MỤC LỤC
MỤC LỤC............................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................2
Chương I. Giới thiệu chung về hệ thống lái trên ô tô....................................3
1.1. Công dụng,yêu cầu, phân loại......................................................................3
1.11. Công dụng...................................................................................................3
1.1.2 Yêu cầu .......................................................................................................4
1.1.3. Phân loại. ...................................................................................................5
Chương II. Phân tích kết cấu chọn phương án thiết kế..................................6
2.1. Phân tích kết cấu...........................................................................................6
2.1.1. Dẫn động lái..............................................................................................6
2.1.2. Cơ cấu lái...................................................................................................7
2.1.3. Trợ lực lái...................................................................................................7
2.2. Chọn phương án thiết kế............................................................................. 11
2.2.1. Tổng quan.................................................................................................15
2.2.2. Hệ thống lái...............................................................................................18
2.2.3. Chọn phương án thiết kế...........................................................................18
Chương III. Thiết kế cơ cấu lái.........................................................................23
3.1. Xác định mô men cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng....................23
3.2. Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng.................................................23
3.3 Tính toán kiểm tra hình thang lái................................................ ..................24
3.3.1. Cơ sở lý thuyết..........................................................................................24
3.3.2. Kiểm tra động học quay vòng.................................................................28.
3.4 .Thiết kế cơ cấu lái........................................................................................31
3.4.1. Xác đinh chiều dài làm việc của thang răng.............................................31
3.4.2. Các thông số bộ truyền cơ cấu lái.............................................................33
3.5. Tính bền cơ cấu lái.......................................................................................37
3.5.1. Tính bền cơ cấu theo độ bền uốn..............................................................37
3.5.2. Tính bền cơ cấu theo độ bền tiếp xúc.......................................................38
KẾT LUẬN.........................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................40
LỜI NÓI ĐẦU
Trong thờ đại công nghiệp ngày nay với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ôtô cũng đang phát triển rất mạnh mẽ, hiện nay nhiều hãng xe đã chế tạo ra được nhiều loại ôtô với hệ thống lái có tính năng kỹ thuật cao để đảm bảo vấn đề an toàn và tính cơ động của ôtô.
Được sự cho phép của khoa Động Lực trong tập đồ án tốt nghiệp này em được nhận đề tài “Thiết kế cơ cấu lái xe du lịch ”. Nội dung của đề tài này giúp em hệ thống được những kiến thức đã học lúc còn trên ghế nhà trường, nâng cao tìm hiểu hệ thống lái; từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về chuyên môn.
Trong đồ án này trang bị cho người sử dụng, vận hành ôtô có những kiến thức cơ bản về hệ thống lái trên ôtô. Thiết kế tính toán một số chi tiết chính của hệ thống lái, trong quá trình làm việc của hệ thống lái không thể tránh khỏi những hư hỏng hao mòn các chi tiết
Được sự hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo: TS…………… , cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này. Vì thời gian và kiến thức có hạn nên trong tập đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Vì vậy em mong các thầy, cô trong bộ môn,các bạn học ngành động lực đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn: TS…………… Đỉnh đã giúp đỡ em rất nhiều khi thực hiện đồ án này. Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong khoa động lực đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý bấu trong quá trình học tập và thời gian làm đồ án
Hà Nội, ngày ….. tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
…………………
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ
Hình 1.1 là sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực
Khi ôtô quay vòng với vận tốc rất chậm, có thể bỏ qua lực ly tâm gọi là trạng thái quay vòng tĩnh.
Khi ôtô quay vòng với vận tốc cao, ta xét đến lực ly tâm gọi là trạng thái quay vòng động.
1.1. Cấu tạo chung, yêu cầu, phân loại
1.1.1 Công dụng
Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô chuyển động theo một hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe.
Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:
- Cơ cấu lái, vô lăng và trục lái: Dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.
- Dẫn động lái: Dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và để đảm bảo động học quay vòng đúng.
1.1.2 Yêu cầu
Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:
- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định,để đảm bảo yêu cầu này thì :
+ Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 150 khi có trợ lực và không lớn hơn 50 khi không có trợ lực).
+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt.
+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động.
- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt, trong một khoảng thời gian ngắn, trên một diện tích bé.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe.
1.1.3 Phân loại
a/ Theo vị trí bố trí vô lăng:
+ Vô lăng bố trí bên trái: (tính theo chiều chuyển động ) dùng cho những nước xã hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ ...
+ Vô lăng bố trí bên phải : Dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái như: Anh , Thuỵ Điển ...
Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của người lái, đặt biệt là khi vượt xe.
c/ Theo số lượng bánh xe chuyển hướng chia ra :
+ Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu
+ Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu
d/ Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ cường hoá lái chia ra:
+ Cường hoá thuỷ lực
+ Cường hoá khí (khi nén hoặc chân không)
+ Cường hoá điện
+ Cường hoá cơ khí
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1 Phân tích kết cấu
2.1.1 Dẫn động lái.
Dẫn động lái bao gồm tất cả những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của bánh xe. Vì vậy dẫn động lái trên xe phải đảm bảo các chức năng sau :
+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiện tượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng.
Điều kiện quay vòng không trượt bên:
cotg B - cotg w =B0 /L. (1)
Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh lái Đantô như sau :
Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các bánh xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu. Các đòn bên quay quanh đường tâm trụ đứng.
Phương pháp bố trí được trình bày như hình 1-3
2.1.2. Cơ cấu lái
+ Trục vít - Cung răng
Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững. Tuy vậy có nhược điểm là hiệu suất thấp hth= 0,5 ÷ 0,7; hng=0,4 ÷ 0,55), điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạp nếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít.
Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiều dài của trục vít.
+ Trục vít - con lăn
Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 2-6) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô tô do có ưu điểm:
- Kết cấu gọn nhẹ
- Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn
- Hiệu suất thuận: ηt = 0,77 ÷ 0,82
- Hiệu suất ngịch: ηn = 0,6
- Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần.
+ Trục vít - Chốt quay
Trên hình 1-8 là kết cấu của cơ cấu lái trục vít - chốt quay.
Ưu điểm: Có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cách chế tạo bước răng trục vít khác nhau.
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu loại này vào khoảng 0,7. Cơ cấu lái này dùng nhiều ở hệ thống lái không có cường hoá và chủ yếu trên các ôtô tải và khách. Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng.
+ Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng
Trên hình 1-9 là kết cấu cơ cấu loại trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng.
Êcu (20) lắp lên trục vít qua các viên bi nằm theo rảnh ren của trục vít cho phép thay đổi ma sát trượt thành ma sát lăn. Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thành thanh răng ăn khớp với cung răng trên trục (2).
+ Bánh răng – thanh răng
Trên hình 1-10 là kết cấu của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.
Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống dẫn hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng bằng êcu.
Ưu điểm:
- Có tỷ số truyền nhỏ, iω nhỏ dẫn đến độ nhạy cao. Vì vậy được sử dụng rộng rãi trên các xe đua, du lịch, thể thao ...
- Hiệu suất cao.
- Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo.
Nhược điểm:
- Lực điều khiển tăng (do iω nhỏ).
- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc.
2.1.3.Trợ lực lái.
Với nhiệm vụ thiết kế, ta có thể chọn một trong các phương án trợ lực như: trợ lực thủy lực, trợ lực khí nén, trợ lực điện…
+ Trợ lực thủy lực.
Ưu điểm:
- Có tính hiệu quả tác dộng cao, đặc biệt là tính tùy động.
- Tốc độ tác động cao (độ chậm tác dụng khoảng 0.05 giây).
- Đóng vai trò giảm những va đập từ mặt đường lên hệ thống lái.
Nhược điểm:
- Lực điều khiển lớn.
+ Trợ lực điện
Ưu điểm:
- Ít tiêu hao công suất động cơ.
- Độ nhạy cao.
Nhược điểm:
- Giá thành đắt.
- Kết cấu phức tạp.
2.2 Chọn phương án thiết kế
2.2.1 Tổng quan
- Mitsubishi Grandis là một trong mẫu sedan chủ lực của hãng Mitsubishi : Grandis, Jolie, Pajero, Zinger
- Mitsubishi Grandis được trang bị động cơ xăng 4G69 dung tích 2,4 lít đi kèm với hộp số tự động 4 cấp và ứng dụng nhiều công nghệ mới nên tăng cường cho xe khả năng vận hành mạnh mẽ những lúc cần bức phá tốc độ, và vẫn đảm bảo độ êm dịu tiện nghi cho người ngồi trên xe
2.2.3. Chọn phương án thiết kế
Các thông số xe tham khảo được thể hiện nhue bảng 2.1.
Trên hình 3-1 là kết cấu của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.
Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống dẩn hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng bằng lò xo.
