MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.

LỜI MỞ ĐẦU.. 1

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI 2

1.1.Công dụng,phân loại,yêu cầu của hệ thống lái. 2

1.1.1.Công dụng hệ thống lái. 2

1.1.2. Phân loại hệ thống lái. 2

1.1.3. Yêu cầu của hệ thống lái. 3

1.2. Nguyên lí hoạt động,các bộ phận của hệ thống lái. 9

1.2.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái. 9

1.2.2. Vô lăng (vành tay lái). 10

1.2.3. Trục Lái 11

1.2.4. Cơ cấu lái. 15

1.2.5.Dẫn động lái. 19

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE HONDA CIVIC.. 20

2.1. Đặc điểm kỹ thuật của xe Honda Civic. 20

2.2. Tính toán động lực học. 21

2.2.1. Tính mô men cản quay vòng. 21

2.2.2. Xác định mô men cản quay vòng M₁ do lực cản lăn gây ra. 22

2.2.3. Xác định mô men cản M₂ do các lực ngang gây ra. 22

2.3. Tính toán  bộ truyền cơ cấu lái 25

2.3.1. Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng. 25

2.3.2. Xác định các thông số của bánh răng. 26

2.3.3. Xác định kích thước và thông số của thanh răng. 27

2.3.4. Tính bền cơ cấu lái trục răng - thanh răng. 29

2.4. Tính bền dẫn động lái 32

2.4.1. Kiểm tra bền trục lái 32

2.4.2. Kiểm tra bền Rô-tuyn. 33

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD.. 35

3.2. Sử dụng phần mềm Inventor thiết kế các chi tiết 35

3.2.1. Thiết kế thanh răng bằng phần mềm Inventor 35

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

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

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp ô tô đã có những bước phát triển đáng kể. Đặc biệt, trên ô tô có có sự can thiệp mạnh mẽ của hệ thống điện - điện tử nhằm đáp ứng các yêu cầu như: Tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm nồng độ độc hại của khí thải, tăng tính năng an toàn và tiện nghi của ô tô. Ngày nay, chiếc ô tô là một sự kết hợp hoàn hảo giữa cơ khí và điện tử.

Hầu hết các hệ thống điện trên ô tô đều có bộ vi xử lý để điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống. Các hệ thống mới lần lượt ra đời và được ứng dụng rộng rãi trên các loại ô tô, từ các hệ thống điều khiển động cơ và hộp số cho đến các hệ thống an toàn và tiện nghi trên ô tô như: hệ thống chống trượt lết khi phanh (ABS), hệ thống chống trượt quay , hệ thống ổn định động học (VSC), hệ thống điều khiển chạy tự động (CCS)…

Không dừng lại ở chỗ đó, các nhà chế tạo ô tô đã đưa điện vào hệ thống lái thay thế  cho hệ thống lái trợ lực bằng thủy lực cổ điển nhằm mục đích: Giảm tiêu hao nhiên liệu, trợ lực chính xác hơn và làm cho hệ thống lái đơn giản hơn.

Đó là hệ thống lái trợ lực điện hay còn gọi là EPS (electric power system). Với hi vọng tổng hợp lại các kiến thức đã được học và muốn được những hiểu biết, nắm bắt sâu sắc hơn về hệ thống lái trợ lực điện để bổ sung thêm vốn kiến thức của chúng em khi bước chân ra trường. Chính vì vậy, chúng em quyết định chọn đồ án: Tính toán, thiết kế hệ thống lái trợ lực điện trên Honda Civic

Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những nỗ lực cao của bản thân nội dung của bản đồ án được xây dựng trên cơ sở những tính toán khoa học có tính thuyết phục cao. Bản đồ án được trình bày một cách đơn giản hóa, chi tiết nhằm giúp cho người đọc dễ hiểu. Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi có những hạn chế nhất định.

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu của hệ thống lái.

1.1.1. Công dụng hệ thống lái.

Hệ thống lái của xe có chức năng điều khiển quỹ đạo chuyển động của xe. Việc điều khiển quỹ đạo chuyển động của xe có thể là duy trì phương chuyển động hoặc thay đổi phương chuyển động hiện tại của xe. Hai quá trình này được gọi chung là quay vòng xe. Có ba trạng thái quay vòng cơ bản: quay vòng đủ, quay vòng thừa và quay vòng thiếu.

