MỤC LỤC
MỤC LUC….1
MỞ ĐẦU... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI. 5
1. Công dụng, phân loại, yêu cầu. 5
1.1 Công dụng. 5
1.2 Yêu cầu của hệ thống lái 5
1.3 Phân loại 5
2. Kết cấu hệ thống lái 6
2.1.Vô lăng. 7
2.2.Trục lái 7
2.3.Cơ cấu lái 7
3. Các góc đặt bánh xe. 15
3.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber). 16
3.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng (caster và khoảng caster). 18
3.3. Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin). 19
3.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng). 20
3.5. Bán kính quay vòng (góc bánh xe, bán kính quay vòng): 21
4. Dẫn động lái 22
5. Cường hóa lái. 26
5.1. Đặt vấn đề. 26
5.2. Kết cấu trợ lực lái. 27
5.2.1. Nguồn cung cấp:. 30
5.2.2. Bộ phận sinh lực:. 31
5.2.3. Van phân phối:. 31
5.2.4. Tính chép hình của hệ thống lái:. 36
5.2.5. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái có trợ lực thủy lực. 36
Chương 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE TOYOTA VIOS.. 38
2.1.Phân tích lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái. 38
2.1.1.Trục vít-êcubi-thanh răng. 38
2.1.2.Bánh răng-thanh răng. 38
2.2.Phân tích lựa chọn phương án thiết kế dẫn động lái. 39
2.2.1.Dẫn động lái với hình thang lái 4 khâu. 39
2.2.2.Dẫn động lái với hình thang lái 6 khâu. 39
2.3.Phân tích lựa chọn phương án cường hóa lái. 39
2.4.Các số liệu thiết kế . 41
2.5. Tính toán động học hệ thống lái 41
2.5.1. Tỷ số truyền của dẫn động lái id. 43
2.5.2. Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic . 43
2.6. Xác định lực tác động lớn nhất ở vành tay lái. 44
2.7. Tính các thông số hình học của dẫn động lái. 44
2.7.1. Tính động học hình thang lái. 44
2.7.2. Xây dựng đường đặc tính lý thuyết. 47
2.8. Tính bền các chi tiết của hệ thống lái 50
2.8.1Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng. 51
2.8.2. Xác định các thông số của bánh răng. 51
2.8.3. Xác định kích thước và thông số của thanh răng. 52
2.8.4.Tính bền cơ cấu lái bánh răng - thanh răng. 53
2.8.4.1. Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng – thanh răng. 53
2.8.4.2. Kiểm tra vật liệu:. 53
2.9.Tính trục lái 57
2.9.1. Tính bền đòn kéo ngang. 58
2.9.2. Tính bền đòn bên hình thang lái. 60
2.9.3. Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái. 61
2.9.4. Tính bền khớp cầu (rotuyl). 61
2.10.Tính toán thiết kế cường hóa lái. 63
2.10.1. Công tiêu hao của người lái để quay vành tay lái: 63
2.10.2. Xây dựng đặc tính cường hóa lái 64
2.10.3 Tính toán xi lanh lực: 66
2.10.4. Xác định năng suất của bơm: 68
2.10.5. Tính các chi tiết của van phân phối 69
2.10.5.1. Tính góc xoay của van quay. 69
2.10.5.2. Các thông số khác:. 71
CHƯƠNG 3: BẢO DƯỠNG KỸ THUẬT VÀ SỬA CHỮA HƯ HỎNG LÁI TRÊN XE TOYOTA VIOS
3.1. Dầu mỡ bôi trơn. 75
3.2. Tháo cơ cấu lái: 75
3.3. Lắp cơ cấu lái: 76
3.4. Lắp ráp các cụm cường hóa. 76
3.4.1. Lắp ráp các bộ phận của xi lanh. 76
3.4.2. Lắp van phân phối. 77
3.5.Chẩn đoán những hư hỏng của hệ thống lái ô tô và biện pháp khắc phục. 78
3.6.Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái. 80
3.6.1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 80
3.6.2. Sửa chữa các chi tiết trong hệ thống lái 81
KẾT LUẬN.. 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 84
MỞ ĐẦU
Ngày này, nền công nghiệp hiện đại ngày càng phát triển, trên hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế xã hội. Ngành công nghiệp nói chung và nền công nghiệp ô tô nói riêng đang trong thời kỳ hoàn thiện và phát triển vượt bậc, đảm bảo phục vụ lợi ích tốt nhất của con người, với yêu cầu kỹ thuật và chất lượng không ngừng nâng cao.
