MỤC LỤC
MỤC LỤC………1
LỜI NÓI ĐẦU.. 3
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI. 4
1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu. 4
1.1.1. Công dụng. 4
1.1.2. Phân loại 4
1.1.3. Yêu cầu của hệ thống lái 5
1.2. Kết cấu hệ thống lái 5
1.2.1. Vô lăng. 5
1.2.2. Trục lái 6
1.2.3. Cơ cấu lái 6
1.3. Các dạng cơ cấu lái thông dụng. 8
1.3.1. Kiểu bánh răng – thanh răng: 9
1.3.2. Cơ cấu lái trục vít - con lăn: 10
1.3.3. Cơ cấu lái trục vít chốt quay: 11
1.3.4. Cơ cấu lái trục vít cung răng: 12
1.3.5. Cơ cấu lái loại liên hợp: 13
1.4. Các góc đặt bánh xe. 14
1.4.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber) 15
1.4.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng (caster và khoảng caster) 16
1.4.3. Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin ) 17
1.4.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng). 19
1.4.5. Bán kính quay vòng (góc bánh xe , bán kính quay vòng. 20
1.5. Dẫn động lái 21
1.6. Giới thiệu cường hóa lái. 26
1.6.1. Đặt vấn đề. 26
1.6.2. Kết cấu trợ lực lái. 27
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI. 38
2.1. Các số liệu thiết kế. 38
2.1.1. Các số liệu tham khảo. 38
2.1.2. Yêu cầu thiết kế hệ thống lái. 39
2.2.Chọn phương án thiết kế . 39
2.2.1. Chọn phương án dẫn động lái. 40
2.2.2. Chọn phương án cơ cấu lái. 40
2.3. Tính mô men cản quay vòng lớn nhất. 41
2.4. Tính các thông số hình học của dẫn động lái. 44
2.4.1. Tính động học hình thang lái. 44
2.4.2. Xây dựng đường đặc tính lý thuyết. 47
2.4.3. Xây dựng đường đặc tính thực tế. 48
2.5. Kiểm tra các thông số hình học của cơ cấu lái. 50
2.5.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng. 51
2.5.2. Xác định các thông số của bánh răng. 51
2.5.3 xác định kích thước và thông số của thanh răng. 52
2.6. tính bền cơ cấu lái bánh răng - thanh răng. 53
2.6.1. Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng - thanh răng. 53
2.6.2. Kiểm tra vật liệu. 53
2.7. Tính trục lái. 57
2.8. Tính bền đòn kéo ngang. 58
2.9. Tính bền đòn bên hình thang lái. 60
2.10. Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái. 61
2.11. Tính bền khớp cầu (rotuyl). 61
2.12.Thiết kế cường hóa lái. 63
2.12.1. Công tiêu hao của người lái để quay vành tay lái. 63
2.12.2. Xây dựng đặc tính cường hóa lái. 64
2.12.3. Tính toán xi lanh lực. 66
2.12.4. Xác định năng suất của bơm: 68
CHƯƠNG 3: CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI. 70
3.1. Chẩn đoán những hư hỏng của hê thống lái ô tô và biện pháp khắc phục. 70
3.1.1. Độ rơ vành tay lái 70
3.1.2. Lực trên vành tay lái gia tăng hay không đều. 70
3.1.3. Áp suất của cường hóa lái thủy lực không ổn định. 71
3.1.4. Vành tay lái bị rung. 72
3.1.5. Xe có xu hướng chuyển động lệch. 73
3.1.6. Tay lái bị rung nhanh và mạnh. 73
3.1.7. Vành tay lái không trả về vị trí cân bằng. 73
3.2. Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái 74
3.2.1. Dầu mỡ bôi trơn. 74
3.2.2. Nguyên tắc bảo dưỡng hệ thống lái 74
3.3. Sửa chữa các chi tiết trong hệ thống lái 74
KẾT LUẬN.. 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 78
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, nền công nghiệp hiện đại ngày càng phát triển, trên hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế xã hội. Ngành công nghiệp nói chung và nền công nghiệp ô tô nói riêng đang trong thời kỳ hoàn thiện và phát triển vượt bậc, đảm bảo phục vụ lợi ích tốt nhất của con người, với yêu cầu kỹ thuật và chất lượng không ngừng nâng cao.
