MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH...................................................................................................,.......i

DANH MỤC SƠ ĐỒ...............................................................................................................iii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.........................................................................................,...........1

1.1 Giới thiệu về xe Toyota innova..................................................................................,........1

1.2 Công dụng, phân loại, yêu cầu..................................................................................,.......1

1.2.1 Công dụng của hệ thống lái.....................................................................................,......1

1.2.2 Yêu cầu của hệ thống lái..........................................................................................,......2

1.3 Kết cấu của hệ thống lái..............................................................................................,......3

1.3.1 Vô lăng................................................................................................................,...........3

1.3.2 Trục lái.................................................................................................................,...........3

1.3.3 Cơ cấu lái................................................................................................................,.......4

1.4 Các dạng cơ cấu lái thông dụng................................................................................,.......7

1.4.1 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng:........................................................................,........7

1.4.2 Cơ cấu lái trục vít con lăn....................................................................................,..........8

1.4.3 Cơ cấu lái loại trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng:.......................................,........9

1.5 Các góc đặt bánh xe..............................................................................................,.........10

1.5.1 Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)..........................................................,.......11

1.5.2 Góc nghiêng dọc trụ đứng (Caster)....................................................................,.........12

1.5.3 Góc nghiêng trụ đứng (Kingpin)...............................................................................,....13

1.5.4 Độ chụm và độ mở (Góc doãng)........................................................................,..........14

1.5.5 Bán kính quay vòng (Góc bánh xe, bán kính quay vòng)....................................,.........16

1.6 Dẫn động lái.................................................................................................................,....17

1.7 Trợ lực lái....................................................................................................................,.....20

1.7.1 Tổng quan về trợ lực lái.......................................................................................,.........20

1.7.2 Kết cấu trợ lực lái...........................................................................................................21

1.7.3 Nguồn cung cấp.............................................................................................................23

1.7.4 Bộ phận sinh lực............................................................................................................24

1.7.5 Van phân phối................................................................................................................24

1.7.6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực...................................................26

CHƯƠNG 2 : LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.............................................................28

2.1 Các số liệu thiết kế............................................................................................................28

2.2 Chọn phương án thiết kế..................................................................................................28

2.3 Chọn phương án dẫn động lái..........................................................................................28

2.4 Chọn phương án cơ cấu lái..............................................................................................28

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI.........................................................31

3.1 Tính mô men cản quay vòng............................................................................................31

3.1.1 Mô men cản quay vòng M₁ gây nên do lực cản lăn......................................................31

3.2 Tỷ số truyền của hện thống lái ........................................................................................33

3.2.1 Tỷ số truyền của dẫn động lái i_d...................................................................................33

3.2.2 Xác định lực tác dụng tác động lớn nhất ở vành tay lái................................................34

3.3 Chọn phương án cường hóa lái......................................................................................34

3.4 Tính các thông số hình học của dẫn động lái..................................................................35

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

3.4.2 Xây dựng đường đặc tính lý thuyết..............................................................................38

3.4.3 Xây dượng đường đặc tính thực tế..............................................................................39

3.5 Kiểm tra các thông số hình học của cơ cấu lái................................................................41

3.5.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng..................................................................41

3.5.2 Xác định các thông số của bánh răng..........................................................................41

3.5.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng........................................................43

3.6 Tính bền cơ cấu lái bánh răng - thanh răng....................................................................44

3.6.1 Xác định lực tác dụng lên bánh răng - thanh răng.......................................................44

3.6.2 Kiểm tra vật liệu...........................................................................................................44

3.7 Tính trục lái.....................................................................................................................48

3.8 Tính bền đòn kéo ngang.................................................................................................50

3.9 Tính bền đòn bên hình thang lái.....................................................................................52

3.10 Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái......................................................................52

3.11 Tính bền khớp cầu (rotuyl)............................................................................................53

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ CƯỜNG HÓA LÁI........................................................................55

4.1 Yêu cầu và phương án chọn cường hóa........................................................................55

4.1.1 Các yêu cầu của cường hóa........................................................................................55

4.1.2 Chọn loại trợ lực..........................................................................................................55

4.2 Lựa chọn phương án bố trí cường hóa..........................................................................56

4.3 Chọn van phân phối........................................................................................................57

4.4. Tính toán cường hóa lái................................................................................................59

4.5 Xây dựng đặc tính cường hóa lái...................................................................................60

4.6 Tính toán xi lanh lực.......................................................................................................62

4.7 Xác định năng suất của bơm..........................................................................................64

4.8 Tính các chi tiết của van phân phối................................................................................66

4.8.1 Tính góc xoay của van quay........................................................................................66

4.8.2 Các thông số khác.......................................................................................................67

CHƯƠNG 5 : BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI..........................................71

5.1 Giới thiệu chung.............................................................................................................71

5.2 Những hư hỏng thưởng gặp..........................................................................................72

5.2.1 Độ rơ vô lăng lớn.........................................................................................................72

5.2.2 Đánh lái nặng..............................................................................................................72

5.2.3 Xe có xu hướng lệch lái...............................................................................................73

5.2.4 Lắc tay lái....................................................................................................................73

5.2.5 Sự nảy ngược của vô lăng..........................................................................................74

5.2.6 Cụm trục lái.................................................................................................................75

5.2.7 Tháo cơ cấu lái............................................................................................................77

KẾT LUẬN………………………………………………..…………......................…................75

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………….…..................................…76

LỜI CÁM ƠN

Em xin cảm ơn sâu sắc Giảng viên hướng dẫn Cô: ThS. ……………, người đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ và động viên em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Nhờ sự chỉ dẫn tận tình, kiến thức sâu rộng và những lời khuyên quý báu của cô đã, giúp em hoàn thành tốt đồ án của mình.

Em cũng xin cảm ơn Giảng viên hướng dẫn Cô: ThS. …………… đã dành nhiều thời gian, công sức giúp đỡ, định hướng cho em những lúc khó khăn nhất, tạo điều kiện tốt nhất để em có thể phát huy tối đa khả năng của mình.

Bên cạnh đó, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể các thầy cô trong Khoa Cơ Khí, những người đã truyền đạt kiến thức và luôn động viên tinh thần cho em trong suốt hành trình học tập.

Một lần nữa, em xin gửi lời cảm ơn đến Giảng viên hướng dẫn Cô: ThS. …………… và các thầy cô trong Khoa Cơ Khí đã giúp đỡ em hoàn than đồ án tốt nghiệp này.

Em xin chân thành cảm ơn!

                                                                                                                                                           Hà Nội, Ngày … tháng …  năm 20…

                                                                                                                                                         Tác giả ĐATN

                                                                                                                                                            ……………….

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về xe Toyota innova

Xe Toyota Innova là một dòng xe đa dụng hiện đại với tầm ảnh hường rất lớn trên thế giới. Ở Việt Nam, dòng xe này có rất nhiều phiên bản khác nhau như: innovaG, innovaJ, innovaV, innova E, với sự tùy chọn hộp số tự động hoặc số tay. Được biết đến là dòng xe dành cho gia đình với khả năng vận hành mạnh mẽ, tiết kiệm nhiên liệu và than thiện với môi trường.