Với ngành công nghiệp ô tô, để đảm bảo tính tiện nghi, an toàn cho người sử dụng thì việc thiết kế một hệ thống lái đảm bảo đầy đủ các yêu cầu đặt ra là một điều rất cần thiết trong xã hội hiện đại. Một hệ thống lái phải đảm bảo tính quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng, điều khiển dễ dàng, dễ chăm sóc sửa chữa, bảo dưỡng và phù hợp với phần lớn đối tượng sử dụng.
Cũng vì thế mà hệ thống lái ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống lái ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ hơn.
Qua tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với yêu cầu nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp em được giao nhiệm vụ : “Thiết kế hệ thống lái cho ôtô du lịch, loại 5 chỗ ngồi ”
Do điều kiện thời gian hạn chế nên trong đồ án này tập trung vào cơ cấu lái và tính toán cường hóa lái là chủ yếu. Trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những sai sót, rất mong được các thầy hướng dẫn và các bạn tận tình giúp đỡ.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
…………….
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
1.1 Công dụng
Hệ thống lái giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động của ô tô (thay đổi hay duy trì) theo tác động của người lái. Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống điều khiển khác thực hiện điều khiển ô tô và đóng góp vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông khi ô tô chuyển động.
1.2 Yêu cầu của hệ thống lái
- Giữ chuyển động thẳng, ổn định.
- Quay vòng ngoặt trên diện tích bé, thời gian ngắn.
- Động học quay vòng phải đúng, để các bánh xe không bị trượt.
1.3 Phân loại
Có nhiều cách phân loại hệ thống lái:
a) Phân loại theo số lượng cầu dẫn hướng.
- Các bánh dẫn hướng ở cầu trước.
- Các bánh dẫn hướng ở cầu sau .
c) Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
- Trục vít - bánh vít.
- Trục vít - cung răng .
- Trục vít - con lăn.
d) Phân loại theo bố trí vành lái .
- Bố trí vành lái bên trái (theo luật đi đường bên phải).
- Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).
2. Kết cấu hệ thống lái
Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực.
2.1. Vô lăng
Vô lăng có dạng vành tròn, có nhiệm vụ tiếp nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái
2.3. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái là bộ phận cơ bản trong hệ thống lái, nó có nhiệm vụ biến chuyển động quay vòng của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và đảm bảo tỉ số truyền theo yêu cầu.
a) Tỷ số truyền cơ cấu lái:
* iw = góc quay của vô lăng /góc quay của bánh dẫn hướng (đối với cơ cấu lái trục răng - thanh răng ).
* Phân tích đồ thị:
Với quy luật thay đổi như trên, khi ô tô chuyển động trên đường thẳng với vận tốc cao, người lái chỉ phải đánh lái với các góc rất nhỏ xung quanh vị trí trung gian, nên tỷ số truyền lớn ở đây giúp cho người lái điều khiển ô tô nhẹ nhàng.
b) Hiệu suất cơ cấu lái:
Trong cơ cấu lái người ta phân biệt 2 hiệu suất thuận và nghịch
* Hiệu suất thuận: là hiệu suất tính theo lực truyền từ vô lăng tới bánh xe. Hiệu suất này càng lớn thì tổn hao năng lượng điều khiển càng nhỏ, nghĩa là lái càng nhẹ hơn
* Hiệu suất nghịch: là hiệu suất tính theo lực truyền từ bánh xe lên vô lăng, vì vậy khi thiết kế cơ cấu lái nên chọn hiệu suất nghịch nhỏ để giảm bớt lực truyền từ mặt đường lên vô lăng.
d) Các dạng cơ cấu lái thông dụng
Hiện nay trên ô tô thường sử dụng các loại cơ cấu lái như:
+ Loại trục vít glôbôit - con lăn,
+ Loại trục vít - ê cu bi - thanh răng - cung răng,
+ Loại bánh răng - thanh răng,
* Cơ cấu lái trục vít cung răng:
Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung răng là hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đường nên toàn bộ chiều dài của cung răng đều truyền tải trọng. Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ mòn của trục vít và cung răng đều giảm. Để đạt độ cứng vững tốt người ta đặt trục đòn quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng.