Với ngành công nghiệp ô tô, để đảm bảo tính tiện nghi, an toàn cho người sử dụng thì việc thiết kế một hệ thống lái đảm bảo đầy đủ các yêu cầu đặt ra là một điều rất cần thiết trong xã hội hiện đại. Một hệ thống lái phải đảm bảo tính quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng, điều khiển dễ dàng, dễ chăm sóc sửa chữa, bảo dưỡng và phù hợp với phần lớn đối tượng sử dụng. Cũng vì thế mà hệ thống lái ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống lái ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ hơn.
Qua tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với yêu cầu nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp em được giao nhiệm vụ:‘‘Tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe 7 chỗ ngồi dựa trên xe tham khảo TOYOTA INNOVA G”.
Do điều kiện thời gian hạn chế nên trong đồ án này tập trung vào cơ cấu lái và tính toán cường hóa lái là chủ yếu. Trong thời gian được giao đề tài, với sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình, cụ thể của thầy giáo : TS…………… cùng các thầy giáo trong bộ môn Ôtô và xe chuyên dụng, em đã hoàn thành đồ án của mình. Mặc dù bản thân đã có cố gắng và được sự quan tâm giúp đỡ của các thầy giáo nhưng do kiến thức, kinh nghiệm và thời gian hạn chế nên đồ án của em không thể tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, phê bình của các thầy trong bộ môn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
……...…….
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
1.1.1. Công dụng
Hệ thống lái giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động của ô tô (thay đổi hay duy trì) theo tác động của người lái. Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống điều khiển khác thực hiện điều khiển ô tô và đóng góp vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông khi ô tô chuyển động.
1.1.2. Phân loại
Có nhiều cách phân loại hệ thống lái:
a. Phân loại theo số lượng cầu dẫn hướng.
- Các bánh dẫn hướng ở cầu trước.
- Các bánh dẫn hướng ở cầu sau .
c. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
- Trục vít - bánh vít.
- Trục vít - cung răng
- Trục vít - con lăn.
1.1.3. Yêu cầu của hệ thống lái
- Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển hướng linh hoạt và an toàn của ô tô trên các loại đường khách nhau tùy thuộc vào vận tốc chuyển động.
- Hệ thống lái phải đảm bảo có khả năng giảm các lực va đập từ mặt truyền lên vành lái.
- Phải có khả năng ổn định hướng chuyển động, đặc biệt khi đi thẳng.
1.2. Kết cấu hệ thống lái
Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực.
1.2.1. Vô lăng
Vô lăng có dạng vành tròn, có nhiệm vụ tiếp nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái
1.2.3. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái là bộ phận cơ bản trong hệ thống lái, nó có nhiệm vụ biến chuyển động quay vòng của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và đảm bảo tỉ số truyền theo yêu cầu.
a. Tỷ số truyền cơ cấu lái:
Tỷ số truyền cơ cấu lái có thể không đổi hoặc thay đổi.
* iw = góc quay của vô lăng /góc quay của bánh dẫn hướng (đối với cơ cấu lái trục răng - thanh răng).
* Phân tích đồ thị:
Với quy luật thay đổi như trên, khi ô tô chuyển động trên đường thẳng với vận tốc cao, người lái chỉ phải đánh lái với các góc rất nhỏ xung quanh vị trí trung gian, nên tỷ số truyền lớn ở đây giúp cho người lái điều khiển ô tô nhẹ nhàng.
b. Hiệu suất cơ cấu lái:
Trong cơ cấu lái người ta phân biệt 2 hiệu suất thuận và nghịch
* Hiệu suất thuận: là hiệu suất tính theo lực truyền từ vô lăng tới bánh xe. Hiệu suất này càng lớn thì tổn hao năng lượng điều khiển càng nhỏ, nghĩa là lái càng nhẹ hơn.
c. Các yêu cầu của cơ cấu lái:
Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo. Vì vậy cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
+ Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.
+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái.
