M ỤC LỤC

Mục lục........................................................................................1

Lời nói đầu ………………………………………………………..…...3

Chương I: Khảo sát hệ thống lái trên xe cũ...................................4

I. Các thông số xe cũ …………………………………………….…… 4

II.  Yêu cầu, đặc điểm kết cấu và các trạng thái hoạt  động của hệ thống lái……….5

III. Kiểm tra động học quay vòng của hình thang lái……………..….. 16

IV. Kiểm tra bền cơ cấu lái và dẫn động lái…………………………... 21

V. Nhận xét và đề xuất hướng cải tiến……………………………….. 37

Chương II: Phân tích lựa chọn các phương án cải tiến

I. Các phương án cải tiến…………………………………………..…. 39

II. Phân tích lựa chọn phương án……………………………………..  40

III. Phân tích phương án chọn…………………………………………. 46

Chương III: Thiết kế cải tiến hệ thống lái...........................................52

I. Thiết kế bộ truyền trục vít - êcu bi………………………………….52

II. Thiết kế bộ truyền thanh răng - cung răng……………………..…56

III. Thiết kế cường hoá lái……………………………………………61

Chương IV: Quy trình công nghệ gia công con trượt………………..70

Chương  V: Lắp ráp - bảo dưỡng - sửa chữa hệ thống lái…………..76

Kết luận…………………………………………………………….. 80

Tài liệu tham khảo………………………………………………….. 81

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nhu cầu về giao thông vận tải ở nước ta ngày càng tăng cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế. Ôtô đóng một vai trò rất quan trọng trong giao thông vận tải. Số lượng hành khách và hàng hoá được vận chuyển bằng ôtô chiếm một số lượng lớn trong tổng số hành khách và hàng hoá vận chuyển hàng năm của tất cả các loại phương tiện. Đó là do ôtô có khả năng cơ động cao, có thể vận chuyển được hàng hoá trên nhiều loại địa hình.

Do điều kiện kinh tế xã hội ở nước ta mà số lượng ôtô tải chiếm một số lượng lớn. Trong đó, những loại xe ôtô có tải trọng trung bình với ưu điểm về khả năng cơ động và mang lại hiệu quả kinh tế khi vận chuyển khối lượng hàng hoá nhỏ trên một quãng đường trung bình.

An toàn chuển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêu hàng đầu  trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng phương tiện này. Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô là hệ thống lái. Trong quá trình  chuyển động trên đường, hệ thống lái  có ảnh hưởng  rất  lớn đến  an toàn chuyển động của  xe nhất là ở tốc độ cao , do đó  chúng không ngừng được hoàn thiện. Hầu hết các loại xe tải có tải trọng trung bình ở nước ta hiện nay đều được sản xuất từ năm 1992 trở về trước. Các xe này đều không có hệ thống trợ lực lái. Chính vì vậy mà em được giao nhiệm vụ: “Thiết kế và cải tiến hệ thống lái cho xe tải Hyundai 2500 (KG)”.

Sau hơn ba tháng, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và ghóp ý của các thầy và các bạn. Trong quá trình làm đồ án, em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy Phạm Hữu Nam và sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp.

Em xin chân thành cảm ơn!

Chương I:  KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE CŨ

I . CÁC THÔNG SỐ XE CŨ:

1. Tự trọng : 2750 kG

2. Tải trọng: 2500  kG

3. Trọng lượng phân bố lên cầu trước:

- Lúc không tải :  1402,5 kG

- Lúc có tải       :   2166   kG

3. Trọng lượng toàn bộ:5415 kG

Sơ đồ kích thước ngoài của xe như hình 1.1.

II . YÊU CẦU, ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ CÁC TRẠNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG LÁI:

1. Yêu cầu của hệ thống lái:

Hệ thống lái của ôtô  dùng để thay đổi  hướng  chuyển động của  ôtô nhờ  quay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ  phương chuyển động

thẳng hay chuyển động cong của  ôtô khi  cần thiết.

Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động trên mọi loại đường từ dải tốc độ thấp tới dải tốc  độ cao, hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau :

+ Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an toàn. Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải  đảm bảo không gây lên các dao động và va đập trong hệ thống lái.

+  Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng: các bánh xe dẫn hướng sau khi thực hiện quay vòng cần có khả năng tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng chỉ cần đặt lực trên vành lái nhỏ hơn khi xe đi đường vòng.

+ Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây tổn thương lớn cho người lái. Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch để giảm tác động từ mặt đường qua kết cấu lái lên vô lăng.

+  Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa góc quay vô lăng với góc quay bánh xe dẫn hướng.

Không đòi hỏi người lái xe một cường độ lao động quá lớn khi điều khiển ôtô.

2. Đặc điểm kết cấu:

Sơ đồ tổng quan hệ thống lái:     

Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng 1 (vành lái ), trục lái 2 (truyền chuyển động  quay  từ vô lăng  tới cơ cấu lái ), cơ cấu lái 3 tăng lực  quay của vô lăng  để  truyền  mômen lớn  hơn  tới đòn quay đứng 4, qua đòn kéo dọc 5 và các thanh dẫn động lái truyền chuyển động đến các bánh xe dẫn hướng.

a. Cơ cấu lái: cơ cấu lái kiểu trục vít glôbốit - con lăn 2 răng có tỷ số truyền i_w = 20,5.

Trục vít glôbốit ăn khớp với con lăn có 2 ren đặt trên ổ bi kim của trục đòn quay đứng.

