theo sơ đồ bố trí cường hóa lái.

3.1.3. Yêu cầu

Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:

- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:

+ Để đảm bảo yêu cầu này thì hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 150 khi có trợ lực và không lớn hơn 50 khi không có trợ lực).

+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt.

+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều

kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động.

- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong một khoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích thật bé.

- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe.

- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc chướng ngại vật.

-  Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng (Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:

+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: P_lvmax không được lớn hơn 150 ¸ 200 N;

+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N.

+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe dẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quay của vô lăng và của bánh xe dẫn hướng.

3.2. Các sơ đò hệ thống lái

3.2.1. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc

Hình 3-1  Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc

1- Vô lăng; 2- Trục lái; 3- cơ cấu lái; 4- Trục ra của  cơ  cấu lái; 5- Đòn       quay đứng; 6- Đòn kéo dọc; 7- Đòn quay ngang; 8- Cam quay; 9- Cạnh bên của hình thang lái; 10- Đòn kéo ngang; 11- Bánh xe; 12- Bộ phận phân phối ; 13- Xi lanh lực.

3.2.2. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập

Hình 3-2  Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập

1-Vô lăng; 2-Trục lái; 3- Cơ cấu lái; 4-Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đòn quay  đứng; 6- Bộ phận hướng của hệ thống treo; 7- Đòn kéo bên; 8- Đòn lắc ; 9- Bánh xe.

3.3. Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái

3.3.1. Vô lăng

Vô lăng hay còn gọi là bánh lái thường có dạng tròn với các nan hoa, dùng để tạo và truyền mô men quay do người lái tác dụng lên trục lái. Các nan hoa có thể bố trí đối xứng hoặc không, đều hay không đều tuỳ theo sự thuận tiện khi lái.

Bán kính vô lăng được chọn phụ thuộc vào loại xe và cách bố trí chổ ngồi của người lái, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cở nhỏ) đến 275 mm (đối với xe tải và xe khách cở lớn ).

3.3.2. Trục lái

Trục lái là một đòn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men từ vô lăng xuống cơ cấu lái. Độ nghiêng của trục lái sẽ quyết định góc nghiêng của vô lăng, nghĩa là ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái khi điều khiển.

3.3.3. Cơ cấu lái

Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn của vô lăng thành chuyển động góc (lắc) của đòn quay đứng và bảo đảm tăng mô men theo tỷ số truyền yêu cầu.

3.3.3.1. Các thông số đánh giá cơ bản

a. Tỷ số truyền động học

Hình 3-3 Các quy luật đặc trưng cho sự thay đổi tỷ số truyền động học

Tỷ số truyền động học:

                                                         (3-1)                                                                

Ở đây:

q, j: Các góc quay tương ứng của trục vào (vô lăng) và trục ra (đòn quay đứng).

w₀, w₀: Các vận tốc góc tương ứng.

Tỷ số truyền động học i_w được chọn xuất phát từ điều kiện là: đảm bảo cho góc quay cần thiết của vô lăng để quay các bánh xe dẫn hướng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên không lớn hơn 1,8 vòng đối với ô tô du lịch và không lớn hơn 3 vòng đối với ô tô tải và ô tô khách, nhằm đảm bảo yêu cầu cơ động cao và thuận tiện điều khiển khi xe quay vòng.

Giá trị của i_w phụ thuộc vào loại và cở xe, thường nằm trong giới hạn 13-22 đối với ôt tô du lịch và 20-25 đối với ô tô tải và khách, trong một số trường hợp có thể tới 40.

Tỷ số truyền động học i_w có thể được thiết kế không đổi hoặc thay đổi theo góc quay của vô lăng. Cơ cấu lái có i_w thay đổi thường được dùng trong hệ thống lái không có cường hoá. Mặc dù kết cấu không phức tạp nhưng tính công nghệ kém hơn nên đắt hơn so với loại cơ cấu lái có i_w không đổi.

Qui luật thay đổ i_w có một số dạng khác nhau tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ và tính năng của xe. Đối với các xe thông thường: Qui luật thay đổi i_w có dạng như trên hình 3-3 đường 4 là hợp lý nhất.

Trong phạm vi góc quay ½q½£ 90⁰¸120⁰, tỷ số truyền i_w  cần phải lớn để tăng độ chính xác điều khiển và giảm lực cần tác dụng lên vô lăng. Khi xe chạy trên đường thẳng với tốc độ lớn, theo số liệu thống kê thì đa số thời gian hệ thống lái làm việc với góc quay nhỏ của vô lăng quanh vị trí trung gian. Ngoài ra i_w tăng còn làm giảm được các va đập từ mặt đường.

Ở các góc quay ½q½> 900 - 1200  tỷ số i_ω cần giảm để tăng tốc độ quay vòng, tăng tính cơ động của xe.

Đối với các xe tốc độ thấp và trọng tải toàn bộ lớn, quy luật thay đổi i_ω được làm theo đường 2, để khi quay vòng không ngoặt tương đối thường xuyên thì lực cần tác dụng nhỏ.

Trên các xe tốc độ rất lớn: thường sử dụng qui luật như đường 1. Khi đó, trong thời gian chuyển động thẳng với tốc độ rất lớn điều khiển ô tô được nhạy, còn khi quay vòng ngoặt với tốc độ vừa phải thì giảm được lực tác dụng.

Đối với các xe có cường hoá lái: thì i_w được làm không đổi (đường 3) vì lúc này vấn đề cần giảm nhẹ điều khiển đã có cường hoá giải quyết.

b. Tỷ số truyền lực

                                                                         (3-2)

Ở đây:

i_F- Tỷ số truyền lực.

M_r­­- Mô men ra khỏi cơ cấu lái (hay trên đòn quay đứng).

M_v- Mô men vào cơ cấu lái (hay trên vô lăng).

c. Hiệu suất

Hiệu suất của cơ cấu lái có thể xác định theo công thức sau:

 = =                                                          (3-3)

Ở đây:

M_r­­, M_v - Các mô men đo ở đầu ra  và đầu vào của cơ cấu lái;

, - Các tốc độ góc tương ứng ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái;

i_F - Tỷ số truyền lực;

i_w - Tỷ số truyền động học.

Do hiệu suất của cơ cấu lái có giá trị khác nhau tuỳ theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống hay từ dưới bánh xe dẫn hướng lên, nên người ta phân biệt:

- Hiệu suất thuận h_th: Là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống các bánh xe dẫn hướng.

- Hiệu suất nghịch h_ng: Là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ dưới bánh xe

dẫn hướng lên vô lăng.

Hiệu suất thuận của cơ cấu lái cần phải lớn để giảm tổn thất lực và giảm nhẹ lực điều khiển. Trong khi đó hiệu suất nghịch cần phải nhỏ để giảm các va đập truyền từ hệ thống chuyển  động lên vô lăng. Tuy vậy hiệu suất nghịch không được không được quá thấp vì sẽ làm mất tác dụng của mô men ổn định và bánh dẫn hướng sẽ không tự trở về được vị trí trung gian khi bị lệch khỏi vị trí đó do va đập và người lái bị mất cảm giác đường.

Khi sử dụng cường hoá thì yêu cầu đặt ra với các giá trị hiệu suất giảm đi nhiều. Do lúc này cường hoá vừa đảm bảo lái nhẹ vừa dập tắc những va đập truyền từ bánh xe lên vô lăng.

d. Khe hở trong cơ cấu lái

Khe hở trong cơ cấu lái cần phải nhỏ ở vị trí trung gian của vô lăng ứng với chuyển động thẳng của xe. Ở vị trí này, bề mặt làm việc các chi tiết của cơ cấu lái làm việc nhiều nên cường độ mài mòn lớn và khe hở tang nhanh hơn ở các vị trí khác. Do vậy, để khi điều chỉnh khe hở không xảy ra kẹt ở các vị trí biên, khe hở ở các vị trí này được làm tăng lên bằng các biện pháp kết cấu và công nghệ. Trong quá trình sử dụng, chênh lệch giá trị khe hở sẽ giảm dần.

Hình 3-4 Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu lái

1- cơ cấu lái còn mới; 2- cơ cấu lái đả sử dụng;

3- Sau khi đã điều chỉnh khe hở trung gian.

3.3.4. Các loại cơ cấu lái thông dụng

3.3.4.1. Loại trục vít - Cung răng

Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững. Tuy vậy có nhược điểm là hiệu suất thấp h_th= 0,5-0,7; h_ng=0,4-0,55, điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạp nếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít.

Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít

(hình 3-5) hoặc đặt ở phía bên cạnh (hình 3-6). Cung răng đặt bên có ưu điểm là đường tiếp xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển trên toàn bộ chiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm, do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng. Cơ cấu lái loại này thích hợp cho các xe tải cỡ lớn. Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm). Khi trục vít có dạng glôbôit thì số răng ăn khớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc và mài mòn.

Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiều dài của trục vít.

Hình 3-5 Trục vít lăn - cung răng đặt giữa

1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ.

Hình 3-6  Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng đặt bên

1- Ổ bi ; 2 - Trục vít; 3- Cung răng ; 4- Vỏ.

