MỤC LỤC

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

Mục lục......................................................................................

Lời nói đầu............................................................................... .1

Chương I: Đặc điểm hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô.

1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống lái………………………. 3

1.1 Nhiệm vụ………………………………………………………..3

1.2 Yêu cầu với hệ thống lái………………………………………..5

2. Các hệ thống lái có trợ lực……………………………………….5

2.1 Hệ thống lái trợ lực bằng thuỷ lực……………………………...3

2.1.1 Ngyên lý làm việc………………………………………….6

2.1.2 Ưu nhược điểm của hệ thống…………………..…………..7

2.1.3 Hạn chế……………………………………………………....8

3. Hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện……………………...8

3.1 Đặc điểm của hệ thống lái trợ lực điện…………………………8

3.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái bằng điện………10

3.3 So sánh sự khác nhau giữa hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện tử và hệ thống lái trợ lực dầu………11

4. Phương án lựa chọn thiết kế ……………………………….….12

4.1 Phương án lựa chọn thiết kế cơ cấu lái………………………12

4.2 Phương án lựa chọn dẫn động lái……………………..........18

4.3 Phương án lựa chọn thiết kế trợ lực điện...............................20

Chương II: Tính toán thiết kế hệ thống lái

1. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống đã lựa  chọn....24

2. Kiểm tra động học quay vòng của hình thang lái………….…29

2.1 Xây dựng đường cong lý thuyết………………………….....29

2.2 Xây dựng đường cong thực tế……………………………….30

3. Xác định mômen cản quay vòng taị chỗ………………….….35

4. Xác định chiều dài thanh răng……………………………….38

 5. Tính toán  bộ truyền cơ cấu lái………………………………..39

 5.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng…………….….39

5.2 Xác định các thông số của bánh răng………………………..39

5.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng………..….41

5.4 Tính bền cơ cấu lái trục răng - thanh răng………………..…42

6. Tính bền dẫn động lái………………………………………...46

6.1 Kiểm tra bền trục lái…………………………………………46

6.2 Kiểm tra bền Rô-tuyn………………………………………..46

7. Tính toán trợ lực………………………………………………49

7.1 Xây dựng đặc tính cường hoá lái……………………………49

7.2 Tính toán thanh xoắn…………………………………….…..51

7.3 Tính chọn motor điện trợ lực……………………………. .. ..52

7.4 Tính toán điều khiển motor điện …………………………….53

7.5 Tính toán và kiểm bền trục vít - bánh vít…………………….54

Chương III: Quy trình công nghệ gia công chi tiết vỏ

1. Kết cấu vỏ……………………………………………………..61

2. Phân tích kết cấu công nghệ trong kết cấu……………………61

3. Chọn phôi……………………………………………………..62

4. Lập sơ đồ các nguyên công…………………………………..62

Kết luận……………………………………………………….66

Tài liệu tham khảo…………………………………………67

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 nước 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 chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng rất 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 trợ lực điện cho xe du lịch 5 chỗ ”. 

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 còn nhiều khiếm khuyết. Em mong các thầy và các bạn góp ý để bản đồ án được hoàn thiện hơn.

Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo hướng dẫn : TS………… đã  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 đã giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án.

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1

ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN Ô TÔ

1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống lái.

1.1 Nhiệm vụ :Hệ thống lái có nhiệm vụ  điều khiển hướng chuyển động của ô tô bằng cách quay bánh xe dẫn hướng thông qua tác động quay vành lái của người điều khiển. Ngoài ra hệ thống lái còn có nhiệm vụ giữ cho xe chuyển động thẳng ổn định nhờ khả năng tự trả lái.

Hệ thống lái gồm : cơ cấu lái và hệ dẫn động lái.

 + Cơ cấu lái: bộ phận số 3 trên hình 1.1. Thực chất là bộ giảm tốc để đảm bảo tăng mô men điều khiển hướng chuyển động của người lái đến bánh xe dẫn hướng và có nhiêm vụ truyền và thay đổi hướng của lực của trục lái

+ Hệ dẫn động lái: gồm vành lái,các đòn dẫn động cơ cấu lái và các đòn dẫn động  từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hướng, hình thang lái: gồm các chi tiết (1, 2, 4, 5, 6, 7) trên hình 1.1. Có nhiệm vụ truyền lực từ vành lái và từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hướng.