1.3. Các dạng cơ cấu lái thông dụng
Hiện nay trên ô tô thường sử dụng các loại cơ cấu lái như:
+ Loại trục vít glôbôit - con lăn,
+ Loại trục vít - ê cu bi - thanh răng - cung răng,
+ Loại bánh răng - thanh răng,
+ Loại trục vít - cung răng,
Ngoài ra còn có cơ cấu lái: trục vít - chốt quay, bánh răng - cung răng…
1.3.1. Kiểu bánh răng - thanh răng.
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. Điều chỉnh các ổ này dùng êcu lớn ép chặt ổ bi, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm bảo trục răng quay nhẹ nhàng.
1.3.2. Cơ cấu lái trục vít - con lăn.
Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất. Trên phần lớn các ôtô Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này.
Trên hình 1.4 trình bày cơ cấu lái loại trục vít con lăn. 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.
1.3.3. Cơ cấu lái trục vít chốt quay.
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.
1.3.4. Cơ cấu lái trục vít cung răng
Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung răng là hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đường nên toàn bộ chiều dài của cung răng đều truyền tải trọng. Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ mòn của trục vít và cung răng đều giảm. Để đạt độ cứng vững tốt người ta đặt trục đòn quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng.
1.3.5. Cơ cấu lái loại liên hợp.
Loại cơ cấu lái này gần đây được sử dụng rộng rãi trên các loại ôtô tải GMC, không có cường hoá thuỷ lực và trên ôtô ZIN - 130, ZIN - 131 với cường hoá thuỷ lực. Cơ cấu lái loại liên hợp hay dùng nhất là loại trục vít - êcu - cung răng. Sự nối tiếp giữa trục vít và êcu bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít.
1.4. Các góc đặt bánh xe
Việc bố trí các bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới tính điều khiển xe, tính ổn định chuyển động của ôtô. Các yêu cầu chính của việc bố trí là điều khiển chuyển động nhẹ nhàng, chính xác đảm bảo ổn định khi đi thẳng cũng như khi quay vòng, kể cả khi có sự cố ở các hệ thống khác. Đối với xe con yêu cầu này ngày càng được quan tâm và được nâng cao hơn vì vận tốc của xe không ngừng được nâng lên.
Việc điều khiển xe sẽ trở lên dễ dàng hơn nếu các bánh xe được đặt theo một góc chính xác theo yêu cầu thiết kế . Các góc đặt bánh xe đúng sẽ ngăn cản việc mài mòn lốp. Nếu như các góc đặt bánh xe không đúng thì có thể dẫn đến các hiện tượng sau:
+ Khó lái.
+ Tính ổn định lái kém.
+ Trả lái trên đường vòng kém.
+ Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh).
1.4.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc CAMBER, và đo bằng độ. Khi bánh xe dẫn hướng nghiêng ra ngoài thì gọi là góc “CAMBER dương”, và ngược lại gọi là góc”CAMBER âm.
* Chức năng của góc nghiêng ngang bánh xe:
Những năm về trước bánh xe được đặt với góc CAMBER dương để cải thiện độ bền của cầu trước và để các lốp tiếp xúc vuông góc với mặt đường (do trọng lượng của xe) nhằm ngăn ngừa sự mòn không đều của lốp trên đường, do có phần giữa cao hơn hai bên.
1.4.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng (caster và khoảng caster)
Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trụ đứng. Nó được đo bằng độ, và được xác định bằng góc giữa trụ xoay đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe.
* Tác dụng của góc Caster :
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe vào đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi
xe đi vào đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb.
1.4.3. Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)
Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe. Góc Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó và phương thẳng đứng .
1.4.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng).
Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm của 2 bánh xe dẫn hướng (hoặc hai bánh xe trên cùng một cầu xe), góc chụm là góc xác định trên một mặt phẳng đi qua tâm trục nối hai bánh xe và song song với mặt phẳng đường tạo bởi hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai bánh xe lên mặt phẳng đó và hướng chuyển động của xe .
1.5. 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.
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 :
cotg α - cotg β =B0 /L. (1)
1.6. Giới thiệu cường hóa lái.
1.6.1. Đặt vấn đề.
Ta thấy lực cản quay vòng tỉ lệ thuận với trọng lượng xe phân lên cầu trước dẫn hướng. do vậy những xe có trọng tải càng lớn thì lực cản quay vòng càng lớn. lực cản quay vòng tăng tới một giới hạn nào đó thì người lái không điều khiển vô lăng được nữa.