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công thức:

i_ω =                                                                     (3 - 4)

Ở đây:

R₀ - Bán kính vòng lăn của cung răng;

t  -   Bước trục vít;

Z₁ - Số mối ren  trục vít.

Góc nâng của đường ren vít thường từ 80 ÷ 120. Khe hở ăn khớp khi quay đòn quay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên, thay đổi từ  0,03 ¸ 0,5 mm . Sự thay đổi khe hở được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng có bán kính khác.

3.3.4.2. Loại trục vít - con lăn

Hình 3-7 Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành

1- Trục đòn quay đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh; 5- Trục vít; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn.

Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 3-7) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô tô do có ưu điểm:

+ Kết cấu gọn nhẹ;

+ Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn;

+ Hiệu suất thuận: η_t = 0,77 - 0,82;

+ Hiệu suất ngịch: η_n = 0,6;

+ Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần.

Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn đươc bố trí lệch với đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm. Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục quay của đòn quay đứng thì khoảng cách A sẽ thay đổi. Do đó khe hở ăn khớp cũng thay đổi.

Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằng cách dịch chuyển trục quay O₂ của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít O₁ một lượng x =2,5-5 mm.

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thức sau:

                                         (3-5)

Ở đây :

t-  Bước của mối răng trục vít;

Z₁- Số đường ren trục vít;

R_k- Bán kính vòng (tiếp xúc) giữa con lăn và trục vít (khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng);

R₀- Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;

i₀-  Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít.

Theo công thức trên ta thấy i_ω thay đổi theo góc quay trục vít. Tuy vậy sự thay đổi này không lớn khoảng từ 5-7%  (từ vị trí giữa ra vị trí biên). Nên có thể coi như  i_ω = const.

3.3.4.3. Trục vít - chốt quay

Trên hình 3-8 là kết  cấu của cơ cấu lái trục vít - chốt quay.

Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cách chế tạo bước răng trục vít khác nhau.

Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:

i =.cosj                                                                 (3 - 6)

Ở đây :

j - Góc quay của đòn quay đứng;

R₂ - Bán kính đòn dặt chốt.

Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu loại này vào khoảng 0,7. Cơ cấu lái này dùng nhiều ở hệ thống lái không có cường hoá và chủ yếu trên các ôtô tải và khách. Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng.

Hình 3-8 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay

1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay.

3.3.4.3. Bánh răng - thanh răng

Hình 3-9 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

1- Bánh răng; 2- Thanh răng.

Hình 3-10 Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

1- Khớp nối; 2- Thanh răng.

Trên hình 3-9 là kết  cấu của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.

Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống dẩn hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng bằng lò xo.

+ Ưu điểm:

- Có tỷ số truyền nhỏ, i_ω nhỏ dẫn đến độ nhạy cao. Vì vậy được sử dụng rộng rãi trên các xe đua, du lịch, thể thao ...

- Hiệu suất cao.

- Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo.

+ Nhược điểm:

- Lực điều khiển tăng (do i_ω nhỏ).

- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc.

- Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng.

3.3.4.5. Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng

Trên hình 3-11 là kết cấu cơ cấu loại trục vít - êcu bi - thanh răng cung răng.

Êcu (5) lắp lên trục vít (6) qua các viên bi nằm theo rảnh ren của trục vít cho phép thay đổi ma sát trượt thành ma sát lăn. Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thành thanh răng ăn khớp với cung răng trên trục (4).

Hình 3-11 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng

1- Trục cung răng; 2- Vít điều chỉnh; 3- Đệm tỳ; 4- Ống dẫn hướng bi;

 5- Êcu ; 6- Trục vít.

Tỷ số truyền động học  của cơ cấu lái loại này không đổi và xác định theo công thức :

i =                                                                             (3- 7)

Ở đây: R₂ - Là bán kính chia cung răng;

             t - Bước răng trục vít.

+ Ưu điểm:

- Hiệu suất cao: Hiệu suất thuận = 0,7 - 0,85, hiệu suất  nghịch  = 0,85.

Do hiệu suất nghịch lớn nên khi lái trên đường xấu sẽ vất vả nhưng ôtô có tính ổn định về hướng cao khi chuyển động thẳng.

- Khi sử dụng với cường hoá thì nhựơc điểm hiệu suất nghịch lớn không quan trọng.

- Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụng trên các xe cở lớn.

3.3.5. Dẫn động lái

Bao gồm tất cả các chi tiết làm nhiệm vụ truyền lực từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và đảm bảo cho các bánh xe có động học quay vòng đúng.

Các thông số cơ bản:

+ Tỷ số truyền động học:

Gọi i là tỷ số truyền động học của hệ thống lái. Xác định i theo công thức:

                                                              (3-8)

Trong đó:

- là các góc quay của vô lăng,  phải đảm bảo cho góc quay cần thiết của vô lăng để quay các bánh dẫn hướng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên không lớn hơn 1,8 vòng (tương ứng với 640⁰),  = 1,8 vòng;

- là góc quay của bánh xe dẫn hướng, = 40⁰.

+ Tỷ số truyền của cơ cấu lái:

Gọi i_c là tỷ số truyền của cơ cấu lái thống lái. Xác định i_c theo công thức:

Trong đó:

- là tỷ số truyền của hệ thống lái, = 16,2;

- là tỷ số truyền của dẫn động lái, = 0,98.

+ Tỷ số truyền lực:

                               (3-9)

Trong đó:

M_r (M_dq) - Mômen trên trục ra (hay trên đòn quay đứng);

M_v (M_vl) - Mômen trên trục vào (hay trên vô lăng).

+ Hiệu suất:

 - Hiệu suất thuận (): Tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống.

 - Hiệu suất nghịch (): Tính theo chiều truyền lực từ bánh xe lên.

- Với cơ cấu bánh răng-thanh răng ta có:

                            = = 0,99                                                  (3 - 10)

3.3.6. Hình thang lái

Là bộ phận quan trọng nhất của dẫn động lái. Hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng. Mục đích làm cho các bánh xe khỏi trượt lê khi quay vòng, dẫn đến giảm sự mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn định.

Hình thang lái có nhiều dạng kết cấu khác nhau. Đòn ngang có thể cắt rời hay liền tuỳ theo hệ thống treo là độc lập hay phụ thuộc. Nhưng dù trường hợp nào thì kết cấu của hình thang lái củng phải phù hợp với động học bộ phận hướng của hệ thống treo, để dao động thẳng đứng của các bánh xe không ảnh hưởng đến động học của dẫn động, gây ra dao động của bánh xe dẩn hướng quanh trục quay.

Động học quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo nhờ việc chọn các thông số kỹ thuật của hình thang lái và không có khe hở trong dẫn động nhờ sử dụng các bản lề tự động khắc phục khe hở.

Hình 3-12  Sơ đồ hình thang lái

3.3.7. Hình học lái

Hình học lái là thuật ngữ biểu đạt mối quan hệ hình học trong hệ thống mặt đường- bánh xe - các bộ phận của hệ thống lái- các bộ phận của hệ thống treo.

3.3.7.1. Góc doãng

Góc doãng: Là góc tạo bởi mặt phẳng quay bánh xe và mặt phẳng thẳng đứng, chiều dương ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ đầu xe.

Hình 3-13 Góc doãng

+ Tác dụng của góc doãng dương:

- Giảm tải theo phương thẳng đứng: Nếu góc doãng bằng không tải trọng tác dụng lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường tâm lốp và trục (F’ trên hình 3-14). Nó dễ làm trục hay cam quay bị cong. Việc đặt góc doãng dương sẽ làm tải tác dụng vào phía trong của trục, ký hiệu F, giảm lực tác dụng lên trục và cam quay.

- Ngăn ngừa sự tụt bánh xe: Phản lực F có độ lớn bằng tải trọng xe, tác dụng lên bánh xe theo phương vuông góc với mặt đường. F được phân tích thành F₁ vuông góc với đường tâm trục và F₂ song song với đường tâm trục. Lực F₂ đẩy bánh xe vào trong ngăn cản bánh xe tụt khỏi trục. Vì vậy ổ bi trong làm lớn hơn ổ bi ngoài để chịu tải trọng này.

- Ngăn cản góc doãng âm ngoài ý muốn do tải trọng gây ra: khi chất đầy tải lên xe, phía trên các bánh xe có xu hướng nghiêng vào trong do sự biến dạng của chi tiết của hệ thống treo và các bạc tương ứng. Góc doãng dương giúp chống lại hiện tượng này.

- Giảm lực đánh tay lái: Khi bánh xe quay sang phải hay trái quanh trục quay đứng với khoảng lệch là bán kính. Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra mômen lớn quanh trục quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh tay lái. Do đó khi khoảng cách này nhỏ thì giảm lực đánh tay lái.

Hình 3-14 Tác dụng của góc doãng dương

+ Tác dụng của góc doãng âm:

- Khi tải thẳng đứng tác dụng lên lốp có đặt góc doãng, lốp có xu hướng lún xuống. Tuy nhiên do bị chặn bởi mặt đường nên gai lốp sẽ bị biến dạng. lúc đó tính đàn hồi của lốp sẽ chống lại sự biến dạng này và vì vậy tác dụng lên mặt đường theo hướng A. Kết quả là đường sinh ra phản lực B gọi là lực camber. Lực camber tăng cùng với sự tăng góc nghiêng với mặt đường cũng như khi tăng tải.