* Cơ cấu lái loại liên hợp:
Loại cơ cấu lái này gần đây được sử dụng rộng rãi trên các loại ôtô tải GMC, không có cường hoá thuỷ lực và trên ôtô ZIN - 130, ZIN - 131 với cường hoá thuỷ lực. Cơ cấu lái loại liên hợp hay dùng nhất là loại trục vít - êcu - cung răng.
3. Các góc đặt bánh xe
Việc bố trí các bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới tính điều khiển xe, tính ổn định chuyển động của ôtô. Các yêu cầu chính của việc bố trí là điều khiển chuyển động nhẹ nhàng, chính xác đảm bảo ổn định khi đi thẳng cũng như khi quay vòng, kể cả khi có sự cố ở các hệ thống khác. Đối với xe con yêu cầu này ngày càng được quan tâm và được nâng cao hơn vì vận tốc của xe không ngừng được nâng lên.Trên cầu dẫn hướng các bánh xe dẫn hướng được bố trí và quan tâm thích đáng.
3.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc CAMBER, và đo bằng độ. Khi bánh xe dẫn hướng nghiêng ra ngoài thì gọi là góc “CAMBER dương”, và ngược lại gọi là góc”CAMBER âm. Bánh xe không nghiêng thì CAMBER bằng không (bánh xe thẳng đứng ).
* Chức năng của góc nghiêng ngang bánh xe:
Những năm về trước bánh xe được đặt với góc CAMBER dương để cải thiện độ bền của cầu trước và để các lốp tiếp xúc vuông góc với mặt đường (do trọng lượng của xe) nhằm ngăn ngừa sự mòn không đều của lốp trên đường, do có phần giữa cao hơn hai bên.
3.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng (caster và khoảng caster)
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 bằng góc giữa trụ xoay đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Nếu trụ xoay đứng nghiêng về phía sau thì gọi là góc nghiêng dương và ngược lại gọi là góc nghiêng âm.
* Tác dụng của góc Caster :
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe vào đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi xe đi vào đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb.
3.3. Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)
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.
3.4. 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 (hoặc hai bánh xe trên cùng một cầu xe), 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 .
4. Dẫn động lái
Dẫn động lái bao gồm tất cả những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của bánh xe. Vì vậy dẫn động lái trên xe phải đảm bảo các chức năng sau:
+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiện tượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng.
Phương pháp bố trí được trình bày như hình dưới đây.
+ Trên hệ thống treo độc lập, số lượng các đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảo các bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau.
Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn. Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền của các dẫn động lái thường nằm trong khoảng từ 0,85 đến 1,1.
* Cấu tạo các khớp, đòn, giảm chấn của dẫn động lái.
- Khớp cầu : Khớp cầu dùng trong hệ thống lái có 2 dạng:
Khớp cầu bôi trơn thường xuyên và khớp cầu bôi trơn một lần. Ngày nay khớp cầu dùng cho xe con là loại không cần bảo dưỡng (bôi trơn một lần ). Khớp cầu dùng cho xe tải là khớp cầu bôi trơn thường xuyên. Khớp cầu bôi trơn 1 lần bao gồm các loại sau: loại có bạc kim loại, loại bạc nhựa và loại bạc cao su.
- Các đòn dẫn động lái: Thông thường các đòn dẫn động lái có hai dạng là dạng có kích thước cố định (hình thang lái) và loại có thể thay đổi được chiều dài (đòn kéo dọc). Hình dạng của các đòn tuỳ thuộc vào vị trí, kết cấu và khoảng không gian cho phép khi dịch chuyển nhưng phần lớn các đòn có tiết diện tròn và rỗng.
5. Cường hóa lái.
5.1. Đặt vấn đề
Ta thấy lực cản quay vòng tỉ lệ thuận với trọng lượng xe phân lên cầu trước dẫn hướng. do vậy những xe có trọng tải càng lớn thì lực cản quay vòng càng lớn. lực cản quay vòng tăng tới một giới hạn nào đó thì người lái không điều khiển vô lăng được nữa.
- Trợ lực thủy lực được dùng nhiều hơn cả vì kết cấu gọn, dễ bố trí.
