MỤC LỤC

Nhiêm vụ thiết kế tốt nghiệp................................................................1

Mục lục  ...............................................................................................2

Lời nói đầu........................................................................................... 5

Chương I: Giới thiệu tổng quan về hệ thống lái

1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu.................................................. 7

1.1.1. Công dụng ....................................................................... 7

1.1.2. Phân loại........................................................................... 7

1.1.3. Yêu cầu............................................................................ 8

1.2. Sơ đồ tổng quát hệ thống lái ................................................... 8

1.2.1. Vành tay lái ...................................................................... 9

1.2.2.  Trục lái............................................................................ 10

1.3. Tỷ số truyền hệ thống lái.......................................................... 13

1.3.1. Tỷ số truyền của cơ cấu lái ............................................... 13

1.3.2. Tỷ số truyền của dẫn động lái............................................ 14

1.3.3. Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái .............................. 14

1.3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái........................................ 14

1.3.5. Hiệu suất thuận.................................................................. 15

1.3.6. Hiệu suất nghịch................................................................ 15

1.4. Một số loại cơ cấu lái thường dùng........................................... 15

1.4.1. Cơ cấu lái trục vít con lăn.................................................. 15

1.4.2. Cơ cấu lái trục vít chốt quay.............................................. 17

1.4.3. Cơ cấu lái trục vít cung răng.............................................. 18

1.4.4. Cơ cấu lái loại liên hợp....................................................... 20

1.4.5. Cơ cấu lái loại kiểu trục – thanh răng.................................. 21

1.5. Trợ lực hệ thống lái ................................................................... 23

1.5.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại........................................... 23

1.6. Tính ổn định của bánh xe dẫn hướng..........................................24

1.6.1. Độ nghiêng ngang của trụ đứng cam quay ......................... 25

1.6.2. Độ nghiêng dọc của trụ đứng cam quay ............................ 27

1.6.3. Độ đàn hồi của lốp theo hướng ngang................................ 28

1.7. Các góc đặt bánh xe dẫn hướng................................................29

1.7.1. Góc doãng........................................................................ 29

1.7.2. Góc chụm......................................................................... 30

1.8. Quan hệ động học của góc quay trong và ngoài bánh xe dẫn hướng... 31

Chương II: Tính toán hệ thống lái xe du lịch

2.1. Số liệu tham khảo  ......................................................................33

2.2. Chọn phương án thiết kế  ..........................................................33

2.2.1. Chọn phương án dẫn động................................................. 33

2.2.2. Chọn phương án cơ cấu lái................................................ 35

2.3. Tính động học của hệ thống lái ...............................................35

2.3.1. Tính động học hình thang lái............................................. 35

2.3.2. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết....... 39

2.3.3. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế.......... 40

2.4. Xác định mômen cản quay vòng............................................... 43

2.4.1. Mômen cản M₁.................................................................. 43

2.4.2. Mômen cản M₂.................................................................. 44

2.5. Xác định lực cực đại tác dụng lên hệ thống lái............................45

2.6. Tính kiểm tra các thông số hình học của cơ cấu lái....................46

2.6.1. Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng.......................... 46

2.6.2. Xác định các thông số của bánh răng ................................ 47

2.6.3. Xác định kích thước và thông số của thanh răng................. 48

2.6.4. Tính bền cơ cấu lái bánh răng – thanh răng ........................ 49

2.7. Tính bền trục lái ...................................................................... 53

2.8. Tính bền đòn kéo ngang..........................................................54

2.9. Tính bền đòn kéo dọc ................................................................ 56

2.10. Tính bền thanh nối bên.............................................................. 57

2.11. Tính bền khớp cầu.....................................................................58

Chương III: Lựa chọn phương án thiết kế

3.1.  Hệ thống lái có trợ lực............................................................... 60

3.1.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống lái ........................ 60

3.1.2. Các yêu cầu của trợ lực lái ................................................ 61

3.1.3. Phân loại hệ thống trợ lực ................................................. 63

3.2. Một số phương án bố trí cường hoáhệ thống lái............................. 63

3.2.1. Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái........... 63

3.2.2. Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm tách biệt với cơ cấu lái .......64

3.2.3. Van phân phối nằm trong cơ cấu lái, xilanh lực nằm riêng.... 66

3.2.4.  Van phân phối, xilanh lực và cơ cấu lái đặt tách biệt........... 67

3.2.5. Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm xilanh lực nằm trên hình thang lái....68

3.2.6. Nguyênlý làm việc cơ cấu lái có trợ lực thuỷ lực................ 69

3.3.  Các bộ phận của trợ lực lái.....................................................73

3.3.1. Bơm cánh gạt ................................................................... 74

3.4. Vấn đề điều khiển hệ thống lái.................................................74

3.4.1. Hệ điều khiển hệ thống trợ lực............................................ 74

 3.4.2. Trợ lực lái cải tiến (PPS).................................................... 80

 3.4.3. Biển pháp tăng tính điều khiển của hệ thống lái................... 85

Chương IV: Tính toán cường hoá lái

4.1. Chọn những thông số làm việc của hệ thống lái........................88

4.1.1. Lực đặt lên vành tay lái để gài trợ lực................................. 88

4.1.2. Chỉ số hiệu quả tác dụng của cường hoá............................ 89

4.2. Xây dựng đặc tính cường hoá...................................................... 90

4.3. Tính toán xilanh lực......................................................................92

4.3.1. Xác định đường kính trong của xilanh lực và đường kính cần piston..... 92

4.3.2. Chọn đường kính ngoài và kiểm bền xilanh lực................... 94

4.4. Xác định năng xuất của bơm............................................................. 94

4.5. Tính toán các chi tiết của van phân phối........................................... 95

4.5.1. Tính góc xoay của van quay.............................................. 95

4.5.2. Các thông số khác ............................................................ 97

4.5.3. Hình dung về cấu tạo của van và góc xoay tương đối.......... 97

4.6.6. Tính toán thanh xoắn......................................................... 100

Chương V: Quy trình công nghệ gia công chi tiết rotuyl

5.1. Phân tích chi tiết gia công......................................................... 101

5.1.1. Kết cấu rotuyl.................................................................... 101

5.1.2. Điều kiện làm việc của rotuyl.............................................. 101

5.1.3. Phân tích kết cấu công nghệ trong kết cấu khớp cầu........... 101

5.1.4. Chọn phôi  ....................................................................... 102

5.2. Lập sơ đồ các nguyên công.................................................... 102

5.2.1. Nguyên công 1.................................................................. 102

5.2.2. Nguyên công 2.................................................................. 103

5.2.3. Nguyên công 3.................................................................. 104

5.2.4. Nguyên công 4.................................................................. 105

5.2.5. Nguyên công 5.................................................................. 106

5.2.6. Nguyên công 6 ................................................................. 107

5.2.7. Nguyên công 7.................................................................. 107

5.2.8. Nguyên công 8 ................................................................. 108

Chương VI: Lắp ráp và bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái xe du lịch

5.1. Lắp ráp các chi tiết.................................................................... 109

5.1.1. Lắp ráp các bộ phận của xy lanh........................................ 109

5.1.2. Lắp van phân phối............................................................. 109

5.1.3. Lắp ráp tổng thành............................................................ 110

5.2. Một số hư hỏng và sửa chữa.................................................. 110

Kết luận......................................................................................... 113

Tài liệu tham khảo........................................................................114

LỜI NÓI ĐẦU

Trên nền tảng của đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế đó là sự thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước và sự hội nhập của các nghành công nghiệp, kỹ thuật Ôtô ở nước ta ngày càng được chú trọng và phát triển. Thể hiện bởi các liên doanh lắp ráp Ôtô giữa nước ta với nứơc ngoài ngày càng phát triển rộng lớn trên hầu hết các tỉnh của cả nước như: FORD, TOYOTA, NISAN, DAEWOO, KIA, ... Một vấn đề lớn đặt ra đó là sự hội nhập, tiếp thu những công nghệ kỹ thuật tiên tiến của các nước có nền công nghiệp phát triển vào việc lắp ráp sản xuất cũng như sử dụng bảo dưỡng trên xe Ôtô.

Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của Ôtô là hệ thống lái. Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của Ôtô, nó đảm bảo tính năng ổn định chuỷên động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng rấy lớn đến an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của Ôtô, đặc biệt đối với xe có tốc độ cao. Do đó người ta không ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó.

Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại. Em đã được giao nhiệm vụ “Thiết kế hệ thống lái xe DU LịCH có trợ lực ”. 

Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến quá trình điều khiển làm tăng tính năng an toàn chuyển động và giúp cho người lái giảm mệt mỏi.

Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề đòi hỏi phải có thời gian dài nghiên cứu và thực nghiệm. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng với khả năng và thời gian hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi sai sót cũng như còn nhiều vấn đè không được đề cạp tới. Em mong các thầy và các bạn đồng nghiệp góp ý để bản đồ án được hoàn thiện hơn.

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn : TS…………….. tận tình chỉ bảo để em có thể hoàn thành được bản đồ án này.

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Ôtô - Khoa cơ khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án.

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu.

1.1.1. Công dụng

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động nhờ quay các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ hướng chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ôtô khi cần thiết.

1.1.2. Phân loại

Có nhiều cách khác nhau để phân loại hệ thống lái ô tô.

*. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng :

+ Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS)

+ Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS)

*. Phân loại theo bố trí vành tay lái :

+ Bố trí vành tay lái bên trái (theo luật đi đường bên phải).

+ Bố trí vành tay lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).

*. Phân loại theo kết cấu đòn dẫn động lái :

Hiện nay sử dụng phổ biến nhất là kiểu thanh răng trục răng và kiểu bi tuần hoàn.

1.1.3. Yêu cầu

Dựa vào yêu cầu tối thiểu về sự an toàn của xe thì hệ thống lái phải có các yêu cầu sau:

- Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé. Tức là bán kính quay vòng nhỏ.

- Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái. Để nâng cao tính an toàn tích cực và an toàn thụ động.

- Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khi quay vòng.

1.2. Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.

Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực. Gồm có vành tay lái, trục lái, và dẫn động lái.

1.2.1. Vành tay lái.

Vành tay lái có nhiệm vụ tạo ra mô men quay cần thiết khi người lái tác dụng một lực vào vành tay lái. Vành tay lái có dạng vành tròn, có nan hoa bố trí đều hay không đều quanh vành trong của vành lái .

Mô men tạo ra trên vành tay lái là tích số của lực lái do người lái tác dụng vào và bán kính của vành tay lái .

 1.2.2. Trục lái .

Trục lái có nhiệm vụ truyền mô men lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có : Trục lái chính có thể truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và ống trục lái để có định trục lái chính vào thân xe. Đầu phía trên của trục lái chính được gia công ren và then hoa để lắp vô lăng lên đó và được giữ chặt bằng một đai ốc.

+ Cơ cấu hấp thụ va đập trục lái : 

Cơ cấu này nhằm giảm thiểu những va đập cho người lái khi xe bị tai nạn hay nói một cách khác đó là một cơ cấu an toàn cho người lái. Cơ cấu này giúp cho người lái tránh được những thương tích khi xe bị tai nạn theo hai cách :

- Kiểu giá đỡ uốn cong.

- Kiểu bi.

- Kiểu cao su silicon.

- Kiểu ăn khớp.

- Kiểu ống xếp.

1.4. Một số loại cơ cấu lái thường dùng.

Hiện nay cơ cấu lái thường dùng trên ôtô có những loại: trục vít cung răng, trục vít con lăn, trục vít chốt quay và loại liên hợp.

1.4.1 Cơ cấu lái trục vít con lăn

Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng . Trên phần lớn các ôtô Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này.

1.4.2 Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:

+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.

+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.

1.4.3 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.

1.4.5. Kiểu trục răng - thanh răng .

Gồm trục răng ở phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng, đầu dưới và đầu trên của trục răng được lắp trên các ổ bi. Điều chỉnh các ổ này dùng một êcu lớn ép chặt các ổ bi trên trên vỏ êcu đó, có phớt che bụi đảm bảo trục răng quay nhẹ nhàng. Thanh răng có cấu tạo răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía trái, phần thanh còn lại có tiết diện tròn. Khi vô lăng quay, trục răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượi. Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền xuống thanh cam quay qua các đầu thanh răng và đầu thanh lái .

Như vậy, nếu so sánh tỷ số truyền không đổi tức lực lái tăng khi quay vô lăng thì kiểu có tỷ số truyền thay đổi, có lực lái thay đổi rất ít nên điều khiển lái rất nhẹ nhàng.

1.5. Trợ lực hệ thống lái.

1.5.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại

a. Công dụng

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng làm giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái, giảm mệt mỏi khi xe chạy trên đường dài. Ngoài ra cường hoá lái còn nhằm nâng cao an toàn chuyển động khi có sự cố lớn ở bánh xe (nổ lốp, hết khí nén trong lốp..) và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành lái.

b. Yêu cầu

Cường hoá hệ thống lái phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Khi bộ cường hoá hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc được tuy nhiên lái nặng hơn.

- Chỉ gài bộ cường hoá khi lực cản quay vòng lớn, khi lực cản quay vòng bé hệ thống lái làm việc như bình thường, tức là lúc ấy lực đặt lên vành lái đối với ôtô du lịch P₁= 10 - 20N, đối với ôtô tải P₁= 30 - 40N.

c. Phân loại

Các loại cường hoá hệ thống lái hiện nay là:

- Cường hoá hệ thống lái bằng khí nén.

- Cường hoá hệ thống lái bằng thuỷ lực.

- Cường hoá hệ thống lái bằng cơ khí và bằng điện (hiện nay ít được sử dụng).

1.6. Tính ổn định của bánh xe dẫn hướng.

1.6.1. Độ nghiêng ngang của trụ đứng cam quay

Khi trụ đứng được đặt nghiêng ngang thì phản lực thẳng đứng của đất tác dụng lên trục trước sẽ được sử dụng để đảm bảo tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng, bởi vì trên mặt đường cứng khi các bánh xe dẫn hướng bị lệch khỏi vị trí trung gian của chúng thì trục trước của bánh xe sẽ được nâng lên.