Về thiết kế và hình dạng Toyota Innova có thiết kế hiện đại và lịch lãm, mang đến ấn tượng từ cái nhìn đầu tiên. Kiểu dáng xe kết hợp giữa sự sang trọng và tính thể thao cùng với nhiều trang bị hiện đại của dòng sedan. Xe với không gian linh hoạt đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau. Dòng xe Toyota Innova được trang bị hầu hết các tính năng an toàn chủ động, bị động với nhiều công nghệ, nhằm đảm bảo tính an toàn cho người dụng. Hình 2.1. thể hiện hình dáng bên ngoài xe Toyota Innova 2017.

1.2 Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.2.1 Công dụng của hệ thống lái

* 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 hệ thống lái theo đặc tính truyền lực:

- Hệ thống lái cơ khí

- Hệ thống lái có thể được trang bị trợ lực lái thủy lực, trợ lực khí nén hoặc kết hợp cả hai.

* Phân loại theo cách bố trí vành lái

- Bố trí vành lái bên trái (phù hợp với luật đi đường bên phải).

- Bố trí vành lái bên phải (phù hợp với luật đi đường bên trái)

1.2.2. Yêu cầu của hệ thống lái

Hệ thống lái là một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến tính an toàn và sự ổn định khi vận hành của ô tô. Vậy hệ thống lái cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Lực tác động lên vành lái nhẹ, và vị trí của vành lái được sắp sếp sao cho thuận tiện người với người dùng.

- Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô tức là xe có khả năng quay vòng nhanh chóng và chặt chẽ trong khoảng thời gian ngắn trên một diện tích nhỏ.

- Hệ thống trợ lực phải có tính chất tự động đảm bảo sự phối hợp chặt chẽ, giữa tác động của hệ thống lái, và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng.

1.3 Kết cấu của hệ thống lái

1.3.1 Vô lăng

Vô lăng được thiết kế dưới dạng vành tròn, có nhiệm vụ tiếp nhận lực của người lái và truyền mô-men vào hệ thống lái. Vô lăng phải thực hiện được chức năng hấp thụ năng lượng va chạm nhằm giảm thiếu thương vong cho người lái, nhưng không được gãy vỡ.

1.3.2. Trục lái

Trục lái có nhiệm vụ truyền mô-men lái xuống cơ cấu lái. Trục lái bao gồm có trục lái chính có khả năng chuyển động để truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái, và ống truc lái để cố định trục lái vào thân xe. Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp thụ va đập. Cơ cấu này có khả năng hấp thụ lực dọc trục tác động lên người lái trong trường hợp có va đập mạnh hoặc tai nạn xảy ra.

Trục lái thường được chia thành hai loại: Loại có thể thay đổi góc nghiêng và loại không thay đổi được góc nghiêng.

1.3.3. Cơ cấu lái

1.3.3.1. Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Tỷ số truyền của cơ cấu lái (i_c) là tỷ lệ giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng.

Tỷ số truyền cơ cấu lái có thể là cố định hoặc thay đổi. Quy luật thay đổi tỷ số truyền tối ưu nhất được minh họa trên giản đồ.

I_w= Tỷ lệ góc quay của vô lăng và góc quay của bánh xe dẫn hướng (đối vớ cơ cấu lái trục răng - thanh răng)

Phân tích đồ thị:

Với quy luật thay đổi như vậy, khi ô tô di chuyển trên đường thẳng với vận tốc cao, người lái chỉ cần đánh lái với các góc rất nhỏ xung quanh vị trí trung gian, do đó tỷ số truyền lớn giúp cho việc điều khiển ô tô nhẹ nhàng hơn. Ngoài ra tỷ số truyền lớn còn làm giảm lực va đập truyền ngược từ lên vô lăng.

1.3.3.3. Các yêu cầu của cơ cấu lái

Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều được đáp ứng bởi cơ cấu lái. Vì vậy cơ cấu lái cũng cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Cơ cấu lái có khả nawg quay cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.

- Cơ cấu lái có hiệu suất cao để giúp người lái nhẹ nhàng hơn, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ ở cơ cấu lái.

- Đảm bảo khả năng thay đổi tỷ số truyền khi cần thiết.

- Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái, dễ dàng và đơn giản.

1.4 Các dạng cơ cấu lái thông dụng

1.4.1. Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng:

Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng bao gồm một bánh răng đặt dưới trục lái chính, kết nối với thanh răng. Trục bánh răng được gắn trên các ổ bi, và để điều chỉnh các ổ này, một êcu lớn được sử dụng ép chặt ổ bi. Trên vỏ êcu có phớt che bụi, giúp đảm bảo trục răng quay mượt mà. Thanh răng có cấu tạo với răng nghiêng, phần răng cắt nằm ở giữa, trong khi phần còn lại có tiết diện tròn. Khi vô lăng quay, bánh răng sẽ quay và làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc trái trên hai bạc trượt. 

Cơ cấu lái được lắp trên vỏ xe để tạo ra góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng. Trục răng được đặt nghiêng theo chiều ngược lại với độ nghiêng của thanh răng, từ đó tăng cường sự ăn khớp của bộ truyền, giúp hoạt động êm ái và phù hợp với vị trí của vành lái trên xe.

1.4.2. Cơ cấu lái trục vít con lăn

Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng phổ biến nhất. Hầu hết các ô tô Liên Xô có tải trọng nhỏ và trung bình đều trang bị loại cơ cấu này.

Cơ cấu lái bao gồm một trục vít globoit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren), được lắp 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 là một, hai hoặc ba, tùy thuộc vào lực truyền qua cơ cấu.

1.4.3. Cơ cấu lái loại trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng:

Cơ cấu này bao gồm một trục vít với hai đầu được đỡ bằng ổ bi chặn. Trục vít và êcu có rãnh tròn chứa các viên bi lăn. Khi đến cuối rãnh, các viên bi sẽ quay trở lại vị trí ban đầu qua đường hồi bi.

Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi sẽ di chuyển dọc theo trục vít và dẫn đến chuyển động quay của bánh răng rẻ quạt. Trục của bánh răng rẻ quạt là trục của đòn quay đứng. Khi bánh răng rẻ quạt quay, làm cho đòn quay đứng cũng quay, từ đó qua các đòn dẫn động sẽ quay bánh xe dẫn hướng.

1.5 Các góc đặt bánh xe

1.5.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)

Góc nghiêng ngang được 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 được đo bằng độ. Khi bánh xe dẫn hướng nghiêng ra ngoài, góc này được gọi là "camber dương", còn nếu nghiêng vào trong thì gọi là "camber âm". Khi bánh xe không nghiêng góc camber sẽ bằng không (bánh xe ở vị trí thẳng đứng).

* Chức năng của góc Camber:

Trước đây, bánh xe thường được đặt với góc camber dương để cải thiện độ bền của cầu trước, giúp cho lốp được tiếp xúc vuông góc với mặt đường nhờ trọng lượng của xe. Điều này giúp ngăn ngừa sự mòn không đều của lốp, do phần giữa của lốp cao hơn hai mép.

Khi chuyển động trên đường vòng, dưới tác dụng của lực ly tâm, thân xe sẽ bị nghiêng theo hướng quay vòng. Các bánh xe bên ngoài nghiêng vào trong, trong khi các bánh xe bên trong lại nghiêng ra ngoài so với thân xe. Để các bánh xe lăn gần vuông góc với mặt đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, các xe có tốc độ cao và hệ treo độc lập thường điều chỉnh góc camber âm.