1.2 Yêu cầu đối với hệ thống lái:

+ Đảm bảo động lực học chuyển động và quay vòng của xe : 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

+ Lực điều khiển mhẹ nhàng và phải tỉ lệ với mô men cản mặt đường: mô men cản lớn thì lực điều khiển phải lớn và ngược lại.

+ Hiệu suất thuận.

2. Các hệ thống lái có trợ lực .

Để giảm cường độ hoạt động của người lái thì hệ thống lái cần có trợ lực

Hình 1.2 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái có trợ lực.

Hệ thống lái trợ lực (trên xe du lịch) có các kiểu sau: trợ lực khí nén, trợ lực thuỷ lực, trợ lực điện.

2.1 Hệ thống lái trợ lực bằng thuỷ lực

Hệ thống gồm 3 phần chính: bơm trợ lực(bơm cánh gạt), van điều khiển, xy lanh lực.

Van điều khiển gồm 3 loại: kiểu van cánh, kiểu van ống, kiểu van quay.

Hình 1.3 là sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thuỷ lực.

2.1.3 Hạn chế.                                                               

 Mới chỉ đáp ứng được công dụngtrợ lực cho người lái giúp người lái điều khiển nhẹ nhàng nên hệ thống trợ lực dầu còn nhiều hạn chế sau đây:

+ Hệ thống làm việc theo 2 thông số là mô men và góc quay trục lái do người điều khiển tác dụng nên chỉ đáp ứng được mặt trợ lực mà chưa đáp ứng được tỉ số truyền lực thay đổi theo tốc độ của xe.

+ Về mặt tỉ số truyền góc bị hạn chế rất lớn đó là ở tốc độ thấp cần tỉ số truyền thấp để người lái quay vòng hiệu quả: người điều khiển phải  quay vành lái  ít và ở tốc độ cao cần có tỉ số truyền cao vì lúc  này mức phản ứng của xe rất nhạy nhưng hê thống chưa đáp ứng được.

+ Khi quay vòng ngoặt người điều khiển vẫn phải đánh tay lái khá nhiều vòng.

3. Hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện

3.1 Đặc điểm của hệ thống lái trợ lực điện:

 Hình 1.5 là Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện

Các bộ phận của phần trợ lực điện gồm các bộ phận sau: cảm biến mô men , mô tơ điên 1 chiều, ECU, cảm biến tốc độ ô tô, và  các  dây điện

+ Cảm biến mô men có nhiệm vụ xác định mô men trên trục lái do người lái tác dụng thông qua vành lá, từ đó gửi tín hiệu nàyđến ECU.

3.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái bằng điện.

Hình 1.7 là sơ đồ tín hiệu vào ra của hệ thống.

Theo hình 1.5 và hình 1.7 ta thấy nguyên lý làm việc dựa trên nguyên tắc là ECU tiếp nhận 2 tín hiệu chính: tín hiệu đưa vào từ cảm biến mô men của trục lái và tín hiệu của cảm biến tốc độ bánh sau của xe từ đó  ECU tính toán dẫn động motor điện trợ lưc mô men thích hợp với lực đánh lái. Lực đánh lái càng nhiều thì motor điện càng phải trợ lực nhiều hơn,  nhưng mô men trợ lực của motor sẽ được điều khiển giảm dần khi vận tốc xe tăng dần.

+  Trạng thái quay vòng :  khi người điều khiển quay vành lái tác động lên cảm biến mô men, cảm biến mô men truyền tín hiệu cảm biến được tới ECU kết hợp với tín hiệu từ cảm biến tốc độ của xe mà ECU tính toán dẫn động mô tơ điện trợ lực mô men thích hợp và nhờ cảm biến mô men mà ECU xác định được  chiều quay của trục lái từ đó điều khiển chiều quay của  motor điện cho thích hợp

+ Trạng thái đi thẳng: trục lái không quay nên cảm biến mô men không phát hiện có mô men trên trục lái tín hiệu đưa vào ECU của cảm biến mô men là không có nên ECU chưa điều khiển mô tơ điện trợ lực vì thế mà trạng thái đi thẳng được giữ nguyên mà không có sự trợ lực

3.3 So sánh sự khác nhau giữa hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện tử và hệ thống lái trợ lực dầu:

Ta thấy hệ thống lái trợ lực dầu làm việc dựa trên 2 thông số là mô men và góc quay trục lái còn đối với trợ lực điện làm việc dựa trên nhiều thông số: tốc độ xe, mô men trục lái, tốc độ động cơ, chế độ không tải, góc quay trục lái vì vậy ta có những ưu điểm của hệ thống trợ lực điện như sau:

+ Ưu điểm:

- Tạo ra được tỉ số truyền lực của hệ thống thay đổi theo tốc độ của xe:xe ở tốc độ thấp tỉ số truyền nhỏ, và ngược lại xe ở tốc đọ cao tỉ số truyền lớn. Là mô men trợ lực của động cơ điện được điều khiển thay đổi theo tốc độ của ô tô vì vậy ưu điểm lớn nhất của hệ thống lái trợ lực điện là mô men trợ lực của động cơ điện thay đổi phù hợp theo tốc độ của xe

+ Nhược điểm:

- Kết cấu và chế tạo phức tạp

- Chịu va đập kém

- Giá thành cao

4. Phương án lựa chọn thiết kế

Qua phân tích đặc điểm các hệ thống lái trợ lực, với những ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện đã trình bày ở trên, em chọn phương án lựa chọn thiết kế là: hệ thống lái trợ lực điện EPS. Vậy ta cần phải lựa chọn và thiết kế các cụm chính sau: Lựa chọn thiết kế cơ cấu lái, lựa chọn dẫn động lái, lựa chọn thiết kế trợ lực lái.

4.1 Phương án lựa chọn thiết kế cơ cấu lái

+ Phương án 1 : Cơ cấu lái trục vít con lăn (xem hình 1.8)

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. Cơ cấu lái gồm trục vít gơbôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.

+ Ưu điểm:

- Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn.

+ Phương án 2:  Cơ cấu lái trục vít chốt quay( xem hình 1.9)

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.

+ Ưu điểm:

Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trước. Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian. Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hay đòn quay và trục vít phát sinh ma sát trượt.

+ Phương án 3: Kiểu bi trục vít êcu bi cung răng. (xem hình 1.10)

Cấu tạo:

Gồm một trục vít, cả hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít  và êcu có rãnh tròn có chứa các viên bi,các viên bi lăn trong rãnh và truyền lực. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đường hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.

+ Tỷ số truyền :

Ta có thể giảm nhẹ lực đánh lái khi xe chạy chậm hoặc đang đỗ bằng cách thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu lái.Tuy nhiên khi tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái thì  làm giảm độ nhạy của cơ hệ thống lái. Trên các xe  có trợ lực lái ta dùng cơ cấu lái có tỷ số truyền không thay đổi được.

+ Phương án 4:  Kiểu bánh răng - thanh răng. (xem hình 1.12).

Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng được lắp trên các ổ bi. Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn.

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp  lớn cho bộ truyền răng nghiêng, trục răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ăn khớp của  bộ truyền lớn,do đó làm việc êm và phù hợp với việc bố trí vành lái trên xe.

Cơ cấu lái  kiểu bánh răng- thanh răng có các ưu điểm sau:

- Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân 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.Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ.     

+ cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải  chăm sóc bảo dưỡng

4.2 Phương án lựa chọn dẫn động lái

Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của tất cả các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.

Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn bên. Sự quay vòng của ôtô là rất phức tạp, để đảm bảo đúng mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện vì phải cần tới dẫn động lái 18 khâu. Hiện nay người ta chỉ đáp ứng điều kiện gần đúng của mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo lên hình thang lái.

+ Dẫn động lái bốn khâu. (hình thang lái Đantô):

Hình 1.14 là Dẫn động lái 4 khâu.

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).

+ Dẫn động lái sáu khâu:

 Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệ thống treo độc lập lắp trên cầu dẫn hướng. Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu là dễ lắp đặt cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc, bố trí cường hoá lái thuận tiện ngay trên dẫn động lái, Hiện nay dẫn động lái sáu khâu được dùng rất thông dụng trên các loại xe du lịch như : Toyota, Nisan, Mercedes,kia ….

4.3 Phương án lựa chọn thiết kế trợ lực điện.

Theo vị trí của motor trợ lực ta có các phương án bố trí sau:

+ Phương án 1: Motor trợ lực cho bánh răng chủ động (pinion-type).

Hình1.15 là Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu pinion-type.

+ Phương án 2: motor trợ lực vào thanh răng(rack-type).

Hình 1.16 là Sơ đồnguyên lý trợ lực kiểu rack-type

- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào thanh răng của hệ thống.

- Mô men của motor cần phải lớn và tốn không gian bố trí bên dưới. 