Khi quay vòng M_Zb sẽ chống lại sự quay vòng, vì vậy cần phải tăng thêm lực tác động lên vành lái. Mặt khác nhờ độ nghiêng ngang của trụ đứng mà mômen phản lực tiếp tuyến của đất tác dụng lên bánh xe sẽ giảm xuống, vì cánh tay đòn của nó được giảm đi. Trị số của góc nghiêng ngang của trụ đứng ở các ôtô hiện nay thường dao động trong giới hạn từ 0⁰ đến 8⁰. Góc thiết kế là b = 6⁰.

1.6.2. Độ nghiêng dọc của trụ đứng cam quay

Ngoài góc nghiêng ngang trụ đứng còn được đặt nghiêng về phía sau so với chiều chuyển động tiến của xe. Dưới tác động của lực ly tâm khi xe tiến vào đường vòng, lực gió bên hoặc thành phần bên của trọng lực khi xe chạy trên mặt đường nghiêng ở khu vực tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Y_b. 

1.6.3. Độ đàn hồi của lốp theo hướng ngang.

Đối với các bánh xe lắp lốp đàn hồi, dưới tác động của các phản lực bên, bánh xe sẽ bị lệch bên và vết tiếp xúc của lốp với mặt đường sẽ bị lệch so với mặt phẳng giữa của bánh xe một góc d.

1.7. Các góc đặt bánh xe dẫn hướng.

Bản thân các bánh xe dẫn hướng của ôtô cũng có những góc đặt gọi là góc doãng và góc chụm.

1.7.1. Góc doãng.

Trên hình 1.12 biểu thị góc doãng của bánh xe dẫn hướng trước. Góc nàycó công dụng sau:

- Ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo theo chiều ngược lại dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trục trước và hệ thống treo trước.

- Tạo nên thành phần lực chiều trục từ trọng lực xe chống lại lực Z_b.sinb.cosa do góc nghiêng trụ đứng tạo ra.

- Làm giảm cánh tay đòn C của phản lực tiếp tuyến đối với trục trụ đứng, để làm giảm tải trọng tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái.

1.7.2. Góc chụm.

Ngoài góc doãng, các bánh xe dẫn hướng thường có góc chụm trong mặt phẳng ngang. Góc chụm g_c là góc được tạo nên bởi hình chiếu lên mặt phẳng lên mặt phẳng ngang của đường kính hai bánh dẫn hướng. 

1.8. Quan hệ động học của góc quay trong và ngoài bánh xe dẫn hướng.

Để thực hiện quay vòng ôtô người ta có thể quay vòng các bánh xe dẫn hướng phía trước hoặc quay vòng đồng thời cả các bánh xe dẫn hướng phía trước và phía sau, tuy nhiên biện pháp quay vòng hai bánh xe dẫn hướng phía trước được dùng phổ biến hơn do nó có hệ thống lái đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo được động học quay vòng của ôtô.

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI CỦA XE DU LỊCH

2.1. Số liệu tham khảo.

Xe TOYOTA COROLLA - J       

Chiều dài toàn bộ xe        : 4530 mm.

Chiều rộng toàn bộ          : 1705 mm.

Chiều cao thể xe              : 1500 mm.

Chiều dài cơ sở                : 2450 mm.

Vệt bánh trước của xe     : 1520 mm.

Vệt bánh sau của xe        : 1530 mm.

Lốp                                 : 185/70R14 88H.

2.2. Chọn phương án thiết kế.

2.2.1. Chọn phương án dẫn động lái.

a. Dẫn động lái bốn khâu, (Hình thang lái Đantô).

Hình thang lái bốn khâu đơn giản dễ chế tạo đảm bảo được động học và động lực học quay vòng các bánh xe. Nhưng cơ cấu này chỉ dùng trên xe có hệ thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng ). Do đó chỉ được áp dụng cho các xe tải và những xe có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên xe du lịch ngày nay có hệ thống treo độc lập thì không dùng được.

b. Dẫn động lái sáu khâu.

Thông dụng trên các loại xe du lịch như : Toyota, Nisan, Mercedes, Pregio...

Với đề tài “ Thiết kế hệ thống lái có trợ lực” , hệ thống treo độc lập, do đó ta chọn dẫn động lái sáu khâu. Đặc điểm của dẫn động lái sáu khâu là có thêm thanh nối nên ngăn ngừa được ảnh hưởng sự dịch chuyển của bánh xe dẫn hướng này lên bánh xe dẫn hướng khác.

2.2.2. Chọn phương án cơ cấu lái.

Cơ cấu lái loại trục răng -  thanh răng.

Ưu điểm cơ cấu lái loại trục răng - thanh răng cũng được trình bày ở Chương I, phần 1.4.5. Ngoài ra nó còn có một số ưu điểm như có hiệu suất thuận và nghịch cao nên bên cạnh ưu điểm lái nhẹ người ta còn phải sử dụng thêm những cơ cấu (ma sát hoặc thuỷ lực) để dập tắt những va đập từ mặt đường lên vành tay lái.

2.3. Tính động học của hệ thống lái.

2.3.1. Tính động học hình thang lái

Nhiệm vụ của tính toán 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 truyền dẫn động lái.

a. Trường hợp xe đi thẳng

Các đòn bên tạo với phương dọc một góc q.

Khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa a và b vẫn được giữ nguyên như công thức trên thì hình thang lái Đan - Tô không thể thoả mãn hoàn toàn được.

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 tức là độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn, nhưng cũng không được vượt quá 1.5⁰. 

b. Trường hợp khi xe quay vòng.

Khi bánh xe bên trái  quay đi một góc a và bên phải quay đi một góc b, lúc này đòn bên của bánh xe bên phải hợp với phường ngang một góc (q-b) và bánh xe bên trái là (q +a).

2.3.2. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết

Trên hệ trục toạ độ đề các a0b ta xác định được đường cong đặc tính lý thuyết qua quan hệ b = f(q,a).

Ứng với các giá trị của góc b từ 0⁰, 5⁰, ... , 40⁰ ta lần lượt có các giá trị tương ứng của góc a. 

2.3.3. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế

Để xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế ta phải xây dựng được đường cong biểu thị hàm số a = f(q,b). Theo mối quan hệ này thì nếu biết trước một góc q nào đó ứng với một giá trị của góc b thì ta có một giá trị của góc a. 

Dựa vào công thức (2.12) ta xây dựng các đường đặc tính hình thang lái thực tế ứng với mỗi giá trị của góc a = (0⁰, 5⁰, ... , 40⁰) ta lấy góc q theo xe thiết kế

Với xe thiết kế là xe du lịch cho nên tỷ số truyền góc nằm trong khoảng i_g = 16 -23. Vì ta chọn i_dđ = 1 cho nên i_g = 20.5 tức là khi góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng là 40⁰ thì góc quay của vành tay lái là 760⁰.

Thời gian quay vòng tay lái là thời gian mà người lái phải quay vành tay lái từ vị trí tận cùng bên trái sang vị trí tận cùng bên phải tức là phải quay vành tay lái đi một góc 760 x 2 = 1520⁰.

2.4. Xác định mômen cản quay vòng.

2.4.1. Mômen cản M₁

Ta có:

a - cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướngvới xe thiết kế ta đo được (a = 0.03 m).    

f - hệ số cản lăn ta xét trong trường hợp khi ôtô chạy trên đường nhựa và khô ta chọn: f = 0.015.

