Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
mục lục
Ch ơng 1: tổng quan về hệ thống lái của ô tô và
lựa chọn phơng án thiết kế
Đ 1 Công dụng _Phân loại _Yêu cầu
1.1.1 Công dụng
1.1.2 Phân loại
1.1.3 Yêu cầu
Đ 1.2 Tổng quan về hệ thống lái của ô tô
1.2.1 Sơ đồ bố trí chung
1.2.2 Nguyên lý làm việc
Đ 1.3 Lựa chọn phơng án thiết kế
1.3.1 Các yêu cầu thiết kế
1.3.2 Lựa chọn phơng án thiết kế
1.3.3 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái theo ph-
ơng án đã chọn .
Ch ơng 2: tính toán thiết kế hệ thống lái
Đ 2.1 Các thông số cơ bản .
Đ 2.2 Tính toán thiết kế dẫn động lái.
2.2.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống lái.
2.2.2 Xác định chế độ tải trọng để tính bền các chi tiết của hệ thống lái.
2.2.3 Thiết kế dẫn động lái _ Sơ đồ dẫn động lái.
2.2.3.1 Thiết kế dẫn động lái.
2.2.3.2 Sơ đồ dẫn động lái.
2.2.4 Thiết kế và tính toán các chi tiết của dẫn động lái.
2.2.4.1 Đòn quay đứng.
2.2.4.2 Thanh kéo dọc và thanh kéo ngang.
2.2.4.3 Trục lái.
2.2.4.4 Khớp cầu của dẫn động lái.
2.2.5 Kiểm tra dẫn động lái.

2.4.2.3 Tính toán cung răng.
lời nói đầu
Trong những năm qua đất nớc ta với xu hớng công nghiệp hoá, hiện đại
hoá các ngành mũi nhọn đợc nhà nớc quan tâm, đầu t phát triển nh công nghệ
thông tin, điện tử, viễn thông, Trong đó ngành cơ khí nói chung, cũng nh ngành
cơ khí ô tô nói riêng cũng là một ngành mũi nhọn, nó có vai trò rất quan trọng
trong nền kinh tế quốc dân.
Ô tô là một phơng tiện vận tải chủ yếu trong việc vận chuyển hàng hoá,
hành khách và phục vụ các công tác quan trọng khác nh : ytế, môi trờng, an
ninh, ; Do có vai trò quan trọng và có liên quan đến nhiều công tác vận tải nh
vậy, cho nên tính an toàn và độ tin cậy của ô tô phải luôn đảm bảo tốt nhất. Một
trong những hệ thống của ô tô có liên quan trực tiếp đến sự an toàn cho ngời, ph-
ơng tiện và vật chất khi tham gia giao thông đó là hệ thống lái.
Trong bản đồ án này em đã đi sâu nghiên cứu, thiết kế hệ thống lái có trợ
lực lái cho xe tải 2,5T. Với nhiệm vụ nh vậy thì những kiến thức đã đợc lĩnh hội
từ phía nhà trờng cùng những kinh nghiệm quý báu của các thầy cô giáo bộ môn
và những kiến thức thực tế tại các các công ty thực tập, phải đợc vận dụng một
cách tổng hợp nhằm thiết kế tốt nhgiệp đợc tốt hơn và đúng thời gian quy định.
SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

2
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
Sinh viên chúng em nghĩ rằng công việc mà chúng em đang làm là một bớc nhảy
lớn giúp chúng em làm quen với việc nghiên cứu và thiết kế thật sự một đề tài và
đó chính là một công việc của một kỹ s tơng lai.
Hệ thống lái là một hệ thống phức tạp mà trình độ và thời gian có hạn cho
nên trong quá trình thiết kế không tránh khỏi những sai sót nhất định. Rất mong
đợc sự hớng dẫn và góp ý của quý thầy cô và các bạn.