1.5.3. Góc nghiêng trụ đứng (Kingpin)

Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe. Góc kingpin hình thành bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang và phương thẳng đứng.

* Chức năng của góc Kingpin:

- Giảm lực đánh lái

- Giảm sự đẩy ngược và kéo lệch sang một phía

- Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng

1.5.5. Bán kính quay vòng (Góc bánh xe, bán kính quay vòng)

Khi vào đường cong, để tránh các bánh xe dẫn hướng không bị trượt, đường vuông góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm. Gọi là tâm quay tức thời của xe.

Để được góc lái chính xác cho bánh dẫn hướng bên phải và trái, các thanh dẫn động lái phải hoạt động một cách hiệu quả và đảm bảo an toàn bán kính quay vòng mong muốn.

1.6. Dẫn động lái

Dẫn động lái bao gồm các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của bánh xe. Do đó hệ thống này phải đảm bảo các chức năng sau:

- Truyền chuyển động từ cơ cấu lái, đến các bánh xe dẫn hướng

- Nhằm đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng không xảy ra hiện tượng trượt lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng.

- Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, bao gồm cầu trước, đòn kéo ngang và đòn kéo bên. Nhờ vào cấu trúc hình thang này, khi quay vô lăng một góc, các bánh xe dẫn hướng sẽ quay theo một góc nhất định.

Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu) phải quay theo các góc α, β khác nhau và quan hệ hình học được xác định theo biểu thức sau:                

Cotgα - cotg β = B₀/L

Trong đó:

L: là chiều dài cơ sở của xe

B₀: là khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng

α, β: là góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài và trong.

Có hai phương pháp bố trí dẫn động lái điển hình:

Đối với dầm cầu liền và hệ thống treo phụ thuộc vào hình thang lái Đantô

Dầm cầu đóng vai trò là một khâu cố định. Hai đòn bên dẫn động các bánh xe, trong khi đòn kéo ngang liên kết với các đòn bên qua các khớp cầu (Rotuyl lái). Các đòn bên sẽ quay quanh đường tâm trụ đứng, giúp điều chỉnh góc quay của bánh xe một các hiệu quả.

1.7 Trợ lực lái

1.7.1 Tổng quan về trợ lực lái

Lực cản quay vòng tỉ lệ thuận với trọng lượng xe lên cầu trước dẫn hướng, vì vậy xe có trọng tải lớn sẽ gặp lực cản quay vòng lớn hơn. Khi lực cản vượt quá giới hạn, người lái khó điều khiển vô lăng. Vì vậy, cần có bộ phận hỗ trợ, gọi là trợ lực lái.

Do trợ lực lái cần nguồn năng lượng, van điều khiển và bộ phận sinh lực với độ chính xác cao, nên chi phí sẽ cao và chỉ được sử dụng cho xe tải lớn. Nhưng nhờ vào tiến bộ công nghệ, nên chi phí đã giảm, và trợ lực lái hiện nay được áp dụng cả trên các dòng xe tải nhỏ và xe du lịch để tăng tính tiện lợi cho người dung.

Nguồn năng lượng dung để cung cấp cho trợ lực lái có thể chất lỏng áp suất cao, khí nén, hoặc điện…. Do đó chúng ta có các loại trợ lực lái sau đây:

- Trợ lực thuỷ lực: Sử dụng chất lỏng áp suất cao

- Trợ lực khí nén: Dựa vào khí nén để hỗ trợ

- Trợ lực lái điện: Sử dụng động cơ điện để tạo lực hỗ trợ

- Đảm bảo cảm giác an toàn cho người lái xe

+ Bộ cường hoá chỉ bắt đầu hoạt động khi lực tác dụng lên vô lăng đạt mức tối thiểu nhỏ nhất (khoảng 20N)

+ Lực trên vô lăng tỷ lệ thuận với lực cản vòng quay

Nhằm tăng tính thuận tiện, trung bình lực trên vô lăng khoảng 40 – 70 N và  lực cực đại khoảng 100 - 150N

1.7.3. Nguồn cung cấp

Nguồn cung cấp gồm bơm thủy lực, bình chứa dầu, van an toàn và ắc quy thủy lực. Bơm thủy lực thường dung là bơm cánh gạt, bơm bánh răng, áp suất chất lỏng đạt 0,4 - 0,6 MN/m².

1.7.5. Van phân phối

Van phân phối, còn gọi là van điều khiển, có nhiệm vụ điều khiển dòng chất lỏng đến xi lanh lực theo trạng thái quay vòng (sang trái, sang phải, hoặc đi thẳng). Một yêu cầu quan trọng của van phân phối là đảm bảo tính chép hình cho hệ thống lái, nghĩa là góc quay của bánh xe dẫn hướng phải tương ứng với góc quay của vô lăng, lực trên vô lăng phải tương đồng với lực cản khi quay vòng.

* Kiểu van xoay: Van điều khiển kiểu xoay trong cơ cấu lái quyết định hướng chảy  dầu từ bơm đến buồng bất kì nào. Trục van điều khiển (chịu mômen từ vô lăng) và trục răng được kết nối bằng một thanh xoắn. Van xoay và trục răng liên kết với nhau qua một chốt, nên chúng quay cùng nhau. Khi có áp suất dầu, thanh xoắn sẽ xoắn tối đa, sẽ làm cho trục van điều khiển tiếp xúc với vấu chặn trên trục răng, nhờ đó mô-men từ trục van sẽ truyền trực tiếp đến trục răng.

* Kiểu van trượt:

Van phân phối được lắp trên đòn kéo dọc 6. Phía đòn quay đứng, đòn kéo dọc được nối cứng với con trượt 11 (lõi van) và vỏ van 4. Khi xe chuyển động thẳng, con trượt nằm ở vị trí trung gian, chất lỏng đi từ bơm số 2 đi vào van phân phối, thoát ra đường hồi 10 đi về thùng chứa 1, hệ thống trợ lực không hoạt động.

1.7.6. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

Trợ lực lái là một thiết bị thủy lực, giúp giảm lực cần thiết để điều khiển vô lăng, bằng cách sử dụng công suất từ động cơ. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu áp suất cao, tác động lên piston trong xi lanh lực. Mức độ trợ lực còn phụ thuộc vào áp suất dầu tác dụng lên piston, để tăng trợ lực lái, cần phải tăng áp suất dầu.

* Vị trí trung gian: Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả dầu sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm. Vì áp suất dầu bên trái, phải từ piston là bằng nhau nên piston không chuyển động về hướng nào.

* Khi quay vòng: Khi trục lái chính quay, ví dụ sang phải, van điều khiển di chuyển và làm hẹp một cửa dầu trong khi mở rộng cửa khác. Điều này dẫn đến sự thay đổi lượng dầu vào các cửa, đồng thời tạo ra áp suất dầu. Sự chênh lệch áp suất trong hai khoang trái và phải của piston sẽ khiến cho piston dịch chuyển về phía có áp suất thấp. Dầu ở khoang áp suất thấp sẽ được đẩy qua van điều khiển trở lại bơm.

