- 92 -
H×nh 3.4.2.7. KÕt qu¶ kiÓm nghiÖm ®é cøng vµ tÇn sè dao ®éng cña hÖ thèng treo

Hình 3.4.2.10. Kết quả tính toán kiểm tra giảm chấn
Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc tính toán kiểm nghiệm hệ
thống treo nữa, thì ngời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi chơng trình" để quay về
menu lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm nh ban đầu để kết thúc phần "Tính toán
kiểm nghiệm hệ thống treo".
- 94 -
V. Kết luận
Chơng trình "Tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống treo" với giao diện bằng tiếng
Việt thân thiện, dễ hiểu, dễ sử dụng đã đạt đợc một số kết quả sau:
- Tổng hợp đợc các công thức và một số phơng pháp tính toán đã đợc sử dụng ở Việt
Nam trong những năm qua.
- Xây dựng đợc chơng trình tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ hiểu, dễ sử dụng.
Chơng trình này sẽ giúp cho các kỹ s chuyên ngành giảm nhẹ đợc công việc tổng hợp lại
các bớc và công thức tính, cũng nh giảm đợc khối lợng và thời gian tính toán so với
trớc đây còn phải sử dụng bằng tay.
- Tổng hợp đợc quá trình tính toán trên một số các kết cấu của hệ thống treo phụ thuộc hiện
đang đợc sử dụng rộng rãi trên thị trờng Việt Nam và có thể áp dụng chơng trình để
kiểm nghiệm các loại xe này, cũng nh có thể dựa trên cơ sở thông số của các loại xe hiện
có để thiết kế cho các loại xe đóng mới tại Việt Nam có kết cấu tơng tự.
- Chơng trình có thể mở rộng tính toán cho một số kết cấu của hệ thống treo khác phức tạp
hơn nh hệ thống phanh treo độc lập, hệ thống treo khí, thuỷ khí, v.v
Bên cạnh những mặt đạt đợc, chơng trình còn có một số khiếm khuyết sau:
- Chơng trình xây dựng mới tổng hợp đợc một số lợng các kết cấu hiện có trên thị trờng

tính toán chúng cũng có những điểm riêng biệt. Do đó để có thể hệ thống hoá đợc các hệ
thống lái chúng ta phải tiến hành phân loại và tổng hợp chúng.
* Theo cách bố trí vành lái chia ra:
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (khi chiều thuận đi đờng là chiều phải).
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (khi chiều thuận đi đờng là chiều trái).
* Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra:
- Trục vít bánh vít (với hình rẻ quạt răng hay con lăn),
- Trục vít đòn quay (với một hay hai ngõng trên đòn quay),
- Thanh khía ,
- Liên hợp (Trụcvít ê cu và đòn quay hay trục vít êcu và thanh khía-rẻ quạt răng).
* Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chia ra :
- Trợ lực thuỷ lực,
- Loại trợ lực khí (gồm cả cờng hóa chân không),
- Loại trợ lực điện.
* Theo phơng pháp điều khiển :
- 96 -
- Bằng tay hoặc tự động
* Theo số lợng cầu dẫn hớng:
- Một cầu dẫn hớng hay nhiều cầu dẫn hớng
* Theo phơng pháp quay vòng:
- Quay các bánh xe dẫn hớng quanh trụ đứng
- Quay cả cầu dẫn hớng
d) Cơ cấu lái trục vít êcu cun
g
răn
g
e) Cơ cấu lái loại thanh khía
- 97 -
Chúng ta biết rằng sự đa dạng của các kết cấu của mỗi hệ thống lái khác nhau dẫn đến việc
tính toán cũng hoàn toàn riêng biệt. Trong phạm vi đề tài vì giới hạn về thời gian nên chúng
tôi mới xây dựng phần lựa chọn kết cấu của cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng và dẫn
động lái loại 4 khâu đơn giản, chơng trình có tính toán cờng hoá lái loại van trợt lắp liền
với cơ cấu lái (tơng tự nh kết cấu xe Zil 130). Tuy nhiên chơng trình cũng xây dựng với
hớng mở để có thể kết nối với những phần tính toán các kết cấu khác.
1.3. Nhiệm vụ
Chơng trình tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống lái thực hiện những nhiệm vụ sau:
a. Với bài toán thiết kế:
- Tính toán động học dẫn động lái.
- Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu lái.
- Tính toán các thông số cơ bản của dẫn động lái.
- Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống.
b. Với bài toán kiểm nghiệm:
- Kiểm tra động học dẫn động lái
- Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống.
- 98 -
II. Các bớc tính toán:
2.1. Với bài toán thiết kế:
Yêu cầu đặt ra đối với bài toán thiết kế là cho các thông số kỹ thuật của xe, cho điều kiện
làm việc, chúng ta tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống lái, sau đó chọn và
kiểm tra quá trình động học và động lực học của hệ thống lái đó.
Qui trình tính toán thiết kế gồm các bớc sau:
- Chọn và tính toán động học dẫn động lái