3
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
+ Hệ thống lái với cơ cấu lái đợc bố trí bên trái (đợc áp dụng với nớc có
luật giao thông qui định chiều chuyển động bên phải ).
+ Hệ thống lái với cơ cấu lái đợc bố trí bên phải (đợc áp dụng với nớc có
luật giao thông qui định chiều chuyển động bên trái ).
* Theo kết cấu của cơ lái :
- Loại trục vít _bánh vít (với cung răng hay con lăn).
- Loại trục vít _ đòn quay (với một hay hai ngõng quay).
- Loại thanh khía.
- Loại liên hợp .
* Theo số bánh xe dẫn hớng:
- Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hớng ở cầu trớc .
- Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hớng ở cầu sau .
- Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hớng ở tất cả các cầu .
* Theo nguyên lý làm việc ở bộ cờng hoá lái :
- Loại cờng hoá thuỷ lực .
- Loại cờng hoá khí (kể cả cờng hoá chân không ).
- Loại cờng hoá điện.
- Loại cờng hoá cơ khí .
1.1.3 Yêu cầu :
Hệ thống lái của ô tô phải đảm bảo thoả mãn những yêu cầu cơ bản sau đây:
- Đảm bảo tính năng vận hành cuả ô tô, có nghĩa là khả năng quay vòng
của ô tô thật nhanh và ngoặt trên một diện tích giới hạn.
- Tay lái nhẹ trong việc điều khiển ô tô khi chuyển động và ngay khi quay
vòng tại chỗ. Lực tác dụng lên vành tay lái không vợt quá 6 KG khi ô tô chạy với
tốc độ 20 km/h trên đờng bê tông- nhựa theo quĩ đạo số 8 có bán kính vòng
tròn là 15 m và khoảng cách giữa tâm của hai vòng tròn là 42 m. Lực khi quay
vòng các bánh xedẫn hớng tại chỗ trên mặt đờng bê tông nhựa không vợt qua

- Trục lái 8.
- Vành tay lái 9.
- Trục đứng 11.
Vành tay lái có dạng hình tròn, lực của ngời lái tác dụng lên vành tay lái
tạo mô men quay để hệ thống làm việc. Trục lái là một đòn dài (rỗng hoặc đặc).
Để truyền mô men quay từ vành tay lái xuống cơ cấu lái. Cơ cấu lái có nhiệm vụ
biến chuyển động quay tròn của vành tay lái thành chuyển động lắc của đòn
SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

5
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
quay đứng trong mặt phẳng đứng, đảm bảo theo tỷ số truyền theo yêu cầu cần
thiết. Dẫn động lái có nhiệm vụ truyền chuyển động từ cơ cấu lái xuống tận bánh
xe dẫn hớng, đảm bảo tỷ số truyền nhất định và chủ yếu giữ đúng động học quay
vòng của ô tô.
1.2.2 Nguyên lý làm việc:
Khi muốn thay đổi hớng chuyển động của ô tô sang phải hay sang trái ng-
ời lái cần tác dụng một lực lên vành tay lái, thông qua cơ cấu lái làm quay đòn
chuyển hớng. Đòn chuyển hớng đẩy đòn kéo dọc dịch chuyển làm đòn quay đẩy
cam quay lái quay. Đồng thời lúc đó các đòn bên và đòn kéo n gang dịch chuyển
tạo ra sự quay của các bánh xe dẫn hớng với những góc quay khác nhau theo tỷ
lệ nhất định để đảm bảo quay vòng không trơt.
Hình 1: Sơ đồ kết cấu chung của hệ thống lái.
1.3.1 Các yêu cầu thiết kế:
SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

6

* Nguyên lý làm việc:
Khi ô tô chuyển động thẳng, ngăn kéo van trợt ở vị trí trung gian, các
khoang bên phải và bên trái của xy lanh đợc nối thông với nhau và c9ó áp lực
SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

7
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
dầu bằng nhau. Dầu đi qua các ống dẫn về bơm dầu. Trờng hợp này dầu áp suất
cao không làm nhiệm vụ trợ lực lái.
Khi ô tô quay vòng sang phải, cả cụm trục vít và ngăn kéo van trợt dịch
chuyển sang phải một đoạn trong khoảng 1 mm (khoảng này phụ thuộc vào lực
tác dụng lên vành tay lái). Dầu trợ lực đi vào khoang bên phải của xy lanh đẩy
piston chuyển động sang trái, dầu đi từ khoang bên trái theo đờng ống dẫn trở về
bơm. Trờng hợp này ngoài lực của ngời lái còn có lực phụ thêm của trợ lực bằng
dầu có áp suất cao để quay vòng bánh xe dẫn hớng.
Khi ô tô quay vòng sang trái quá trình diễn ra ngợc lại.
Hình 2: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
ch ơng ii :
SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