1.1.2. Phân loại hệ thống lái.

Tuỳ thuộc vào yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống lái được chia thành các loại sau:

* Theo cách bố trí vô lăng:

- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (theo chiều chuyển động của ô tô) được dùng trên ô tô của các nước có luật đi đường bên phải như ở Việt Nam và một số các nước khác.

- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của ô tô) được dùng trên ô tô của các nước có luật đi đường bên trái như ở Anh, Nhật, Thuỵ Điển…

* Theo số lượng cầu dẫn hướng:

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước.

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau.

* Theo đặc tính truyền lực.

- Hệ thống lái cơ khí.

- Hệ thống lái có trợ lực.

1.2.3. Yêu cầu của hệ thống lái.

Hệ thống lái phải bảo đảm các yêu cầu sau:

- Quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé.

- Điều khiển lái phải nhẹ nhàng thuận tiện.

1.2. Các hệ thống có trợ lực lái

Để giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái và tăng tính an toàn cho hệ thống điều khiển lái hầu hết các xe ô tô đều được trang bị trợ lực lái.

1.2.1. Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

Hệ thống lái trợ lực thủy lực là bộ trợ lực sử dụng một phần công suất động cơ để tạo ra áp suất dầu thủy lực hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng để chuyển hướng chuyển động của ô tô. Khi xoay vô lăng, sẽ chuyển mạch một đường dầu tại van điều khiển.

1.2.2. Hệ thống lái trợ lực điện

Hệ thống lái trợ lực điện tạo mô men trợ lực nhờ mô tơ trợ lực vận hành lái và giảm lực đánh lái.

1.3. Các bộ phận của hệ thống lái trợ lực điện.

Hệ thống lái của các loại ô tô ngày nay hết sức đa dạng và phong phú về nguyên lý hoạt động cũng như về kết cấu, tuy nhiên về cơ bản chúng đều có 4 bộ phận chính sau đây:

- Vô lăng (vành lái).

- Trục lái.

- Cơ cấu lái (hộp số lái).

- Dẫn động lái

1.3.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện.

Khi vô lăng tiếp nhận lực tác động của tài xế, khi đó vô lăng sẽ truyền tới trục lái mô men và chiều mà tài xế tác động và trục lái truyền tới cơ cấu lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng kết quả là di chuyển theo hướng mà tài xế điều khiển. 

1.3.2. Vô lăng (vành tay lái).

Vô lăng (vành tay lái) là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận mô men quay của người lái và truyền cho trục lái. Ngoài chức năng chính như trên, vô lăng còn là nơi bố trí một số bộ phận bắt buộc như: Công tắc còi, công tắc đèn, và túi khí để bảo vệ người lái khi xảy ra sự cố như tai nạn…

1.3.4. Cơ cấu lái.

Cơ cấu lái là bộ phận giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến các bánh xe dẫn hướng.

a) Cơ cấu lái cần phải đảm bảo các 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. 

b) Chức năng:

Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động ngang của thước lái.

Tăng lực tác động của người lái lên vô lăng lái để thực hiện quay vòng xe nhẹ nhàng hơn. Cơ cấu lái hoạt động tương tự như một hộp số với hai bộ phận cơ bản được g ọ i  quy ước là trục quay của hộp số lái và trục lắc của hộp số lái.

* Kiểu trục vít- đòn quay:

Cơ cấu lái kiểu trục vít-đòn quay có trục quay của nó hoạt động tương tự như một trục vít nhưng có mặt cắt ngang giống một trục cam do các rãnh có độ sâu thay đổi theo chu vi, bởi vậy cơ cấu lái kiểu này còn gọi là kiểu cam đòn lắc. 

1.3.5. Dẫn động lái.

Cơ cấu dẫn động lái có chức năng truyền chuyển động điều khiển từ hộp cơ cấu lái đến hai ngõng quay của hai bánh xe. Bảo đảm mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng có động học đúng khi thực hiện quay vòng. Mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo bằng kết cấu của hình thang lái.