Nguồn năng lượng cung cấp cho trợ lực lái có thể là chất lỏng áp suất cao, khí nén, điện,… tương ứng sẽ có các loại trợ lực thủy điện, trợ lực khí nén, trợ lực điện,…do đó ta có các loại trợ lực lái sau:
- Trợ lực thủy lực được dùng nhiều hơn cả vì kết cấu gọn, dễ bố trí.
- Trợ lực khí nén về nguyên tắc giống trợ lực thủy lực, nhưng do áp suất khí nén nên kết cấu trợ lực khí nén cồng kềnh và do đó ít được sử dụng.
* Trợ lực lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Khi bộ phận trợ lực lái hỏng, hệ thống lái vẫn làm việc được. lúc này lực người lái sinh ra để điều khiển vô lăng lớn hơn, tuy vậy người lái vẫn có thể đưa xe về nơi sửa chữa được.
- Phải đảm bảo cảm giác cho người lái khi lái xe. Để đảm bảo cảm giác cho người lái phải:
1.6.2. Kết cấu trợ lực lái.
Một số sơ đồ hệ thống lái có trợ lực:
- Sơ đồ 1: Cơ cấu lái, van phân phối và bộ phận sinh lực được bố trí riêng rẽ.
- Sơ đồ 2: Cơ cấu lái và van phân phối được bố trí trên cùng một khối.
- Sơ đồ 4: cơ cấu lái, van phân phối, xi lanh lực bố trí trên cùng một khối
- Kiểu van quay.
Van điều khiển kiểu quay trong cơ cấu lái quyết định dầu từ bơm sẽ đi đến buồng nào. Trục van điều khiển (mômen từ vô lăng tác dụng lên) và trục răng được nối với nhau bằng một thanh xoắn. Van quay và trục răng được nối với nhau bằng một chốt và quay cùng nhau.
- Sơ đồ mạch điều khiển thuỷ lực của van quay.
Một sức cản trong mạch dầu được tạo ra bởi chuyển dộng quay của trục van điều khiển so với van quay. Khi vô lăng quay sang phải, áp suất bị cản lại tại cửa X và Y, khi quay sang trái, nó bị cản lại tại X' và Y'.
- Kiểu van cánh:
Trên hình vẽ là cấu tạo kiểu van cánh. Nó cũng có tác dụng như hai kiểu van trên. Trục van điều khiển và trục răng được nối nhau thông qua thanh xoắn, các cánh van được làm liền với thanh xoắn.
Các van V1 và van V2 của cánh số một đóng vai trò như van điều khiển hướng chảy và lựa chọn dòng dầu:hoặc từ P-A-T hoặc từ P-B-T phụ thuộc vào sự dịch chuyển của vô lăng.
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI
2.1. Các số liệu thiết kế.
2.1.1. Giới thiệu xe Toyota innova
INNOVA là sản phẩm của dòng xe đa dụng hiện đại mang tính toàn cầu, xe INNOVA có nhiều màu như: Trắng, xanh, đỏ,.... Với động cơ thế hệ mới 2.0 có trang bị hệ thống phân phối khí thông minh nên hoạt động của Innova mạnh mẽ hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn, thân thiện với môi trường.
*Thông số kĩ thuật xe INNOVA như bảng 2.1.
Thông số hệ thống lái.
Chiều dài đòn bên hình thang lái m = 180mm
Khoảng cách giữa đòn ngang và trụ trước y = 188mm
Chiều dài thanh nối bên hình thang lái p =280mm
2.1.2. Yêu cầu thiết kế hệ thống lái.
- Quay vòng ngặt trong thời gian ngắn nhất trên diện tích nhỏ nhất.
- Lực lái nhẹ, tức lực đặt trên vành tay lái phải nhỏ nhưng phải đảm bảo cảm giác tới người lái.
- Ôtô chuyển động thẳng phải ổn định đặc biệt ở tốc độ cao.
2.2. Chọn phương án thiết kế .
Đặc điểm xe du lịch:
- Xe tải trọng thấp.