- Trợ lực khí nén về nguyên tắc giống trợ lực thủy lực, nhưng do áp suất khí nén nên kết cấu trợ lực khí nén cồng kềnh và do đó ít được sử dụng.
5.2 Kết cấu trợ lực lái
* Một số sơ đồ hệ thống lái có trợ lực:
- Sơ đồ 1: Cơ cấu lái, van phân phối và bộ phận sinh lực được bố trí riêng rẽ.
- Cấu tạo gồm:
1: Nguồn cung cấp chất lỏng (dầu áp suất cao)
2: Bộ phận sinh lực (xi lanh lực)
3: Cơ cấu lái
4: Van phân phối
- Sơ đồ 4: Cơ cấu lái, van phân phối, xi lanh lực bố trí trên cùng một khối.
- Nguyên lý làm việc của trợ lực:
Khi quay vòng sang phải, van phân phối nối đường dầu 6 với đường dầu 8 và đường dầu 5 với đường dầu 7.Chất lỏng từ bơm đi đến khoang dưới của xi lanh sinh lực đẩy piston đi lên, đẩy bánh dẫn hướng quay sang phải. Dầu ở khoang trên xi lanh lực sẽ theo đường 6 về đường 8 và hồi về bơm.
5.2.1 Nguồn cung cấp
Bao gồm bơm thủy lực, bình chứa dầu, các van an toàn, ác quy thủy lực. Bơm thủy lực thường dùng là bơm cánh gạt, bơm bánh răng, áp suất chất lỏng có thể đạt 0,4 – 0,6 MN/m2.
Các cánh gạt tỳ lên nhau trong vòng cam nhờ có lực ly tâm lẫn áp suất dầu tác dụng tác dụng lên cạnh trong của cánh nên làm kín rất tốt, do vậy khi bơm hoạt động sinh ra dầu có áp suất cao mà không bị rò rỉ tại phần tiếp xúc giữa cánh gạt và vòng cam.
5.2.3 Van phân phối
Hay là van điều khiển, có nhiệm vụ điều khiển dòng chất lỏng đi đến xi lanh lực phù hợp với trạng thái quay vòng (sang trái, sang phải, hoặc đi thẳng ).
+ Van phân phối kiểu van quay:
Van điều khiển kiểu quay trong cơ cấu lái quyết định dầu từ bơm sẽ đi đến buồng nào. Trục van điều khiển (mômen từ vô lăng tác dụng lên ) và trục răng được nối với nhau bằng một thanh xoắn.
- Sơ đồ mạch điều khiển thuỷ lực của van quay:
Một sức cản trong mạch dầu được tạo ra bởi chuyển dộng quay của trục van điều khiển so với van quay. Khi vô lăng quay sang phải, áp suất bị cản lại tại cửa X và Y, khi quay sang trái, nó bị cản lại tại X' và Y'.
+ Van phân phối kiểu van cánh:
Trên hình vẽ là cấu tạo kiểu van cánh. Nó cũng có tác dụng như hai kiểu van trên. Trục van điều khiển và trục răng được nối nhau thông qua thanh xoắn, các cánh van được làm liền với thanh xoắn.
5.2.4 Tính chép hình của hệ thống lái
Khi người lái đang quay vô lăng về 1 phía nào đó ( sang phải ), thì dừng lại. con trượt 11 dừng lại theo, trong khi đó do đường dầu 9 vẫn đang nối thông với bơm và dầu áp suất cao vẫn vào khoang bên phải của xi lanh lực 7, piston vẫn tiếp tục được đẩy sang trái đẩy bánh xe 3 quay sang phải, thông qua các đòn dẫn động thanh kéo dọc 6 sẽ đẩy vỏ van 4 đi xuống, đóng đường dầu từ bơm vào đường 9, giữ nguyên áp suất dầu trong khoang bên trái của xi lanh lực, piston của xi lanh lực dừng lại và do đó bánh dẫn hướng cũng dừng lại cùng vô lăng.
5.2.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái có trợ lực thủy lực
Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảm nhẹ lực lái. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm trong xy lanh lực. Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston. Vì vậy nếu cần trợ lực lái lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu.