+ Phương án 2: motor trợ lực vào thanh răng(rack-type).

Hình 1.16 là Sơ đồnguyên lý trợ lực kiểu rack-type

- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào thanh răng của hệ thống.

- Mô men của motor cần phải lớn và tốn không gian bố trí bên dưới.     

+ Phương án lựa chọn:

Với 4 phương án  trên em lựa chọn phương án số 3 là hệ thống lái trợ lực điện kiểu: column-type (motor trợ lực cho trục lái)

Với kiểu này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên không gian bên dưới phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũng thuận tiện cho công việc tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa motor và phần điều khiển ECU.

Hình 1.19 là Sơ đồ bố trí chung của hê thống lái trợ lực điện kiểu column- type               

Hình 1.19 - Sơ đồ bố trí chung của hê thống lái  trợ  lực điện  kiểu   column-type.

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

Thông số kĩ thuật tham khảo của XE KIA MORNING thể hiện như bảng dưới.

1. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống đã lựa chọn

 Đặc điểm kết cấu:

Hình 1.20 là hình vẽ kết cấu của cụm trợ lực điện, gồm các bộ phận chính sau:

+ Trục 1: Là trục bắt vào vành lái có nhiệm vụ nhận và truyền lực của người lái từ vành lái xuống dưới.

+ Thanh xoắn: nối giữa trục 1 và trục 2 bằng chốt, có nhiệm vụ đảm bảo cho trục 1 và trục 2 chuyển động quay tương đối với nhau.

+ Cảm biến mô men: được gắn trên trục 1, có nhiệm vụ xác định mô men mà người lái tác dụng trên trục 1, từ đó gửi tín hiệu đến ECU.

+ Trục 2: là trục bên dưới, được nối xuống cơ cấu lái, có nhiệm vụ truyền lực xuống cơ cấu lái.

* Các trạng thái làm việc:

+ Lực cản quay vòng nhỏ (chưa có trợ lực): Với mô men cản ở mặt đường nhỏ hơn 44 N.m (hay lực tác động lên vành lái nhỏ hơn 20N) thì hệ thống làm việc như hệ thống cơ khí đơn thuần không có trợ lực.

+ Lực cản quay vòng lớn (có trợ lực):  Khi mô men cản lớn hơn 44 N.m (hoặc lực tác dụng lên vành lái lớn hơn 20N), thì ECU nhận tín hiệu từ cảm biến mô men và cảm biến tốc độ xe, từ đó tính toán rồi điều khiển motor trợ lực  phù hợp cho hệ thống bằng bộ truyền lực trục vít - bánh vít, cho đến khi lực tác dụng lên vành lái là cực đại là : 60 N thì motor trợ lực cực đại cho hệ thống.

* Nguyên lý hoạt động (xem hình 1.21)

Khi tác dụng mô men lên trục lái, roto quay cùng trục lái(nhờ then hoa),lúc này từ thông đi qua các lớp bán dẫn biến thiên, dẫn đến trong mạch bán dẫn xuất hiện suất điện động cảm ứng hall, và giá trị suất điện động này thay đổi tỉ lệ với mô men tác dụng lên trục lái. E_h = kBi/

Đặc tính làm việc của cảm biến mô men trục lái. (xem hình 1.24)

Trên hình 1.24 thể hiện hiệu điện thế đầu ra của cảm biến ở 2 trạng thái trục lái quay phải và quay trái:

- Khi trục lái quay phải hiệu điện thế tăng từ 2,5 đến 4 vol.

- Khi trục lái quay trái hiệu điện thế giám từ 2,5 đến 1 vol.

+ Cảm biến có 2 tín hiệu ra: Chính và phụ, để đảm bảo tính an toàn tin cậy của hệ thống.

2. Kiểm tra động học quay vòng của hình thang lái:

2.1 Xây dựng đường cong lý thuyết:

Trên hình 2.1 là sơ đồ nguyên lý quay vòng.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)

Trong đó:

B - khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng, B =1400(mm)

L - chiều dài cơ sở của Ôtô, L = 2370 (mm)

a - góc quay bánh xe dẫn hướng phía ngoài,

b - góc quay bánh xe dẫn hướng phía trong,

2.2 Xây dựng đường cong thực tế:   

a. Trường hợp xe đi thẳng:

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 1⁰. 

b. Trường hợp khi xe quay vòng:

Trên hình 2.3 là Sơ đồ hình thang lái 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).