8
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
tính toán thiết kế hệ thống lái
Đ2.1 các thông số cơ bản :
- chiêu dài cơ sở : L = 2750 mm
- Chiều rộng cơ sở : B = 1630 mm

SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

9
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
đ
l
n
l
=
d
i
Chọn : l
đ
= 0,25 m: là chiều dài đòn quay đứng .
l
n
= 0,275 m : là chiều dài cam quay lái.
i
d
=
1,1=
25,0
275,0
- Tỷ số truyền tổng cộng của hệ thống lái :
i

= i
c

. f . a (Nm)
Trong đó :
- G
bx
: Tải trọng tác dụng lên một bánh xe dẫn hớng.
G
bx
= 0,5 . 1530 = 765 KG = 7650 (N).
- f : Hệ số cản lăn . f = 0,02.
- a: Tay đòn của trục cản lăn đối với trục đứng của hệ thống lái
a = 0,045m.
Do đó :
M
1
= 7650 . 0,02 . 0,045 = 6,885 (Nm).
* Mô men cản gây ra do sự trợt của bánh xe dẫn hớng trên mặt đờng:
M
2
= Y . x = G
bx
. . 0,14 . r
bx
(Nm).
Trong đó :
SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

11
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang

M
2
=7650 . 0,75 . 0,14 . 0,31204 = 250,645 ( Nm).
* Mô men cản gây lên bởi việc làm ổn định các bánh xe dẫn hớng :
M
3
= ( - 1) . ( M
1
+ M
2
).
: Hệ số rút ra từ thực nghiệm chỉ định khả năng ảnh hởng của M
3
.
Chọn = 1,15.
* Mô men cản tổng cộng đợc tính :
M
c
= 2 . (M
1
+ M
2
+ M
3
).
= 2 . . ( M
1
+M
2
).

=
th
.
cam
= 0,8 . 0,7 = 0,56.
Vậy:
2.2.3 Thiết kế dẫn động lái sơ đồ dẫn động lái.
2.2.3.1 Thiết kế dẫn động lái :
Chiều dài đòn bên : m = 0,15 . B = 244,5 ( mm).
Dựa theo tài liệu TL[6] , trang 8 cùng với tài liệu TL[7] , trang 190 ta có thể tính
toán nh sau :
SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

13
)N(536,218=
56,0.22.22,0
319,592
=P
max
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
Hình 4: Sơ đồ hình thang lái.
Trên hình 4 trình bày hai vị trí, đờng nét liền ứng với vị trí của hình thang lái khi
ô tô chạy thẳng , đờng nét đứt ứng với vị trí khi ô tô quay vòng.
Khi quay vòng đòn AL quét một góc , đòn BR quét một góc . Ta xác định mối
quan hệ giữa và nh sau :
Ta có : AB = B = ML
/
+ L

= + arctg
222
2
])+ ( m.Sin - B[+)+.(Cos.m
) + B.Sin(2.m.Sin - 2.B.Sin + m
arcsin -
) + m.sin(-B
)+cos(.m -
(3)
Khi quay vòng ô tô là một vật thể thống nhất mà tất cả các điểm của nó quay
quanh tong tâm quay tức thời trong tong thời điểm . Để đạt đợc điều kiện trên mà
các bánh xe khi quay vòng không bị trợt và điều kiện cần để các tâm quay của
các bánh xe phải trùng nhau tại một điểm o, đồng thời điều kiện đủ là phải thoả
mãn các biểu thức liên hệ giữa các góc quay và nh sau:
Cotg - Cotg = B/L (4)
( theo công thức (1) trang 6- tài liệu TL[6] )
Khi cho trớc các góc xác định thì ứng với một trị số ta có một trị số t-
ơng ứng từ mỗi công thức (3) và (4) trong đó đồ thị của (4) là một đờng cong T
(lý tởng ) để so sánh các đờng cong xác định từ (3). Trong các đờng cong (3) sẽ
tìm đợc một đờng cong sát nhất so với T, đờng cong đợc chọn sao cho sai lệch
giữa đờng cong này so với T không lớn hơn 1
0
.
a) Đồ thị đờng cong lý tởng T:
Theo công thức 11.21 trang 194 tài liệu TL[7] ta có:
Cotg - Cotg =
L
B
Cotg - Cotg =
593,0=


15
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang

Cotg = 0,593 + Cotg15
0

= arctg
0
0
02,13=
325,4
1
=
593,0+15
1
arctg
Cotg

* Với = 20
0
suy ra:
Cotg - Cotg20
0
= 0,593.