- Vận hành trên mặt đường tốt, điều kiện thuận lợi.
2.2.1. 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 cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái. Trên ôtô hệ thống treo trước độc lập và cơ cấu lái loại trục răng thanh răng thì có thể kết hợp thanh răng làm luôn chức năng của thanh lái ngang trong hình thang lái.
2.2.2. Chọn phương án cơ cấu lái.
Hiện nay trên các xe chủ yếu sử dụng hai loại cơ cấu lái là:
Cơ cấu lái loại trục răng - thanh răng và cơ cấu lái loại bi tuần hoàn.
* Cơ cấu lái trục răng - thanh răng có những 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.
2.3. Tính mô men cản quay vòng lớn nhất.
- G1: Trọng lượng tác dụng lên các bánh xe dẫn hướng. Trọng lượng toàn tải của xe là 2170 kg = 21700 N
Vì là ô tô con và động cơ đặt phía trước nên tải trọng đặt lên cầu trước khoảng 55%, cầu sau là 45%. Vậy trọng lượng đặt lên cầu trước là G1 = 12000 N.
- f: Hệ số cản lăn, xét trường hợp xe chạy trên đường nhựa và khô f= 0,015
- a: cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng, với xe thiết kế ta đo được (a = 0,03-0,06 ), chọn a = 0,045
M2 được xác định theo công thức:
M2 = Y. a = G1.j. 0,14.rbx (2.3)
+ Mc: là mô men cản quay vòng Mc = 566 (Nm)
+ R: là bán kính vành lái, R= 190 mm = 0,19 m
Thay số ta được: Pvlmax = 203 N
Với Pvl này, sẽ làm cho người lái mệt mỏi khi điều khiển một khoảng thời gian, cho nên ta phải sử dụng hệ thống trợ lực lái, tạo sự thoải mái cho người lái.
2.4. Tính các thông số hình học của dẫn động lái.
2.4.1. Tính động học hình thang lái.
Nhiệm vụ của tính động học dẫn động lái là xác định những thông số tối ưu của hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng một cách chính xác nhất và động học đúng của đòn quay đứng khi có sự biến dạng của bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của hệ thống dẫn động lái.
a. Trường hợp xe đi thẳng.
Khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau thì hình thang lái đantô không thỏa mãn hoàn toàn được quan hệ giữa a và b như công thức trên. Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho sai lệch với quan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép, không vượt quá 1
b. Trường hợp xe quay vòng:
Từ mối quan hệ hình học trong tam giác ACD.
2.4.2. Xây dựng đường đặc tính lý thuyết.
Với B0 = 1370 mm, L = 2750 mm.
Từ bảng giá trị thu được ta xây dựng được quan hệ lý thuyết.
2.5. Kiểm tra các thông số hình học của cơ cấu lái.
Thay m =180, p =280, y =188, và
Ta tính được X1= 93.82 (mm)
Do thanh răng quay về cả hai bên nên chiều dài làm việc của thanh răng
L > 2.X1= 187.64 mm
Do đó ta chọn chiều dài làm việc của thanh răng là L=190 (mm), để đảm bảo khi xe quay vòng hết thì thanh răng vẫn không bị chạm.
2.5.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng.
Số vòng quay của vành lái ứng với bánh xe quay là n =1,5 vòng.
2.5.2. Xác định các thông số của bánh răng.
Ta có:
- Dc: Đường kính vòng chia Dc=2.R=19,9mm
- mn: Mmô đun pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn mn=2,5
Như vậy Zmin = 12>7, do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phải dịch chỉnh, ta chọn kiểu dịch chỉnh đều 0.
2.5.3 xác định kích thước và thông số của thanh răng.
- Mô mem xoắn gây lên sự nguy hiểm ở thanh răng, bằng mô mem cản quay vòng ở bánh xe: Mx = Mc = 566 (Nm).
Thay các thông số vào ta được: d = 20,8 mm. Chọn d = 24 mm.
Chiều dài đoạn làm việc của thanh răng L=190mm.
Vậy ta chọn Z = 22
+ Đường kính vòng đỉnh của thanh răng: D=28mm
+ Chiều cao của thanh răng: h=(f’+f”).mn=(1+1,25).2,5=5,63
2.6. tính bền cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.