Với:

q - góc tạo bởi đòn bên hình thang lái và phương ngang: q =78^°

m - chiều dài đòn bên hình thang lái m = 180 (mm).

y - Khoảng cách giữa đòn ngang với trục trước trong hình thang lái y = 182 (mm).

p - Chiều dài đòn thanh nối bên hình thang lái. P = 250 (mm).

Dựa vào công  thức(1.4) và  (1.15) ta xây dựng các đường đặc tính hình thang lái lý thuyết và thực tế ứng với mỗi giá trị của góc a = (0⁰, 5⁰, ... , 40⁰) ta lấy góc q theo xe thiết kế q = 78⁰. Các giá trị tương ứng được thể hiện trong bảng dưới.

Trên hình 2.4 - Đặc tính động học hình thang lái. Nhận thấy rằng độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và góc quay vòng lý thuyết đều nhỏ hơn 1⁰ trong phạmvi có thể quay vòng của bánh  xe dẫn hướng do đó các thông số của hình thang lái xe thiết kế là thoả mãn.

3. Xác định mômen cản quay vòng taị chỗ.

Lực tác động lên vành tay lái của ôtô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ôtô tại chỗ. Lúc đó mômen cản quay vòng trên bánh xe dẫn hướng M_c sẽ bằng tổng số của mômen cản chuyển động M₁, mômen cản M₂ do sự trượt lê bánh xe trên mặt đường và mômen cản M₃ gây nên bởi sự làm ổn định các bánh xe dẫn hướng.

+ Mômen cản M₁

 a - cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng với xe thiết kế đo được a = 0,03m. (xem hình 2.5)   

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 = 1,665 (Nm).

+ Mômen cản M₂ do sự trượt bên của bánh xe trên mặt đường:

Trên hình 2.6. 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.

+ r - bán kính tự do của bánh xe.

Với bánh xe có cỡ lốp là: 165/60/R14

Với B là chiều cao lốp : B = 0,6.165 =99 (mm)

Với d là đường kính vành bánh  xe : d = 14 (ins) = 14.25,4 = 355,6 (mm)

Ta thừa nhận: r_bx = 0.96r = 0,96. = 265,7 (mm).

Với j là hệ số bám ngang. Lấy j = 0,85

Vậy: M₂ = 3700.0,85.0,14.276,8.10^-3 =122 (Nm)

M₃ mô men gây bởi các góc đặt của bánh xe và trụ đứng, việc tính toán mô men này tương đối phức tạp nên trong khi tính toán có thể thay thế M₃ bằng một hệ số khi đó mô men cản quay vòng tại 1 bánh xe dẫn hướng được tính như sau :

M = (M₁ + M₂)

Với:  = 1,07- 1,15 ta chọn  = 1,1 suy ra ta có :

M = (1,665 +122).1,1 = 136 (Nm)

Vậy mô men cản quay vòng là: M_c =2.136/0,7 = 388 (Nm)

4. Xác định chiều dài thanh răng:

Do thanh răng quay về cả hai bên nên khoảng cách của thanh răng sẽ phải thoả mãn là: L = 180 (mm) > 2 X₁ = 2.84,78 = 169,5 (mm).

Vậy khoảng cách phải làm việc của thanh răng đo trên chiều dài của trục nhỏ bằng nửa lần chiều dài ( L = 180 mm ). Vậy thanh răng đủ dài để xe có thể quay vàng dễ dàng mà không bị chạm.

5. Tính toán  bộ truyền cơ cấu lái:

5.1 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 = 84,78 (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 bánh răng - thanh 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 về 1 phía của vành lái ứng với bánh xe quay là n = 1,5 vòng.

Suy ra: R = 9 mm.

Tính chính xác lại góc nghiêng, ta có :

Cosb = 0,956

Suy ra b = arccos 0.956 = 18⁰

Số răng tối thiểu:

Z_min = 17cos³b = 17.cos³18⁰ = 14,62                       

Như vậy Z_min = 15 >6 do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phải dịch chỉnh, ta chọn kiểu dịch chỉnh đều j_S = 0.

+ Đường kính vòng đỉnh:

D_d = D_c+2m_n(1+ j) = 18 +2.2,5(1+ 0,647) = 26,24mm,chọn = 27 mm.           

+ Đường kính đỉnh chân răng:

D_f =D_c- 2m_n(1.25- j)=18-2.2,5(1,25- 0,647) =15 mm.   