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE DU LỊCH
3.1. Xác định moment cán quay vòng cảu các bánh xe dẫn hướng
Mômen cản quay vòng có giá trị lớn nhất khi quay vòng ô tô tại chỗ. Mô men cản quay vòng trong trường hợp này bao gồm: mômen sinh ra do lực cản lăn M1, mômen cản của các phản lực ngang ở vết tiếp xúc M2 và mômen ổn định các bánh xe dẫn hướng M3, tức là đối với một bánh xe dẫn hướng:
Mcq = M1 + M2 + M3 (3.1)
Trong đó:
M1 » f.Gbx.a (3.2)
Thế vào (3.3) ta được: Gbx = 0,5. 10398,6= 5199,3 (N)
f- Hệ số cản lăn 0,016÷0,018; chọn f = 0,017.
a- Cánh tay đòn
+ Đối với xe cỡ vừa và nhỏ thì a = 30÷60 mm
+ Đối với xe cỡ lớn thì a = 60÷100 mm
Với xe thiết kế ta chọn a = 40 mm
Theo ký hiệu lốp 215/55R17
Ta có :
M2 = jnGbx.x = Y.x (3.5)
Trên hình 3-3 là sơ đồ mô tả sự lăn của bánh xe đàn hồi khi không có và khi có lực ngang tác dụng. Do độ đàn hồi bên của lốp mà khi bánh xe đàn hồi lăn dưới tác dụng của lực ngang nó sẽ lăn lệch và vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường sẽ quay tương đối đối với mặt phẳng bánh xe (hình 3-3b).
hdđ- Hiệu suất của dẫn động lái; chọn hdd= 0,98
dd - Tỷ số truyền của dẫn động lái có giá trị 0,85÷1,1; chọn idd = 1,0.
KM3- Hệ số tính đến ảnh hưởng của mô men ổn định các bánh xe dẫn hướng M3; Khi tính toán có thể lấy KM3 =1,07÷1,15. Chọn KM3 = 1,12
Thế vào (3.6) ta được: Mz = 616,51 (N.m)
3.2. Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng
Thế vào (2.7) ta được: Plvmax = 194,88 (N)
Lực Plmax =194,88 nhỏ hơn [Plmax]=200 (N) nên thỏa mãn điều kiện. Tuy nhiên vì xe thiết kế là loại xe du lịch nên cần phải bố trí trợ lực lái.
Khi chọn bộ trợ lực lái sao cho nó phải đảm bảo :
+ Khi trợ lực hỏng vẫn đảm bảo hệ thống lái làm việc tuy có hơi nặng
+ Thời gian chậm tác dụng nhỏ
+ Phải đảm bảo tỷ lệ giữa góc quay vô lăng và góc quay của bánh xe dẫn hướng
3.3. Tính toán kiểm tra hình thang lái
3.3.1. Cơ sở lý thuyết
Khi ta tính toán kiểm tra động học hình thang lái, người ta xác định quan hệ thực tế của các góc quay các bánh dẫn hướng đối với một ôtô cụ thể và so sánh nó với quan hệ lý thuyết (không kể đến độ biến dạng của lốp).
+ Sau khi có m, x, y ta xác định được các thông số còn lại của hình thang lái dựa vào các quan hệ hình học sau :
θt = arctg[xL/(0,5. B0)] (3.9)
=>θt = arctg[0,68.2,83/(0,5.1,35)] = 71,20
Chiều dài của đòn kéo ngang n (m) : n = 1,25 (m)
Chiều dài của đòn kéo bên l (m) :
l= n.y = 1,25.0,14 = 0,15 (m) (3.11)
Sử dụng phương trình (3.12) và đồ thị (Hình 3-5) có thể xác định các giá trị của θ
3.3.2. Kiểm tra động học quay vòng
Các thông đã biết:
+ Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng: B0 = 1,35 (m)
+ Chiều dài cơ sở của xe: L = 2,83 (m)
+ Chiều dài của đòn kéo ngang : n = 1,25 (m)
+ Chiều dài đòn quay đứng : l = 0,15 (m)
+ q1= 900-71,20= 18,80
Cho góc quay của bánh dẫn hướng phía trong α = 10 ÷ 450.
Lập bảng tính ta được như bảng 3.1.
Từ bảng 3-1 ta thấy sai số tương đối giữa góc quay thực tế so với góc quay lý thuyết e luôn nhỏ hơn 5%. Vậy ta kết luận hình thang lái của ô tô thiết kế có chất lượng tốt, nghĩa là các bánh xe dẫn hướng ít bị trượt khi quay vòng.
3.4. Tính toán thiết kế cơ cấu lái
Các thông số ta có:
+ Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng: B0 = 1,35 (m)
+ Chiều dài cơ sở của xe: L = 2,83 (m)
+ Chiều dài của đòn kéo ngang : n = 1,25 (m)
+ Chiều dài đòn quay đứng : l = 0,15 (m)
+ qt = 71,20
+ q1= 18,80
+ Khoảng cách giữa đòn ngang và trụ trước : y = 165 mm
+ Chiều dài đòn thanh nối bên hình thang lái : p = 240 mm
3.4.1. Xác định chiều dài làm việc của thanh răng
Thay vào (3.17) : X1= 66,09 ≈ 66 mm
Do thanh răng quay về cả hai bên nên khoảng cách làm việc của thanh răng sẽ phải thoả mãn là: L > 2. X1 = 2.66 = 132 (mm). Chọn chiều dài đoạn làm việc của thanh răng (đoạn có răng) là : L = 140 mm.