Hình 3-15 Tác dụng của góc doãng âm

- Khi quay vòng lực camber ở bánh xe phía ngoài có tác dụng giảm lực quay vòng do tăng góc doãng dương. Lực ly tâm làm nghiêng xe đang chạy vòng do tác động của các lò xo của hệ thống treo, dẫn đến thay đổi góc doãng. Ở một số xe đã tạo một chút góc doãng âm do xe khi chuyển động thẳng do đó sẽ giảm được góc doãng dương khi quay vòng, giảm lực camber và đạt lực quay vòng tối ưu.

Góc doãng cũng có thể bằng không. Lý do chính để đặt góc doãng bằng không là để ngăn cản sự mòn không đều của lốp. Cả góc doãng dương hay âm đều làm mòn lốp nhanh. Điều này dễ hiểu khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tập trung một bên lốp.

3.3.7.2. Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng

Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục xoay so với đường thẳng góc với mặt đường. Nếu đầu trên trục xoay nghiêng ra phía sau bánh xe ta có độ nghiêng dọc dương. Nếu đầu trên trục xoay nghiêng ra phía trước bánh xe ta có độ nghiêng dọc âm.

Hình 3-16 Góc nghiêng dọc dương của trụ xoay đứng

1- Đường tim trục xoay; 2- Góc nghiêng dọc caster dương;

3- Đường thẳng góc mặt đất; 4-Khớp hình cầu; 5- Phía trước xe.

Hình 3-17 Góc nghiêng dọc

a- Góc nghiêng dọc dương; b- Góc nghiêng dọc âm.

+ Tác dụng của góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: Làm tăng hiệu quả trở về vị trí chuyển động thẳng của bánh xe dẫn hướng.

3.3.7.3. Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng

Là góc đo giữa trục xoay và đường thẳng góc với mặt đường khi ta nhìn từ đầu xe.

+ Tác dụng góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng:

- Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng có tác dụng làm giảm mômen cản quay vòng, tức là giảm khoảng cách từ tâm trụ xoay đứng đến điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.

- Ô tô có khả năng tự ổn định trở về vị trạng thái chuyển động thẳng.

- Khi ô tô quay vòng với góc quay vành tay lái lớn (bán kính quay vòng càng nhỏ), lực tác động lên vành tay lái càng lớn, tức tạo điều kiện cảm nhận được mức độ quay vòng của ô tô trên vành tay lái và khả năng trả về chuyển động thẳng càng lớn.

Hình 3-18 Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng

3.3.7.4. Độ chụm đầu

Khi phía trước của hai bánh xe gần nhau hơn phía sau của hai bánh xe khi nhìn từ trên xuống thì gọi là độ chụm đầu (sự bố trí ngược lại gọi là độ mở). Độ chụm được xác định bằng hiệu số của hai khoảng cách giữa các đầu nút sau (B) và trước (A) của vành bánh xe nằm ở chiều cao tâm bánh xe.

+ Tác dụng của độ chụm đầu:

- Ngăn ngừa khả năng gây ra độ chụm âm do tác động của lực cản lăn khi xuất hiện những khe hở và đàn hồi trong hệ thống trục trước và dẫn động lái.

- Làm giảm ứng suất trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường cho góc doãng của bánh xe dẫn hướng gây nên.

Hình 3-19 Độ chụm của bánh xe dẫn hướng

3.4. Cường hoá lái

3.4.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu

3.4.1.1. Công dụng

Trên các xe ô tô tải trọng lớn, xe du lịch cao cấp và các xe khách hiện đại thường có trang bị cường hoá lái để:

+ Giảm nhẹ lao động cho người lái

+ Tăng an toàn cho chuyển động.

Khi xe đang chạy một tốc độ lớn mà một bên lốp bị thủng, cường hoá lái đảm bảo cho người lái đủ sức điều khiển, giữ được ô tô trên đường mà không bị lao sang một bên.

Sử dụng cường hoá lái có nhược điểm là lốp mòn nhanh hơn (do lạm dụng cường hoá để quay vòng tại chỗ), kết cấu hệ thống lái phức tạp hơn và tăng khối lượng công việc bảo dưỡng.

3.4.1.2.  Phân loại

Theo nguồn năng lượng:

+ Cường hoá thuỷ lực;

+ Cường hoá khí (khí nén hoặc chân không);

+ Cường hoá điện;

+ Cường hoá cơ khí;

Cường hoá thuỷ lực được dùng phổ biến nhất vì có kết cấu nhỏ gọn và làm việc khá tin cậy.

Theo sơ đồ bố trí phân ra làm 4 dạng:

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xylanh lực được bố trí chung thành một cụm;

+ Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung;

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xy lanh lực bố trí riêng;

+ Xy lanh lực bố trí riêng, bộ phận phân phối và cơ cấu lái bố trí chung.

3.4.1.2. Yêu cầu

Cường hoá lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:

+ Khi cường hoá lái hỏng thì hệ thống lái vẫn làm việc bình thường cho dù lái nặng hơn.

+ Thời gian chậm tác dụng nhỏ.

+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng.

+ Khi sức cản quay vòng tăng lên thì lực yêu cầu tác dụng lên vô lăng cũng tăng theo, tuy vậy không được vượt quá 100 ¸ 150 N.

+ Không xảy ra hiện tượng tự cường hoá khi xe đi qua chổ lồi lỏm, rung xóc.

Phải có tác dụng như thế nào để khi một bánh xe dẫn hướng bị hỏng, bị nổ thì người lái có thể vừa phanh ngặt vừa giữ được hướng chuyển động cần thiết của xe.

3.4.2. Các thông số đánh giá

- Chỉ số hiệu dụng trợ lực:

K_hq =                                                                   (3-11)

Ở đây :

P_l - Lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cường hoá;

P_c­- Lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hoá trong những điều kiện quay vòng như trên;

P_h-  Lực do bộ cường hoá đảm nhận qui về vành tay lái.

- Chỉ số phản lực của cường hoá lên vành tay lái:

r =                                                                                                (3-12)

Ở đây: dP_c - Số gia lực tác dụng lên vành tay lái đã có trợ lực;

            dM_c - Mômen cản quay vòng của các bánh dẫn hướng.

Trong bộ trợ lực hiện nay r = 0,02- 0,05 [N/Nm].

- Độ nhạy: Độ nhạy của cường hoá lái đặc trưng bằng lực tác dụng lên vô lăng.

3.4.3. Các sơ đồ bố trí

Bất kỳ cường hoá lái nào cũng có ba bộ phận sau:

- Nguồn lăng lượng: bơm dầu, máy nén + bình chứa hoặc ắc quy.

- Bộ phận phân phối: dùng để phân phối đều chỉnh năng lượng cung cấp cho bộ phận chấp hành. Đảm bảo sự tỷ lệ giữa các góc quay của bánh xe dẩn hướng.

- Cơ cấu chấp hành: tạo và truyền lực (trợ lực) lên cơ cấu lái và dẫn động lái.

Các bộ phận trên có thể được bố trí theo 4 sơ đồ sau:

+ Cơ cấu lái, bộ phạn phân phối và xilanh lực bố trí chung thành một cụm như trên hình 3-20.

+ Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung như trên hình 3-21.

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xi lanh lực bố trí riêng  như trên hình 3-22.

+Xi lanh lực bố trí riêng, cơ cấu lái và bộ phận phân phối bố trí chung như trên hình 3-23.

Hình 3-20 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung thành một cụm

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xilanh lực.

Hình 3-21 Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố  trí chung

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xilanh lực.

Hình 3-22 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí riêng

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối;  3 - xi lanh lực.

Hình  3-23  Sơ đồ bố trí xilanh lực riêng, cơ cấu phân phối và cơ cấu lái bố  trí  chung

1 - cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối;  3 - cơ cấu lái.

Ưu nhược điểm của từng sơ đồ:

-Theo các sơ đồ hình 3-21;  3-22; 3-23.

+ Ưu điểm: Dễ bố trí, tăng tính thống nhất của sản phẩm, giảm tải tác dụng lên các chi tiết hệ thống lái.

+ Nhược điểm: Kết cấu kém cứng vững hơn, chiều dài các đường ống lớn, dẫn đến tăng khả năng dao động các bánh xe dẫn hướng.

-Theo sơ đồ hình 3-20.

+ Ưu điểm: Kết cấu gọn hơn, vững chắt hơn, chiều dài các đường ống nối ngắn, giảm hiện tượng dao động của bánh xe dẫn hướng.

+ Nhược điểm: Tất cả các chi tiết của hệ thốïng lái điều chịu tải lớn, là tổng lực do người lái và cơ cấu chấp hành tác dụng. Vì vậy trên các xe tải trọng lớn người ta không dùng sơ đồ bố trí này.

3.5. Liên hệ giữa hệ thống lái và hệ thống treo

Hệ thống treo trước trên xe Land Cruiser là hệ thống treo độc lập gồm có cơ cấu dẫn hướng, phần tử đàn hồi, thiết bị giảm chấn và thiết bị giữ ổn định ngang.