+ 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 = 18.cos(20⁰) = 16.91mm.                                                 

+ Chiều cao răng :

h= (h_f^’ + h_f^” )m =(1 +1.25)2,5 = 5,625mm.                                         

+ Chiều cao đỉnh răng:

h^’ = (f^’ + j) m = (1+ 0.647) 2,5 = 4,12 mm.                                             

+ Chiều dày của răng trên vòng chia:               

S = pm/2 + 2j mtga = 3,14.2,5/2 + 2.0,647.2,5.tg20⁰ = 5,1 mm                                     

5.4 Tính bền cơ cấu lái trục răng - thanh răng:

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

+ Kiểm tra vật liệu.

Trong quá trình làm việc trục 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 trục răng - thanh răng được dùng là thép XH được tôi cải thiện.

Vậy điều kiện được thoả mãn Þ Bộ truyền trục răng - thanh răng đảm bảo đủ bền trong quá trình làm việc.

6. Tính bền dẫn động lái

6.1 Kiểm tra bền trục lái:

Kích thước trục lái (xem hình 2.7).

- 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 MPa.

6.2 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)

Vật liệu: trụ cầu được chế tạo bằng thép xêmăngtít hoá15H.

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).

=> t_c < [t] =>  khớp cầu thoả mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm nhất.

Kết luận: Khớp cầu đủ bền trong quá trình làm việc.

7. Tính toán trợ lực

7.1 Xây dựng đặc tính cường hoá lái:

Theo giáo trình Thết kế tính toán ôtô thì đặc tính của cường hoá chỉ rõ sự đặc trưng của quá trình làm việc của bộ cường hoá hệ thống lái.

Qua đây ta thấy khi không có cường hoá thì lực đặt lên vành tay lái chỉ phụ thuộc vào mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng (vì R, i_c, i_d, h_th là những hằng số). Do đó đường đặc tính là những đường bậc nhất đi qua gốc toạ độ. Theo tính toán ở phần trước khi quay vòng ôtô tại chỗ mômen cản quay vòng là lớn nhất, toạ độ xác định điểm này trên đường đặc tính là B [388; 176]. Vậy đường đặc tính được xác định P₁ = f(M_c) sẽ đi qua gốc toạ độ và đi qua điểm B [388 ; 176].

Tại điểm A [44 ; 20] thì bộ cường hoá bắt đầu làm việc. 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 2.8 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 [388; 60], chọn P_c = 60 (N).

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

Hiệu số các toạ độ của hai đường P_c và P_l chính là lực tạo nên bởi bộ cường hoá. Lực này phải phụ thuộc vào áp suất môi trường làm việc và đường kính của xilanh.

Nếu chọn P_c lớn thì quay riêng các bánh xe dẫn hướng tại chỗ sẽ nặng hơn, còn nếu chon P_c quá nhỏ thì người lái sẽ không đủ cảm giác về chất lượng mặt đường.   

7.2 Tính toán thanh xoắn

Chọn đường kính thanh xoắn D = 5 mm = 0,005 m.

Chiều dài thanh xoắn là L =130 mm = 0,130 m.

7.4 Tính toán điều khiển motor điện.

Để motor trợ lực thay đổi theo tốc độ của ô tô thì tat hay đổi mô men trợ lực bằng cách điều khiển dòng điện cấp cho motor theo tốc độ xe và theo mô men tác động trên trục lái:

Với vận tốc xe nhỏ nhất v_min = 0(km/h), thì dòng điện cực đại cấp cho motor là 65(A).

Với vận tốc xe lớn nhất v_max = 160(km/h), thì dòng điện cực đại cấp cho motor là 17(A).

Ta có lực tác dụng lên vành lái nhỏ nhất khi bắt đầu trợ lực là 20N, như vậy mô men tác dụng trên trục lái là = 20.0,18 = 3,6(N.m).(bán kính vành lái R_vl = 0,18m).

Ta có lực tác dụng lên vành lái lớn nhất khi trợ lực hoạt động cực đại  là 60N, như vậy mô men tác dụng trên trục lái là = 60.0,18 = 10,8(N.m).

Trên hình 2.9 ta thấy: khi vận tốc xe càng lớn thì độ dốc của đồ thị càng nhỏ có nghĩa là dòng điện cấp cho motor càng nhỏ với cùng mô men tác dụng trên trục lái, như vậy mô men trợ lực của motor thay đổi theo tốc độ xe.tốc độ xe càng lớn hệ thống lái trợ lực cang ít đi.