Để con lăn tiếp xúc với mặt xoắn ốc của trục vít tốt hơn, trục con lăn 2 được đăt dịch đi một đoạn D không đổi. Khi quay vít 4, trục 3 của đòn quay đứng sẽ dịch chuyển làm dịch chuyển cả con lăn 2.

b. Trục lái:

+ Đầu dưới của trục lái chính được nối với cơ cấu lái, thông qua khớp các đăng để giảm thiểu sự truyền va đập của mặt đường lên vô lăng.

+ Cơ cấu hấp thụ va đập trục lái kiểu giá đỡ uốn cong: Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp thụ va đập. Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có va đập mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra. 

  d. Các góc đặt bánh xe dẫn hướng:

+ Góc Camber (góc nghiêng ngang của bánh xe ).

+ Góc Caster và khoảng Caster (Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ lệch dọc).

+ Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang  trụ  đứng).

+ Độ chụm và độ mở (góc  doãng).

* Góc Caster và khoảng Caster (Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ lệch dọc).

Góc  nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trụ đứng .Nó được đo bằng độ, và được xác định bằnggóc giữa trụ xuay đứng và  phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Nếu trụ xuay đứng nghiêng về phía sau thì gọi là góc nghiêng dương và ngược lại gọi là góc nghiêng âm.

Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm  vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường được gọi là khoảng Caster c.

Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều tiến của xe (Caster dương ) thì phản lực bên Y_b của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc  một mô men ổn định, mô men đó được xác định bằng công thức sau:

M=Y_b.c 

* Góc  Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng).

Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe. Góc Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó và phương thẳng đứng.

Giảm lực đánh lái : Khi bánh xe quay sang phải  hoặc quay quanh trụ đứng  với khoảng lệch tâm là bán kính r₀, r₀ là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng,  nó là khoảng cách đo trên bề mặt của đường cong mặt phẳng nằm ngang của bánh xe giữa đường kéo dài đường tâm trụ  quay đứng với tâm của vết tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. 

Giảm sự đẩy ngược và kéo lệch sang một phía : Nếu khoảng cách  lệch  r₀  quá lớn, phản lực tác dụng lên các bánh xe khi chuyển động thẳng hay khi phanh sẽ  sinh ra một mômen quay  quanh trụ đứng, do vậy sẽ làm các bánh xe  bị kéo sang một phía có phản lực lớn hơn. Các va đập từ  mặt đường tác dụng lên các bánh xe làm cho vô lăng dao động mạnh và  bị đẩy ngược.

* Độ chụm và độ mở (góc doãng).

Độ chụm của bánh xe là thông số  biểu thị góc chụm của 2 bánh xe dẫn hướng, góc chụm là góc xác định trên một mặt phẳng đi qua tâm trục nối hai bánh xe và song song với mặt phẳng đường tạo bởi  hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai bánh xe lên mặt phẳng đó và hướng chuyển động của xe.

Ta có: D = B - A = 3 (mm)

3.  Các trạng thái quay vòng:

Sự chuyển động và thay  đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá trình phức tạp .Nếu cho xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp  thì  ứng  với mỗi vị  trí góc quay của vành tay lái nhất định j_vl, thì xe sẽ quay vòng với một  bán kính quay  vòng R₀ tương ứng. Trạng thái quay vòng này có thể  coi là trạng thái quay vòng tĩnh  và được gọi là quay vòng đủ .

Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc  độ lớn, do vậy quá trình 

Trạng thái quay vòng thừa và trạng thái quay vòng thiếu là những trạng thái quay  vòng nguy hiểm. Chúng làm mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì nó  làm gia tăng  lực ly tâm (vận tốc quay vòng của xe tăng kéo theo  lực ly tâm khi quay vòng  tăng ), ở những trạng thái này đòi hỏi người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt.

Vấn đề chất tải, độ đàn hồi của  lốp có ảnh hưởng ở mức độ nhất định tới tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển động của xe  ôtô.

III. KIỂM TRA ĐỘNG HỌC QUAY VÒNG CỦA HÌNH THANG LÁI:

1. Xây dựng đường cong lý thuyết:

Từ lý thuyết quay vòng, để bánh xe lăn tinh khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quan hệ dưới đây của các bánh xe dẫn hướng.

cotga - cotgb = B/L                               (1.1)

2. Xây dựng đường cong thực tế:

Sơ đồ hình thang lái:

Các thông số của hình thang lái:

B = 1500 (mm); n = 1400 (mm); m = 150 (mm); q = 19⁰30’

Xây dựng mối quan hệ a = f(b) với các thông số trên :

Theo hình vẽ ta có:

B = AH = EG = ED’ + D’F + FG

ED’ = AD’.sin(q + b) = m.sin(q + b)

FG = HC’.sin(q - a) = m.sin(q - a)

=> D’F = AH - ED’ - FG

D’F = B - m.sin(q + b) - m.sin(q - a)                (1.5)

Sai lệch giữa giá trị thực tế và lý thuyết:

d_max = max½a _tt- a_lt ½ = 0,22 < 1⁰

Như vậy hình thang lái đảm bảo động học quay vòng.

Giá trị sai lệch d đạt max khi góc đánh lái là lớn nhất, d khá nhỏ khi góc quay vòng nhỏ và trung bình.

IV . KIỂM TRA BỀN CƠ CẤU LÁI VÀ DẪN ĐỘNG LÁI:

1. xác định chế độ tải trọng - lực P_lmax- để tính bền các chi tiết:

- Lực tác dụng lên vành lái của ôtô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ôtô tại chỗ với điều kiện xe ôtô chở đủ tải và đường xá có hệ số cản lăn và hệ số bám  ngang là lớn nhất.