2.6.1. Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng - thanh răng.
Lực vòng cực đại tác dụng lên bánh răng: Pv =Pmax.ic= 203.17,5 = 3553(N)
2.6.2. Kiểm tra vật liệu.
Trong quá trình làm việc thanh răng và bánh răng chịu ứng suất uốn, ứng suất tiếp xúc và tải trọng va đập từ mặt đường. vì vậy thường gây ra hiện tượng rạn nứt chân răng. Do đó ảnh hưởng tới độ bền và độ tin cậy của cơ cấu lái.
Vậy điều kiện được thỏa mãn, bộ truyền bánh răng – thanh răng đảm bảo đủ bền trong quá trình làm việc.
2.7. Tính trục lái.
Ta có:
- Plmax: Lực lái lớn nhất tác dụng lên vô lăng Plmax = 203N
- D, d : Đường kính ngoài và đường kính trong của trục lái.
- R: bán kính vành tay lái R = 190mm
Chọn sơ bộ kích thước của trục lái là: D=30 (mm), d= 20 (mm)
Thay những thông số trên vào công thức (3.31) ta được: t = 8,9 (MN/m2)
thoả mãn điều kiện cho phép.
Vậy ta chọn kích thước sơ bộ là kích thước thiết kế.
Với trục lái xe thiết kế, dựa trên số liệu thực tế ta chọn chiều dài của trục lái L=1000 (mm).
2.8. Tính bền đòn kéo ngang.
Trong quá trình làm việc, đòn kéo ngang chỉ chịu kéo nén theo phương doc trục. Do vậy khi tính bền ta chỉ cần tính kéo, nén và lực tác dụng từ bánh xe. Tính bền đòn kéo ngang theo chế độ phanh cực đại.
G1=12000N: Tải trọng đặt lên cầu trước dẫn hướng trong trạng thái tĩnh.
m1p = 1,4: Hệ số phân bố lại trọng lượng lên cầu trước khi phanh.
: Hệ số bám giữa lốp và mặt đường.
Thay vào biểu thức ta được: Ppmax = 12000.1,4.0,85 = 14280(N).
2.9. Tính bền đòn bên hình thang lái.
Để đảm bảo an toàn và tính ổn định trong quá trình làm việc, đòn bên được làm bằng thép 40X. Đòn bên của dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn.
Do vậy ta tính bền theo điều kiện uốn: Mu=AB.Q2=180.5371=966780(Nmm).
2.10. Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái.
Ta tính đòn nối trong trường hợp chịu phanh cực đại như trên:
Thanh uốn AB chịu lực nén: Q1=4961N.
Với đường kính thanh nối D=20mm, chọn theo xe tham khảo.
Thanh nối được làm bằng vật liệu thép 40X.
2.12. Thiết kế cường hóa lái.
2.12.1. Công tiêu hao của người lái để quay vành tay lái.
Lực lớn nhất của người lái đặt lên vô lăng khi có cường hóa ta chọn Pv = 90N (Tài liệu tham khảo)
* Lực đặt lên vành tay lái để gài trợ lực:
Đối với ô tô du lịch giá trị này thường nằm trong khoảng 20 – 40N. Đối với xe thiết kế ta chọn là: Po = 30N.
Thay số: M0 = 5,7 Nm
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.
Với Pv = 90N, là lực lớn nhất đặt vào vành tay lái khi có trợ lực.
Chỉ số H thường lấy < 4. Do đó H = 2,25 là hợp lý.
2.12.2. Xây dựng đặc tính cường hóa lái.
Theo giáo trình thiết kế tính toán ô tô thì thì đặc tính của cường hóa chỉ rõ sự đặc trưng của quá trình làm việc của bộ cường hóa hệ thống lái.
Khi van quay của van phân phối ở vị trí trung gian thì lực cường hóa quy dẫn lên vành tay lái Pc = 0 nên mô men cản quay vòng Mc = 0.