7.5 Tính toán và kiểm bền trục vít - bánh vít

Số liệu thiết kế:

P  =  0,256   (KW).

n₁ =  900   (vòng/phút).

T₁  =  2720 (N.mm).

T₂  = 19050 (N.mm).

U₁  = 7.

+ Các thông số hình học bộ truyền trục vít - bánh vít

Khoảng cách trục:                            a_w = 53 mm.

Mô đun:                                            m = 2

Hệ số đường kính:                            q  = 10,5

Tỷ số truyền:                                     u  = 7

Số ren trục vít và số răng bánh vít:    z₁ = 6 ;  z₂ =  42

Hệ số dịch chỉnh bánh vít:                 x  = 0,5

Góc vít:                                             g_w = 18,5⁰.

Chiều dài phần cắt ren của trục vít:  với  x  = 0,5

b₁ ≥ (12,5 + 0,1z₂)m = (12,5 + 0,1.42)2 = 33,4mm. Chọn b₁ = 36 mm.

Chiều rộng bánh vít: b₂  = 16 mm.

Đường kính vòng chia:  

d₁   = qm = 10,5.2 =21 mm.

d₂ = mz₂ = 2.42 = 84  mm.

CHƯƠNG 3

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT VỎ

1. Kết cấu vỏ:

2. Phân tích kết cấu công nghệ trong kết cấu:

Từ nhiệm vụ và yêu cầu của vỏ trong vấn đề thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết phải phù hợp với điều kiện gia công, công nghệ trong nước. Thị trường trong nước là thị trường nhỏ việc sản xuất mang tính chất thử nghiệm, công nghệ còn lạc hậu do vậy ta chọn dạng sản xuất là đơn chiếc. 

3. Chọn phôi:

Để gia công vỏ ta dùng phôi là nhôm hợp kim đúc áp lực. Trước khi đưa vào gia công cần làm vệ sinh phôi sạch sẽ và cắt bỏ ba via.

4. Lập sơ đồ các nguyên công:

* Nguyên công 1:  Tiện chuẩn tinh l

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

+ Kẹp chặt bằng mâm kẹp.

+ Chọn máy: Kiểu máy T161.

+ Chọn dao: Dao có ký hiệu T15k6.

+ Chế độ cắt:

Chiều sâu cắt: t₁ = 0.4 mm.

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

Số vòng quay của máy: n₁ = 720v/p; n₂ = 720v/p.

* Nguyên công 3: Khoan lỗ và ta rô ren.

+ 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 T161

+ Chọn dao: Dao có ký hiệu P9

+ Chế độ cắt: t = 0.6mm; S = 0.4mm/v; n = 720 v/p

* Nguyên công 4: Kiểm tra:

+ Độ bóng bề mặt gia công đạt 2,5 Rz

+ Độ song song không vượt quá 0,01 mm.

KẾT LUẬN

Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp với sự cố gắng của bản thân và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: TS…………. cùng toàn thể các thầy cô giáo trong Bộ môn em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao. Cũng như tinh thần chung nhằm làm quen với việc tính toán và thiết kế em đã hoàn thành đồ án: “ Thiết kế hệ thống lái trợ lực điện cho xe du lịch 5 chỗ ”. 

Trong đồ án này em đã làm được những việc sau:

- Nêu lên sự làm việc của hệ thống lái, sự làm việc ổn định của hệ thống lái, kiểm nghiệm lại hệ thống lái của xe cơ sở là xe KIA-MORNING.

- Tính toán hệ thống lái nói chung cũng như hệ thống dẫn động và cường hoá lái nói riêng.

- Phần bản vẽ em có các bản vẽ:

+ Bản vẽ chọn phương án thiết kế.

+ Bản vẽ cơ cấu lái.      

+ Bản vẽ cụm hệ thống trợ lực điện.

+ Bản vẽ cảm biến mô men.

+ Sơ đồ tín hiệu vào ra.

+ Bản vẽ một số chi tiết điển hình.

+ Bản vẽ quy trình công nghệ gia công chi tiết.

Vì điều kiện thời gian có hạn và trình độ kinh nghiệm còn hạn chế mà khối lượng công việc rất lớn nên chất lượng đồ án vẫn còn nhiều khiếm khuyết 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 - 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.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"