CHƯƠNG 2 : LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Các số liệu thiết kế

Các thông số cơ bản của xe Toyota Innova 2017 gồm:

* Các thông số cơ bản của xe về kích thước và trọng lượng:

Chiều rộng cơ sở: B = 1650 (mm)

Khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng: B₀= 1540 (mm)

Chiều dài cơ sở của xe: L= 2750 (mm)

Chiều dài toàn bộ xe: L₀= 4735 (mm)

Trọng lượng không tải: G₀= 17020 (N)

Trọng lượng toàn tải: G= 23140 (N)

Trọng lượng tác dụng lên cầu trước dẫn hướng: G₁= 11772 (N)

Trọng lượng tác dụng lên một bánh dẫn hướng: G_bx= 5886 (N)

Ký hiệu lốp: 205/65R16

* Thông số hệ thống lái:

Chiều dài đòn bên hình thang lái:                 m = 180 (mm)

Khoảng cách giữa đòn ngang và trụ trước:   y = 188 (mm)

Chiều dài thanh nối bên hình thang lái:        p = 280 (mm)

2.2 Chọn phương án thiết kế

Đặc điểm xe ô tô con 7 chỗ (cụ thể xe Toyota Innova 2017):

- Xe tải trọng thấp.

- Vận hành trên mặt đường tốt, điều kiện thuận lợi.

2.3 Chọn phương án dẫn động lái

Dẫn động lái bao gồm, tất cả các cơ cấu truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay, của các bánh xe dẫn hướng.

Phần tử chính của dẫn động lái là hình thang lái. Trên ô tô với hệ thống treo trước độc lập, cơ cấu lái trục răng thanh răng, thanh răng có thể đồng thời vừa thực hiện chức năng của thanh lái ngang.

2.4 Chọn phương án cơ cấu lái

Hiện nay, xe chủ yếu sử dụng hai loại cơ cấu lái: loại trục răng - thanh răng và bi tuần hoàn. Cơ cấu trục răng - thanh răng thường mang lại phản hồi tốt và độ chính xác cao, trong khi cơ cấu bi tuần hoàn cung cấp khả năng bền bỉ và mượt mà trong việc điều khiển. Cả hai loại đều có ưu điểm riêng, tùy thuộc vào thiết kế và yêu cầu sử dụng của từng loại xe.

* Cơ cấu lái trục răng - thanh răng có những ưu điểm sau:

- Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Vì 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 sự truyền mômen rất tốt nên tay lái nhẹ.

Kết luận: Dựa vào điều kiện làm việc của ô tô, ta sẽ chọn được phương án cơ cấu lái là loại trục vít thanh răng.

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

3.1 Tính mô men cản quay vòng

Mô-men cản quay vòng, ở các bánh xe dẫn hướng được xác định khi xe quay vòng và chở đủ tải. Mô men này được tính toán khi xuất hiện lực cản lăn ở hai bánh xe ngược chiều nhau, có một bên Y, mô men ổn đinh của bánh xe dẫn hướng. Như vậy mô-men cản quay vòng trên một bánh xe dẫn hướng M_c sẽ bằng tổng số của mô men cản lăn M₁, mô-men ma sát giữa bánh xe và mặt đường M₂, mô-men ổn định M₃ gây ra bởi các góc đặt của các bánh xe và trụ đứng.

M_c=M₁+ M₂ + M₃                                                    (2.1)

3.1.1 Mô men cản quay vòng M₁ gây nên do lực cản lăn

* Mô men cản quay vòng M₁:

M₁ được tính theo công thức: 

M₁= G_bx.f.a                                                       (2.2)

Trong đó:

G_bx : là trọng lượng tác dụng lên một bánh dẫn hướng, G_bx =5886 (N)

a: là cánh tay đòn của P_f quay xung quanh trụ đứng. Với xe thiết kế ta đo được a= 45 (mm) = 0,045(m)

f: là hệ số cản lăn xét trong trường hợp ô tô chạy trên đường nhựa và khô f = 0,02

Giá trị χ theo kinh nghiệm 1,07 - 1,15. Chọn χ = 1,1

η_i = 0,5 - 0,7 hiệu suất tính đến tổn hao ma sát, chọn =0,7

Thay số vào (2.8) ta được: M_c= 897 (N.m)

3.2 Tỷ số truyền của hện thống lái

3.2.1. Tỷ số truyền của dẫn động lái i_d

Tỷ số truyền dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn:i_d = 0,85 - 1,1

=>Ta chọn sơ bộ i_d = 1 (cho cầu dẫn hướng)

3.2.2 Tỷ số truyền của cơ cấu lái i_c

Ta có: i = 15,75

Ta lấy sơ bộ tỷ số truyền của hệ thống lái i=16.

Do đó tỷ số truyền của dẫn động lái i_d=1 nên tỷ số truyền của cơ lái i_c= 16

3.2.3. Xác định lực tác dụng tác động lớn nhất ở vành tay lái

Mc : là mô men cản quay vòng Mc = 897 (Nm).

P_max : là lực tác dụng lớn nhất lên vành lái.

I_l : là tỷ số truyền của hệ thống lái.

R : là bán kính vành lái, R=190 (mm)

Thay số vào ta được: P_vmax = 369 (N)

Với P_vl 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.

3.3. Chọn phương án cường hóa lái

Với thực tế và những vấn đề về cường hóa lái đã được giới thiệu ở phần trước, ta chọn phương án thiết kế cường hóa như sau:

- Phương án cường hóa lái là cường hóa thủy lực

- Chọn bơm là bơm cánh gạt.

- Phương án bố trí là sơ đồ 4: Bố trí trợ cùng với đòn kéo ngang.

- Chọn van điều khiển là loại xoay

* Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái:

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. Khi lực đặt vào vành tay lái đến một giá trị xác định ( được tính trước ), khi đó cường hóa lái bắt đầu làm việc và tác dụng lực làm quay các bánh xe dẫn hướng.

3.4 Tính các thông số hình học của dẫn động lái

3.4.1 Tính động học hình thang lái

Nhiệm vụ của tính động học dẫn động lái là xác định các thông số tối ưu của hình thang lái nhằm đảm bảo tính động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng, một cách chính xác nhất, đồng thời phải đảm bảo động học đúng của đòn quay đứng khi có sự biến dạng của bộ phận đàn hồi hệ thống treo, chọn các thông số cần thiết của hệ thống dẫn động lái.

α : là góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài

β : là góc quay của bánh xe dẫn hướng trong

L : là chiều dài cơ sở xe

B₀ : là khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng

* Trường hợp xe đi thẳng:

Các đòn bên tạo với phương ngang một góc θ. Khi ô tô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau, hình thang lái đan tô không hoàn toàn thỏa mãn được quan hệ giữa các góc α và β bán kính như công thức trên.

Tuy nhiên có thể chọn một kết cấu hình thang lái sai số lệch với quan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép, không lớn hơn 1^o.

* Trường hợp xe quay vòng:

3.4.3 Xây dượng đường đặc tính thực tế

Để xây dựng được đường cong đặc tính hình thang lái thực tế, ta phải xây dựng 9 đường cong biểu thị hàm số α=(θ,β). 

θ = 76⁰: là góc tạo bởi đòn bên hình thang lái và phương ngang

m = 180 (mm): là chiều dài đòn bên hình thang lái

y = 188 (mm): là khoảng cách giữa đòn ngang với trục trước trong hình thang lái

p = 280 (mm): là chiều dài thanh nối bên hình thang lái

Cho lần lượt θ=74⁰,75⁰,76⁰,77⁰,78⁰ ta có được bảng số liệu dưới.