Do bộ cường hóa được thiết kế ở giữa có thanh xoắn, nên khi những va đập ở mặt đường truyền ngược lên vành tay lái nếu nằm trong giới hạn lực xoắn sơ bộ ban đầu của thanh xoắn thì lực đó được truyền lên vành tay lái. Nếu lực ngược đó vượt qua giới hạn đó thì thanh xoắn sẽ được xoắn tiếp dẫn đến thân van phân phối bị lệch về một phía và bộ cường hóa bắt đầu làm việc. Cụ thể, để bộ cường hóa làm việc thì lực đặt lên vành tay lái phải lớn hơn 30N
Ta thấy rằng:
Đặc tính khi chưa có cường hóa là đường bậc nhất, đoạn OB.
Đặc tính khi có cường hóa là đường bậc nhất gãy khúc và thấp hơn đường đặc tính khi chưa có cường hóa.
Đoạn OA: Pl = Pc = f(Mc), lực do người lái hoàn toàn đảm nhiệm.
Đoạn AC: Pc = f(Mc). Biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt đường, điểm C, chọn Pc = 90N .
Từ C trở đi: Pc = f(Mc) song song với đường Pl = f(Mc).
2.12.3. Tính toán xi lanh lực.
Kích thước của xi lanh lực cần phải đủ lớn để đảm bảo sinh ra được lực cần thiết trong khi áp suất chất lỏng trong hệ thống trợ lực lái là có giới hạn. nếu kích thước nhỏ thì áp suất dầu trợ lực phải lớn và ngược lại. Áp suất dầu là do bơm dầu sinh ra, nó có giới hạn, còn kích thước xi lanh phải vừa phải để bố trí được trên xe.
* Xác định đường kính trong xi lanh và đường kính cần piston.
Thay số vào ta được: Dx = 4,07 cm
Ta lấy Dx = 4 cm
2.12.4. Xác định năng suất của bơm.
Năng suất của bơm được xác định từ điều kiện là làm thế nào để xy lanh lực của cường hoá phải làm quay các bánh xe dẫn hướng nhanh hơn điều kiện có thể làm được của người lái. Nếu điều kiện này không được đảm bảo thì trong những trường hợp quay vòng nhanh thì người lái sẽ bị tiêu hao một lực lớn.
d = 0,05 ¸ 0,1, chọn d = 0,075
ds/dt: Là tốc độ của piston (m/s).
Tốc độ quay vòng (v/p) lớn nhất có thể đạt được của người lái theo số liệu tham khảo nv = 60 (v/p). Như vậy khi quay 1,5 vòng thì mất 1,5s, và thanh răng dịch chuyển là: S = X1 = 93,82 mm.
Chọn bơm cường hoá: Bơm cánh gạt kép có kết cấu nhỏ, hiệu suất từ 0,7 ¸ 0,8, áp suất có thể đạt 100 at, lưu lượng từ 5 ¸ 100 (l/phút).
Ký hiệu bơm: G 12 – 21.
Lưu lượng: Q = 4 (l/phút).
Số vòng quay roto: n = 950 (vòng/phút).
Hiệu suất bơm: hQ = 0,78.
Hiệu suất toàn phần: h = 0,55
Hiệu suất cơ khí: hck = 0,8
CHƯƠNG 3: CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI
3.1. Chẩn đoán những hư hỏng của hê thống lái ô tô và biện pháp khắc phục
Hệ thống lái phải đảm bảo cho ôtô chạy đúng hướng mong muốn, ở bất kỳ điều kiện đường xá nào và bất kỳ tốc độ nào của ôtô. Người lái không phải mất nhiều công sức để điều khiển vành tay lái, khi xe chạy thẳng cũng như khi thao tác lái.
3.1.1. Độ rơ vành tay lái
Độ rơ vành tay lái lớn nhất cho phép là 30[mm], nếu lớn hơn có thể do các nguyên nhân sau:
- Vòng bi trục bánh xe bị mòn;
- Các khớp cầu (rô tuyn) bị mòn;
- Ổ bi trong cơ cấu lái bị mòn;
3.1.2. Lực trên vành tay lái gia tăng hay không đều
Vành tay lái quay nặng là do các nguyên nhân sau:
- Điều chỉnh không đúng sự ăn khớp của bánh răng và thanh răng;
- Bơm trợ lực bị hỏng hoặc thiếu dầu;
3.1.4. Vành tay lái bị rung
- Vô lăng bị rung là do áp suất lốp không đều, bánh xe không cân xứng bị đảo. Sai lệch độ chụm lớn. Các khớp cầu trong cơ cấu lái bị rơ. Cụm cơ cấu lái bị rơ.