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE TOYOTA VIOS
2.1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái
2.1.1 Trục vít-êcubi-thanh răng
* Ưu điểm: - Ma sát giữa trục vít và ê cu là ma sát lăn thông qua các viên bi,bởi vậy hiệu suất truyền lực cao,giảm được sự mòn trong cơ cấu lái.
- Cho phép dễ dàng kết hợp với trợ lực lái thủy lực và được dùng phổ biến trên ô tô tải và ô tô buýt.
2.1.2 Bánh răng-thanh răng
* Ưu điểm:
- Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ.Do cơ cấu lái nhỏ và bản than thanh răng tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang như các cơ cấu lái khác.
- Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp.
* Nhược điểm:
- Kích thước chiều dài cơ cấu lớn,thanh răng chế tạo từ thép chất lượng cao,kích thước nhỏ,tuy vậy dễ bị cong trong quá trình sử dụng.
Kết luận: Với đặc điểm của xe thiết kế là tải trọng thấp,vận hành trên đường tốt điều kiện thuận lợi.Ta chọn cơ cấu lái loại bánh răng-thanh răng.
2.2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế dẫn động lái
2.2.1 Dẫn động lái với hình thang lái 4 khâu
- Ưu điểm:Kết cấu đơn giản,đáp ứng gần đúng quan hệ lý thuyết.
- Nhược điểm:Phạm vi sử dụng hạn chế.Được sử dụng trên ô tô có dầm cầu liền với 2 phương pháp bố trí đòn ngang là đòn ngang lien kết nằm sau dầm cầu và nằm trước dầm cầu.
2.2.2 Dẫn động lái với hình thang lái 6 khâu
Số lượng đòn và khâu khớp tăng lên nhằm đảm bảo các bánh xe chuyển động độc lập.
2.4 Các số liệu thiết kế
Thông số xe du lịch 5 chỗ ngồi như bảng 2.1.
Thông số hệ thống lái.
Chiều dài đòn bên hình thang lái m = 180mm
Khoảng cách giữa đòn ngang và trụ trước y = 188mm
Chiều dài thanh nối bên hình thang lái p =280mm
2.5 Tính toán động học hệ thống lái
Mômen cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hướng được xác định ở trạng thái xe quay vòng và chở đủ tải. Mômen cản quay vòng được tính toán khi xuất hiện lực cản lăn ở hai bánh xe ngược chiều nhau, có một lực bên Y, mô men ổn định của bánh xe dẫn hướng.
MC = M1+M2+M3 (2.1)
+ Mô men cản quay vòng gây nên do lực cản lăn:
M1 = Gbx. f.a (2.2)
+ Giá trị mômen do Y gây lên M2 được tính cho một bánh xe, phản lực bên lùi sau một đoạn x. Giá trị của x thừa nhận bằng 1/4 chiều dài của vết tiếp xúc và gây lên mômen quay cùng chiều M1.
M2 = Y. x (2.3)
Với jy = 0,85: Hệ số bám ngang giữa bánh xe và mặt đường
M2 = Y. x = 0,14.r.Gbx.jy (2.7)
+ Mômen ổn định M3 có giá trị nhỏ nên khi tính có thể dùng hệ số c.
Mômen cản tổng cộng trên cầu trước dẫn hướng được tính toán như sau:
Mc = 2.(M1 + M2 ) c/ = 2 Gbx (f.a + 0,14.jy.r) c/ (2.8)
Thay số vào ta có: Mc=529 (N.m)
2.5.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái
2.5.1.1 Tỷ số truyền của dẫn động lái id
Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn.
id = 0,85-1,1
Chọn sơ bộ id=1 ( cho cầu dẫn hướng).
2.5.1.2 Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic
Ta có công thức: ’max= max.i (2.9)
Do tỷ số truyền của dẫn động lái id=1, nên tỷ số truyền của cơ cấu lái ic = 16
2.6 Xác định lực tác động lớn nhất ở vành tay lái
Với Pvl này, sẽ làm cho người lái mệt mỏi khi điều khiển một khoảng thời gian, cho nên ta phải sử dụng hệ thống trợ lực lái, tạo sự thoải mái cho người lái.
* Nguyên lý hoạt động:
Khi quay vành lái đi một góc, lực từ vành lái truyền qua trục lái tới trục răng của cơ cấu lái. Mô men này làm quay trục răng, tác dụng làm thanh răng di chuyển sang trái hoặc phải, qua thanh dẫn động và đòn quay bên tác dụng làm cho bánh xe xoay sang phải hoặc sang trái, thay đổi hướng chuyển động của ôtô.