Bộ treo là cơ cấu nối giữa vỏ xe và các bánh xe. Toàn bộ các lực tác dụng lên bánh xe khi xe chạy đều được truyền lên khung vỏ xe qua bộ treo. Các chi tiết bộ treo có tác dụng làm dịu tải trọng động, làm giảm dao động của vỏ xe, đảm bảo độ ổn định tốt, xe chuyển động êm dịu. Ngoài ra bộ treo còn có tác dụng cùng với hệ thống lái bảo đảm khả năng quay vòng xe, điều khiển tay lái và điều chỉnh góc đặt bánh xe trước.

Hình 3-24 Cấu tạo hệ thống treo trước

1- Lò xo; 2- Bộ giảm chấn ống; 3- Thanh nối của bộ cân bằng ngang.

Trên hệ thống treo độc lập các bánh xe liên kết với thân xe thông qua các khâu đòn (khớp cầu, khớp trụ), do vậy chuyển vị của các bánh xe gần như không ảnh hưởng lẫn nhau.

Tổng quát, nếu bánh xe dịch chuyển tương đối một đoạn đối với khung xe (theo chuyển vị z đàn hồi) sẽ tạo nên:

- Dịch bên vết bánh xe ∆y;

- Góc lắc ngang bánh xe δ;

- Góc lắc dọc bánh xe β.

Các mối quan hệ này được gọi là “quan hệ động học” của hệ thống treo độc lập.

Hình 3-25 Quan hệ chuyển vị của hệ thống treo

            độc lập khi bánh xe dịch chuyển z

1- Thân xe; 2- Các đòn liên kết hệ thống treo;

3- Bộ phận giảm chấn; 4- Lò xo; 5- Bánh xe.

Nhìn chung, ô tô ngày nay có sự thay đổi giá trị ∆y, δ, β là rất nhỏ, trong khoảng dịch chuyển thẳng đứng bánh xe z so với khung. Tuy vậy trên các ô tô có yêu cầu cao về tiện nghi và tốc độ các mối quan hệ này vẫn phải quan tâm thích đáng vì các nguyên nhân sau:

- Sự dịch bên vết bánh xe ∆y sẽ làm bánh xe mau mài mòn, giảm khả năng tiếp nhận phản lực bên;

- Sự lắc ngang bánh xe δ gây nên giảm khả năng lăn phẳng của bánh xe, gây mòn lệch bánh xe và hạn chế khả năng tiếp xúc của bánh xe trên nền đường;

- Sự lắc dọc của bánh xe β làm thay đổi phương chuyển động của ô tô, làm mất quỹ đạo chuyển động mong muốn, người lái thường xuyên phải điều chỉnh vành tay lái. Trong một số tài liệu hiện tượng này được miêu tả bằng thuật ngữ “góc tự điều khiển bánh xe”.

Hiển nhiên các chuyển vị này là không mong muốn và cần hạn chế tối đa, song đây cũng chính là xu hướng hoàn thiện cho các kết cấu hệ thống treo độc lập nhằm áp ứng yêu cầu cao về tính tiện nghi và cơ động của các ô tô đời mới.

4.  Hệ thống lái ôtô LAND CRUISER 200

4.1.  Giới thiệu tổng quát về hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200

Hệ thống lái của ôtô LAND CRUISER 200 là hệ thống lái có trợ lực. Cấu tạo của hệ thống lái bao gồm: vành tay lái, trục lái, các đăng truyền động, cơ cấu lái, bộ trợ lực thuỷ lực và dẫn động lái. Trên ôtô LAND CRUISER 200  người ta bố trí cơ cấu lái và bộ trợ lực lái riêng thành hai cụm như trên sơ đồ hình 4-1.

Phương án bố trí này có ưu điểm:

-  Kết kấu cơ cấu lái nhỏ gọn;

-  Dễ bố trí bộ trợ lực lái;

-  Tăng tính thống nhất sản phẩm;

           -  Giảm tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hệ thống lái.

Nhược điểm: Kết cấu kém cứng vững, chiều dài các đường ống lớn dẫn đến tăng khả năng dao động các bánh xe dẫn hướng.

Bộ trợ lực thuỷ lực có nhiệm vụ làm giảm bớt lực điều khiển của người lái, làm giảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng. Bộ trợ lực còn làm tăng tính an toàn khi có một bánh xe dẫn hướng bị nổ. Vì lúc đó người lái đủ sức giữ  tay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt.

Bơm trợ lực lái là loại bơm cánh gạt, được đặt trên thân động cơ và được truyền động từ trục khuỷu động cơ thông qua dây đai.

Bộ trợ lực thuỷ lực có nhiệm vụ làm giảm nhẹ lực điều khiển của người lái, làm giảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng. Bộ trợ lực còn làm tăng tính an toàn khi có một bánh xe dẫn hướng bị nổ. Vì lúc đó người lái đủ sức giữ  tay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt.

Tay lái có thể điều chỉnh theo 4 hướng: gật gù và xa-gần đến vị trí thích hợp làm tăng sự thoải mái cho người lái.

Cơ cấu lái là loại bánh răng-thanh răng. Loại này có kết cấu nhỏ gọn, tỷ số truyền nhỏ, độ nhạy cao, chế tạo đơn giản và hiệu suất cao.

Hình 4-1 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái

1-Vô lăng; 2-Trục lái; 3-Bánh răng; 4-Thanh răng; 5-Piston; 6-Xy lanh;

7-Thanh kéo ngang; 8-Thanh kéo bên; 9-Khớp cầu; 10-Đòn quay; 11-Bánh xe.

4.2. Các thông số kỹ thuật chính của các chi  tiết  của  hệ  thống  lái  ô tô  LAND CRUISER 200

Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật chính của các chi tiết trong hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200.

Bảng 4-1 Các thông số kỹ thuật chính của các chi tiết trong hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200

4.3. Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200

4.3.1. Vành tay lái

Hình 4-2 Vành tay lái

+ Chức năng: Có chức năng tiếp nhận mômen quay từ người lái rồi truyền cho trục lái.

+ Cấu tạo: Vành tay lái ô tô LAND CRUISER 200 có dạng hình tròn, với bốn nan hoa được bố trí xung quanh vành trong của vành tay lái. Bán kính ngoài của vành tay lái là 195 mm.

 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...

Hình 4-3 Túi khí an toàn

Túi khí an toàn có hình dáng tương tự cây nấm được làm bằng nylon phủ neoprene, được xếp lại và đặt trong phần giữa của vành tay lái. Khi xe đâm thẳng vào một xe khác hoặc vật thể cứng, túi khí sẽ phồng lên trong khoảnh khắc để hình thành một chiếc đệm mềm giữa lái xe và vành tay lái.Túi khí an toàn chỉ được sử dụng một lần. Sau khi hoạt động túi khí phải được thay mới.

4.3.2. Trục lái và trục các đăng của hệ thống lái LAND CRUISER 200

- 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 xe Land Cruiser có cấu tạo phức tạp hơn 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. Ngoài ra trụ lái còn là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ôtô như : cần điều khiển hệ thống đèn, cần điều khiển gạt nước, cần điều khiển hộp số, hệ thống dây điện và các đầu nối điện,...

- Trục các đăng là bộ phận nối chuyển tiếp giữa trục lái và cơ cấu lái. Trên trục các đăng có khớp nối chữ thập. Khớp chữ thập cho phép có độ lệch giữa trục lái và trục vít của cơ cấu lái khi hai trục này không đồng trục với nhau.

Hình 4-4 Trụ lái

4.3.3. Cơ cấu lái

Trên ô tô Land Cuiser 200 người ta lắp cơ cấu lái kiểu Bánh răng-Thanh răng kết hợp dùng trợ lực thủy lực trực tiếp.

Cơ cấu lái loại này có ưu điểm là tỷ số truyền nhỏ, kết cấu đơn giản, hiệu suất cao nên được sử dụng rộng rãi trên ô tô con và ô tô tải nhỏ.

= =0,99

 và  là hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái.

Hình 4-5 Kết cấu van phân phối

1- Chốt cố định thanh xoắn và trục van điều khiển; 2- Thanh xoắn; 3- Trục van điều khiển; 4- Vòng bít; 5- Ổ bi đũa; 6- Đường dầu từ bơm tới; 7- Đường dầu hồi về bình chứa; 9- Then hoa; 10- Vỏ cơ cấu lái; 11- Bánh răng; 12- Ổ bi kim; 13- Thanh răng; 14- Chốt; 15- Lò xo; 16- Con lăn; 17- Đai ốc điều chỉnh khe hở bánh răng_thanh răng; 18- Dẫn hướng thanh răng; 19- Đường dầu đến khoang bên trái xy lanh; 20- Đường dầu đến khoang bên phải xy lanh; 21- Van xoay; 22- Vỏ van xoay; 23- Then hoa.

Hình 4-6 Kết cấu thanh răng

1-Piston; 2- Thanh răng.

Nguyên lý làm việc của trợ lực lái:

Hình 4-7 Van xoay ở vị trí trung gian

1-Xy lanh; 2-Thân van ngoài; 3-Thân van trong; 4-Thanh xoắn; 5-Bơm; 6-Bình chứa; a- Đường dầu hồi.