, ta có đợc đờng cong biểu diễn mỗi quan hệ giữa góc quay
trong và góc quay ngoài lý thuyết:






+=
)(gcot
L
B
gcotarc
LTLT
(4.1.2)
Trên đa số các ô tô hiện nay để đảm bảo mối quan hệ động học giữa hai bánh xe dẫn hớng
ngời ta sử dụng một kết cấu đơn giản đó là dẫn động lái 4 khâu bao gồm các đòn đợc nối
với nhau bằng các khớp cầu và đòn bên đợc đặt nghiêng một góc so với dầm cầu trớc.


L
B
A
B
C
D
E


O

(4.1.3)
Trong đó:
: góc nghiêng của đòn bên với dầm cầu trớc ( = 60 - 75
0
)
m: Chiều dài đòn bên (cm). Chọn trớc m = (0,11 - 0,16)B
n: Chiều dài thanh kéo ngang (cm). Chọn trớc tỷ số truyền m/n = 0,14 - 0,20
So sánh giữa
LT
và
tt
, nếu chênh nhau không quá 1
0
thì đạt yêu cầu.
2.1.2. Xác định mômen cản quay vòng
Mô men cản quay vòng M
c
đợc xác định theo công thức:
M
c
= 2G
bx
(f.a+0,14.
y
.r
bx
)/
1
(kGcm) (4.1.4)
Trong đó

(4.1.5)
Tỉ số truyền cơ cấu lái i
c
= 15 - 25. Với xe có cờng hoá tỷ số truyền có thể lấy bé, ngợc lại
khi không cờng hoá tỉ số truyền lấy lớn.
Chọn tỷ số truyền dẫn động lái i
d
thờng chọn từ 0,85 - 1,1.
Tỉ số truyền của hệ thống lái còn đợc tính theo công thức:

=
vl
c
l
M
M
i
(4.1.6)
Trong đó:
M
c
: Mô men cản quay vòng (kGcm) (đã tính ở trên)
: Hiệu suất truyền lực của hệ thống ( = 0,7 - 0,85)
M
vl
: Mô men tác động trên vành lái
- 100 -
M
vl
= P

định lực cần trợ lực để tính toán cho bộ trợ lực.
2.1.4. Tính toán cơ cấu lái (loại trục vít - êcu - thanh răng bánh răng)
Cơ cấu lái loại trục vít - êcu - thanh răng bánh răng đợc sử dụng rộng rãi không có cờng
hoá hay có cờng hoá thuỷ lực. Đây là cơ cấu lái loại liên hợp. Trong cơ cấu lái liên hợp ma
sát trợt đợc thay thế bằng ma sát lăn (giữa bi và ê cu, giữa bi và trục vít vì vậy có thể đảm
bảo tỷ số truyền của cơ cấu lớn và cơ cấu có tính chất trả tay lái khi quay vòng.
2.1.4.1. Chọn mô đun thanh răng, bớc vít trục vít :
Chọn bớc trục vít p trên cơ sở tối u kích thớc trục vít, cung răng mà vẫn đảm bảo tỷ số
truyền cơ cấu lái. (p = 5 - 20mm)
Mô đun thanh răng m chọn theo tiêu chuẩn, đồng thời đảm bảo điều kiện bền và tối u kích
thớc.
2.4.1.2. Các thông số cơ bản của cặp ê cu cung răng
Thực chất đây là bộ truyền bánh răng thanh răng
Bán kính vòng cơ sở của cung răng: r
0
=i
c
.p/2 (4.1.9)
Số răng của cung răng (tính cả bánh răng ): Z
2
=2r
0
/m (4.1.10)
(Lấy Z
2
là số nguyên)
Đờng kính vòng chia cung răng: d
2
=Z
2

Góc prôfin răng
t
=
Hệ số dịch chỉnh x
t
= 0
- 101 -
Hệ số trùng khớp )Z/1/1(2,388,1
2
+


=


(4.1.16)
Chiều cao răng của thanh răng: h
tr
= 4,5m (4.1.17)
Các thông số cơ bản của cặp thanh răng - bánh răng phải chọn sao cho đảm bảo điều kiện
bền.
Tính ứng suất uốn
][
mdb
1
YYYk
i
M
2
F

= 1
Y

: hệ số kể đến sự trùng khớp răng. Y


= 1/

(4.1.20)
Y
F1
,Y
F2
: hệ số ảnh hởng của dạng răng đến tải trọng Y
F1
,Y
F2
= 3,6 - 4,26
b
w
: chiều rộng bánh răng. b
w
=
bd
. d
w2
(4.1.21)

bd
: hệ số chiều rộng bánh răng.