2.7 Tính các thông số hình học của dẫn động lái
2.7.1 Tính động học hình thang lái
Nhiệm vụ của tính động học dẫn động lái là xác định những thông số tối ưu của hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng một cách chính xác nhất và động học đúng của đòn quay đứng khi có sự biến dạng của bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của hệ thống dẫn động lái.
Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho sai lệch với quan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép, không vượt quá 1o.
2.7.2 Xây dựng đường đặc tính lý thuyết
Với Bo = 1230mm, L = 2550mm.
Cho các giá trị khác nhau tư 5 – 40, ta có các góc tương ứng theo bảng.
2.8 Tính bền các chi tiết của hệ thống lái
Thay m =180, p =280, y =188, và
Ta tính được X1=93,82(mm)
Do thanh răng quay về cả hai bên nên chiều dài làm việc của thanh răng L > 2.X1=187.64mm
Do đó ta chọn chiều dài làm việc của thanh răng là L=200 (mm), để đảm bảo khi xe quay vòng hết thì thanh răng vẫn không bị chạm.
2.8.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng
Số vòng quay của vành lái ứng với bánh xe quay là n =1,78 vòng.
Ta có: R = 8,39 mm
2.8.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng
- Mô mem xoắn gây lên sự nguy hiểm ở thanh răng, bằng mô mem cản quay vòng ở bánh xe: Mx=Mc=529(Nm).
Chọn d =26 mm. Chiều dài đoạn làm việc của thanh răng L=200mm.
Vậy ta chọn Z = 30
+ Đường kính vòng đỉnh của thanh răng: D=26mm
+ Chiều cao của thanh răng: h=(f’+f”).mn=(1+1,25).2 =4,5mm
2.8.4 Tính bền cơ cấu lái bánh răng - thanh răng
2.8.4.1 Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng – thanh răng
- Lực vòng cực đại tác dụng lên bánh răng:
Pv =Pmax.ic=217,52.16 = 3480,32(N)
- Lực hướng tâm cực đại tác dụng lên bánh răng theo công thức: Pv = 1328,5 N
2.8.4.2 Kiểm tra vật liệu
Trong quá trình làm việc thanh răng và bánh răng chịu ứng suất uốn, ứng suất tiếp xúc và tải trọng va đập từ mặt đường. vì vậy thường gây ra hiện tượng rạn nứt chân răng.
Vậy điều kiện được thỏa mãn, bộ truyền bánh răng – thanh răng đảm bảo đủ bền trong quá trình làm việc.
2.9 Tính trục lái
Plmax- Lực lái lớn nhất tác dụng lên vô lăng Plmax = 217,52N.
D, d - Đường kính trong và đường kính ngoài của trục lái.
R: bán kính vành tay lái R = 190mm
D=30 (mm), d= 20 (mm)
Vậy ta chọn kích thước sơ bộ là kích thước thiết kế.
Với trục lái xe thiết kế, dựa trên số liệu thực tế ta chọn chiều dài của trục lái L=1000 (mm).
Thoả mãn tiêu chuẩn thiết kế.
Vậy ta chọn trục lái rỗng, có chiều dài là: 1(m)
2.9.1 Tính bền đòn kéo ngang
Trong quá trình làm việc, đòn kéo ngang chỉ chịu kéo nén theo phương doc trục. Do vậy khi tính bền ta chỉ cần tính kéo, nén và lực tác dụng từ bánh x.
G1=7300N: Tải trọng đặt lên cầu trước dẫn hướng trong trạng thái tĩnh.
m1p = 1,4: Hệ số phân bố lại trọng lượng lên cầu trước khi phanh.
Thay vào biểu thức ta được: Ppmax = 7300.1,4.0,85 = 8687(N).
Đòn kéo ngang được chế tạo bằng thép ống 40X, có đường kính ngoài và trong lần lượt là: D=20mm; d=5mm.
2.9.2 Tính bền đòn bên hình thang lái
Để đảm bảo an toàn và tính ổn định trong quá trình làm việc, đòn bên được làm bằng thép 40X. Đòn bên của dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn.