+ Khi xe đi thẳng, vành tay lái ở vị trí trung gian, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 4-7. Chất lỏng từ bơm đến chạy vào trong lõi và trở về bình dầu, áp suất chất lỏng ở khoang bên trái (khoang II) và khoang bên phải (khoang I) của xylanh lực là như nhau, do đó piston không dịch chuyển. Thanh răng giữ nguyên vị trí với xe đi thẳng. Trong trường hợp này các va đập truyền từ bánh xe được giảm bớt nhờ chất lỏng ở áp suất cao.

Hình 4-8 Van hoạt động quay trái

1- Xy lanh; 2- Thân van ngoài; 3- Thân van trong; 4- Thanh xoắn; 5- Bơm; 6-Bình chứa; a- Đường dầu hồi.

+ Khi xe quay vòng sang trái, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 4-8. Thân van trong xoay sang trái mở đường dầu đi từ bơm tới vào khoang I của xylanh và mở đường dầu ở khoang II thông với đường dầu hồi về bình chứa, làm cho thanh răng dịch về bên trái đẩy bánh xe quay sang trái, thực hiện quay vòng sang trái.

Khi dừng quay vành tay lái ở một vị trí nào đó, thân van trong đứng yên, nhưng dầu vẫn tiếp tục đi vào khoang I, đẩy bánh răng ngược chiều làm thanh xoắn trả lại, các cửa van mở ở một trạng thái nhất định, tạo nên sự chênh áp suất ổn định giữa hai khoang I và II ở một giá trị nhất định đảm bảo ô tô không quay tiếp.

Hình 4-9 Van hoạt động quay phải

1-Xy lanh; 2-Thân van ngoài; 3-Thân van trong; 4-Thanh xoắn; 5-Bơm; 6-Bình chứa; a- Đường dầu hồi.

+ Khi xe quay vòng sang phải, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 4-9. Thân van trong xoay sang phải mở đường dầu đi từ bơm tới vào khoang II của xylanh và mở đường dầu ở khoang I thông với đường dầu hồi về bình chứa, làm cho thanh răng dịch về bên phải đẩy bánh xe quay sang phải, thực hiện quay vòng sang phải.

Khi dừng quay vành tay lái ở một vị trí nào đó, thân van trong đứng yên, nhưng dầu vẫn tiếp tục đi vào buồng II, đẩy bánh răng ngược chiều làm thanh xoắn trả lại, các cửa van mở ở một trạng thái nhất định, tạo nên sự chênh áp suất ổn định giữa hai khoang I và II ở một giá trị nhất định đảm bảo ô tô không quay tiếp.

Độ rơ kết cấu của hệ thống lái phụ thuộc nhiều vào độ rơ của cơ cấu lái. Sự gài trợ lực phụ thuộc vào độ cứng của thanh xoắn đàn hồi. Khả năng trợ lực của hệ thống lái thực hiện nhờ quá trình biến dạng thanh xoắn, mở thông các đường dầu, do vậy kết cấu này cho phép tạo nên khe hở nhỏ bằng cách gia công chính xác các miệng rãnh đường dầu của thân van trong và thân van ngoài của van phân phối và khả năng biến dạng thanh xoắn. Thanh xoắn càng nhỏ khả năng trợ lực càng sớm. Thanh xoắn được cố định đầu trên với trục van điều khiển và đầu dưới với bánh răng bởi chốt cố định.

Thanh xoắn đàn hồi cho phép xoay 7⁰ từ vị trí trung gian về mỗi phía, tạo nên sự quay tương đối giữa thân van trong và thân van ngoài, đủ đóng mở tối đa đường dầu.

Kết cấu van xoay cho phép khả năng tạo nên góc mở thông các đường dầu bé, do vậy độ nhạy của cơ cấu cao.

4.3.4. dẫn động lái

       Dẫn động lái trên ôtô Land Cruiser bao gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của các bánh xe. Bộ phận cơ bản và quan trọng nhất của dẫn động lái là hình thang lái, được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang, và các cạnh bên. Nó có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe không bị trượt lê khi quay vòng. Do đó làm giảm mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn định khi quay vòng.

Hình 4-10 Kết cấu khớp cầu của thanh kéo bên

1- Vòng kẹp; 2- Bạc lót; 3- Khớp cầu; 4- Cao su giảm chấn; 5- Lò xo.

4.3.5. Bơm trợ lực lái

Bơm trợ lực lái lắp trên xe Land Cruiser là loại bơm cánh gạt tác dụng kép,  nghĩa là trong một vòng quay bơm thực hiện hai lần hút và hai lần đẩy, số cánh gạt là 10 cánh. Bơm cánh gạt có ưu điểm là kết cấu nhỏ gọn, đơn giản, dễ chế tạo, làm việc tin cậy, ít hư hỏng và có khả năng điều chỉnh được lưu lượng.

Hình 4-11 Bơm cánh gạt

Hình 4-12 Sơ đồ kết cấu bơm trợ lực kiểu cánh gạt

Bơm cánh gạt được dẫn động bằng mômen của động cơ nhờ truyền động puly-đai. Nó bao gồm 10 cánh gạt vừa có thể di chuyển hướng kính trong các rãnh của một roto.

Nguyên lý hoạt động của bơm trợ lực thủy lực:

Khi roto quay, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt này bị văng ra và tì sát vào một không gian kín hình ô van. Dầu thủy lực bị hút từ đường ống có áp suất thấp và bị nén tới một đầu ra có áp suất cao. Lượng dầu được cung cấp phụ thuộc vào tốc độ của động cơ. Bơm luôn được thiết kế để cung cấp đủ lượng dầu ngay khi động cơ chạy không tải, và do vậy nó sẽ cung cấp quá nhiều dầu khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Để tránh quá tải cho hệ thống ở áp suất cao, người ta lắp đặt cho hệ thống một van giảm áp. Khi áp suất dầu quá lớn thì hệ thống sẽ mở van giảm áp và cho dầu chạy về khoang chứa dầu.

5. Tính toán kiểm tra hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200

5.1. Các thông số chính của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200

Dưới đây là bảng thông số chính của hê thống lái ô tô LAND CRUISER 200.

Bảng 5-1 Các thông số chính của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200.

5.2. Xác định mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng

Mômen cản quay vòng có giá trị lớn nhất khi quay vòng ô tô tại chỗ. Mô men cản quay vòng trong trường hợp này bao gồm: Mômen sinh ra do lực cản lăn M₁, mômen cản của các phản lực ngang ở vết tiếp xúc M₂ và mômen ổn định các bánh xe dẫn hướng M₃, tức là đối với một bánh xe dẫn hướng:

                        M_cq = M₁ + M₂ + M₃                                                                          (5-1)

Trong đó:

M₁ » f.G_bx.a                                                                                          (5-2)

Ở đây:

G_bx- Trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng;

                        G_bx = 0,5G₁                                                                                      (5-3)

G₁ - Trọng lượng phân bố lên cầu trước. G₁ = 1650 [KG].

         G₁ = 1650.9,81 = 16186.5 [N]

Thế vào (5-3) ta được: G_bx = 0,5.16186.5 = 8093.25 [N]

f- Hệ số cản lăn; f = 0,018.

a- Cánh tay đòn (hình 5.1), có thể xác định a theo công thức gần đúng:

                                                                  (5-4)

Trong đó:

r_bx - Bán kính làm việc của bánh xe.        

r_bx=0,95.r₀             

r₀- Bán kính tự do của bánh xe dẫn hướng, r₀=0,4 [m]

                                  r_bx=0,95.0,4=0,38 [m]

α- Góc doãng của bánh xe; α = 2⁰.           

β   - Góc nghiêng của trục chuyển hướng; β = 8⁰.

                                                                                         (5-5)

B₁- Chiều dài cơ sở; B₁ = 1,64 [m]

C- Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng; C = 1,36 [m]

Thế vào (5-5) ta được:

          [m]

Thế các giá trị trên vào (3-7) ta được:

 [m]

Hình 5-1 Sơ đồ tính toán mô men cản quay

                vòng do tác dụng của lực cản lăn

                           M₂ = j_nG_bx.x = Y.x                                                             (5-6)

Ở đây:

Y- Lực ngang tổng hợp;

x- Độ dịch về phía sau của điểm đặt lực ngang tổng hợp so với tâm diện tích tiếp xúc giữa lốp với mặt đường do sự đàn hồi bên của lốp gây ra (hình 5-2).

Hình 5-2 Sơ đồ xác định mô men cản quay vòng gây ra do lực ngang

Hình 5-3 Sơ đồ bánh xe đàn hồi lăn khi có và không có lực ngang tác dụng

a- Không có lực ngang; b- Có lực ngang; c- Phân bố phản lực ngang ở vết tiếp xúc.

Trên hình 5-3 là sơ đồ mô tả sự lăn của bánh xe đàn hồi khi không có và khi có lực ngang tác dụng. Do độ đàn hồi bên của lốp mà khi bánh xe đàn hồi lăn dưới tác dụng của lực ngang nó sẽ lăn lệch và vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường sẽ quay tương đối đối với mặt phẳng bánh xe (hình 5-3b). Biến dạng ngang của lốp tăng dần từ phía trước ra phía sau vết tiếp xúc làm cho điểm đặt lực ngang tổng hợp Y dịch về phía sau so với tâm một lượng x (hình 5-3c).