Trong đó: Δα_li = α_li - α_l0

=> Ta thấy có θ = 75⁰ thì |Δα| ≤1⁰

Với θ = 75⁰ thì ta được đường cong thực tế gần với đường cong lý thuyết nhất, thỏa mãn điều kiện về sai lệch giữa lý thuyết và thực tế.

Với θ = 75⁰ ứng với góc quay vòng lớn nhất bánh xe dẫn hướng là β_max= 40⁰ và α_max= 27,7⁰

Độ dài thanh kéo ngang: X = 887 (mm)

3.5 Kiểm tra các thông số hình học của cơ cấu lái

Sơ đồ dẫn động lái, khi bánh xe dẫn hướng quay được một góc β_max=40⁰ thanh răng dịch chuyển đoạn X₁

Thay m=180, p=280, y=188, θ=75⁰ và β=40⁰

=> Ta tính được X₁=87,86(mm)

Do thanh răng quay về cả 2 bên nên chiều dài làm việc thanh răng L>2.X₁=175,72 (mm)

Do đó ta chọn chiều dài làm việc của thanh răng là L=195 (mm), để đảm bảo khi xe quay vòng hết thì thanh răng sẽ không bị chạm.

3.5.1 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 = 7,85 (mm).

3.5.2 Xác định các thông số của bánh răng

M_n: là mô đun pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn m_n= 2.5

β : là góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ β = 12⁰

Ta có số răng của bánh răng là: Z = 6,14. Chọn số răng Z=6

Tính lại góc nghiêng ta có:

Số răng tối thiểu: Z_min = 14,87 

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

- Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy α = 20⁰

- Đường kính cơ sở của bánh răng D₀ = 14,75 (mm)

- Chiều cao răng: h = 5,63 (mm).

- Chiều dày của răng trên vòng chia: S = 5,1 (mm).

3.5.2 Xác định kích thước và thông số của thanh răng

[τ_x]: là ứng suất tiếp xúc cho phép tại tiết diện nguy hiểm nhất, lấy

M_x : là mô men xoắn gây lên sự nguy hiểm ở thanh răng, bằng mô men cản quay vòng ở bánh xe: M_x=M_c=897(Nm)

Thay các thông số vào ta được: d = 23,24 (mm)

=> Chọn: d= 26 (mm)

Chiều dài đoạn làm việc của thanh răng L= 195 (mm)

Đường kính vòng chia của thanh răng: D_c = 26(mm)

Đường kính vòng đỉnh của thanh răng: D = 26(mm)

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

3.6.1 Xác định lực tác dụng lên bánh răng - thanh răng

- Lực vòng cực đại tác dụng lên bánh răng: P_v = 636 (N)

- Lực dọc lớn nhất tác dụng lên bánh răng: P_a = 1937 (N)

3.6.2 Kiểm tra vật liệu

Trong quá trình sử dụng, thanh răng và bánh răng phải chịu ứng suất uốn, ứng suất tiếp xúc và tải trọng va đập từ mặt đường, dẫn đến hiện tượng rạn nứt chân răng. Điều này ảnh hưởng đến độ bền và độ tin cậy của cơ cấu lái. Nhằm đảm bảo các yêu cầu làm việc của cơ cấu lái, vật liệu chế tạo thanh răng và bánh răng thường được dùng là thép 40X tôi cải thiện.

Có:

[σ_ch]= 550 (Mpa)

[σ_b]= 850(Mpa)

HB= 260 - 290

- Giới hạn bền tiếp xúc của bánh răng: σ = 590 (N).

- Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng:

S_H: là hệ số an toàn, lấy S_H =1,1

Z_R:là hệ số ảnh hưởng của bãi bồi, Z_R=0,95

Z_V: là hệ số xét nghiệm ảnh hưởng của vòng đua tốc độ, Z_V=1,1

K_XH: là hệ số xét nghiệm ảnh hưởng của kích thước bánh răng, K_XH=1

K_F: là hệ số xét ảnh hưởng của độ bôi trơn, K_F=1

Thay các thông số ta được: [σ_H] = 560,5 (MPa).

- Ứng suất uốn cho phép:

Y_S; K_xF: là hệ số: Y_S=1, K_xF=1

S_F: là hệ số an toàn, lấy S_F=1,7

Y_S: là hệ số xét tới ảnh hưởng của mô đun với m=2,5 => Ta chọn Y_s= 1,03

=>Thay số được: [σ_F] = 198,48 (MPa).

* Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

Với:  Y_F1,Y_F2 : là hệ số dạng răng.

Ta có:  Z_td1= 6,68 ; Z_td2 = 2,516

Chọn: Z_td1=7 => Y_F1= 3,2

Chọn: Z_td2= =>Y_F2= 3,3

Thay các thông số đã có vào công thức ta được:

σ_F1 = 112,59 (MPa)

σ_F2 = 116 (MPa) => σ_F1 < σ_F2 < [σ_F] = 198 (Mpa)

Kết luận: Như vậy điều kiện được thỏa mãn, bộ truyền bánh răng - thanh răng phải đảm bảo đủ bền trong quá trình làm việc lâu dài.

3.7 Tính trục lái

Trục lái được làm bằng thép rỗng được tính theo ứng suất xoắn do lực tác dụng trên vành tay lái.        

P_lmax: là lực lái lớn nhất tác dụng lên vô lăng P_lmax=369 (N)

D, d : là đường kính trong và đường kính ngoài của trục lái

R: là bán kính vành tay lái R =190 (mm)

Chọn vật liệu chế tạo trục lái là thép C40 không nhiệt luyện, phôi được sử dụng là phôi thép ống, ứng suất tiếp xúc cho phép  

Chọn sơ bộ kích thước của trục lái là : D=30(mm), d=20(mm)

Thay những thông số trên vào công thức (2.34) ta được:  τ  = 18,85 (MN/m²)

=> τ ≤ [τ], vậy thỏa mãn điều kiện cho phép.

Vậy ta chọn kích thước sơ bộ là kích thước thiết kế.

Với truc lái xe thiết kế, dựa trên số liệu thực ta chọn được chiều dài của trục lái: L=1000(mm)

Ta sẽ tính toán trục lái theo độ cứng vững (góc xoắn trục) :

L: là chiều dài của trục lái (mm)

 G: là mô đun đàn hồi dịch chuyển (G=8.10⁴ MN/m²)

θ_max : là đổi ra không được vượt quá (5,5⁰÷7,5⁰)/1m

Thay số vào ta được: θ = 0,016

Suy ra: θ = 0,92⁰ /1m

Thỏa mãn tiêu chuẩn thiết kế. Vậy ta chọn trục lái rỗng, có chiều dài l(m)

3.8 Tính bền đòn kéo ngang

Trong quá trình sử dụng, đòn kéo ngang chỉ chịu kéo nén theo phương dọc trục. Như vậy khi tính bền ta chỉ cần kéo, nén và lực tác dụng từ bánh xe. Tính bền đòn kéo gang theo chế độ cực đại.

G₁=11772 (N): là tải trọng đặt lên cầu trước dẫn hướng trong trạng thái tĩnh.

+m_1p=1,4: là hệ số phân bố lại trọng lượng lên cầu trước khi phanh.

: là hệ số bám giữa lốp và mặt đường.

Thay vào biểu thức ta được:  P_max = 10049 (N)

Ứng suất nén dọc của thanh ngang liên kết:

P=Q₁=4331,16 (N): là lực tác dụng theo phương của đòn ngang.