1.3.7. Cảm biến tốc độ đánh lái .

a) Loại máy phát điện:

Được dẫn động từ trục lái thông qua các cặp bánh răng tăng tốc làm tăng tốc độ quay và phát ra điện áp 1 chiều tuyến tính tỉ lệ với tốc độ quay của trục lái. Tín hiệu của máy phát phát ra được hiệu chỉnh và khuyếch đại thông qua 1 bộ khuyếch đại.

b) Loại cảm biến tốc độ đánh lái loại hiệu ứng Hall:

Có cấu tạo đơn giản hơn, dễ lắp đặt và đặc tính ra là dạng xung số. Vì vậy các xe ngày nay thường sử dụng loại cảm biến này.

1.3.9. Cảm biến tốc độ ôtô

Gồm 4 loại:

- Loại công tắc lưỡi gà

- Loại từ điện

- Loại quang điện

- Loại mạch từ trở MRE

1.3.11. Hộp điều khiển  EPS.

Hộp điều khiển  EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, so sánh các tín hiệu mà nó nhận được, tính toán rồi đƣa ra tín hiệu để điều khiển tốc độ và hướng quay của mô tơ trợ lực DC phù hợp với tín hiệu mà ECU nhận được từ các cảm biến.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE HONDA CIVIC

2.1. Đặc điểm kỹ thuật của xe Honda Civic

Bảng các thông số kỹ thuật của xe Honda Civic như bảng 2.1.

2.2. Tính toán động lực học

Việc tính toán động lực học là nhằm mục đích phân phối tỷ số truyền của cơ cấu lái, làm tăng độ tin cậy cho ô tô khi tham gia giao thông, đồng thời làm phù hợp với tốc độ của ô tô.

2.2.1. Tính mô men cản quay vòng

Mô men cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng được xác định khi ô tô quay vòng trên đường nhựa khô và đủ tải. Mô men cản quay vòng lớn nhất khi xe chạy trên đường xấu, mặt đường nghiêng hoặc xe quay vòng tại chỗ.

2.2.2. Xác định mô men cản quay vòng M₁ do lực cản lăn gây ra

Mô men cản quay vòng M₁ sinh ra là do trong quá trình quay vòng mô men này gây nên bởi lực cản lăn của bánh xe với mặt đường. Mô men này tác động lên đòn quay, qua cơ cấu lái tác dụng lên vành tay lái. Về trị số nó được xác định bằng công thức sau:

M₁ = G_bx.f.e                                 (2 - 2)

Vậy ta có: M₁ = 310. 0,02. 0,13 = 0,806 (Nm)

2.2.3. Xác định mô men cản M₂ do các lực ngang gây ra

Mô men cản M₂ do bánh xe trượt lê được tính theo công thức:

M₂ = G_bx. j_Y. x                                           (2 - 4)

Thay toàn bộ các giá trị trên vào công thức (3 – 8) ta có: M_c = 42,32 ( Nm)

Vậy M_c =42,32  (Nm)

2.2.4. Tính mô men cản quay dẫn tới vành tay lái

* Lực tác dụng lớn nhất của người lái lên vành tay lái :

Vậy ta có: P_vlmax =10,04 (N)

Như vậy, lực của người lái tác dụng lên vành tay lái để điều khiển xe là rất lớn, sẽ gây mệt mỏi cho người lái.

2.3. Tính toán bộ truyền cơ cấu lái

2.3.1. Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng

Dựa vào xe tham khảo, chọn số vòng quay về 1 phía của vành lái ứng với bánh xe quay là n = 1,5 vòng.

Ta có công thức:  

X₁ = 2pRn                                                   (2.8)

Suy ra: R = 9 mm.

2.3.2. Xác định các thông số của bánh răng

+ Đường kính vòng đỉnh:

D_d = D_c+2m_n(1+ j) = 18 +2.2,5(1+ 0,538) = 25,7 mm.

+ Đường kính chân răng:

D_f =D_c- 2m_n(1.25- j)=18-2.2,5(1,25- 0,538) =14,44 mm.