- Lúc đó, mômen cản quay vòng trên tại các bánh xe dẫn hướng sẽ bằng tổng số mômen cản chuyển động M₁, mômen cản do các bánh xe trượt lê trên đường M₂, và mômen cần thiết để làm ổn định dẫn hướng M₃, do các góc đạt bánh xe dẫn hướng tạo nên.

Mômen cản lăn:

M₁ = G_bx.f.a

Ta có: M₁ = 10624,23.0,015.0,0225 = 3,59 (Nm) 

Mômen cản ngang M₂:

- Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe, do sự đàn hồi bên của lốp, diện tích tiếp xúc giữa lốp với mặt đường sẽ bị quay tương đối với mặt phẳng bánh xe.

- Điểm đặt của lực ngang Y sẽ dịch chuyển một đoạn x nào đó phía sau đối với trục bánh xe. Thừa nhận x = 1/4 chiều dài của bề mặt tiếp xúc giữa lốp với đường.

Mômen cản ngang M₂:

ÞM₂ = 0,14.G_bx.j_n.R

=> M₂ = 0,14.10624,23.0,85.0,349

=> M₂ = 441,23  (Nm)

Mômen ổn định M₃ do các góc đặt bánh xe và trụ đứng gây nên, việc tính toán M₃ là tương đối phức tạp, do đó trong quá trình tính toán ta sẽ thay thế M₃ bằng hệ số l (l = 1,07 - 1,15), ta lấy l = 1,15.

Khi đó mômen cản quay vòng tại một bánh xe dẫn hướng :

M = (M₁ + M₂).l

Mômen cản quay vòng tại đòn kéo dọc:

M_c = 2(M₁ + M₂).l/h

Trong đó: h - là hiệu suất tính đến tổn hao ma sát tại cam quay và các khớp trong dẫn động lái, h = 0,50 ¸ 0,70, lấy h = 0,70.

=> M_c = 2.(3,59 + 441,23).1,15/0,7

=> M_c = 1461,5  (Nm)

Thay số: P_lmax  = 468,7342 (N)                     

Kết luận: vậy lực cực đại đặt lên vành lái P_lmax < [P_l] = 500 (N).

2. Kiểm tra bền trục lái:

Kích thước trục lái:

- Đường kính trong: D_tl = 25 (mm)

- Đường kính ngoài: d_tl  = 17  (mm)

Trục lái được làm bằng ống thép, vật liệu làm trục lái là thép 35, không nhiệt luyện, có ứng suất tiếp xúc cho phép: [t_x] = 50 - 80 MN/m²

Thay số vào công thức ta có:

t_x = 38,16  (MN/m²)

=> t_x < [t_x]

Kết luận: vậy trục lái đảm bảo độ bền.

3. Kiểm tra bền cơ cấu lái trục vít glôbôit-con lăn:

- Truyền động trục vít - con lăn đảm bảo cho các răng có độ bền uốn cao, do đó ta sẽ tính kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc cho cặp truyền động.

- Trục vít và con lăn được làm bằng thép Xêmăngtít hoá 20X, có ứng suất chèn dập cho phép là: [s_cd] = 700¸800 (MN/m²).

Chọn q₁ theo trị số tiêu chuẩn trong bảng 7.3(TTTKHDĐCK T1) ta có q₁=10

=> b = arctg(1/10) = 5,7⁰.

=> T  = 50512,13 (N)

thay số vào  ta có:

=> F = 942,72 .10^{- 6} (m²).

Thay số vào ta có:

s_cd  = 53,58 (MN/m²). => s_cd <  [s_cd]

Kết luận : vậy trục vít đảm bảo độ bền tiếp xúc.

4. Kiểm tra bền đòn quay đứng:

Khi quay vành lái, trục đòn quay đứng chịu mômen lớn nhất so với tất cả các chi tiết của hệ thống lái. Lực cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướngphụ thuộc vào phần trọng lượng của xe đặt lên trục trước, kích thước lốp, bánh xe quay vòng và nhiều nhân nhân tố khác, vì vậy mômen truyền từ cơ cấu lái tới cam quay bánh xe dẫn 

Kích thước :

- Chiều dài: L₁ = 180 (mm)

- Khoảng cách từ điểm đặt lực tại tâm chốt cầu đến tiết diện nguy hiểm  I-I: l₁ = 155 (mm).

- Tiết diện tính toán: hình elíp có kích thước:a₁= 40(mm); b₁ = 30(mm).

-  Cánh tay đòn của đòn quay bị xoắn  c₁ = 31 (mm)

Q₁ lớn hơn trong hai lực tính theo các công thức dưới đây để tính toán:

Q₁ = G_bx /2= 10624,23/2 = 5312,12 (N).

=> Q₁ = 6939,8(N).

Vậy ta lấy lực Q₁ là : Q₁ = 6939,8(N).

* Kiểm tra bền đòn quay đứng theo xoắn:

Đòn quay đứng bị xoắn do mômen Q₁.c₁ gây nên.

t = 30,44MN/mm² => t  <  [t]

Vậy đòn quay đảm bảo độ bền xoắn.

Kết luận: đòn quay đứng đảm bảo bền.