Do vậy ta tính bền theo điều kiện uốn:
Mu=AB.Q2=180.5786,08=1041494,4(Nmm).
2.9.3 Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái
Do ở hai đầu là khớp nên chỉ chịu kéo nén đường tâm. Ta tính đòn nối trong trường hợp chịu phanh cực đại như trên:
Thanh uốn AB chịu lực nén: Q1=5608,38N.
2.9.4 Tính bền khớp cầu (rotuyl)
* Kiểm tra bền khớp cầu:
Như phần tính bền thanh kéo ngang lức tác dụng lên khớp cầu cũng chính là lực phanh cực đại Ppmax = Q = 5791,33(N).
F: Là diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rotuyn. Trong thực tế diện tích làm việc chiếm 2/3 diện tích khớp cầu. nên mặt chịu lực tiếp xúc chiếm 1/2.2/3=1/3 bề mặt khớp cầu.
2.10 Tính toán thiết kế cường hóa lái
2.10.1 Công tiêu hao của người lái để quay vành tay lái
- Phần trăm mô men cản quay vòng được thu nhận bởi xi lanh lực ( ứng với góc quay của bánh xe là 400) là:
* Lực đặt lên vành tay lái để gài trợ lực:
Đối với ô tô du lịch giá trị này thường nằm trong khoảng 20 – 40N. Đối với xe thiết kế ta chọn là: Po = 30N.
Với Pv = 160N, là lực lớn nhất đặt vào vành tay lái khi có trợ lực.
Chỉ số H thường lấy < 4. Do đó H = 1,3595 là hợp lý.
2.10.2 Xây dựng đặc tính cường hóa lái
Theo giáo trình thiết kế tính toán ô tô thì thì đặc tính của cường hóa chỉ rõ sự đặc trưng của quá trình làm việc của bộ cường hóa hệ thống lái.
Khi hệ thống lái được lắp cường hóa đường đặc tính của nó cũng biểu hiện mối quan hệ giữa lực tác dụng lên vành tay lái và mô men cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng, đây cũng là quan hệ bậc nhất.
Khi van quay của van phân phối ở vị trí trung gian thì lực cường hóa quy dẫn lên vành tay lái Pc = 0 nên mô men cản quay vòng Mc = 0.
Khi lực đặt lên vành tay lái lớn hơn 30N, thì đường đặc tính đặc trưng cho hoạt động của cường hóa ở giai đoạn này cũng là đường bậc nhất nhưng có độ dốc thấp hơn so với đường đặc tính khi chưa có cường hóa ( độ dốc là cần thiết để người lái có cảm giác lái ). Khi mô men cản quay vòng lớn hơn Mc = 529Nm thì hệ thống lái làm việc như hệ thống lái cơ khí ban đầu.
* Ta thấy rằng:
Đặc tính khi chưa có cường hóa là đường bậc nhất, đoạn OB.
Đặc tính khi có cường hóa là đường bậc nhất gãy khúc và thấp hơn đường đặc tính khi chưa có cường hóa.
Đoạn OA: Pl = Pc = f(Mc), lực do người lái hoàn toàn đảm nhiệm.
Đoạn AC: Pc = f(Mc). Biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt đường, điểm C, chọn Pc = 160N .
Từ C trở đi: Pc = f(Mc) song song với đường Pl = f(Mc).
2.10.3 Tính toán xi lanh lực
Kích thước của xi lanh lực cần phải đủ lớn để đảm bảo sinh ra được lực cần thiết trong khi áp suất chất lỏng trong hệ thống trợ lực lái là có giới hạn. nếu kích thước nhỏ thì áp suất dầu trợ lực phải lớn và ngược lại. Áp suất dầu là do bơm dầu sinh ra, nó có giới hạn, còn kích thước xi lanh phải vừa phải để bố trí được trên xe.
2.10.4 Xác định năng suất của bơm
Năng suất của bơm được xác định từ điều kiện là làm thế nào để xi lanh lực của cường hóa phải làm quay bánh xe dẫn hướng nhanh hơn điều kiện có thể làm được của người lái. Nếu điều kiện này không được đảm bảo thì trong những trường hợp quay vòng nhanh thì người lái sẽ bị tiêu hao một lực lớn. Vì không chỉ thắng lực cản quay vòng ở bánh xe dẫn hướng mà còn đẩy dầu đi từ phần này sang phần kia của xi lanh lực.