 Vậy: M₁ = 2.94 (N.m)

2.4.2. Mômen cản M₂ do sự trượt lê của bánh xe trên mặt đường

Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe. Nguyên nhân lệch này là do sự đàn hồi bên của lốp. Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu của trục bánh xe một đoạn x về phía sau. đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảng cách của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài của nó theo

Ta thừa nhận: r_bx = 0.96*r = 0.96*355.6 = 341.4 (mm).

Với j là hệ số bám ngang. Lấy j = 0,8

Vậy:   M₂ = 260,4 (N.m)

2.4.3. Mômen ổn định ở các bánh xe.  

Mômen ổn định tạo nên bởi độ nghiêng ngang,nghiêng dọc của trụ đứng. Giá trị của M₃ thường rất nhỏ lấy M₃ = 0.

2.5. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái.

Khi đánh lái trong trường hợp ôtô đứng yên tại chỗ thì lực đặt lên vành tay lái để thắng được lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng là lớn nhất. 

Ta có:

M_c - mômen cản quay vòng.  M­_c = 487.6 (Nm).

R - bán kính bánh lái. R = 0.18 (m).

i_c - tỷ số truyền cơ cấu lái . i_c = 20.4.

h_th - hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái thanh răng – trục răng hiệu suất thuận.  h_th = 0.6.

Vậy thay vào công thức (2.20): P_vlmax = 221,3 (N).

2.6. Tính kiểm tra các thông số hình học của cơ cấu lái.

Do thanh răng quay về cả hai bên nên khoảng cách của thanh răng sẽ phải thoả mãn là: L = 170 (mm) > 2* X₁ = 2*74 = 148 (mm).

Vậy khoảng cách phải làm việc của thanh răng đo trên chiều dài của trục nhỏ bằng nửa lần chiều dài ( L = 170 mm ). Vậy thanh răng đủ dài để xe có thể quay vàng dễ dàng mà không bị chạm.

2.6.1. Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng.

Để xác định được bán kính vòng lăn của bánh răng ta có thể thực hiện theo các phương pháp sau:

+ Chọn trước đường kính vòng lăn của bánh răng từ đó tính ra vòng quay của bánh răng có phù hợp không. Có nghĩa là ứng với số vòng quay (n) nào đó thì thanh răng phải dịch chuyển được một đoạn X₁ = 73.89 (mm).

+ Chọn trước số vòng quay của vành lái rồi sau đó xác định bán kính vòng lăn của bánh răng. đối với cơ cấu lái loại thanh răng – bánh răng thì số vòng quay của vành lái thì cũng là số vòng quay của bánh răng.

Dựa vào xe tham khảo, chọn số vòng quay của vành lái ứng với bánh xe quay là n = 1.5 vòng.

Suy ra: R =  7.84 mm.

2.6.2. Xác định các thông số của bánh răng.

Ta có:

D_c - Đường kính vòng chia: D_c = 2*R = 2*7.84 = 15.68 (mm ). 

m_n - Môduyn pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn m_n = 2.5.

b - Góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ góc nghiêng b = 12⁰.

Từ công thức (2.25) ta suy ra số răng của bánh răng : Z = 6.13

Chọn số răng Z = 6 răng.

Tính chính xác lại góc nghiêng, ta có : Cosb = 0.956

Suy ra b = arcos 0.956 = 18⁰

Số răng tối thiểu: Z_min = 17*cos³b = 17*cos³18⁰ = 14.62                       

Như vậy Z_min = 15 >5 do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phải dịch chỉnh, ta chọn kiểu dịch chỉnh đều j_S = 0.

Từ đó ta tính được các thông số của bộ truyền bánh răng :

+ Đường kính vòng đỉnh:

D_d = D_c+2*m_n*(1+ j) = 15.68 +2*2.5*(1+ 0.647) = 23.9mm » 24mm.            

+ Đường kính đỉnh chân răng:

D_f =D_c- 2*m_n*(1.25- j)=15.68-2*2.5*(1.25- 0.647) =12.665 mm » 12mm.    

+ Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy a = 20⁰.

+ Đường kính cơ sở của bánh răng:

D₀ = D_c. cosa = 15.68.cos(20⁰) = 14.73                                                 

+ Chiều cao răng :

h= (h_f^’ + h_f^” )*m =(1 +1.25)*2.5 = 5.625                                                

+ Chiều cao đỉnh răng:

h^’ = (f^’ + j)* m = (1+ 0.647) *2.5 = 4.12                                              

+ Chiều dày của răng trên vòng chia:                

S = p*m/2 + 2*j * m * tga = 3.14*2.5/2 + 2*0.647*2.5*tg20⁰ = 5.1 mm                                     

2.6.4. Tính bền cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.

Đối với loại truyền động bánh răng - thanh răng phải đảm bảo cho các răng có độ bền cao.

* Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng - thanh răng.

Kiểm tra vật liệu:

Trong quá trình làm việc bánh răng, thanh răng chịu ứng suất uốn tiếp xúc và chịu tải trọng va đập từ mặt đường. Vì vậy thường gây ra hiện tương rạn nứt chân răng. Do ảnh hưởng lớn tới sự tin cậy và tuổi thọ của cơ cấu lái. Để đảm bảo được những yêu cầu lam việc của cơ cấu lái thì vật liệu chế tạo bánh răng - thanh răng được ding là thép XH được tôi cải thiện. HB = 260 - 290.

2.7. Tính bền trục lái.  

Trục lái làm  bằng thép 20 có ứng xuất cho phép 80MN/m². Trục lái chế tạo đặc có đường kính D = 20 mm.

Ta có:

P­_vl - lực cực đại tác dụng lên vánh tay lái P­_vl = 221.3 (N).

R - bán kính vành tay lái R = 180 (mm).  

Thay số vào: t_x = 24,5 (N/mm²).

Thay các giá trị vào công thức(2.32): 0 = 0,01225 (rad).

 Góc xoắn tương đối không vượt quá (5.5^° - 7.5^°)/m.: w = 1,75⁰/m

So sánh ta thấy trục lái đảm bảo góc xoắn tương đối.

Như vậy trục lái đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.  

2.8. Tính bền đòn kéo ngang.

G₁ - Tải trọng đặt lên cầu trước trong trạng thái tĩnh: G₁ = 13100(N).

m_1p - Hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu trước khi phanh: m_1p = 1.4.

j -  Hệ số bám giữa lốp và mặt đường: j = 0.8.   

Thay vào biểu thức ta được: Ppmax = 14672 (N)       

Đòn kéo ngang được chế tạo bằng thép ống CT20 có đường kính trong và ngoài lần lượt là: D = 20 mm; d = 10mm.

 [s_b] = 350 (KG/cm²) = 35 (MN/m²).

Với hệ số dự trữ bền ổn định n = 2 ta có: [s_b] = 17.5 (MN/m²).

Thay số vào  s_b = 13,56 (N/mm²).

Vậy đòn kéo ngang đảm bảo độ bền và độ ổn định.

2.10. Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái. (điều chỉnh chiều dài).