Đòn kéo ngang được chế tạo bằng thép ống 40X, có đường kính ngoài và trong lần lượt là: D=20mm, d=5mm

Với hệ số dự trữ bền ổn định n=1,5, ta có:  s_b = 56,67 (MN/m²)

Thay số vào ta được: s_n = 14,34 (MN/m²)

Ta có σ_n ˂ [σ_b]

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

3.8 Tính bền đòn bên hình thang lái

Nhằm bảo đảm sự an toàn và tính ổn định trong quá trình vận hành, đòn bên được làm bằng thép 40Cr. Đòn bên của dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn.

Do vậy ta tính bền theo điều kiện uốn: M_u = 783900 (N.mm)

Với: b=35 (mm); h=25 (mm)

Theo tài liệu chuyên ngành ta lấy hệ số an toàn n=1,5 và với thép 40cr thì ta có:  [σ_u] = 570 (N/mm²)

Vậy σ_u =215 (N/mm²) ˂[σ_u] =570 (N/mm²), thỏa mãn điều kiện bền uốn.

3.10 Tính bền khớp cầu (rotuyl)

Vật liệu chế tạo khớp cầu là thép 40CrNi có cơ tính: [σ]=20(N/mm²) và [τ_c] = 70(N/mm²)

Khi khớp cầu sử dụng ở chế độ tải trọng động và chịu va đập, khớp cầu phải được kiểm tra độ bền theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc, độ bền cắt tại vị trí có tiết diện nguy hiểm.

* Kiểm tra bền khớp cầu

Như phần tính kiểm bền thanh kéo ngang lực tác dụng lên khớp cầu cũng chính là lực phanh cực đại: P_max= Q = 14009 (N)

F: là diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rotuyn. Trên thực tế, diện tích làm việc chiếm khoảng 2/3 diện tích khớp cầu, vì vậy mặt chịu lực tiếp xúc chiếm 1/3 bề mặt khớp cầu.

Ta có:  F = 4700 (mm²)

Với:  D:  là đường kính khớp cầu, D=300mm.

Hệ số an toàn: n = 6,71

Như vậy khớp cầu phải thỏa mãn điều kiện chèn dập tại bề mặt làm việc.

* Kiểm tra khớp cầu theo điều kiện cắt

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

- Ứng suất cắt : τ_c = 66,61 (N/mm²)

F_c: là tiết diện của rotuyn tại vị trí có tiết diện nguy hiểm nhất. F_c= 3,14 (mm²)

Với d=20mm: là đường kính chỗ cắt của rotuyn.

Hệ số an toàn: n = 1,06

Kất luận: Khớp cầu cần thỏa mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ CƯỜNG HÓA LÁI

4.1 Yêu cầu và phương án chọn cường hóa

4.1.1 Các yêu cầu của cường hóa

Nếu hệ thống trợ lực lái gặp trục trặc, hệ thống lái vẫn sẽ hoạt động. Ngay cả khi sự cố khiến dầu không được bơm đến cơ cấu lái, người lái vẫn có khả năng điều khiển xe.

Đảm bảo lực lái thích hợp: Công dụng chính của trợ lực là giảm lực đánh lái, mức độ giảm lực phải phù hợp với điều kiện chuyển động của xe. Nói chung, lực lái cần lớn khi xe đứng yên hoặc chạy chậm, ở tốc độ trung bình thì lực lái cần nhỏ hơn, và lực lái giảm dần khi tốc độ tăng. Khi xe chạy ở tốc độ cao, chỉ cần lực lái nhỏ do ma sát giữa bánh xe và mặt đường giảm. Nói cách khác, phải đạt được lực lái phù hợp ở mọi dải tốc độ, đồng thời "cảm giác đường" phải được truyền tới người lái.

4.1.2 Chọn loại trợ lực

Với dòng xe Toyota Innova 2017 là dòng xe 7 chỗ ta dung trợ lực thủy lực với các ưu điểm sau:

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

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

- Giảm được va đập trong truyền dẫn thủy lực do mặt đường không bằng phẳng nên giúp người lái giảm mệt mỏi

- Hiệu suất làm việc bộ trợ lực thủy lực cao và hiệu quả tác dụng lớn.

4.2 Lựa chọn phương án bố trí cường hóa

Hệ thống trợ lực lái là hệ thống tự điều khiển, gồm nguồn năng lượng, van phân phối và xi lanh lực. Tùy theo cách sắp xếp các bộ phận này, có thể phân chia thành các phương án sau.

- Trợ lực lái bố trí cùng đòn kéo ngang

- Van phân phối, xilanh lực đặt thành cụm tách biệt với cơ cấu lái

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

- Van phân phối, xilanh lực và cơ cấu lái tách riêng biệt với nhau

4.3 Chọn van phân phối

Van phân phối có hai loại phổ biến: van trượt và van xoay. Van trượt có kết cấu phức tạp, trong khi van xoay lại có kết cấu gọn gàng và không có độ dịch chuyển dọc, rất thích hợp cho cơ cấu lái của xe thiết kế.

* Nguyên lý làm việc của van xoay:

- Van này có hai loại lỗ chính: một lỗ trung gian (khi xe đi thẳng) và một lỗ cao để hồi dầu. Van bên trong rỗng. Thanh xoắn được cố định trong van. Van ống trong và thanh xoắn được kết nối với trục răng bằng chốt có đường kính 4mm. Đầu còn lại của thanh xoắn được gắn chặt vào van ống trong cũng bằng chốt 4mm. Mặt ngoài của van ống trong có rãnh ê-líp để dẫn dầu đến cơ cấu cường hóa.

Khi xe đi thẳng, ba lỗ trung gian trùng nhau. Dầu từ bơm đi qua lỗ trung gian vào van ống trong và sau đó qua cửa hồi về bình chứa. Cả buồng trái và buồng phải của xi lanh đều bị nén nhẹ, nhưng không có sự chênh lệch áp suất giữa chúng, do đó không có trợ lực lái.

Khi đang đánh lái mà giữ nguyên vành lái, thanh xoắn vẫn đang bị xoắn, dầu trợ lực tiếp tục trợ lực cho một buồng (trái hoặc phải) của xi lanh lực, tùy theo hướng quay vòng. Do giữ nguyên vành lái nên thanh răng đứng yên. Kết quả là trục vít quay ngược chiều, làm cho thanh xoắn trở về vị trí trung gian như khi xe đi thẳng. Khi người lái tiếp tục đánh lái, quá trình này lại diễn ra như khi xe quay vòng về một phía đã được trình bày ở trên.

4.4. Tính toán cường hóa lái

Công tiêu hao của người lái để quay vành tay lái

φ_t: là góc quay của trục lái từ vị trí giữa đến mép ngoài cùng, φ_t =640⁰

R_V và P_v: là bán kính vành tay lái và lực trung bình đặt vào vành tay lái R_v=0.19 m và ta chọn P_v =40

Thay số vào ta được: A_tb = 85 (Nm)

Mặt khác đối với xe du lịch công trình giới hạn [A_tb] =100 Nm

- Mô men cản quay vòng được truyền từ mặt đường:

i_c: là tỷ số truyền của cơ cấu lái i_c=16

η_c: là hiệu suất thuận của cơ cấu lái η_c =0,8

Vậy M_c1 = 97 Nm

- Mô men cản quay vòng được thu nhận bởi xi lanh (Ứng với góc quay của bánh xe là 40⁰): (Nm) M_cx = 800 Nm

* 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. Với xe thiết kế, chúng ta chọn Po = 30N. 