(4.1.23)
Trong đó
k
=
ch
/3 với
ch
là giới hạn chảy của vật liệu.
ch
= 5500 MPa
Đờng kính bi: d
b
= 0,08 0,15d
1

Bán kính rãnh lăn: r
1
= (0,5 1 )d
b

Khoảng cách từ tâm rãnh lăn đến tâm bi
= cos)
2
d
r(c
b
1
(4.1.24)
Với là góc tiếp xúc giữa bi và ê cu. Thông thờng =45
0

- 102 -
Góc vít:
tb
D.
p
arctg

=
(4.1.29)
Số vòng ren làm việc: k = 2 2,5
Số bi trên các vòng ren làm việc: Z
b
=D
tb
k/d
b
1 (4.1.30)
Khe hở tổng cộng giữa các viên bi: (0,7 1,2)d
b

Các thông số cơ bản của cặp trục vít - êcu bi đợc tính chọn phải đảm bảo thoả mãn các điều
kiện bền.
ứng suất chèn dập đợc tính theo công thức:
][
Z.F
F
cd
b
a
cd


1
,
2
: các góc đợc thể hiện trên hình vẽ
sin(
1
/2) = d
b
/D
tb

sin(
2
/2) = d
1
/D
tb

[
cd
]: ứng suất chèn dập cho phép của vật liệu. [
cd
] = 7000 - 8000 kG/cm
2
.
2.1.5. Tính toán dẫn động lái
2.1.5.1. Trục lái
- Kiểm tra độ bền xoắn của trục lái:
][

vv
tb
.2,0
RP
d

=
(cm) (4.1.35)
L
tl
: Chiều dài trục lái (cm)
G: mô đun đàn hồi dịch chuyển. G = 8.10
5
(kG/cm
2
)
[
x
]: ứng suất xoắn cho phép. [
x
] = 500 - 800 kG/cm
2
.
[]: Góc xoắn cực đại cho phép. [] = 5,5 - 7,5
0
.
2.1.5.2. Đòn quay đứng
Đòn quay đứng đợc tính toán theo bền uốn và xoắn
ứng suất uốn
][




=
d
tcvv
11
l
iRP
,G5,0maxQ
(kG)
G
1
: Trọng lợng tác dụng lên các bánh trớc ôtô ở trạng thái tĩnh (kG)
l
d
: Chiều dài đòn quay đứng (cm)
c: khoảng cách tâm chốt cầu tới trục đòn đứng (cm)
Với tiết diện đòn quay đứng là hình trụ đờng kính d
W
u
=0,1d
3
(cm
3
)
W
x
=0,2d
3

1
: Lực cực đại tác dụng vào thanh kéo dọc (kG)
S: diện tích tiếp xúc của chốt cầu:
4
d
3
4
S
2
cc

=
(cm
2
) (4.1.39)
d
cc
: Đờng kính chốt cầu (cm)
[
cd
]: ứng suất chèn dập cho phép của chốt cầu. [
cd
] = 250 - 350 (kG/cm
2
)
- 104 -
2.2. Với bài toán kiểm nghiệm:
Yêu cầu với bài toán kiểm nghiệm là với xe đã có đầy đủ các thông số kỹ thuật chung, các
thông số của hệ thống lái và các điều kiện làm việc, chúng ta kiểm tra động học và kiểm tra
bền các chi tiết của hệ thống.

B
gcotarc
LTLT
(4.2.2)
Với dẫn động lái 4 khâu bao gồm các đòn đợc nối với nhau bằng các khớp cầu và đòn bên
đợc đặt nghiêng một góc so với dầm cầu trớc. Thông qua liên kết trên ta rút ra mối quan
hệ giữa góc quay trong và góc quay ngoài của bánh xe dẫn hớng thực tế là:
)sin(.B.2nB
)sin(Bsin.m.2sin.B.2m
arcsin
)sin(mB
)cos(m
arctg
tt
22
tt
2
tt
tt
tt
++
++