- Do vậy để đảm bảo cho xe có tính dẫn hướng tốt ta phải bơm và đo lại áp suất lốp của các bánh xe nếu bánh xe bị đảo mà không điều chỉnh được thì phải thay thế điều chỉnh lại độ chụm
3.1.7. Vành tay lái không trả về vị trí cân bằng
- Sai góc đặt bánh xe: góc nghiêng ngang và dọc của trụ đứng, do mòn gây giảm hiệu ứng nghịch từ bánh xe lên vành tay lái.
+ Bơm làm việc có tiếng ồn:
- Do dầu trong bình không đủ, khí lọt vào hệ thống thuỷ lực, trục bơm bị cong hoặc joăng đệm cổ bơm bị hư hỏng, các đệm và joăng của cơ cấu lái bị mòn hoặc hỏng, các đường ống cao áp hoặc thấp áp bị hỏng, các đầu nối bị lỏng.
3.2. Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái
3.2.1. Dầu mỡ bôi trơn.
Với bộ truyền để hở và làm việc ở tốc độ thấp, nên ta dùng mỡ để bôi trơn. Ta chọn loại mỡ gốc molyden disunfua liti.
Các vị trí bôi trơn gồm có:
- Ổ bi trên và dưới.
- Bánh răng - thanh răng (toàn bộ chiều dài thanh răng).
3.3. Sửa chữa các chi tiết trong hệ thống lái
Để xác định mức độ mài mòn và tính chất sửa chữa, phải tháo rời các chi tiết trong hệ thống lái.
Khi tháo tay lái và đòn quay đứng phải dùng van tháo. Những hư hỏng chính của các chi tiết hệ thống lái là: mòn thanh răng – bánh răng, ống lót, vòng bi và ổ lắp vòng bi.
KẾT LUẬN
Kỹ thuật ôtô ngày càng được phát triển tới mức rất cao, thoả mãn những yêu cầu và đòi hỏi khắt khe về tính năng kinh tế, kỹ thuật môi trường, đặc biệt là an toàn chuyển động của ôtô ở tốc độ cao. Vì vậy trên ôtô được trang bị thêm rất nhiều hệ thống kỹ thuật cao để đảm bảo được các tính năng trên.
Sau một thời gian dài nghiên cứu, tính toán và thiết kế được sự trợ giúp tận tình của thầy giáo : TS…………….. và các thầy cô trong bộ môn và toàn thể các bạn đồng nghiệp. Đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe 7 chỗ dựa trên xe tham khảo TOYOTA INNOVA”
Dựa trên những kiến thức đã học trong trường và kết quả thu được qua các đợt thực tập, em đã thực hiện đồ án với hai nội dung chính:
- Nghiên cứu và phân tích một số vấn đề lý thuyết liên quan đến kết cấu và điều khiển đối với hệ thống lái ôtô.
- Tiến hành chọn phương án thiết kế cụ thể một hệ thống lái có trợ lực.
Em thực hiện đồ án với những nội dung cụ thể sau:
+ Chọn phương án thiết kế hệ thống lái.
+ Tính toán hệ thống lái có cường hoá.
+ Các thông số tin cậy.
Thông qua đồ án tốt nghiệp đã phần nào nói lên được tác dụng và vai trò quan trọng của hệ thống lái, và những cải tiến kỹ thuật để việc điều khiển xe được dễ dàng hơn
Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các Thầy (Cô) tận tình chỉ bảo, giúp đỡ.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lý thuyết ôtô máy kéo - Năm 1993
Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng.
2. Chi tiết máy Tập I, tập II - Năm 1997
Nguyễn Trọng Hiệp.
3. Thiết kế hệ thống lái của ôtô - máy kéo bánh xe, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội – Năm 1991
Phạm Minh Thái.
4. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1 và 2, NXB giáo dục,
Trịnh Chất, Lê Văn Uyển.
5. Bài tập kỹ thuật đo, NXB giáo dục, PGS. TS. Ninh Đức Tốn.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"