+ Chiều cao răng:

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

+ Chiều cao đỉnh răng:

h^’ = (f^’ + j) m = (1+ 0.538) 2,5 = 4,12 mm.                                             

+ Chiều dày của răng trên vòng chia:     

S = pm/2 + 2j mtga

S = 3,14.2,5/2 + 2.0,538.2,5.tg20⁰ = 4,9 mm

2.3.3.  Xác định kích thước và thông số của thanh răng

+ Đường kính vòng đỉnh của thanh răng:

D_d = D = 24 mm

+ Chiều cao của thanh răng

h = (f^’ + f^’’) m_n = (1+ 1,25).2,5 = 5,625 mm

2.4. Kiểm nghiệm bền của các cơ cấu lái . 

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

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

+ Xác định lực tác dụng lên bộ truyền trục răng - thanh răng.

 Lực vòng tác dụng lên bánh răng:

P_v=10,56.23,4=247,1  (N)

 Lực dọc tác dụng lên trục răng:

P_a=P_v.tgβ=247,1.tg18⁰= 80,28 (N)

2.4.2. Kiểm tra bền trục lái

Chọn sơ bộ kích thước của trục lái là:

- Đường kính ngoài: D_tl = 25 (mm)

- Đường kính trong: d_tl  = 17  (mm)                

Trục lái được làm bằng ống thép, vật liệu làm trục lái là thép 35, không nhiệt luyện, có ứng suất tiếp xúc cho phép: [t_x] = 50 - 80 MPa.

Kết luận: vậy trục lái đảm bảo độ bền.

=> Với trục lái xe thiết kế, dựa trên số liệu thực tế ta chọn chiều dài của trục lái L=1000 (mm).

2.4.3. Kiểm tra bền Rô-tuyn

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

- Khớp cầu có lò xo nén đặt hướng kính.

- Khớp cầu có lò xo nén đặt hướng trục.

Kích thước:

+ Khoảng cách từ tâm cầu đến vị trí ngàm: e_N = 23 (mm).

+ Đường kính tại vị trí ngàm tính toán: d_N = 18 (mm).

+ Đường kính cầu rôtuyn: D_c = 28 (mm)

+ Đường kính bề mặt tỳ với đệm rôtuyn: k = 16 (mm)

2.5. Tính toán trợ lực điện

2.5.1. Xây dựng đặc tính cường hóa lái

Theo giáo trình “Thết kế tính toán ôtô” thì đặc tính của cường hoá chỉ rõ sự đặc trưng của quá trình làm việc của bộ cường hoá hệ thống lái. Nó biểu thị mối quan hệ giữa lực mà người lái đặt lên vành tay lái P_l và mômen cản quay vòng của các bánh dẫn hướng M_c

 Ta thấy rằng:

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

- Đoạn AC: P_c = f(M_c). Biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt đường.

2.5.2. Tính kiểm nghiệm motor điện trợ lực

Ta có mô men cản lớn nhất của bánh xe dẫn hướng là 42,32 (Nm)

Với:  M = M_vl + M_tl

Trong đó:  M_vl - là mô men của người lái tác dụng lên vành lái

                 M_tl - là mô men trợ lực

Suy ra  M_tl = M - M_vl = 9 –2,64  = 6,36 (Nm)

Vậy công suất của motor điện là: P = M_m ω = 0,88.94,2 =84,78 W

2.5.3. Tính toán điều khiển motor điện

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

Với vận tốc xe nhỏ nhất v_min = 0(km/h), thì dòng điện cực đại cấp cho motor là 60(A).

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

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORDS

3.1. Giới thiệu về phần mềm Solidwords 2020

Phần mềm Solidworks cung cấp cho người dùng những tính năng tuyệt vời nhất về thiết kế các chi tiết các khối 3D, lắp ráp các chi tiết đó để hình thành nên nhưng bộ phận của máy móc, xuất bản vẽ 2D các chi tiết đó là những tính năng rất phổ biến của phần mềm Solidworks, ngoài ra còn có những tính năng khác nữa như: Phân tích động học ( motion), phân tích động lực học (simulation)..