=
(4.2.4)
Tỉ số truyền của dẫn động lái đợc tính gần đúng theo công thức:
i
d
= l
n
/l
d
(4.2.5)
Trong đó::
l
n
: chiều dài đòn quay ngang
l
d
: chiều dài đòn quay đứng
Tỉ số truyền của hệ thống lái đợc tính theo công thức:
i
l
= i
c
.i
d
(4.2.6)
Lực tác động lên vành lái đợc tính theo công thức:

=
lv
c

=

(4.2.8)

F2
=
F1
Y
F2
/Y
F1
[
F
] (4.2.9)
Trong đó:
M
c
: Mômen cản quay vòng
i
d
: tỉ số truyền của dẫn động lái
k
F
: hệ số tải khi uốn. k
F
=1
Y

: Hệ số dạng răng. Với răng thẳng Y


= 3,6 - 4,26
b
w
: chiều rộng bánh răng.
d
w2
: đờng kính vòng lăn cung răng
- 106 -
[
F
]: ứng suất uốn cho phép. [
F
] = 5000 - 6000 kG/cm
2
.
2.2.4.2. Cặp truyền lực trục vít - êcu
Cặp truyền lực trục vít - êcu đợc tính bền theo chèn dập.
ứng suất chèn dập đợc tính theo công thức:
][
F
F
cd
a
cd
= (kG/cm
2
) (4.2.12)
Trong đó:
F
a

b
2
(4.2.14)
r: bán kính ngoài trục vít (cm)
r
b
: bán kính bi (cm)

1
,
2
: các góc đợc thể hiện trên hình vẽ
sin(
1
/2) = d
b
/D
tb

sin(
2
/2) = d
1
/D
tb

d
b
: đờng kính bi (cm)
d

L2
x


= (rad) (4.2.16)
Trong đó:
d: Đờng kính trong trục lái (cm)

1

2
- 107 -
D: Đờng kính ngoài trục lái (cm)
L: Chiều dài trục lái (cm)
G: mô đun đàn hồi dịch chuyển. G= 8.10
5
(kG/cm
2
)
[
x
]: ứng suất xoắn cho phép. [
x
] = 500 - 800 kG/cm
2
.
[]: Góc xoắn cực đại cho phép. [] = 5,5 - 7,5
0
.
b. Đòn quay đứng







=
d
tcvv
11
l
iRP
,G5,0maxQ
(kG)
G
1
: Trọng lợng tác dụng lên các bánh trớc ôtô ở trạng thái tĩnh (kG)
l
d
: Chiều dài đòn quay đứng (cm)
c: khoảng cách tâm chốt cầu tới trục đòn đứng (cm)
Với tiết diện đòn quay đứng là hình chữ nhật bxh
W
u
=bh
2
/6 (cm
3
)
W

] (kG/cm
2
) (4.2.19)
Trong đó:
Q
1
: Lực cực đại tác dụng vào thanh kéo dọc (kG)
S: diện tích tiếp xúc của chốt cầu:
4
d
3
4
S
2
cc

=
(cm
2
) (4.2.20)
d
cc
: Đờng kính chốt cầu (cm)
[
cd
]: ứng suất chèn dập cho phép của chốt cầu. [
cd
] = 250 - 350 (kG/cm
2
) Hình 4.3.1. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán thiết kế hệ thống lái
Các thông số tham
khảo cơ cấu lái
Các thông số tham
khảo dẫn động lái
Thông số kỹ thuật và điều
kiện làm việc của ôtô

Xác định mômen cản
quay vòng
Kiểm bền
cơ cấu lái
Bắt đầu
Nhậ
p
dữ liệu
Kết thúc
Sai
Đúng
Tính toán động học
dẫn động lái
Chọn tỉ số tru
y
ền
Tính toán cơ cấu lái
Kiểm bền dẫn

- Hệ số cản lăn của đờng
- Hệ số bám ngang của đờng
Các thông số kiểm bền:
- Lực lái cực đại cho phép
- ứng suất uốn cho phép của vật liệu bánh răng
- Giới hạn chảy của vật liệu trục vít
- ứng suất cắt cho phép của vật liệu trục vít
- Góc xoắn cho phép của trục lái
- ứng suất xoắn cho phép của vật liệu trục lái
- ứng suất uốn cho phép của vật liệu đòn quay đứng
- ứng suất xoắn cho phép của vật liệu đòn quay đứng
- ứng suất chèn dập cho phép của vật liệu chốt cầu
3.1.3. Khối các thông số tham khảo cơ cấu lái:
Khối này nhập các thông số tham khảo các lựa chọn ban đầu khi tính toán cơ cấu lái, bao
gồm:
- Loại cơ cấu lái
- Môđun răng của thanh răng