Đòn nối của dẫn động lái 6 khâu 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 = 3419.7 (N)

2.11. Tính bền khớp cầu (Rô - tuyn).

Khớp cầu được bố trí trên đòn kéo dọc, đòn ngang hệ thống lái. Chúng là khâu quan trọng của dẫn động lái. Các khớp cầu được phân loại theo cách thức bù đắp khe hở của các bề mặt làm việc khi chúng bị mòn. Hiện nay trên ôtô thường sử dụng hai loại khớp cầu:

- Khớp cầu có loxo nén đặt hướng kính.

- Khớp cầu có loxo nén đặt hướng trục.

* Tính ứng suất chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu.

F - là diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rôtuyn. Trong thực tế diện tích làm việc chiếm 2/3 diện tích bề mặt của khớp cầu. Nên mặt chịu lực tiếp xúc chiếm 1/2 * 2/3 = 1/3 bề mặt khớp cầu.

Thay số được:: e_cd = 7,86 N/mm²

Như vậy khớp cầu thoả mãn điều kiện chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu ở thanh kéo dọc. 

* Kiểm tra khớp cầu theo điều kiện cắt

Kiểm tra độ bền cắt khớp cầu tại tiết diện nguy hiểm nhất.

Ở đây: d là đường kính tại chỗ thắt của rô1tuyl d = 12 (mm).

Thay số được:: t_c = 32,44 N/mm²

Như vậy khớp cầu thoả mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm.

CHƯƠNG III

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

3.1. Hệ thống lái có trợ lực.

3.1.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng làm giảm nhẹ cường độ lao động của người lái, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đường dài. Công dụng này trên xe con không có ý nghĩa lớn lắm, tuy nhiên trên xe có tốc độ cao, cần thiết bố trí trợ lực lái còn nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động khi có sự cố lớn ở bánh xe như nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành lái ,

3.1.2. Các yêu cầu của trợ lực lái .

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

+ Đảm bảo lực lái thích hợp: Công dụng chính của hệ thống trợ lực lái là giảm lực lái đồng thời là một cơ cấu an toàn, mức độ giảm lực lái phải khác nhau phụ thuộc vào điều kiện chuyển động của xe. Nói chung, cần có một lực lái lớn khi xe chạy chậm hai đứng yên , ở tốc độ trung bình thì lực lái nhỏ và giảm dần khi tốc độ tăng vì lúc này ma sát giữa bánh xe và mặt đường giảm. 

3.1.3.Phân loại hệ thống trợ lực lái .

Hiện nay có các loại cường hoá lái sau:

+ Cường hoá thủy lực.

+ Cường hoá khí 

+ Cường hoá điện.

+ Cường hoá cơ khí.

Trên xe con thông dụng thường bố trí trợ lực lái dạng thuỷ lực với kết cấu gọn nhẹ. Hệ thống trợ lực lái là một hệ thống tự điều khiển, bởi vậy nó bao gồm : Nguồn năng lượng, van phân phối và xi lanh lực.

3.2. Một số phương án bố trí cường hoá hệ thống lái.

3.2.1.Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái

Phương án bố trí này giống như trên xe ZIN - 130, van phân phối, xilanh lực được bố trí chung với cơ cấu lái. Ưu điểm của phương pháp bố trí này là gọn và dễ bố trí trên xe, ngoài ra các đường ống là ngắn nhất cho nên tránh được những khả năng phát sinh dao động do sự không ổn định động lực học do cường hoá gây nên.

3.2.2. Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái.

Trong phương án này van phân phối và xilanh lực được bố trí chung thành một cụm trên thanh kéo dọc. Kiểu bố trí như thế này cho phép ta ta có thể sử dụng nhiều cơ cấu lái khác nhau. Tuy nhiên khuynh hướng gây nên sự dao động của các bánh xe dẫn hướng sẽ cao hơn so với kiểu bố trí cơ cấu lái, van phân phối và xilanh lực thành một cụm.

3.2.4. Van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau

Trong phương án này ta bố trí các cụm cơ cấu lái, van phân phối và xilanh lực nằm tách biệt với nhau. Nó cũng có đầy đủ những ưu điểm của các phương án bố trí trước như là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi lực tác động của cường hoá, công suất của cường hoá dễ dàng thay đổi do xilanh lực có thể thay đổi tự do cách bố trí. Tuy nhiên bố trí như phương án này tay lái vẫn không nhẹ và lực tác động lên van phân phối thay đổi do cánh tay đòn thay đổi.      

3.2.5. Xi lanh trợ lực ở hình thang lái và van phân phối bố trí ở phía trước cơ cấu lái.

Phương án này ta bố trí xy lanh trợ lực ở hình thang lái, van phân phối được bố trí ở phía trước cơ cấu lái. Khi bố trí như vậy ta giảm được kích thước của các chi tiết này. Phương án này giảm được tối đa lực tác dụng lên hệ thống dẫn động lái cho nên phải giảm tối đa ở hệ thống dẫn động do lực cản quay vòng sinh ra.

3.2.6. Nguyên lý làm việc cơ cấu lái có cường hoá thuỷ.

*. Khi chưa có cường hoá:

Người lái tác dụng một lực vào vành lái, vành tay lái quay, trục lái quay thông qua trục các đăng truyền chuyển động tới trục răng ở dưới. Khi thanh răng quay làm cho thước lái ở dưới chuyển động sang ngang, từ chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay của đòn bên làm quay các bánh xe dẫn hướng, lúc này người lái phải tác dụng 1 lực là:  221,3 )N)

*. Khi có cường hoá:

a. Trường hợp xe chạy thẳng.

Vành lái ở vị trí trung gian, cụm van xoay nằm ở vị trí trên hình trên. Dầu từ bơm chảy qua khe hở giữa vỏ và lõi van, qua lỗ dẫn dầu vào khoang trống giữa lõi van và thanh xoắn rồi theo sường hạ áp ( đường dầu hồi) trở lại cốc đựng dầu. ở cốc đựng dầu, dầu được lọc qua lưới lọc dầu vào khoang trống của cốc đựng dầu để trở lại bơm dầu. Phần cốc đựng dầu có van khống chế áp suất.

b. Trường hợp xe đang quay vòng.

Khi người lái đánh lái tay lái về phía nào đó do lực cản phát sinh khi quay vòng các bánh xe dẫn hướng. Lực cản này truyền tới thanh xoắn (gắn liền với vỏ trong của van phân phối).

*. Khi xe quay vòng trái:

Người lái tác dụng một lực vào vành tay lái lam quay vành lái sang trái giống như nguyên tắc sang phải nhưng theo chiều ngược lại. Dầu từ bơm theo đường dẫn dầu vào buồng B (xy lanh lực phía trên piston) do có áp suất lực cao đẩy piston thanh răng dịch  chuyển tịnh tiến xuống phía dưới làm cho trục đòn quay chính quay, thông qua hệ thống dẫn động lái làm cho bánh xe dẫn hướng quay sang trái. 

3.3. Các bộ phận của trợ lực lái.

Một hệ thống trợ lực lái cơ bản gồm cả ba phần chính:

+ Bơm trợ lực(Bơm cánh gạt).

+ Van điều khiển.

+ Xy lanh lực.

Van điều khiển được gắn liền với cơ cấu lái. Cơ cấu chứa trợ lực lái kiểu trục răng thanh răng hay kiểu bi tuần hoàn.