Cotg = 0,593 + Cotg20
0
= arctg

0
suy ra:
Cotg - Cotg35
0
= 0,593.

Cotg = 0,593 + Cotg35
0
= arctg
0
0
89,26=
225,2
1
arctg=
593,0+35Cotg
1
* Với = 45
0
suy ra:
Cotg - Cotg45
0
= 0,593.

Cotg = 0,593 + Cotg45
0

= arctg
0
0

2
244,5
0
301630.sin-
0
15
2
2.244,5sin -
0
152.1630.sin + 244,5
arcsin -
0
0244,5.Sin3-1630
0
0244,5.Cos3
arctg+
0
15=
=15
0
+ arctg
1518,86
240,49
arcsin -
75,1507
74,211

= 15
0
+ 7,99

5244,5.Cos4
arctg+
0
15=
=15
0
+ arctg
1467,33
97,09 -
arcsin -
11,1457
887,172

= 15
0
+ 6,766
0
+ 3,794
0
= 25,56
0
* Với =45
0
. Thay các thông số vào (3) ta đợc:
2
)
0
0244,5.sin6 - (1630+
0
60

0
+ 4,926
0
+ 14,488
0
= 34,4
0
c) xác định đờng cong
2
khi chọn = 18
0
:
* Với =15
0
. Thay các thông số vào (3) ta đợc:
2
)
0
3244,5.sin3 - (1630+
0
33
2
.Cos
2
244,5
0
1630.sin33-
0
18
2


17
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
* Với =30
0
. Thay các thông số vào (3) ta đợc:
2
)
0
8244,5.sin4 - (1630+
0
48
2
.Cos
2
244,5
0
481630.sin-
0
18
2
2.244,5sin -
0
182.1630.sin + 244,5
arcsin -
0
8244,5.Sin4-1630
0
8244,5.Cos4

.Cos
2
244,5
0
1630.sin63-
0
18
2
2.244,5sin -
0
182.1630.sin + 244,5
arcsin -
0
3244,5.sin6-1630
0
3244,5.Cos6
arctg+
0
18=
=18
0
+ arctg
1416,5
247,14 -
arcsin -
15,1412
111

= 18
0

0
202.1630.sin + 244,5
arcsin -
0
244,5sin35-1630
0
5244,5.Cos3
arctg+
0
20=
=20
0
+ arctg
1503,16
367,35
arcsin -
1489,76
200,28

= 20
0
+ 7,657
0
14,145
0
= 13,51
0
* Với =30
0
. Thay các thông số vào (3) ta đợc:

53,63 -
arcsin -
144,27
157,16
SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

18
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang

= 20
0
+ 6,217
0
2,118
0
= 24,1
0
* Với =45
0
. Thay các thông số vào (3) ta đợc:
2
)
0
5244,5.sin6 - (1630+
0
65
2
.Cos

0
+ 7,118
0
= 31,314
0
e) xác định đờng cong
4
khi chọn = 30
0
:
* Với =15
0
. Thay các thông số vào (3) ta đợc:
20022
0020
0
0
0
)5244,5.sin4 - (1630+45.cos244,5
451630.sin-30n2.244,5.si-302.1630.sin+244,5
arcsin-
5244,5.sin4 -1630
5244,5.cos4
arctg+30=
=30
0
+ arctg
1467,33
599,665-
arcsin -

1418,257
122,25
= 30
0
+ 4,9265
0
13,844
0
= 21,08
0
* Với =45
0
. Thay các thông số vào (3) ta đợc:
SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

19
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
20022
0020
0
0
0
)5244,5.sin7 - (1630+75.cos244,5
751630.sin-30n2.244,5.si-302.1630.sin+244,5
arcsin-
5244,5.sin7 -1630
5244,5.cos7
arctg+30=