3.1.1. Các tiện ích của Solidwords 2020

3.1.1.1.Thiết kế mô hình 3D chi tiết

 Solidword nổi bật trong số các giải pháp phần mềm thiết kế 3D CAD bởi tính trực quan, phương pháp xây dựng mô hình 3D tham số, nhanh chóng, dễ dàng và tiện lợi cho người sử dụng. 

3.1.1.3. Tính năng gia công

SOLIDWORKS là phần mềm CAD nền tảng, đối tác của nhiều giải pháp phần mềm CAM: SolidCAM, MasterCAM, PopCADCAM… Từ năm 2017, SOLIDWORKSCAM được bổ sung, phát triển từ phần mềm CAMWorks

3.2. Sử dụng phần mềm Solidwords thiết kế các chi tiết

3.2.1. Thiết kế thanh răng bằng phần mềm solidwords

- Chi tiết thanh răng có các thông số sau:

+ Chiều dài thanh răng: l=169,5 (mm),

+ Đường kính thanh răng: d₁ = 11 (mm)

+ Đường kính tiện ren 2 đầu: d₂ = 20 (mm),

3.3. Sử dụng solidworks tính bền một số chi tiết

3.3.1. Các bước tính bền trong solidworks

Ta có thể chọn phương pháp để kiểm bền 1 số chi tiết bằng phần mềm solidworks  2020 bằng các bước sau:

- Chọn kiểu phần tử : Có thể chọn phần tử phẳng , phần tử khối , phần tử bậc thấp . Sau khi chọn kiểu phần tử cần phải khai báo các hằng số thực phù hợp với phần tử đã chọn . Các hằng số có thể là chiều dày , chiều cao , diện tích mặt cắt , mô men quán tính của mặt cắt

- Khai báo vật liệu : Cần khai báo các tính chất của vật liệu chế tạo vật thể như mô đun đàn hồi ,trọng lượng riêng

3.3.2. Kiểm bền của chi tiết trục lái

 a) Khởi  động Simulation

Để khởi động Simulation ta thực hiện các bước sau:

* Bước 1: Ta khởi động  Solidwork

* Bước 5: chọn kiểu phân tích thích hợp và click  để chọn  hoặc click   để hủy.

Kết luận : Tính bền theo phương pháp truyền thống

Ứng suất uốn dọc  δ_ud = 4514.4 (KG/cm²)

Theo ứng dụng Simulation

Ứng suất uốn dọc δ_ud = 5007,6( MN/cm­­­² )

KẾT LUẬN

Sau một thời gian tập trung nghiên cứu tài liệu, khảo sát, tính toán, tìm hiểu thực tế, với sự chủ động, nỗ lực cố gắng của bản thân, cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy trong Bộ môn Cơ Khí, tôi đã hoàn thành bản đồ án: “Tính toán và thiết kế hệ thống lái trợ lực điện trên Honda civic”, đủ khối lượng, đúng tiến độ và thời gian.

Mặc dù còn nhiều vấn đề chưa giải quyết được trong đồ án này do hạn chế về thời gian, nhưng đồ án này đã trang bị cho bản thân tôi không những là các kiến thức sâu sắc về chuyên ngành mà còn là nhận thức về phương pháp giải quyết một số vấn đề kỹ thuật nảy sinh từ thực tế. Đồ án không thể tránh được những chỗ còn thiếu sót, tôi rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn.

Một lần nữa tôi xin cảm ơn thầy: ThS…………. cùng các thầy giáo trong Bộ môn Cơ Khí đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình làm đồ án này.

Em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Trọng Hiệp- Giáo trình Chi tiết máy (Tập 1, 2) - NXB Giáo Dục

2. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng - Lý thuyết Ô tô - máy kéo – NXB Khoa học và Kỹ thuật - Giáo trình Thiết kế và tính toán Ô tô - máy kéo (Tập 1, 2, 3)

3. Phạm Minh Thái - Hướng dẫn làm đồ án môn học: Thiết kế hệ thống lái của Ô tô - máy kéo bánh xe - Trường ĐHBK Hà Nội

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"