Van điều khiển gồm 3 loại: Kiểu quay, kiểu trụ, kiểu cánh .

3.3.1.Bơm cánh gạt:

Trợ lực lái là một kiểu thiết bị thuỷ lực yêu cầu áp suất rất cao, vì vậy người ta dùng bơm cánh gạt để tạo ra áp suất này.

3.4. vấn đề điều khiển hệ thống lái ôtô.

3.4.1. Hệ điều khiển hệ thống trợ lực lái.

a. Kiểu van cánh.

Trên hình 3.8 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 với nhau thông qua thanh xoắn, các cánh van được làm liền với thanh xoắn.

b. Kiểu van ống .

Van điều khiển kiểu ống (gồm van ống trong và van ống ngoài) trong cơ cấu lái quyết định dầu từ bơm sẽ đi đến buồng nào của xy lanh lực. Trục van điều khiển (Nhận mômen từ vô lăng tác dụng lên) và trục răng được nối với nhau bằng một thanh xoắn, nếu hệ thống trợ lực có sự cố( như không có áp suất từ bơm) thì thanh xoắn bị xoắn hết cỡ, lúc đó trục van điều khiển và trục

Răng quay cùng nhau thông qua vấu chặn.

Các rãnh xoắn của van có chứa hai viên bi ở dưới van điều khiển. Sơ đồ cấu tạo của van ống như trên hình 3.9 .

a. Kiểu van quay.

Van điều khiển kiểu quay trong cơ cấu lái quyết định dầu từ bơm sẽ đi đến buồng nào của xy lanh lực. Trục van điều khiển và trục răng được nối với nhau bằng một thanh xoắn. Van quay và trục răng được nối với nhau bằng một chốt nên quay cùng nhau. Nếu không có áp suất dầu, thanh xoắn sẽ bị xoắn hết cỡ, nhờ vấu chặn giữa trục van điều khiển và trục răng nên mômen sẽ truyền trực tiếp đến trục răng.

Tóm lại qua những đánh giá, phân tích ưu nhược điểm của từng bộ phận của hệ thống trợ lực lái cho xe du lịch ta chọn như sau:

+.Phương án thiết kế hệ thống trợ lực lái là hệ thống trợ lực thuỷ lực.

+. Phương án bố trí cường hoá.

+. Chọn bơm cánh gạt

+. Chọn van điều khiển là loại van quay.

Để hoàn thiện hơn cho hệ thống lái này thì cần cải tiến thêm. Dưới đây là phần giới thiệu trợ lực cải tiến (PPS). Nhưng vì đề tài chỉ là “Thiết kế hệ thống lái xe du lịch có trợ lực” nên không xét kỹ.

3.4.2. Trợ lực lái cải tiến (PPS).

a. Mô tả chung.

Trợ lực lái cải tiến sử dụng một ECU trợ lực lái để điều khiển quay vòng vô lăng cần thiết phù hợp với từng tốc độ của xe, tạo lực lái nhỏ khi tốc độ thấp và tạo lực lái lớn khi tốc độ tăng để đạt được cảm giác lái tốt nhất. Thông số chính gửi về ECU lái là từ cảm biến tốc độ xe, ECU lái điều khiển van điện

b. Trợ lực lái cải tiến .

Van điều khiển mở theo mức độ đánh lái, cho phép dầu từ bơm điều khiển đi qua xy lanh lực. Dầu tác dụng lên piston tạo sự trợ lực lái. Khi xe quay phải hoặc quay trái hướng của áp suất dầu tác dụng lên piston được thay đổi bởi van điều khiển,

b. ECU trợ lực lái.

Công dụng của ECU là điều khiển van điện từ. Nó gửi tín hiệu điều khiển tới van điện từ phù hợp với tốc độ của xe từ cảm biến tốc độ. Dựa vào các tín hiệu của ECU gửi tới (dạng xung ) mà van điện từ sẽ đóng mở tương ứng .

Các tín hiệu ra từ ECU thay đổi hệ số tác dụng của các tín hiệu xung 250 Hz theo tốc độ của xe. Vì vậy sinh ra tín hiêu có điện áp cường độ trung bình thay đổi.

d. Sơ đồ mạch cầu thuỷ lực.

Van điện từ ở đây được điều chỉnh bởi các xung vuông có trường độ xung thay đổi nhờ hộp điều chỉnh lập trình PSECU. Thông tin của bộ điều chỉnh PSECU xử lý là cảm biến tốc độ ôtô. Vì vậy piston trong quá trình điều khiển được xác định một cách chính xác ứng với từng giải tốc độ của ôtô do vậy làm ổn định chuyển động của ôtô, đặc biệt ở tốc độ cao.

3.4.3. Biện pháp tăng tính điều khiển của hệ thống lái.

a. Phương án trợ lực bằng điện : Mô tơ điện được điều khiển bởi PSECU rồi thông qua khớp điện từ ( có thể thêm một bộ truyền bánh vít trục vít ) để tác động đến trục lái hoặc cơ cấu lái. Khớp điện từ được điều khiển thích hợp để khi dừng đánh tay lái thì cắt mômen của mô tơ (tức là thực hiện quá trình chép hình).

b. Phương án trợ lực thuỷ lực: Có van điện từ để điều khiển thay đổi áp suất theo tốc độ của ôtô nhằm tạo lên hiệu lực cường hoá( trợ lực khác nhau). Tuy nhiên van điện từ ở mỗi phương án có vị trí bố trí khác nhau. Mặc dù vậy chúng đều được kết nối với PSECU như nhau. 

CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN CƯỜNG HÓA LÁI

4.1. Chọn những thông số làm việc của hệ thống lái:

Ta có:

+ j- Là góc quay trục lái ( độ) từ vị trí trung gian tới mép ngoài cùng, ở đây có. j_t = 540^°.

+ R_V- Bán kính vành lái.

+ P_V- Lực trung bình đặt vào vành lái: Chọn P_V = 50N(Số liệu tham khảo).

Lực cực đại đặt lên vành lái khi có cường hoá ta chọn P_VL0 = 90N (Theo tài liệu tham khảo chuyên ngành).

Từ đó ta tính được phần trăm trợ lực là:  59,3%.

4.1.1. Lực đặt lên vành tay lái để gài trợ lực.

Đối với ôtô du lịch hiện nay giá trị này thường nằm khoảng (20N¸ 40N). Đối với xe thiết kế ta chọn là: P₀ = 30N.  

+ M_Z- Mômen cản khi trục lái dịch chuyển, giá trị này nhỏ M_Z = 0

+ M_Q- Mômen cần thiết để xoắn thanh xoắn tới vị trí bắt đầu trợ lực

+ h₀- Là hiệu suất từ vành tay lái tới van xoắn (Hiệu suất truyền lực). Chọn h₀ = 1.

+ i₀- Là tỷ số truyền từ vành lái tới van. Chọn i₀ = 1.

Vậy mômen cần thiết để bắt đầu mở trợ lực là: M₀ = M_Q = 5.4 (Nm).

4.1.2. Chỉ số hiệu quả tác dụng của cường hoá(H).

Là tỷ số giữa lực đặt vào vành tay lái khi không có trợ lực và khi có trợ lực.