Một cách gần đúng có thể thừa nhận ; ở đây l_k- chiều dài vết tiếp xúc, tức là: .

j_n- Hệ số bám ngang; j_n = 0,85.

Thành phần mô men cản quay M₃ khi tính toán có thể bỏ qua (do giá trị của nó khá nhỏ so với các mô men thành phần khác) hoặc tính đến bằng một hệ số nào đó.

Như vậy, nếu cho rằng trên cầu trước có hai bánh xe dẫn hướng và quy dẫn mô men cản quay của chúng về trục của đòn quay đứng thì ta được mô men cản quay tổng:

                                        (5-7)

Trong đó:

h_dđ- Hiệu suất của dẫn động lái; h_dđ= 0,98.

i_dd - Tỷ số truyền của dẫn động lái; i_dd = 1,0.

K_M3- Hệ số tính đến ảnh hưởng của mô men ổn định các bánh xe dẫn hướng M₃; Khi tính toán có thể lấy K_M3 =1,07-1,15. Chọn K_M3 = 1,15.

            Thế vào (5-7) ta được:

 [N.m]

5.3. Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng

Lực cần thiết tác dụng lên vô lăng được xác định theo công thức sau

                                                                        (5-8)

Trong đó:

R- Bán kính vô lăng; R = 195 [mm] = 0,195 [m].

 i_c– Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái; i_c = 16,2.

 η_t- Hiệu suất thuận cơ cấu lái; η_t = 0,99.

Thế vào (5 - 8) ta được:

P_lvmax = 309 [N] = 30,9 [KG]

Lực P_lmax tính được không vượt quá giá trị cho phép là: 150 ÷ 200 [N]. Tuy nhiên để điều khiển nhẹ nhàng người ta dùng trợ lực lái.

Trên xe LAND CRUISER 200 P_vlmax = 70 [N].

Chỉ số hiệu dụng trợ lực:

                                                                   (5-9)

Ở đây :

P_l - Lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cường hoá;

P_c­- Lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hoá trong những điều kiện quay vòng như trên.

5.4. Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái

5.4.1. Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái khi ô tô quay vòng tại chỗ

Khi ô tô quay vòng tại chỗ sẽ sinh ra mômen cản tổng M_∑ gồm: mômen cản lăn, mômen cản do phản lực ngang và mômen ổn định từ bánh xe dẫn hướng tạo ra quy dẫn về trục của trụ quay đứng.

 lớn nhất khi ta đánh vô lăng về bên trái hoặc bên phải hết cỡ; nghĩa là khi ta đánh vô lăng về bên trái (hoặc bên phải) 1,8 vòng thì bánh xe dẫn hướng bên trái (hoặc bên phải) quay tương ứng một góc 40⁰ khi đó mômen cản quay vòng  là lớn nhất.

5.4.1.1. Tính bền đòn quay đứng

Thực tế trên ô tô LAND CRUISER các đòn quay đứng, thanh kéo bên và thanh kéo ngang được bố trí trong không gian không đồng phẳng nhưng các mặt phẳng chứa các thanh đó lệch nhau theo phương ngang (phương song song với mặt đường) một góc rất nhỏ. Do đó ta có thể xét các thanh trên chuyển động trong cùng một mặt phẳng song song với mặt đường.

Hình 5-4 Sơ đồ biểu diễn lực trên đòn quay đứng

Xét thanh AB cân bằng:

Ta có:

 [N]

Tính phản lực liên kết:

  [N]

  [N]

Hình 5-5. Thanh chịu lực

Dùng mặt cắt 1-1 tách thanh AB làm hai phần, xét sự cân bằng bên phải thanh.

  [N]

  [N]

  [N]

Tại z = 0  [N.m]

Tại z = l   [N.m]

Hình 5-6 Biểu đồ nội lực Q₁ và M_x

Thông thường đòn quay đứng của hệ thống lái trên ô tô thường làm bằng thép C35.

Vì không có số liệu cụ thể nên ta tạm thời lấy cơ tính của thép C35 để kiểm nghiệm độ bền của đòn quay đứng.

Tra sổ tay cơ khí, thép C35 có ứng suất uốn cho phép _u = 2600 [KG/cm²]

Ứng suất lớn nhất tại mặt cắt ngang có mômen uốn lớn nhất:

 [N/cm²]  [KG/cm²]

 [KG/cm²].

Vậy thanh đủ bền.

5.4.1.2. Tính bền thanh kéo bên

Xét thanh BC cân bằng.

Trường hợp thanh BC chịu nén:

Hình 5-7 Thanh BC chịu lực

Dùng mặt cắt 1-1 và xét phần bên trái.

   [N]

Thông thường thanh kéo bên của hệ thống lái trên ô tô thường làm bằng thép C35.

Vì không có số liệu cụ thể nên ta tạm thời lấy cơ tính của thép C35 để kiểm nghiệm độ bền của thanh kéo bên.

Tra sổ tay cơ khí, thép C35 có ứng suất nén cho phép  = 2100 [KG/cm²]

Ứng suất nén trên mặt cắt ngang:

 [N/cm²]  [KG/cm²]

< [KG/cm²]

Trường hợp thanh BC chịu kéo ta tính tương tự.

 = = 496,012[KG/cm²] <  [KG/cm²].

Vậy thanh BC đủ bền.

5.4.2. Tính toán kiểm nghiệm dẫn động lái khi ô tô  phanh với cường độ cao

Xét sự ảnh hưởng của mômen phanh đến dẫn động lái trong trường hợp ô tô phanh gấp với cường độ phanh cao (vô lăng ở vị trí ô tô đi thẳng).

-  Xét trường hợp ô tô chuyển động thẳng trên đường nằm ngang:

Trọng lượng phân bố lên một bánh xe dẫn hướng khi phanh:

 [N]

Trong đó:

G_bx- Trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng khi toàn tải;

K_d- Hệ số phân bố tải trọng động.

Lực phanh lớn nhất được xác định theo biểu thức:

 [N]

Trong đó:

ω- Hệ số bám; ω = 0,85.

Z- Phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên bánh xe dẫn hướng.

Mômen phanh quy dẫn về trục của trụ quay đứng:

 [N.m]

Trong đó:

l_v: Khoảng cách từ tâm vết bánh xe tới trục trụ quay đứng.

-  Xét trường hợp ô tô chuyển động thẳng khi xuống dốc:

 Lực phanh lớn nhất được xác định theo biểu thức:

 [N]

Trong đó:

α- Độ dốc của đường, α = 11,3⁰ (ứng với độ dốc của đường là 20%)

Mômen phanh quy dẫn về trục của trụ quay đứng:

[N.m]

Ta nhận thấy M_p và M’_p đều nhỏ hơn M_∑ = 967 [N.m] nên ta không cần tính bền trên các đòn quay đứng, thanh kéo bên trong trường hợp khi phanh.

5.5. Tính toán kiểm tra hình thang lái

5.5.1. Cơ sở lý thuyết

Khi ta tính toán kiểm tra động học hình thang lái, người ta xác định quan hệ thực tế của các góc quay các bánh dẫn hướng đối với một ôtô cụ thể và so sánh nó với quan hệ lý thuyết (không kể đến độ biến dạng của lốp).

           Muốn cho ôtô quay vòng không bị trựơt thì điều kiện cần và đủ là các bánh xe phải cùng quay một tâm quay O. Với ôtô  hai cầu (cầu trước dẫn hướng) tâm quay O nằm ngoài ôtô như trên hình 5-8.

Hình 5-8 Sơ đồ bố trí các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng

Trên hình 5-8 theo lý thuyết ô tô ta có góc a > b và 0 < a < 40⁰. Hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo cho hai bánh xe dẫn hướng quay vòng với góc a và b theo quan hệ không đổi đảm bảo điều kiện quay vòng không trượt như sau:

                          cotgb - cotga =                                                 (5-10)

Trong đó:

a - Góc quay của bánh dẫn hướng phía trong;

b - Góc quay bánh dẫn hướng phía ngoài;

m - Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng;

L - Chiều dài cơ sở của xe.

Phương trình (5-10) chưa kể đến độ biến dạng bên của các bánh xe. Để khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa a và b vẫn giữ được như theo phương trình (5-10) thì hình thang lái phải hoàn toàn xác định. Thực tế hình thang lái không thể hoàn toàn thoả mãn quan hệ trong công thức (5-10) nhưng có thể chọn một quan hệ cơ cấu hình thang lái cho ta sai lệch với quan hệ lý thuyết một ít.

Nối trung điểm G của cạnh AB với điểm D, đường GD cắt OB tại E.

Nối AE, từ E hạ EF vuông góc với AB. Từ đó ta có:

         Cotg(EBF) = Cotgb =                                              (5-11)

          Cotg(EAF) =                                                                   (5-12)

Từ (5-11) và (5-12) ta suy ra:

          Cotgb - CotgEAF = =  2                (5-13)

 Mà  (Vì hai tam giác GEF và GDA đồng dạng)

Suy ra :       =

Tức là:       Cotgb - CotgEAF =                                                         

Ta suy cotg(EAF) = cotga, tức là (EAF) = a. Đây là cơ sở phương pháp kiểm tra hình thang lái có sẵn trên ôtô cụ thể.