6. Kiểm tra bền đòn bên:

Kích thước: 

- Chiều dài đòn bên: m  = 155 (mm)

- Tiết diện tính toán hình chữ nhật: b_b = 50 (mm); h_b  = 35 (mm)

Mômen uốn tác dụng lên đòn bên được xác định theo công thức sau:

M_u = m.NcosB

M_u = 0,155.7994,47.cos19,5⁰ = 1168,1 (Nm)

Suy ra: e = 114,43 MN/mm²

Vậy e < [e] => đòn bên thoả mãn điều kiện bền uốn.

7. Kiểm tra bền Rô - tuyn:

Kích thước:

- Khoảng cách từ tâm cầu đến vị trí ngàm: e_N = 23 (mm).

- Đường kính tại vị trí ngàm tính toán: d_N = 18 (mm).

- Đường kính cầu rôtuyn: D_c = 28 (mm)

- Đường kính bề mặt tỳ với đệm rôtuyn: k = 16 (mm)

Khớp cầu được kiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc và kiểm tra độ bền uốn và cắt tại vị trí ngàm.

Lực tác dụng lên khớp cầu lớn nhất chính là lực cực đại tác dụng lên đòn kéo ngang : N = 7994,47 (N).

V. NHẬN XÉT VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG CẢI TIẾN:

1. Ưu điểm và nhược điểm  của hệ thống lái cũ:

a. Ưu điểm:

- Hệ thống lái cơ khí đơn giản, dễ dàng và thuận tiện cho công việc bảo dưỡng và sửa chữa.

- Hệ thống lái cũ đảm bảo động học quay vòng.

- Các chi tiết của hệ thống lái đảm bảo độ bền.

- Cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn do đó độ bền uốn cao.

b. Nhược điểm :

- Lực đánh lái khá lớn, lực tác dụng lên vành lái lớn nhất P_lmax = 468,5 (N), tuy nhỏ hơn giá trị cho phép của lực đánh lái nhưng vẫn là khá lớn với người điều khiển xe thường xuyên đi trong điều kiện đường xấu sẽ làm người lái nhanh chóng mỏi mệt, làm ảnh hưởng xấu đến việc điều khiển, làm giảm an toàn tích cực khi xe chuyển động.

- Hiệu suất nghịch của cơ cấu lái trung bình, do đó những va đập từ mặt đường được truyền lên vành lái, làm  ảnh hưởng đến việc điểu khiển.

2. Đề xuất hướng cải tiến:

* Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái:

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đường dài. Đặc biệt trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe như nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái.

Lực lái có thể giảm bằng cách tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái. Tuy nhiên việc đó lại  đòi hỏi phải quay vô lăng nhiều hơn khi xe quay vòng dẫn đến không thể thực hiện  được việc quay vòng.

Kết luận: Hướng cải tiến là bố trí thêm hệ thống trợ lực lái cho hệ thống lái.

Chương II. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN

I. CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN:

1. Loại trợ lực:

Hiện nay trên ôtô có các loại cường hoá lái sau:

+ Cường hoá thuỷ lực .

+ Cường hoá khí .

+ Cường hoá điện.

+ Cường hoá cơ khí.

+ Cường hoá điện - thuỷ.

2. Phương án bố trí trợ lực:

Tuỳ thuộc vào việc sắp xếp các bộ phận của trợ lực lái vào hệ thống lái mà có thể chia ra như sau :

+ Van phân phối, xy lanh lực  đặt chung trong cơ cấu lái.

+ Van phân phối nằm trong cơ cấu lái, xy lanh lực đặt riêng .

+ Van phân phối, xy lanh lực đặt thành cụm  riêng ,cơ cấu lái nằm riêng.

II. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN:

1. Các yêu cầu của trợ lực:

+ Khi hệ thống của trợ lực lái có sự cố thì  hệ thống lái vẫn có thể làm

việc. Nếu có hư hỏng xảy ra làm ngưng việc cấp dầu từ  bơm đến  cơ cấu lái thì người  lái có thể lái  được  xe mà không cần tới trợ lực lái. Ngay cả khi bơm dầu của trợ lực lái không làm việc hay có rò rỉ (đứt) các đường ống của hệ thống của trợ lực lái, dẫn đến đường ống hoàn toàn mất tác dụng thì người lái vẫn phải đảm bảo điều khiển được xe nhưng với   một lực lái lớn hơn .

+ Đảm bảo lực lái thích hợp : Công dụng chính của trợ lực lái là giảm lực lái đồng thời đó là một cơ cấu an toàn, mức độ giảm lực lái phải phù hợp với từng  điều kiện chuyển động của xe. Nói chung, cần lực lái lớn khi xe đứng yên hay chay chậm. ở tốc  độ trung bình cần lực lái nhỏ hơn và lực lái giảm dần khi tốc  độ tăng.

2. Chọn loại trợ lực:

Trợ lực điện, trợ lực điện - thuỷ, trợ lực cơ khí rất ít được sử dụng.

Trợ lực khí chỉ dùng cho những xe tải hạng nặng có máy nén khí và có

bình khí nén.

Như vậy, với xe tải cỡ trung bình 2500 kg ta sẽ dùng trợ lực thuỷ lực.

* Các ưu điểm của trợ lực thuỷ lực:

- Có áp suất trong hệ thống thuỷ lực lớn: p = 4¸ 10 (MN/cm²) nên giảm được kích thước và trọng lượng xilanh lực.

- Tác dụng của bộ trợ lực nhanh, thời gian chậm tác dụng của bộ trợ lực không chậm quá 0,02¸0,04 (giây) nhờ vận tốc truyền áp suất trong chất lỏng nhanh.

3. Chọn phương án bố trí trợ lực:

* Phương án 1:Van phân phối, xy lanh lực  đặt chung trong cơ cấu lái.