Thay số được: H = 2,45

Chỉ số H thường cho H < 4. Do đó H = 2.45 là hợp lý, phù hợp với chủng loại xe thiết kế. Để đảm bảo được các yếu cầu của cường hoá và phải đảm bảo tuổi thọ của lốp.

4.2. Xây dựng đặc tính cường hoá lái

Đồ thị các đường đặc tính khi chưa cường hoá P_l = f(M_c) và được lắp bộ cường hoá P_c = f(M_c) được thể hiện ở hình dưới đây.

Ta thấy rằng:

- Đặc tính khi chưa có cường hoá là đường bậc nhất, đoạn OB.

- Đặc tính khi có cường hoá là đường bậc nhất gãy khúc và thấp hơn đường đặc tính khi chưa có cường hoá.

- Đoạn OA: P_l = P_c = f(M_c). Lực do người lái hoàn toàn đảm nhận.

- Đoạn AC: P_c = f(M_c). Biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt đường. Điểm C [90 ; 487.6], chọn P_c = 90 (KG).

- Từ C trở đi: P_c = f(M_c) song song với đường P_l = f(M_c).

4.3. Tính toán xilanh lực

Kích thước của xilanh 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 không thể quá lớn được. Còn kích thước xilanh phải vừa phải để có thể bố trí được trên xe. 

4.3.1. Xác định đường kính trong của xilanh lực và đường kính cần piston

Ta có:

+ D_x - Đường kính trong của xilanh lực.

+ P₀ - Là áp suất cực đại trong hệ thống cường hoá. P₀ = 85 (KG/cm²) (Theo tài liệu tham khảo).

+ d - Là đường kính cần đẩy piston. Nó chính là đường kính của thanh răng, chọn d = 21 (mm).

=> P_x  =131.3*20.4*0.95 = 2544.5(N).

Như vậy thay vào (4.3) ta có: Dx = 4 (cm). Lấy D_x = 4.0 (cm).

4.3.2. Chọn đường kính ngoài và kiểm bền xilanh lực.

Vật liệu làm xilanh là thép 40XH.

Thay số được: e = 571,4 KG/cm²

Vậy: e < [e] xilanh lực thoả mãn điều kiện bền.

 4.4. Xác định năng xuất của bơm.

Năng suất của bơm được xác định từ điều kiện là làm thế nào để xy lanh lực của cường hoá phải làm quay các 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 xy lanh lực.

 Thực tế lưu lượng bơm còn phải lớn hơn như vậy để bù vào sự rò rỉ của van phân phối. lưu lượng rò rỉ là AQ = (0.05 - 0.1)*Q. Chọn AQ =  0.08* Q.

=> Q_tt = Q + AQ = 1.08*57.55 = 62.15 (cm³/s).

Chọn bơm cường hoá: Bơm cánh gạt kép có kết cấu nhỏ, hiệu suất từ  0.7 ¸ 0.8, áp suất có thể đạt 100 at, lưu lượng từ 5 - 100 (l/phút).

Ký hiệu bơm: G 12 - 21.

Lưu lượng:  Q = 4 (l/phút).

Số vòng quay roto: n = 950 (vòng/phút).

Hiệu suất bơm: h_Q = 0.78.

Hiệu suất toàn phần: h = 0.55.

Bơm thuỷ lực ding cho xe Toyota corolla - j  là loại bơm cánh gạt. Các cụm cơ bản bao gồm: Cụm bơm tạo áp suất, cụm van điều tiết, van an toàn và lưu lượng, các cụm vỏ và nắp, cốc đựng dầu đặt riêng rẽ với bơm và được nối với bơm bằng ống dẫn dầu.

4.5. Tính toán các chi tiết của van phân phối.

4.5.1. Tính góc xoay của van quay.           

Ta có:

+. Q- lưu lượng dầu cung cấp cho bộ cường hoá là việc. Q = 57.55(cm³/s).

+. d- Đường kính thanh răng. d = 2.1(cm)

+. g- Gia tốc trọng trường. g = 10(m/s²) = 100(cm/s²)

=> A^' = 0,094 (cm)

Khi tính đến sự tiết lưu trong các đường rãnh dầu lấy: A^' = 0,12 (cm).

b. A^'- Độ trùng khớp cực đại của mép van ống trong va van ống ngoài. được xác định từ điều kiện lượng lọt dầu của van xoay (Q₁).

Vậy thanh xoắn sẽ phải xoắn đi một góc là 3.15 độ thì đường dầu đi cường hoá mới làm việc.

4.5.2. Các thông số khác.

Ta có: 

+ A^' - Hành trình van xoay tới lúc bắt đầu che kín rãnh thoát dầu.

+ R_vl- Bán kính vành lái. R_vl = 180 (mm).

+ i-  Tỷ số truyền lực tới vành tay lái.

+ i_w- Tỷ số truyền cơ cấu lái. i_w = 20.4

+ l- Chiều dài đòn quay đứng. l = 160.

Vậy : w = 0,87 (độ).

b. Góc quay tự do toàn bộ:  w₀  là góc quay cho phép của vành tay lái khi cường hoá không làm việc.

Vậy :w₀ =17,6 (độ) < 35(độ).

4.5.3. Hình dung về cấu tạo của các van và góc xoay tương đối.

Van ống ngoài: D_ng = 36mm.

Van ống trong: d_tr   = 22mm.

Có đường dầu đến lá to nhất d = 4mm, được khoan thẳng còn hai lỗ cường hoá được khoan chéo góc d = 2mm. ở đây có đục mỗi mặt 4 lỗ cách đều nhau tất cả các lỗ trên mặt van là có 12 lỗ. Mặt ngoài có khoét rãnh vuông và mặt trong có khoét rãnh êlíp.

Van ống trong: D_ng = 22(mm); d_tr = 10(mm).

4.5.4. Tính toán thanh xoắn.

Ta chọn vật liệu chế tạo thanh xoắn là thép loxo có moduyn đàn hồi, G = 8*10⁴ N/mm.

Ta phải tính đường kính của thanh xoắn sao cho khi bắt đầu trợ lực, ứng với lực đặt lên vành tay lái là P_VL0 = 30N thì thanh xoắn phải xoắn là 3⁰79^’.

Góc xoắn của thanh xoắn được xác định được : D = 53,5 cm

Dựa trên thực tế xe tham khảo ta lấy:

Chiều dài của thanh xoắn:  L= 80 mm.

Đường kính của thanh xoắn là. D = 5.35 mm.

CHƯƠNG V

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT ROTUYL

5.1. Phân tích chi tiết gia công

5.1.1. Kết cấu rotuyl.

Kết cấu chi tiết như hình dưới.

5.1.2. Điều kiện làm việc của rotuyl.

Khớp cầu được bố trí trên đòn kéo dọc, đòn ngang hệ thống lái. Chúng là khâu quan trọng của dẫn động lái. Các khớp cầu làm việc ở chế độ tải trọng động và chịu tải va đập.

5.1.4. Chọn phôi.

Để gia công con trượt van phân phối ta dùng phôi là thép thanh dễ gia công. Trước khi đưa vào gia công cần làm vệ sinh phôi sạch sẽ và cắt bỏ ba via.

5.2. Lập sơ đồ các nguyên công.

5.2.1. Nguyên công 1:  Tiện ngoài và tiện đứt phôi.

+ Định vị: Chi tiết được định vị trong mâm cặp.