Vậy thanh răng đủ dài để xe có thể quay vòng dễ dàng mà không bị chạm.
3.4.2 . Các thông số bộ truyền cơ cấu lái
a. 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 = 66 (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 vô lăng quay về 1 phía ứng với bánh xe quay là n = 1,7 (vòng).
Suy ra: R = 6,2 (mm) , Chọn Rbr = 8 (mm)
b. Xác định các thông số của bánh răng
Tính số răng của bánh răng Z:
Dc : Đường kính vòng chia: Dc = 2.Rbr = 2.8 = 16 (mm ).
mn : Môduyn pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn mn = 2,5 (mm).
Chọn số răng của bánh răng là: Z = 6 răng.
- Đường kính vòng đỉnh:
De1 = DC + 2.mn= 16 +2.2,5 = 21 mm.
- Đường kính vòng đáy chân răng:
Di1 = DC - 2.mn =16 – 2.2,5 = 11 mm.
- Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy a = 200.
- Đường kính cơ sở của bánh răng:
D0 = DC. cosa = 16.cos(200) = 15 (mm)
- Chiều cao răng :
h= 2,25.mn =2,25,2,5 = 5,625 (mm)
- Độ hở hướng tâm:
c = 0,25.mn = 0,25.2,5 = 0,625 (mm)
c. Xác định kích thước và thông số của thanh răng
- Chiều dài đoạn làm việc của thanh răng :
L > 2.X1 = 2.66 = 132 (mm) Chọn L = 140 (mm)
- Môđun thanh răng là mn = 2,5 mm.
- Bước răng t = 3,14.2,5 = 7,85 (mm)
- Chiều cao của răng thanh răng h = 2,25.mn = 2,25.2,5 = 5,62 (mm)
d. Xác định thông số,tính toán bộ trợ lực lái
Ta có:
Lực tác dụng lên vành tay lái: Pmax = 194,88 (N)
Tỉ số truyền cơ cấu lái : i ω = 18,5 (chọn theo xe tham khảo)
Ta có : lực đặt lên vành tay lái do người lái tạo ra (PNL) là:
PNL = 40 N (xe du lịch 40÷70 N)
- Khi đó lực tác dụng lên bộ cường hóa (Ph) là:
Ph = Pmax - PNL = 194,88 – 40 = 154,88 (N)
3.5. Tính bền cơ cấu lái
Theo giáo trình TTTK ÔTÔ ứng xuất uốn tại tiết diện nguy hiểm của răng:
Ta có:
- P: là lực chiều trục của thanh răng
- b: là chiều rộng răng của bánh răng
- tn : là bước răng pháp tuyến t=
- y : là hệ số rạng răng
- k : là hệ số bổ xung tính đến sự tập trung ứng xuất
Vây b =(7 - 8,6)m =(7- 8,6).2,5=> b =17,5 - 21,5 Chọn b=20 (mm)
Từ các giá trị đã chọn ở trên ta có : eu = 3,28 (MN/m2) .
Bánh răng, thanh răng được chế tạo từ thép CT45 có : [eu]=85(MN/m2) .
Vậy bánh răng và thanh răng thoả mãn điều kiện bền uốn.
2.5.2. Tính bền cơ cấu theo tiếp xúc.
Ta có:
- N : là lực thẳng góc tác dụng lên mặt tiếp xúc giữa các răng ăn khớp.
- E: là môduyn đàn hồi E=2,1.105(MN/m2)
- b0 : là chiều dài đường tiếp xúc các răng
Với r1,r2 lần lượt là bán kính vòng tròn lăn của bánh răng và thanh răng ở đây ứng với bánh răng chế tạo liền trục do số răng nhỏ nên ta : etx = 24,24 (MN/m2) < [etx]. Vậy bánh răng và thanh răng đảm bảo độ bền tiếp xúc
KẾT LUẬN
Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu tính toán thiết kế và được sự trợ giúp tận tình của thầy : TS………….. cùng các thầy trong bộ môn và toàn thể các bạn trong lóp em đã hoàn thành đồ án về ‘’Thiết kế cơ cấu lái cho xe du lịch’’
Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo và góp ý tận tình của các Thầy trong bộ môn.
Em xin chan thành cảm ơn !
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lý thuyết ô tô quân sự (Học viện kĩ thuật quân sự)
2. Lý thuyết ô tô, máy kéo (Nguyễn Huy Cẩn)
3. Cấu tạo ô tô quân sự (Học viện kĩ thuật quân sự)
4. Chi tiết máy (Học viện kĩ thuật quân sự)
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"