+ Sơ đồ bố trí: Như hình 

+ Đặc điểm:

Với phương án bố trí này, xilanh lực và van phân phối đều nằm trong cơ cấu lái tạo thành một cụm bao gồm: xilanh lực - van phân phối - cơ cấu lái.

* Phương án 3:Van phân phối, xy lanh lực đặt thành cụm  riêng ,cơ cấu lái nằm riêng.

+ Sơ đồ bố trí: Như hình.

+ Đặc điểm:

  Van phân phối và xilanh lực được đặt chung trong một cụm, cơ cấu lái đặt riêng rẽ.

* Phương án 4: Xy lanh lực, van phân phối và cơ cấu lái riêng biệt nhau.

+ Sơ đồ bố trí: Như hình

+ Đặc điểm:

  Xilanh lực, van phân phối, cơ cấu lái là các cụm riêng biệt.

* Kết luận:  Với xe tải Hyundai 2500 kg, việc sử dụng sơ đồ bố trí van phân phối, xy lanh lực  đặt chung trong cơ cấu lái là phù hợp và đảm bảo các yêu cầu làm việc.

III. PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN CHỌN:

1. Các cụm chi tiết cần cải tiến:

Cơ cấu lái cũ là cơ cấu trục vít lõm - con lăn, do đó để bố trí trợ lực theo phương án 1 ta sẽ phải thay cơ cấu lái cũ bằng cơ cấu lái mới có bố trí trợ lực trong cơ cấu lái như trong sơ đồ kết cấu dưới đây.

2. Nguyên lý hoạt động của cường hoá lái:

Sơ đồ nguyên lý các trạng thái hoạt động của xe.

Vô lăng ở vị trí trung gian (tức là khi xe đi thẳng) bộ trợ lực không làm việc, lúc đó cả hai buồng trước và sau xilanh thông nhau và thông với đường dầu hồi, dầu được đẩy từ bơm đến van phân phối và đến các khoang trước và sau xilanh rồi theo đường dầu hồi trở về bình chứa.

4. Tính toán đặc tính cường hoá:

a. Xây dựng đặc tính cường hoá hệ thống lái:

* Đặc tính của hệ thống lái khi chưa có cường hoá.

Hệ thống lái có tỷ số truyền không thay đổi, kích thước của các đòn cũng không thay đổi, do vậy lực tác dụng lên vành lái tuyến tính so với lực cản quay vòng. Do vậy ta có đường đặc tính khi  chưa có cường hoá được thể hiện qua mối quan hệ giữa lực tác động lên vôlăng P_l và mômen cản quay vòng M_c

* Đặc tính của hệ thống lái khi có cường hoá lái:

Lực tác dụng lên bộ cường hoá P_h sẽ là:

P_h=P_l-P

Đối với xe thiết kế cải tiến ta chọn P = 150(N), từ đó ta tìm được lực cường hoá lái đặt tại cơ cấu lái quy về vôlăng là:

P_h = 468,73 - 150  = 318,73 (N).

Cường hoá bắt đầu làm việc khi lực người lái đặt lên vành lái là 40(N), tương ứng với mômen cản quy về đầu đòn quay đứng là:

M_c^qd = 40.0,2.20,5 = 146 (Nm).

Đặc tính làm việc là đường OABC. Trong đó, đoạn OA tương ứng với hoạt động của hệ thống không có trợ lực, điểm A là điểm bắt đầu làm việc của trợ lực. Vị trí điểm A quyết định bởi lực nén lò xo định tâm.

Chương III. THIẾT KẾ CẢI TIẾN HỆ THỐNG LÁI

I. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT- ÊCU BI:

1. Thông số hình học:

Để đảm bảo động học quay vòng không thay đổi, ta giữ nguyên tỉ số truyền của cơ cấu lái cũ. Vậy tỉ số truyền của cơ cấu lái trục vít - êcu bi, thanh răng - cung răng là :

i_w = 20,5

2. Thiết kế cặp truyền động trục vít - êcu bi:

+ Sơ đồ bộ truyền trục vít – êcu bi:

a. Chọn vật liệu :

- Trục vít được làm từ thép CrWM, tôi thể tích đạt độ rắn HRC 60.

- Đai ốc bi dùng vật liệu thép 18CrMnTi, nhiệt luyện đai ốc đặt độ rắn HRC63.

b. Xác định sơ bộ đường kính trong của ren theo độ bền kéo:

M_c^d – mômen cản quay vòng lớn nhất tại đòn quay đứng

M_c^d = Q₁.L_d = 6939,8.0,18 = 1249,2 (Nm)

R₀ – là bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng,

Ta chọn đường kính bi : d_b = 8 (mm)

ÞBước vít của trục vít : t’ = d_b + 5 = 13 (mm)

Ta có :

 R₀ = 42,5 (mm)

=> F_ạ  = 29500 (N)

Thay số vào công thức ta có :

d₁ = 24,71.10 ^{– 3} (m)

Vậy theo tiêu chuẩn chọn ổ bi ta  ta chọn d₁ = 25 (mm).

c. Chọn các thông số của bộ truyền :

- Chọn đường kính bi: d_b = 8 (mm)

- Bước vít : t’ = 13 (mm)

- Bán kính rãnh lăn: r₁ = 0,51d_b = 4,043 (mm)

- Đường kính vòng tròn qua các tâm bi :

D_tb = d₁ + 2(r₁ – c)

D_tb = 25 + 2(4,043 – 0,03) = 33,03 (mm)