Chương 3
BẢO DƯỠNG KỸ THUẬT VÀ SỬA CHỮA HƯ HỎNG LÁI TRÊN XE TOYOTA VIOS
3.1 Dầu mỡ bôi trơn
Với bộ truyền để hở và làm việc ở tốc độ thấp, nên ta dùng mỡ để bôi trơn. Ta chọn loại mỡ gốc molyden disunfua liti.
* Các vị trí bôi trơn gồm có:
- Ổ bi trên và dưới.
- Bánh răng - thanh răng (toàn bộ chiều dài thanh răng).
3.2 Tháo cơ cấu lái
- Kẹp cơ cấu lái trên êtô
- Tháo thanh dẫn động lái: nới lỏng đai ốc hãm, đánh dấu ghi nhớ vị trí lên thanh lái và thanh răng. Sau đó tháo thanh nối và đai ốc hãm.
- Tháo cao su che bụi: trước tiên tháo các kẹp, sau đó tháo cao su che bụi, cuối cùng đánh dấu cao su bên trái và bên phải.
3.3 Lắp cơ cấu lái
- Bôi mỡ gốc molyden disunphua liti vào các vị trí: toàn bộ trục răng, thanh răng, ổ lăn, đầu thanh dẫn động lái, bạc, dẫn hướng thanh răng…
- Lắp thanh răng vào trong vỏ thanh răng.
- Lắp trục răng vào vỏ, cùng với ổ bi trên dưới, nắp dưới.
3.4 Lắp ráp các cụm cường hóa
3.4.1 Lắp ráp các bộ phận của xi lanh
Piston được hàn trước một mảnh vào thanh răng ở vị trí xác định , ta đặt xéc măng vào sau đó lắp nốt mảnh nữa của piston sao cho xéc măng rơi khít vào trong khe hở , lắp phanh hãm vào hốc của piston và thanh răng . Vậy là hoàn toàn xong phần xy lanh.
3.4.2 Lắp van phân phối
Lắp thanh xoắn vào vỏ trục răng sau đó đóng bạc vào tỳ lên đầu dưới của thanh xoắn để giữ cứng thanh xoắn ở dưới nghĩa là chỉ có phần giữa của thanh xoắn được xoay một góc nhỏ chỉ đủ để mở cho các đường dầu chảy sang cường hóa.
Lắp gioăng nhỏ vào thân của thanh xoắn.
3.5 Chẩn đoán những hư hỏng của hệ thống lái ô tô 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.
3.6 Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái
3.6.1 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.
3.6.2 Sửa 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.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian dài nghiên cứu, tính toán và thiết kế được sự trợ giúp tận tình của Thầy: TS…………….. và các thầy cô trong bộ môn và toàn thể các bạn đồng nghiệp. Đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch loại 5 chỗ nghồi”. Dựa trên những kiến thức đã học trong trường và kết quả thu được qua các đợt thực tập, em đã đạt được những kết quả chính sau:
- Đưa ra được các hệ thống lái sử dụng trên ô tô ngày nay
- Phân tích được kết cấu lái sử dụng trên xe ô tô
- Nêu ra kết cấu chính của hệ thống lái trên xe TOYOTA VIOS
- Chọn phương án thiết kế hệ thóng lái
- Đưa ra được quy trình tính toán, thiết kế kiểm nghiệm một số chi tiết chính trên xe ô tô
- Lập được quy trình chuẩn đoán, bảo dưỡng kỹ thuật trên hệ thống lái trên xe TOYOTA VIOS
Thông qua đồ án tốt nghiệp đã phần nào nói lên được tác dụng và vai trò quan trọng của hệ thống lái, và những cải tiến kỹ thuật để việc điều khiển xe được dễ dàng hơn.
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.
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. Chi tiết máy Tập I, tập II - Năm 1997
Nguyễn Trọng Hiệp.
3. Thiết kế hệ thống lái của ôtô - máy kéo bánh xe, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội - Năm 1991
Phạm Minh Thái.
4. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1 và 2, NXB giáo dục,
Trịnh Chất, Lê Văn Uyển.
5. Bài tập kỹ thuật đo, NXB giáo dục, PGS. TS. Ninh Đức Tốn.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"