5.5.2. Tính toán kiểm tra động học quay vòng

Ta có:

- Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng: m = 1360 [mm];

- Chiều dài cơ sở của xe: L = 2850 [mm];

- Chiều dài thanh kéo: n = 1445 [mm];

- Chiều dài thanh kéo ngang: l₂ = 370 [mm];

- Chiều dài đòn quay đứng: l₁ = 168 [mm];

- Góc của đòn quay đứng khi ô tô chạy thẳng: θ₁ = 15⁰.

Hình 5-9 Sơ đồ tính toán động học quay vòng của hình thang lái

- Đặt gốc tọa độ xO₂y như hình vẽ, khi đó các điểm sẽ có tọa độ tương ứng là:

D(x_D;y_D); y_D = 220 [mm], x_D = 320 [mm].

B(x_B;y_B); y_B = y_D = 220 [mm], x_B = 1055 [mm].

F’(x_F’;y_F’); L’(x_L’;y_L’).

+ Xét đòn quay bên phải FO₂, ta lập được hệ phương trình:

         (1)

                                       (2)

Thay (2) vào (1) và rút gọn ta được pt bậc hai theo x_F’:

và:                 

Ta có:

+ Xét đòn quay bên trais LO₁, ta lập được hệ phương trình:

           (1’)

                                 (2’)

Thay (2’) vào (1’) và rút gọn ta được pt bậc hai theo x_L’:

 và:               

Ta có:

Lập bảng tính Excel ta tìm được nghiệm của các pt trên và tìm được mối liên hệ giữa góc quay thực tế và lý thuyết của các bánh xe dẫn hướng.

Bảng 5-2 Bảng tính 1

Bảng 5-3 Bảng tính 2

Từ bảng 5.3 ta thấy sai số tương đối giữa góc quay thực tế so với góc quay lý thuyết ε luôn nhỏ hơn 5%. Vậy ta kết luận hình thang lái của ô tô LAND CRUISER 200 có chất lượng tốt; nghĩa là các bánh xe dẫn hướng ít bị trượt khi quay vòng.

Hình 5-10 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa góc quay các bánh xe dẫn hướng

6. Chẩn đoán những hư hỏng của hệ thống lái ôtô LAND CRUISER 200 và biện pháp khắc phục

Hệ thống lái phải đảm bảo cho ôtô chạy đúng hướng mong muốn, ở bất kỳ điều kiện đường xá nào và bất kỳ tốc độ nào của ôtô. Người lái không phải mất nhiều công sức để điều khiển vành tay lái, khi xe chạy thẳng cũng như khi thao tác lái. Trong quá trình vận hành sử dụng xe, các chi tiết của hệ thống lái thường xuyên làm việc. Các chi tiết chịu ma sát sẽ bị mòn, dẫn đến rơ lỏng do đó làm sai lệch động học quay vòng, lốp sẽ bị mòn nhanh và có thể dẫn đến không an toàn trong chuyển động.Vì vậy, phải thường xuyên theo dõi, kiểm tra nhằm kịp thời phát hiện, sửa chữa, điều chỉnh để phục hồi trạng thái kỹ thuật, điều kiện làm việc bình thường cho hệ thống lái, nhằm đảm bảo an toàn chuyển động cho xe.

6.1. Độ rơ vành tay lái tăng

Độ rơ vành tay lái lớn nhất cho phép là 30 [mm], nếu lớn hơn có thể do các nguyên nhân sau:

- Vòng bi trục bánh xe bị mòn;

- Các khớp cầu (rô tuyn) bị mòn;

- Ổ bi trong cơ cấu lái bị mòn;

- Bánh răng và thanh răng bị mòn;

- Bu lông bắt vỏ của cơ cấu lái bị hỏng;

6.2. Lực trên vành tay lái gia tăng hay không đều

Vành tay lái quay nặng là do các nguyên nhân sau:

- Điều chỉnh không đúng sự ăn khớp của bánh răng và thanh răng;

- Bơm trợ lực bị hỏng hoặc thiếu dầu;

- Rơ ổ bi, thiếu dầu bôi trơn: Các cơ cấu lái luôn được bôi trơn bằng mỡ, cần hết sức lưu ý đến sự thất thoát dầu mỡ của cơ cấu lái thông qua sự chảy dầu mỡ. Nguyên nhân thiếu dầu bôi trơn có thể là do rách nát đệm kín, joăng phớt làm kín, các bạc mòn tạo nên khe hở hướng tâm lớn mà phớt không đủ khă năng làm kín.

- Dây đai bơm trợ lực tay lái hỏng;

- Ổ trụ đứng bị mòn làm sai lệnh các góc đặt bánh xe;

- Lốp xe bơm không đủ áp suất: Áp suất lốp thấp và không đều làm tăng lực người lái vào vô lăng khi điều khiển xe;

- Góc chụm bị sai, cần kiểm tra lại góc chụm.

6.3. Áp suất của cường hóa lái thủy lực hệ thống lái không ổn định

+ Van lưu thông của bơm bị bẩn:

- Van lưu thông hạn chế việc nạp dầu vào bộ cường hoá khi số vòng quay của động cơ tăng lên. Van bị bẩn sẽ làm cho bộ cường hoá làm việc không bình thường . Áp suất trở nên không điều.

- Chỉ được phép đổ vào hệ thống cường hoá loại dầu sạch và đúng tiêu chuẩn, khi đổ phải dùng phểu lọc sạch. Trong thùng dầu trên đường dầu về phải có lưới lọc. Dùng dầu bẩn sẽ làm cho các chi tiết của bơm và bộ cường hoá thuỷ lực bị mòn nhanh chóng.

+ Ống dẫn dầu của bơm bị vỡ:

- Áp suất dầu không đồng đều của bộ cường hoá thuỷ lực hệ thống lái phát sinh do dầu bị chảy rò mạnh qua những đoạn ống dẫn hỏng.

+ Bơm dầu không làm việc hoặc làm việc không ổn định:

- Kiểm tra dây đai xem có bị chùng hay hỏng không, nếu bị hỏng phải thay dây đai mới. Lưu ý: Dùng dưỡng do độ căng dây đai dẫn động; đai mới: 45-55 kgf, đai cũ: 25-35 kgf. Nếu độ căng đai không như tiêu chuẩn hãy thay nó.

+ Không khí lọt vào hệ thống cường hóa lái:

- Không khí có thể lọt vào bộ cường hoá thuỷ lực khi thay thế dầu. Điều đó sẽ làm cho áp suất bộ cường hoá thuỷ lực không đồng điều.

+ Mức dầu của bơm trong bình dầu không đủ hoặc có bọt:

- Mức dầu đúng quy định trong bình dầu phải lên tới mức đánh dấu. Mức dầu thấp làm cho khí lọt vào hệ thống. Do vậy phải luôn luôn kiểm tra mức dầu trên bình dầu. Kiểm tra xem có bọt hoặc vẩn đục không, nếu có bọt hoặc vẩn đục thì xả khí hệ thống lái.

+ Đế van an toàn của bơm không xiết chặt:

- Van an toàn giới hạn áp suất dầu trong hệ thống cường hoá lái khi xe chạy ở tốc độ cao hay quá tải. Cũng có trường hợp bơm bắt đầu làm việc không điều, ảnh hưởng xấu tới việc điều khiển. Thông thường hiện tượng này là do đế van an toàn của bơm bị lỏng. Điều này có thể do siết đế van không chặt trong quá trình lắp ráp. Để phục hồi lại áp suất quy định của bơm, cần thiết phải siết lại đế van an toàn.

+ Lướt lọc của bơm bị bẩn:

- Trong bầu lọc có đặc hai lưới lọc. Lưới thứ nhất là để lọc sạch dầu khi đổ vào hệ thống, lưới thứ hai lọc tất cả dầu đi từ bộ cường hoá về bơm. Trường hợp các lưới  lọc bị bẩn, bộ cuờng hoá thuỷ lực sẽ không làm việc được.

+ Vành tay lái bị rung:

- Vô lăng bị rung là do áp suất lốp không đều, bánh xe không cân xứng bị đảo. Sai lệch độ chụm lớn. Các khớp cầu trong cơ cấu lái bị rơ. Cụm cơ cấu lái bị rơ.

- Do vậy để đảm bảo cho xe có tính dẫn hướng tốt ta phải bơm và đo lại áp suất lốp của các bánh xe nếu bánh xe bị đảo mà không điều chỉnh được thì phải thay thế điều chỉnh lại độ chụm, điều chỉnh độ rơ của các khớp cầu trong dẫn động lái đúng theo tiêu chuẩn cho phép, điều chỉnh lại độ lơ của cơ cấu lái.

+ Xe có xu hướng chuyển động lệch:

- Xe có xu hướng chuyển động lệch là do áp suất lốp không đều, độ nghiêng tới hoặc độ nghiêng ngang của quay bánh xe dẫn hướng không cân bằng (do mòn không đều), dầm cầu bị lệch (do bị biến dạng), các lò xo của hệ thống treo không đều, chùng gãy.