- Đường kính trong của đai ốc :

D₁ = D_tb  + 2(r₁ – c)

D₁ = 33,026 + 2(4,043 – 0,03) = 41,05 (mm)

- Chiều sâu của prôfin ren :

h₁ = 0,3d_b = 0,3.8 = 2,4 (mm)

- Đường kính ngoài của vít :

d = d₁ + 2h₁ = 25 + 2.2,4 = 29,8 (mm)

- Đường kính ngoài của đai ốc:

D = D₁ – 2h₁ = 41,05 – 2.2,4 = 36,25 (mm)

- Xác định khe hở hướng tâm:

D = D₁ – (2.d_b + d₁)

D = 41,05 – (2.8 + 25) = 0,052 (mm)

d. Tính kiểm nghiệm Vũ độ bền :

TảI trọng cho các viên bi: q_a = 23,05 (MN/m²)

Từ khe hở tương đối c = 0,002 và tải trọng riêng dọc trục theo các đồ thị ta xác định được ứng suất lớn nhất :

s_max  » 4000 (MN/m²)

Với [s_max] = 5000 (MN/m²) đối với mặt làm việc của vít.

Vậy, s_max £ [s_max] ;

II. THIẾT KỪ BỘ TRUYỀN THANH RĂNG- CUNG RĂNG :

+ Sơ đồ bộ truyền thanh răng - cung răng:

1. Chọn vật liệu:

Thanh răng vàbánh răng rẻ quạt được chế tạo bằng  thép C45,thường hoá, độ rắn 200HB, phôi rèn.

2. Xác định các thông số của bộ truyền:

a. Tính bánh răng rẻ quạt theo độ bền tiếp xúc:

Bánh răng rẻ quạt là bánh răng trụ răng thẳng.

Tính toán nhằm thoả mãn điều kiện tiếp xúc lớn nhất e_H sinh ra khi các đôi răng ăn khớp không vượt quá trị số cho phép [e_H].

Thay những thông số vào công thức ta tính được ứng suất tác dụng lên bề mặt răng của bánh răng rẻ quạt: e_H = 304,80 (MPa)^1/2

Thoả mãn ứng suất cho phép : [e_H] = 600 (MPa)^1/2

- Chọn môđun m = 2,5 (mm).

- Đối với bộ truyền bánh răng thẳng không dịch chỉnh, ta có các thông số của bánh răng rẻ quạt như sau:

- Số răng của bánh răng rẻ quạt

z =34 (răng) ( >17 răng đảm bảo tránh được hiện tượng cắt chân răng).

- Đường kính đỉnh răng:

d_a= d_rq+2.m =85 + 2.2,5 = 90 (mm)

- Đường kính chân răng:

d_f = d_rq- 2,5.3 = 85 - 2,5.2,5 = 78,75(mm)

- Môđun của bánh răng rẻ quạt : m  = 2,5

b. Tính bánh răng rẻ quạt theo độ bền uốn:

Thay số vào công thức trên ta tính được : T = 45,29 (kN)

Chiều rộng răng bánh răng rẻ quạt b = 30 (mm)

Chiều cao răng bánh răng rẻ quạt h = ( 90 - 78,75)/2 = 5,625 (mm)

Bước vít của trục vít : t = 13 (mm)

III. THIẾT KẾ CƯỜNG HOÁ LÁI:

1. Xác định kích thước xilanh lực:

Với hệ thống lái có cường hoá, để người lái vẫn giữ được cảm giác mặt đường ta chọn lực lớn nhất của người lái đặt vào  vành lái là : P_l^* = 150 (N)

Với đường kính trục vít là: d_t = 30 (mm)

đường kính xilanh lực là: D_xl

p_max - áp suất dầu cực đại p_max = 50 (KG/cm²)

h_S - hiệu suất tổng cộng của bơm,với bơm cánh gạt tác dung kép,  h_S = 0,8

Thay số vào công thức ta có : F_xl = 4006.10^-6 (m²)

ta có đường kính xilanh lực: D_xl = 77,5 (mm)

2. Tính sơ bộ hành trình làm việc của Piston:

Xét bánh xe dẫn hướng đặt tay đòn ngang:

 - Góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng là:

j_max = a_max + b_max

b_max = 30,5⁰ ; a_max = 24,85⁰ ;

=>  j_max = 55,35⁰ ;

Góc quay toàn bộ của đòn quay đứng: j » 46⁰

3. Xác định lưu lượng của bơm dầu:

Năng suất của bơm được xác định từ điều kiện là làm thế nào để xilanh lực của cường hóa phải kịp làm quay các bánh xe dẫn hướng nhanh hơn điều có thể làm được của người lái. Nếu không đảm bảo được điều kiện này thì những trường hợp quay vòng ngoặt, người lái sẽ phải tiêu hao một lực lớn không những để thắng lực cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hướng mà còn để đẩy dầu di chuyển từ phần bên này sang phần bên kia của xilanh lực, vì bơm không kịp làm đầy sự tăng thể tích của phần làm việc của xilanh.

Thay số vào  công thức ta có:  Q_b ³ 147.10 ^{– 6} (m³/s)

Vậy ta có năng suất định mức của bơm là Q_b = 147 (cm³/s)

5. Xác định độ nhạy cảm của cường hoá và hành trình không tải toàn bộ của vành tay lái:

D - khe hở một phía, bằng một nửa hành trình của con trượt từ mép ngoài cùng bên này sang mép ngoài cùng bên kia.

w - độ giơ của cơ cấu lái, ta lấy w = 5⁰

6. Xác định điều kiện ổn định làm việc của hệ thống lái có cường hoá:

- Độ ổn định làm việc của hệ thống lái phụ thuộc vào độ ổn định của bộ phận cường hoá lái.