501630.sin-35n2.244,5.si-352.1630.sin+244,5
arcsin-
0244,5.sin5 -1630
0244,5.cos5
arctg+35=
=35
0
+ arctg
1451,237
704,83
arcsin -
1442,702
157,16
= 35
0
+ 6,217
0
29,056
0
= 12,16
0
* Với =30
0
. Thay các thông số vào (3) ta đợc:
20022
0020
0
0
0
)5244,5.sin6 - (1630+65.cos244,5

1630.sin80-35n2.244,5.si-352.1630.sin+244,5
arcsin-
0244,5.sin8 -1630
0244,5.cos8
arctg+35=
=35
0
+ arctg
1389,836
348,24
arcsin -
1392,8725
42,457
= 35
0
+ 1,746
0
14,51
0
= 22,236
0
SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

20
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
Từ đồ thị hình 5 ta chọn đờng
2
ứng với góc chọn


21
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
Ta có các thông số của dẫn động lái nh sau:
- Độ dài đòn bên: m = 244,5 ( mm ).
- Độ dài đòn kéo ngang: n = 1478,9 ( mm ).
- Độ dài cam quay lái : l
n
= 1,1.l
đ
= 1,1.250 = 275 ( mm ).
- Góc nghiêng: = 18
0
( = 72
0
).
- Chiều dài cơ sở: B = 1630 ( mm ).
- Tay đòn: a = 0,045 ( mm ).
Hình 6: Sơ đồ dẫn động lái.
2.2.4. Thiết kế và tính toán các chi tiết của dẫn động lái:
2.2.4.1. Đòn quay đứng:
Đòn quay đứng để truyền chuyển động từ trục thụ động của cơ cấu lái đến
đòn dọc của dẫn động lái.
Đòn quay đứng đợc nối với dẫn động lái nhờ khớp cầu và nối với trục cơ
cấu lái bằng then hoa tam giác.
Kích thớc cơ bản của đòn quay đợc xác định theo giá trị của các lực truyền
từ các bánh xe dẫn hớng qua đòn quay khi ô tô chuyển động trên đờng gồ ghề.
Theo tài liệu TL[7]_trang 193, thực nghiệm chứng tỏ rằng lực cực đại tác
dụng lên đòn quay đứng thờng không quá 0,5.G

P
max
= 218,536 ( N ).
- R: Bán kính vành tay lái : R = 0,22 ( m ).
- i
c
: Tỷ số truyền của cơ cấu lái.: i
c
= 20.
-
th
: Hiệu suất thuận của cơ cấu lái:
th
= 0,8.
- l
đ
: Chiều dài đòn quay đứng: l
đ
= 0,25 ( m ).
Thay các giá trị voà (5 suy ra:
N =
3077(N)=
0,25
22.20.0,8218,536.0,
Ta thấy:
N = 3077 (N) < 0,5.G
1
= 7650 (N).
Do đó ta chọn N = Q
1

x
]
Trong đó:
- l: Chiều dài đòn quay: l = 0,25 ( m).
- c: Độ dài từ tâm chốt cầu đến đờng tâm đòn quay. c = 0,06 m.
SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

23
Đề tài tốt nghiệp
2002 2003 Trang
- W
u
: Mô men chống uốn tại tiết diện A_A. W
u
=
6
2
k.h
Từ 1 và 3 trang 81,83_ tài liệu TL[6] ta chọn:
+Đờng kính trục của đòn quay đứng : d
T
= 38 mm = 3,8 cm.
+ Chọn sơ bộ bề dày đòn : h = 2 cm.
+ W
x
: Mô men chống xoắn.
W
x
= . k . h

6.765

)cm(81,5=
1700.2
25.765.6
k
và
2
2.700
6.765
k
Tra bảng 6.1 trang 105_tài liệuTL[3] _nếu chọn k/h = 4 ta đợc = 0,282 suy ra:
k 5,81 (cm) và k 5,813 (cm) .
Chọn k = 8 (cm).
2.2.4.2. Thanh kéo dọc và ngang:
* Trên thanh kéo dọc sẽ có lực N tác dụng, đây chính là lực tác dụng vào đòn
quay đứng Q
1
= 7650 (N).
SVTH: Bùi Xuân Chiều GVHD: ts. Nguyễn
Đức Toàn

25