+ Kẹp chặt bằng mâm kẹp.

+ Chọn máy: Kiểu máy  1Б 136

+ Chọn dao: Dao có ký hiệu T15k6

+ Chế độ cắt:

Chiều sâu cắt: t₁ = 0.4 mm; t₂ = 0.6mm.

Lượng chạy dao: S₁ = 0.25mm/v; S₂ = 0,4mm/v.

Số vòng quay của máy: n₁ = 723v/p; n₂ = 732v/p.

5.2.3. Nguyên công 3: Tiện mặt ngoài, tiện ren và tiện đứt.

+ Định vị: Chi tiết được định vị trong mâm cặp và một đầu chống tâm.

+ Kẹp chặt bằng mâm kẹp và đầu định tâm.

+ Chọn máy: Kiểu máy 1Б 136

+ Chọn dao: Dao có ký hiệu P9

+ Chế độ cắt: t = 0.6mm; S= 0.4mm/v; n = 375 v/p.

5.2.6. Nguyên công 5: Khoan lỗ 4.

+ Định vị: Khối chữ V và một đầu chống tâm.

+ Kẹp chặt bằng khối chữ V.

+ Chọn máy: Kiểu máy 2A- 125.

+ Chọn dao: Dao có ký hiệu P9

+ Chế độ cắt: t = 2mm; S = 0.17mm/v; n = 723 v/p.

5.2.6. Nguyên công 6: Nhiệt luyện.

+ Đầu tiên tôi ở nhiệt độ cao 850⁰C trong thời gian 2 phút.

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

5.2.8. Kiểm tra.

+ Kiểm tra độ bóng của bề mặt cầu đạt 1.25; mặt côn đạt 0.63.

+ Mặt côn đạt 1: 10; 1: 20.

CHƯƠNG VI

LẮP RÁP VÀ BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI CỦA XE DU LỊCH

5.1. Lắp ráp các chi tiết

5.1.1. Lắp ráp các bộ phận của xy lanh lực.

- Piston được hàn trước một mảnh vào thanh răng ở vị trí xác định, ta đặt xéc măng bằng nhựa vào sau đó lắp nốt mảnh nữa của piston sao cho xecmăng rơi khít vào trong khe hở, lắp phanh hãm vào hốc của piston và thanh răng. Vậy là hoàn thành xong phần xy lanh.

- Đóng miếng đệm bằng thép dày co 2 mặt phẳng vào, nó có tác dụng định vị cho phớt chắn dầu, đồng thời làm cho phớt khỏi bị nát khi cham vào ren ống nối tiếp xy lanh. Tiếp theo là đóng phớt chắn dầu vào, cho thanh răng vào ống xy lanh nhẹ nhàng để khỏi vênh mặt phớt gạt dầu.

5.1.2. 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 hoá.

- Lắp gioăng nhỏ vào thân của thah xoắn.

- Cắm thanh xoắn vào lỗ của trục thanh xoắn được định vị cứng bằng một chốt để có tác dụng khi nào cường hoá không có tac dụng(không có áp suất dầu trong đường ống) thì thanh xoắn xoay van ống trong và trục răng xoay.

5.1.3. Lắp ráp tổng thành:

- Ngoài vỏ thành để van phân phối có rãnh ở dưới cùng đóng bạc mỏng vào còn có thể định vị chính xác tương đối trục quay của van phân phối.

- Lắp mảnh vỏ trên. Nhớ lắp gioăng để mối ghép lắp ráp giữa hai mảnh không bị chảy dầu. Sau đó bắt chặt ba con bulông 8 xiết chặt hai mặt.

- Lắp các đường ống dẫn dầu vặn chặt êcu ngoài để ống bắt vào cho chặt.

5.2. Một số hư hỏng và sửa chữa.

- Những hư hỏng chính của các chi tiết cơ cấu lái là mòn cụm trục răng thanh răng và ống lót của đòn quay đứng, vòng bi, ổ để lắp vòng bi, mặt bích bắt mặt các te bị sứt mẻ hoặc nứt, lỗ ở cácte để lắp ống lót trục của đòn quay đứng bị mòn.

- Sửa chữa cơ cấu lái:

+. Nếu bề mặt của trục răng hoặc thanh răng mòn, rỗ bề mặt, ăn khớp không đều thì phải điều chỉnh lại hoặc thay thế.

+. Cổ trục của đòn quay đứng nếu mòn thì phải phục hồi bằng cách mạ crôm rồi mài theo kích thước danh nghĩa, ống lót bằng đồng thanh nếu mòn thì phải thay thế.

+. Kiểm tra mức dầu trong bình dầu cường hoá trong bình dầu có vạch min, max chú ý kiểm tra khi dầu nguội.

KẾT LUẬN

Hiện nay tương xứng với nền phát triển lớn mạnh của các nghành khoa học kỹ thuật thì nghành công nghiệp Ôtô cũng có những bước nhảy vọt về tính năng điều khiển và khả năng khai thác kỹ thuật hiện đại của nó. Được trang bị hệ thống điều khiển bằng vi tính , trang bị những phần mềm thông minh có khả năng tự điều khiển và sử lý nghành công nghiệp Ôtô đang từng bước chiếm lĩnh thị trường và mở ra một tương lai mới.

Sau một thời gian nghiên cứu, tính toán và thiết kế, được sự giúp đỡ của thầy giáo: TS……………….., các thầy trong bộ môn cùng các bạn đồng nghiệp em đã hoàn thành xong bản đồ án “ Thiết kế hệ thống lái xe du lịch trợ lực ”

Dựa trên kiến thức đã được học và kết quả thu được qua các lần thực tập  em đã thực hiện bản đồ án với hai nội dung chính :

* Phần I:

Nghiên cứu và phân tích một số vấn đề lý thuyết liên quan đến kết cấu và điều khiển đối với hệ thống lái xe hiện đại.

* Phần II:

  Tiến hành chọn phương án thiết kế cụ thể hệ thống lái có trợ lực.

Vì điều kiện thời gian có hạn, trình độ kinh nghiệm còn bị hạn chế mà khối lượng công việc lớn cho nên chất lượng đồ án còn hạn chế, còn nhiều thiếu sót trong phần tính toán và kết cấu có thể chưa hợp lý. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô trong bộ môn để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.

     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 - NXB Khoa Học & Kỹ Thuật - 1998. Nguyễn Hữu Cẩn; Dư Quốc Thịnh

2. Giáo trình: Thiết kế và tính toán ôtô - máy kéo (I, II, III) - 1998 - Nguyễn Hữu Cẩn; Phan Đình KIên

3. Chi tiết máy (I, II) - NXB Giáo Dục - 1997. Nguyễn Trọng Hiệp

4. Thiết kế - tính toán hệ dẫn động cơ khí. (I, II) - NXB Giáo Dục -1998. Trịnh Chất; Lê Văn Uyển

5. Trang bị thuỷ khí trên ôtô, xe máy - 1999- Bộ môn ôtô. Trường ĐHBK - Hà Nội

6. Sổ tay công nghệ chế tạo máy -1992.  Tập thể tác giả

7. Tính toán sức kéo ôtô - 1991. Phạm Minh Thái

 "TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"