- Độ ổn định của cường hoá gồm có:

+ Độ ổn định tĩnh

+ Độ ổn định động

a. Độ ổn định tĩnh: Độ ổn định tĩnh của cường hoá là khả năng cường hoá giữ được trạng thái cân bằng của nó ở bất kỳ vị trí nào của vành tay lái. Khi cường hoá không đảm bảo độ ổn định tĩnh sẽ làm mất tính chất ổn định của các bánh xe dẫn hướng: chúng không còn khả năng quay trở về vị trí trung gian sau khi đã thực hiện quay vòng hoặc dần dần lệch khỏi vị trí ứng với chuyển động thẳng của ôtô.

b. Độ ổn định động lực của cường hóa:

Độ ổn định động lực của cường hoá được hiểu là không có xu hướng gây nên sự dao động của các bánh xe dẫn hướng, cũng như không làm ảnh hưởng tới độ nhạy cảm tác dụng của cường hoá.

7. Kiểm tra bền xilanh lực:

a. Yêu cầu và chọn  vật liệu chế tạo:

Xy lanh lực chịu áp suất p = 50(KG/cm²) nên ta chọn vật liệu chế tạo là gang cầu.

Độ bóng của bề mặt làm việc của xy lanh lực, piston thường là cấp 10 và cấp 9. Trong những trường hợp khác có thể gia công đạt độ bóng cấp 8.

b. Tính độ bền của xy lanh lực:

Khi tính độ bền của xy lanh lực thường bỏ qua những tác động ngẫu nhiên lên nó (va đập từ bên ngoài…) mà chỉ để ý ảnh hưởng của áp suất chất lỏng bên trong xy lanh.

Đường kính ngoài của xilanh lực:

d_n = d + 2.t = 77,5 + 15 =92,5 (mm)

Ứng suất trong xy lanh  lực được xác định theo công thức:

s = 285,54 (KG/cm²) £ [s]

Kết luận: vậy xilanh đảm bảo độ bền.

Chương IV.  QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CON TRƯỢT

I. PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG LÀM VIỆC CỦA CHI TIẾT:

1. Bản vẽ chi tiết con trượt:

Chi tiết con trượt là chi tiết dạng bạc, có nhiệm vụ đóng mở các đường dầu có áp suất cao.

Hai đầu con trượt sẽ được tỳ lên mặt của hai ổ bi và con trượt được lồng vào trục cơ cấu lái có đường kính f25.

2. Kiểm tra các điều kiện kỹ thuật của chi tiết:

Với chi tiết đã cho và các yêu cầu của chi tiết đòi hỏi. Khi gia công chi tiết này ta cần phải đảm bảo được các yêu cầu về độ chính xác như sau:

- Độ không vuông góc giữa đường tâm lỗ 30 so với hai mặt đầu là:0,01

- Độ không đồng tâm giữa lỗ 30 và mặt ngoài 45 là 0,02

- Bề mặt các mặt đầuphải đạt độ bóng Rz=20, tương đương Ra=5 (mm)

3. Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi:

- Căn cứ và vật liệu chế tạo phôi: Thép 45

- Dạng sản xuất loạt nhỏ.

- Khối lượng chi tiết : 750 gam

- Hệ số sử dụng phôi là lớn nhất

Từ đó ta chọn phương pháp chế tạo phôi là: Rèn

II. THIẾT KẾ TÍNH TOÁN NGUYÊN CÔNG.

1. Nguyên công 1: Tiện ngoài và tiện mặt đầu.

- Chi tiết được định vị trong mâm cặp.

- Kẹp chặt bằng mâm kẹp.

- Chọn máy: Kiểu máy T616.

- Chọn dao: Dao có ký hiệu T15K6.

- Chế độ cắt:

Chiều sâu cắt: t₁ = 0,4mm ; t₂ = 0,6mm.

Lượng chạy dao: S₁ = 0,25mm/vg; S₂ = 0,4mm/vg.

Số vòng quay của máy: n = 723vg/ph;

3. Nguyên công 3:tiện tinh mặt ngoài, tiện tinh mặt đầu

- Định vị: Chi tiết được định vị trong mâm cặp

- Kẹp chặt bằng mâm kẹp.

- Chọn máy: Chọn kiểu máy T616.

- Chọn dao: Dao có ký hiệu P9.

- Chế độ cắt:

Chiều sâu cắt: t = 0,2mm.

Lượng chạy dao: S = 0,4mm/vg.

Số vòng quay của máy: n = 375vg/ph.

5. Nguyên công 5: Nhiệt luyện.

- Đầu tiên tôi ở nhiệt độ cao 850⁰ C trong 2 phút.

- Sau đó ram ở nhiệt độ 350⁰ C trong 2 phút.

6. Nguyên công 6: Mài.

- Định vị: Chi tiết được định vị bằng trục gá chuyên dùng.

- Kẹp chặt bằng bulông ở đầu trục gá.

- Chọn máy: Chọn kiểu máy T616.

- Chọn dao: Chọn đá mài chuyên dùng.

- Chế độ cắt:

t = 0,01mm ; n = 702vg/ph.