M_z: là mô men cản khi trục lái dịch chuyển, giá trị này rất nhỏ , lấy M_z

M_Q: : là mô men cần thiết để thanh xoắn tới bị trí bắt dầu trợ lực

η_o: là hiệu suất từ vành tay lái tới van xoắn, chọn η_o=1

i_o: là tỷ số truyền từ vành lái tới van, chọn i_o=1

Thay số: M₀ = 5,7 N.m

Như vậy mô men đặt lên vành tay lái để trợ lực bắt đầu làm việc là 5,7Nm

* Chỉ số hiệu quả tác dụng: là tỷ số giữa lực đặt vào vành tay lái khi không có trợ lực và khi có trợ lực: H = 2,30

Với: P_v=160 (N) : là lực lớn nhất đặt vào vành khi có trợ lực

Chỉ số H thường lấy < 4. Do đó H = 2,30 là hợp lý

4.5 Xây dựng đặc tính cường hóa lái

Theo giáo trình thiết kế tính toán ô tô, đặc tính của cường hóa chỉ rõ các đặc trưng của quá trình làm việc của bộ cường hóa trong hệ thống lái. Biểu thị mối liên hệ giữa lực mà người lái đặt lên vành tay lái và mô-men cản quay vòng của các bánh dẫn hướng.

Khi hệ thống lái được trang bị cường hóa, đường đặc tính vẫn biểu thị mối quan hệ bậc nhất giữa lực tác dụng lên vành tay lái và mô-men cản quay vòng của bánh dẫn hướng.

Khi van quay của van phân phối ở vị trí trung gian thì lực cường hóa quy dẫn lên vành tay lái P_c = 0 nên mô men cản quay vòng M_c = 0.

Do bộ cường hóa được thiết kế với thanh xoắn ở giữa, nên khi những va đập từ mặt đường truyền ngược lên vành tay lái, nếu lực đó nằm trong giới hạn lực xoắn sơ bộ của thanh xoắn thì lực này sẽ được truyền lên vành tay lái. Nếu lực ngược này vượt qua giới hạn đó, thanh xoắn sẽ bị xoắn thêm, dẫn đến thân van phân phối lệch về một phía và bộ cường hóa bắt đầu hoạt động. Để bộ cường hóa hoạt động, lực đặt lên vành tay lái phải lớn hơn 30 (N). Trong trường hợp này, đặc tính biểu thị sẽ trùng với đặc tính khi chưa có bộ cường hóa.

Ta thấy rằng:

- Đặc tính khi chưa có cường hóa là đường bậc một đoạn OB

- Đặc tính khi có cường hóa lái là đường bậc một gãy khúc và nhỏ hơn đường đặc tính chưa có cường hóa.

- Đoạn OA: P_l = P_c = f (Mc), lực do người lái hoàn toàn đảm nhiệm.

- Đoạn AC: P_c = f(Mc). Biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt đường, điểm C, chọn P_c = 160 (N).

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

4.7 Xác định năng suất của bơm

Năng suất của bơm được xác định dựa trên khả năng xi lanh lực của cường hóa phải làm quay bánh xe dẫn hướng nhanh hơn so với người lái. Nếu điều kiện này không được đảm bảo, người lái sẽ phải tiêu hao một lực lớn trong các tình huống quay vòng nhanh. Bởi vì người lái không chỉ phải thắng lực cản quay vòng ở bánh xe dẫn hướng mà còn phải đẩy dầu từ phần này sang phần kia của xi lanh lực.

Q_b : là lưu lượng định mức của bơm

η_b: là hiệu suất thể tích của bơm đối với bơm cánh gạt, η_b=0,75 - 0,85

Ta chọn η_b= 0,8

δ: là hệ số, , chọn δ = 0,08

v: là vận tốc chuyển động động của piston (m/s)

Tốc độ quay vòng (v/p) max có thể đặt được của người lái theo số liệu tham khảo nv = 60 (v/p). Khi quay đó 1,5 vòng thì mất 1,5 s, và thanh răng dịch chuyển là:  

S = X1 = 87,86 (mm).

Thực tế, lưu lượng bơm còn phải lớn hơn để có thể bù vào sự rỏ rỉ của van phân phối. Lưu lượng rò rỉ là:

Từ đó ta chọn bơm cường hóa:

- Bơm cánh gạt kép có kết cấu nhỏ, hiệu suất từ 0.7 - 0.8 áp suất có thể đạt 100at, lưu lượng từ 5 - 100 ( l/p)

- Lưu lượng bơm: Q_b= 6(l/p)

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

- Hiệu suất bơm: η_b= 0,78

- Hiệu suất toàn phần: η = 0,6

- Hiệu suất cơ khí: η_ck= 0,8

Các bộ phận của bơm gồm có: cụm bơm tạo áp suất, cụm van điều tiết, van an toàn và lưu lượng, các cụm vỏ và lắp, cốc đựng dầu đặt riêng rẽ với bơm, được nối với bơm bằng ống dẫn dầu.

4.8 Tính các chi tiết của van phân phối

4.8.1 Tính góc xoay của van quay

Δ^’: là khe hở giữa mép van ống trong và van ống ngoài

Q_b: là lưu lượng dầu cung cấp cho bộ đường cường hóa làm việc,

d: là đường kính thanh răng, d= 26 (mm)

g: là gia tốc trọng trường, g= 10 (m/s²) = 1000 (cm/s²)

Δ_p: là tổn thất áp suất ở hành trình không tải,Δ_p= 37 (N/cm³)

γ_d: là trọng lượng riêng của dầu γ_d= 0,09 (N/cm³)

ψ : là tổn thất cục bộ, ψ = 3,1

Thay số:  Δ^’ = 0,06 (cm)

Vậy hành trình toàn bộ van xoay xê dịch về một phía: Δ^’ + Δ^''= 0,9 (cm)

4.8.2 Các thông số khác

ϕ₀ : là góc xoắn không tải (tính từ thời điểm bắt đầu tác động của cường hóa)

Δ^’: là hành trình van xoay tới lúc bắt đầu che kín rãnh thoát dầu =0,8mm

R_vl: là bán kính vành lái, R_vl = 190 (mm)

i: là tỷ số truyền lực tới vành tay lái, và i được tính: i = 17

Thay số:  φ_o = 4⁰

* Tính toán thanh xoắn:

Khi đó ta chọn vật liệu chế tạo thanh xoắn là thép lò xo có mô đun đàn hồi G = 8.104 (N/mm).

Nên phải tính đường kính, của thanh xoắn sao cho khi bắt đầu trợ lực, ứng với lực đặt lên vành tay lái là Pvl = 30N thì thanh xoắn phải xoắn là  0,045rad.

Chiều dài của thanh xoắn L=100(mm)

Vậy D = 6,31 (mm).

Thanh xoán được sử dụng trên xe Toyota Innova 2017 thể hiện như hình 4.6.

* Tính mối ghép than hoa:

- Về độ bền dập:

T: là  mô men xoắn trên trục T = 5700 Nmm ( mô men làm thanh xoắn bắt đầu bị xoắn).

z: là số răng, z = 6.

d_tb: là đường kính trung bình mối ghép, d_tb = 14,5 (mm).

h: là chiều cao làm việc của răng, h = 0,9 (mm).