- Để khắc phục hiện tượng này cần kiểm tra lại độ nghiêng, phục hồi lại bạc trục của trục quay bánh xe dẫn hướng, nếu không phục hồi được thì phải thay thế. Uốn và đo chỉnh lại dầm cầu nếu không được thì phải thay thế. Thay các lò xo bị gãy và chọn lựa để lắp lại để cho các lò xo phải đều nhau.

+ Tay lái bị rung nhanh và mạnh:

- Tay lái bị rung nhanh và mạnh, dội ngược lại khi bánh xe phía trước chạm phải chướng ngại vật là do áp suất lốp quá căng. Thanh giảm chấn bị hỏng. Khe hở tự do dẫn động lái quá nhỏ.Giảm chấn của trục lái hỏng. Do vậy cần phải đo lại áp suất của lốp, phục hồi hoặc thay thế giảm chấn của trục lái và giảm chấn của hệ thống treo, đều chỉnh lại khe hở của dẫn động lái và cơ cấu lái.

+ Vành tay lái không trả về vị trí cân bằng:

- Sai góc đặt bánh xe: góc nghiêng ngang và dọc của trụ đứng, do mòn gây giảm hiệu ứng nghịch từ bánh xe lên vành tay lái.

+ Bơm làm việc có tiếng ồn:

- Do dầu trong bình không đủ, khí lọt vào hệ thống thuỷ lực, trục bơm bị cong hoặc joăng đệm cổ bơm bị hư hỏng, các đệm và joăng của cơ cấu lái bị mòn hoặc hỏng, các đường ống cao áp hoặc thấp áp bị hỏng, các đầu nối bị lỏng.

- Cần đổ dầu đúng mức quy định xả khí, nắn thẳng lại trục bơm, thay thế các đệm roăng làm kín, thay thế các đường ống cao áp và thấp áp bị hỏng, siết chặc các đầu nối.

7. Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200

7.1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái

Trong bảo dưỡng kỹ thuật hàng ngày, kiểm tra khoảng chạy tự do của tay lái và cả tác động của hệ thống lái đối với đường đi của ôtô. Cần xem tình trạng bên ngoài các tấm đệm khít của cácte cơ cấu lái để ngăn ngừa tình trạng rò rỉ dầu.

Trong bảo dưởng kỹ thuật cấp một, kiểm tra độ kín khít của những mối ghép nối của bộ trợ lực lái, vặn chặt các đai ốc bắt chặt cơ cấu lái vào khung xe, các chốt cầu của đòn lái.

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.

7.1. Sữa chữa các chi tiết trong hệ thống lái

Để xác định mức độ mài mòn và tính chất sửa chữa, phải tháo rời các chi tiết trong hệ thống lái.

Khi tháo tay lái và đòn quay đứng phải dùng van tháo. Những hư hỏng chính của các chi tiết hệ thống lái là: mòn thanh răng – bánh răng, ống lót, vòng bi và ổ lắp vòng bi. Mặt bích bắt chặt cacte bị sứt mẻ và nứt, mòn bạc ở cácte dành cho ổ bi kim đở ổ trục của đòn quay đứng và các chi tiết của khớp cầu thanh chuyển hướng, thanh chuyển hướng  bị cong.

Phải thay thanh răng của cơ cấu lái nếu bề mặt làm việc của thanh răng mòn rỏ rệt hay lớp tôi bị tróc ra. Thải bỏ cung răng nếu bề mặt có khe nứt  hay vết lõm.

Cổ trục của đòn quay đứng, nếu mòn thì phải phục hồi bằng cách mạ crôm rồi mài theo kích thước danh nghĩa. Cổ trục có thể phục hồi bằng cách lắp vào cacte những ống lót bằng đồng thanh đã được mài theo kích thước sửa chữa. Đầu có ren của đầu trục đòn quay đứng nếu bị cháy thì phục hồi bằng cách hàn đắp bằng hồ quang điện rung. Trước hết phải tiện hết ren củ trên máy tiện rồi hàn đắp kim loại, tiện trên kích thước danh nghĩa định và cắt ren mới. Trục của đòn quay đứng nếu bị xoắn thì phải loại bỏ.

Các ổ lắp vòng bi cơ cấu lái, nếu bị mòn thì phục hồi bằng cách lắp thêm chi tiết phụ. Muốn vậy phải khoan rộng lỗ, lắp ép vào đó một ống lót và gia công đường kính trong của nó theo kích thước của vòng bi.

Những chổ sứt mẻ và khe nứt trên mặt bích cacte khắt phục bằng phương pháp hàn. Thường dùng hàn khí, có nung nóng toàn bộ chi tiết trước khi hàn.

Lỗ trên cácte dành cho ổ bi kim đở trục tròn quay đứng niếu bị mòn thì doa lại theo kích thước sửa chữa.

Trong cơ cấu dẫn động lái, chốt cầu và máng lót thanh chuyển hướng ngang bị mòn nhanh hơn, còn các đầu thì mòn ít hơn. Ngoài ra còn có những hư hỏng khác là do mòn lổ ở mút thanh, cháy ren, lò xo ép các máng đệm vào chốt cầu bị gãy hoặc yếu.

Tuỳ theo tính chất mài mòn mà xác định khả năng tiếp tục sử dụng của nắp thanh chuyển hướng ngang hay từng chi tiết. Nếu cần thiết thì tháo rời khớp của nắp. Muốn vậy, tháo chốt chẻ của nút ren, vặn nút ra khỏi lổ rồi tháo chi tiết ra. Chốt cầu bị mòn, bị sứt mẻ hay có vết xước, cần thay mới. Đồng thời lắp máng lót mới của chốt cầu. Thay mới các lò xo mòn hoặc gãy.

Những hư hỏng đặc trưng của bộ trợ lực lái là không có lực tác dụng ở bất kỳ tần số quay nào của động cơ, lực không đủ lớn và không đồng điều khi quay tay lái sang bên này hay bên kia.

Để khắc phục hư hỏng trên hay tháo rời bơm ra, xả hết dầu nhờn, cọ rửa cẩn thận các chi tiết. Khi tháo lắp và sửa chữa bơm, không được tách riêng cụm chi tiết nắp bơm và van chuyển, stato, rôto và cánh bơm.

8. Kết luận

   Sau 15 tuần làm đồ án với đề tài khảo sát hệ thống lái trên xe LAND CRUISER 200 đến nay đồ án của em đã cơ bản hoàn thành. Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu để thực hiện đồ án, kiến thức thực tế cũng như kiến thức căn bản của em được nâng cao hơn. Em đã hiểu được sâu sắc hơn về hệ thống lái, đặc biệt là hệ thống lái xe LAND CRUISER 200. Biết được các kết cấu mới và nhiều điều mới mẻ từ thực tế. Em cũng học tập được nhiều kinh nghiệm trong công tác bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái nói chung, và hệ thống lái xe LAND CRUISER 200 nói riêng, khái quát được các kiến thức chuyên ngành cốt lõi.

   Để hoàn thành được đồ án này trước hết em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô của khoa cơ khí giao thông trường đại học Đại học Bách khoa đã hướng dẫn chỉ bảo em từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành. Em chân thành cảm ơn sâu sắc thầy:……………. đã tận tình, chỉ bảo giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Do thời gian có hạn, kiến thức và tài liệu tham khảo còn nhiều hạn chế cũng như thiếu những kinh nghiệm thực tiễn cho nên đồ án không tránh khỏi sai sót. Em rất mong các thầy cô góp ý để đồ án tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn.

   Em xin chân thành cảm ơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Phan Minh Đức. “Bài giảng môn học lý thuyết ô tô”. Đà Nẵng; 2007.         

[2]. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Thái Phạm Minh, Nguyễn Văn Tài, và Lê Thị Vàng. “Lý thuyết ô tô máy kéo”. Hà Nội: NXB Khoa học kỹ thuật; 1996.

[3]. Nguyễn Hửu Cẩn, Trần Đình Kiên. “Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo tập III”. Hà Nội: NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp; 1985.

[4]. Dương Văn Đức. “Ô tô”. Hà Nội: NXB Xây dựng; 2006.

[5]. Nguyễn Hoàng Việt. “Kết cấu và tính toán ô tô”. Đà Nẵng: Trường Đại học bách khoa; 2007.

[6]. Quốc Bình, Văn Cảnh. “Kỹ thuật sữa chữa xe ô tô”. Hà Nội: NXB Giao thông vận tải; 2009.

[7]. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm. “Thiết kế chi tiết máy”. Hà Nội: NXB Giáo dục; 2004.

[8]. Phan Tiến Bé. “Hệ thống điều khiển ô tô”. Đà Nẵng; 2007.

[9]. Nguyễn Khắc Trai. “Cấu tạo gầm ô tô tải, ô tô buýt”. Hà Nội: NXB Giao thông vận tải; 2003.

[10]. Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Lê Châu Thành. “Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô”. Đà Nẵng: Đại học bách khoa; 2005.

[11]. http://www.autonet.com.vn. Tháng 02-2009.

http://www.toyota.com. Tháng 02-2009.

http://www.autosaigon.com. Tháng 02-2009.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"