7. Nguyên công 7: Kiểm tra.

- Kiểm tra độ bóng của bề mặt 45 đạt Ñ10;

- Kiểm tra độ côn của bề mặt 45

Chương V.  LẮP RÁP, BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI

I. BẢO DƯỠNG KỸ THUẬT HỆ THỐNG LÁI.

1.  Những hư hỏng chính:

- Hệ thống lái phải đảm bảo cho ôtô chạy đúng hướng mong muốn, ở bất kỳ điều kiện đường xá nào và với bất kỳ tốc độ chuyển động nào của ôtô. Người lái không phải bỏ ra nhiều sức lao động để điều khiển cơ cấu lái, khi cho xe chạy thẳng cũng như khi thao tác lái.

- Cơ cấu lái và dẫn động lái thường có những hư hỏng sau: Khoảng chạy tự do của tay lái (vôlăng) quá lớn, kẹt vòng bi cơ cấu lái, đòn lái bị cong, rò rỉ dầu nhờn ở cácte cơ cấu lái, điều chỉnh sai cơ cấu lái.

- Vòng bi của tay lái bị kẹt sẽ làm khó xoay tay lái. Hiện tượng này thường là do thiếu bôi trơn, khắc phục bằng rót thêm dầu nhờn vào cácte cơ cấu lái.

2.  Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống:

- 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 nhờn.

- Trong bảo dưỡng kỹ thuật cấp 1: Kiểm tra độ kín khít của những mối ghép nối hệ thống trợ lái thuỷ lực và việc bắt chặt bơm trợ lái thuỷ lực. Vặn chặt các đai ốc bắt chặt cơ cấu lái vào dầm  ôtô, chốt cầu của đòn lái.

4.  Kiểm tra dẫn động lái và khắc phục khe hở:

- Có thể dễ dàng phát hiện khe hở trong các khớp nối của  cơ cấu dẫn động lái bằng cách lắc mạnh đòn quay đứng trong khi xoay tay lái và nắm tay vào các khớp cần kiểm tra. Nếu khe hở vượt quá quy định, hãy khắc phục bằng cách vặn nút có ren của khớp nối tương ứng. Muốn vậy phải tháo chốt chẻ trên đầu đòn lái.

- Đối với các khớp tự định tâm thì chỉ có cách thay các chốt cầu đã mòn và bạc lót đê khắc phục khe hở.

II. SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI.

* Để xác đinh mức độ mài mòn và tính chất sửa chữa, phải tháo rời các chi tiết cơ cấu lái. Khi tháo tay lái (vôlăng) và đòn quay đứng, phải dùng vam  tháo. Những hư hỏng chính của các chi tiết cơ cấu lái là: mòn vít vô tận, mặt bích bắt chặt các te bị sứt mẻ và nứt, mòn lỗ ở các te dành cho ống lót trục của đòn quay đứng và các chi tiết của khớp cầu thanh chuyển hướng, thanh chuyển hướng bị cong  và việc bắt chặt tay lái trên trụ bị nới lỏng ra.

- Phải thay vít của cơ cấu lái nếu bề mặt ma sát bị mòn rõ rệt hay lớp tôi bị tróc ra.

- Cổ trục của đòn quay đứng, nếu mòn thì phục hồi bằng cách mạ crôm  rồi mài theo kích thước danh định. Cổ trục có thể phục hồi bằng cách lắp  vào các te những ống lót bằng đồng thanh đã được mài theo kích thước sửa chữa. Đầu có ren của trục đòn quay đứng nếu bị chờn thì phục hồi bằng cách hàn đắp bằng hồ quang điện rung. 

- Chỉ trong trường hợp cần sửa chữa hay thay thế mới tháo bánh đai, vòng hãm và trục bơm cùng với vòng bi phía trước.

- Sau khi tháo các chi tiết phải cọ rửa trong thùng dung dịch, rồi rửa bằng nước nóng và thổi bằng không khí nén.

  Sau khi sửa chữa và kiểm tra xong xuôi các chi tiết, phải lắp ráp lại toàn bộ tổ hợp trợ lái thuỷ lực rồi điều chỉnh và thử nghiệm.

KẾT LUẬN

Kỹ thuật ôtô  ngày càng được phát triển tới mức rất cao, thoả mãn những yêu cầu và đòi hỏi khắt khe về tính năng kinh tế, kỹ thuật môi trường, đặc biệt là an toàn chuyển động của ôtô ở tốc độ cao. Vì vậy trên ôtô được trang bị thêm  rất nhiều hệ thống kỹ thuật cao để đảm bảo được  các tính năng nói trên.

Sau một thời gian dài nghiên cứu, tính toán và thiết kế được sự trợ giúp tận tình của Thầy: TS……………. cùng các thầy trong bộ môn và toàn thể các bạn đồng nghiệp. Nay em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp.

  Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các Thầy tận tình chỉ bảo giúp đỡ.

Em xin chân thành cảm ơn!

                                                                                                            Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                       Sinh viên thực hiện

                                                                                                         ………………….

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lý thuyết ôtô máy kéo - Năm 1993. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng.

2.  Thiết kế tính toán ôtô - máy kéo - Năm 1971. Trương Minh Chấp, Dương Đình Khuyến, Nguyễn Khắc Trai.

3. Chi tiết máy Tập I, tập II - Năm 1997. Nguyễn Trọng Hiệp.

4. Cấu tạo gầm xe con, Nhà xuất bản giao thông vận tải - Năm 1996. Nguyễn Khắc Trai.

5. Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy. Trần Văn Địch.

6. Thiết kế hệ thống lái của ôtô - máy kéo bánh xe, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội -Năm 1991. Phạm Minh Thái.

 "TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"