Thay số ta được: δ_d= 9,1 (N/mm²)

Với:

K_s: là hệ số tập trung tải trọng, K_s = 1,1 – 1,6, chọ K_s = 1,2.

K_s: là hệ số: Kr = 1,6 - 3, chọn Kr = 1,8.

K_l: là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng, K_l = 1 – 4, chọn K_l = 1,2.

Ta có:  δ_d= 11,2 (N/mm²)

Then thỏa mãn độ bền dập: σ_d ≤ [σ_d]

- Về độ bền mòn:

[σ_mq]: là ứng suất quy ước cho phép khi tính về mòn ứng với số chu kì làm việc cơ sở và tải trọng tĩnh, tra trong bảng 9.10,[4], K_c=0,63

K_N: là hệ số tuổi thọ, và được tính: K_N = 0,81

Với: N= 60nL_h => n=60 (vòng/phút), L_h=15000h là tống số giờ làm việc của mối ghép

Kr’: là hệ số kể tới sự phân bố không đều tải trọng cho các răng và sự trượt khác nhau trên bề mặt làm việc khi trục quay, Kr’ = 1,1 – 4,5. chon Kr’ = 4.

K_l: là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng, K_l = 1 – 4, chọn K_l = 3

K_b: là hệ số kể đến điều kiện bôi trơn mối ghép (bôi trơn trung bình), K_b=1

=> Thay số được: σ_m = 24,5

Kết luận: Đảm bảo bền mỏi σ_m ≤ [σ_m]

CHƯƠNG 5 : BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI

5.1 Giới thiệu chung

Hệ thống lái là một trong những bộ phận quan trọng giúp người lái có thể kiểm soát hướng di chuyển của xe. Hệ thống lái đảm bảo xe chạy ổn định, dễ dàng điều khiển và phản ứng nhanh trong các tình huống khẩn cấp.

Quy trình cơ bản gồm các bước sau:

- Bước 1: Tiếp nhận xe và thông tin khách hang

- Bước 2: Kiếm tra đánh giá tình trạng xe

- Bước 3: Cố vấn dịch vụ báo tình trạng xe và hạng mục cần sửa chữa

- Bước 4: Khách hàng chốt các hạng mục cần sửa chữa với cố vấn

- Bước 5: Kỹ thuật viên tiếp nhận thông tin từ cố vấn dịch vụ

- Bước 6: Các kỹ thuật viên tiến hành sửa chữa

- Bước 7: Kiểm tra lại các hạng mục sửa chữa và đánh giá

- Bước 8: Thanh toán và bàn giao xe cho khách hang

- Bước 9: Tiếp nhận phản hồi của khách hàng đánh giá tổng quan về chất lượng dịch vụ

5.2 Những hư hỏng thưởng gặp

5.2.1 Độ rơ vô lăng lớn

* Biểu hiện: Khi quay vô lăng bị lỏng:

* Nguyên nhân:

- Vô lăng chưa bắt chặt với trục chính

- Trục tay lái bị lỏng

- Ổ bi trục chính lỏng

* Hậu quả: Làm cho người lái khó kiểm soát xe, tang nguy cơ tai nạn. Làm cho các lốp mòn không đều , tang mức thiêu thụ nhiên liệu. Gây hư hỏng cho các bộ phận khác.

* Cách khắc phục:

- Xiết chặt lại các chi tiết

- Thay thế các chi tiết cần thiết

5.2.3. Xe có xu hướng lệch lái

* Biểu hiện: xe có xu hướng chạy sang một bên, trong khi người lái đang cố gắng cho xe chạy theo đường thẳng. Hiện tượng này giống như khi có sự chênh lệch lớn về sức cản lăn giữa bánh trái và bánh phải hay mô men tác dụng quanh trục xoay đứng trái và phải

* Nguyên nhân:

- Kích cỡ lốp khác nhau

- Ma sát quá lớn gây mòn ổ bi hay chốt xoay.

- Kiểm tra giảm chấn

5.2.3. Xe có xu hướng lệch lái

* Biểu hiện: xe có xu hướng chạy sang một bên, trong khi người lái đang cố gắng cho xe chạy theo đường thẳng. Hiện tượng này giống như khi có sự chênh lệch lớn về sức cản lăn giữa bánh trái và bánh phải hay mô men tác dụng quanh trục xoay đứng trái và phải

* Nguyên nhân:

- Kích cỡ lốp khác nhau

- Ma sát quá lớn gây mòn ổ bi hay chốt xoay.

- Kiểm tra giảm chấn

5.2.5. Sự nảy ngược của vô lăng

* Biểu hiện: Sự nẩy ngược của vô lăng là hiện tượng vô lăng bị giật mạnh do bánh trước va phải chướng ngại vật trên đường. Một chút nẩy ngược là bình thường, nhưng nếu vô lăng bị giật quá mạnh thì cần phải kiểm tra và xem xét kỹ lưỡng.

* Nguyên nhân:

- Áp suất lốp không đều

- Khớp dầu chốt xoay bị mòn

- Giảm chấn bị hỏng

5.2.7. Tháo cơ cấu lái

Quy trình tháo cơ cấu lái như bảng 5.2.

KẾT LUẬN CHUNG

Sau thời gian tìm hiểu và nghiên cứu thực hiện đồ án. Dưới sự hướng dẫn tận tình của Cô: ThS…………….. cùng với kiến thức đã trau dồi được trên ghế nhà trường.

Do hạn chế về mặt thời gian cũng như kiến thức, nhưng với sự nỗ lực của bản thân đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp “Tính toán thiết kế hệ thống lái trợ lực thủy lực trên xe TOYOTA Innova 2017”.

Từ những kết quả sau quá trình nghiên cứu và tính toán của mình đồ án của em đã đạt được kết quả:

- Tính toán thiết kế và kiểm nghiệm được hệ thống lái trợ lực thủy lực từ đó xác định được khả năng làm việc và những hư hỏng thường gặp của hệ thống lái trên xe để có các biện pháp khắc phục, sửa chữa, bảo dưỡng cho xe.

Tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế trong quá trình tính toán và xây dựng bản vẽ.

Cuối cùng em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật ô tô đã giúp đỡ em trong những năm tháng học tập tại trường. Và đặc biệt là Cô giáo : ThS…………….. đã dành nhiều thời gian hướng dẫn và giúp đỡ em tận tình trong quá trình hoàn thiện đồ án của mình.

Em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1].  Giáo trình thiết kế các hệ thống  trên ô tô - GS.TS. Vũ Đức Lập (chủ biên ).

[2]. Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo (I, II, III), Nguyễn Hữu Cẩn - Phan Đình Kiên, Giáo trình, 1998.

[3]. Chi tiết máy (I, II), Nguyễn Trọng Hiệp, Nxb Giáo Dục, 1997.

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

[5]. Trang bị thủy khí trên ô tô và xe máy, Bộ môn ô tô Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1999.

[6]. Tính toán sức kéo ô tô, Phạm Minh Thái, 1991.

[7]. Máy thủy lực và truyền động thủy lực, Nguyễn Phú Vịnh.

[8]. Máy thủy lực thể tích, Hoàng Thị Bích Ngọc.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"