Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42
Chơng II
Tính toán hệ thống lái cho xe thiết kế
2.1. Giới thiệu xe cơ sở có bảng các thông số
2.1.1. Sơ đồ hệ thống lái.
Giới thiệu xe cơ sở: Xe cơ sở là xe MISUBISHI tải, do nhu cầu về sửa chữa
đèn, điện nên xe đã đợc cải tiến lắp thêm cẩu và kéo dài thân để vận chuyển đợc
những cột điện có kích thơc lớn. Khi kéo dài thân xe thì những kích thớc, thông
số của hệ thống lái cũ không phù hợp nữa cho nên ta phải tính và thiết kế lại.
Một số thông số của xe thiết kế
TT Tên danh nghĩa Ký hiệu Số lợng Đơn vị đo
1 Dung tích xy lanh 3567 CC
2 Trọng lợng không tải G
o
2165 KG
3 Trọng lợng toàn tải G
t
6300 KG
4 Chiều dài toàn thể
L
7925 mm
5 Chiều cao toàn thể 2180 mm
6 Khoảng cách 2 cầu xe L 5350 mm
7 Khoảng cách hai lằn vết xe trớc B
t
1665 mm
8 Khoảng cách hai lằn vết xe sau B
s
1495 mm
9 Khoảng sáng gầm xe 200 mm
10 Chiều rộng khung 753 mm

Các cánh bơm này đặt giữa phần cố định là Stato và phần động Rôto có
mang cánh bơm.
2.1.2. Cơ cấu lái:
Kiểu trục vít - đai ốc và thanh răng răng rẻ quạt.
- Trục cơ cấu lắp trên vòng bi cầu, đầu có trục vít. Trên vít bắt chặt đai ốc,
lọt vào pittông thanh răng. Khi quay trục cơ cấu lái, pittông thanh răng dịch
chuyển dọc trục pittông thanh răng có răng ở mặt ngoài, nên khi pittông thanh
Thiết kế hệ thống lái - 31 -
CC
B
10
1
2
3
4
5
6
7
8
8
9
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42
răng dịch chuyển sẽ làm quay bánh răng rẻ quạt, răng rẻ quạt này lắp trên trục
của đòn quay đứng. Qua cơ cấu dẫn động lái, đòn quay đứng làm quay bánh xe
dẫn hớng.
Trên đai ốc và trục vít có rãnh xoắn nửa hình tròn. Các viên bi lăn tự do
trong rãnh ấy. Trong rãnh có bố trí các tấm dẫn hớng nhằm che kín rãnh, không
cho các viên bi lăn theo rãnh. Chúng ra khỏi đai ốc ở phía bên này rồi lại chui
vào ở phía bên kia.
2.1.3. Truyền động lái.

L: Chiều dài cơ sở xe ôtô
B: khoảng cách giữa hai trục đứng.
Hình thang lái đảm bảo động học quay vòng củ các bánh xe dẫn hớng. Nó
bao gồm các khâu đợc nối với nhau bằng các khớp cầu và các đòn bên đợc bố trí
nghiêng một góc so với dầm cầu trớc.
Vì xe thiết kế là xe tải có hệ thống treo phụ thuộc cho nên ta chọn phơng
án hình thang lái 4 khâu. Hình thang lái Đan-tô.
* Trờng hợp xe đi thẳng.
Thiết kế hệ thống lái - 33 -
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42
* Khi xe quay vòng
Khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa
và vẫn đợc giữ nguyên nh công thức trên thì hình thang lái Đan-tô không thể
thoả mãn hoàn toàn đợc. Xong ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho ta
sai lệch với quan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép.
Theo [2] ta có quan hệ giữa và của hình thang lái Đantô nh sau:
222
2
)]sin(.[)(cos.
sin.2sin.2)sin(.
arcsin
)sin(.
)cos(.





+++
++

B
Hay:
Cotg = Cotg +
L
B
= Cotg +
530
1565
ứng với các giá trị của từ 0
0
, 5
0
, 45
0
lần lợt ta có các giá trị tơng ứng
của . Các giá trị này đợc lập bảng ở bảng I.
Bảng I: Quan hệ giữa

và

theo lý thuyết.

5
0
4,8761
10
0
9,5199
15
0

Theo hình vẽ thì:
Tg =
Lx
B
2
Trong đó:
: góc trong của hình thang lái.
B: khoảng cách giữa hai trụ đứng (B = 1565mm)
L: chiều dài cơ sở của xe (L = 5350mm)
Theo giáo trình TTTK Ôtô tập 2 1971 ta chọn x = 0,7
Vậy: tg =
20894526,0
5350.7,0.2
1565
2
==
Lx
B
Thiết kế hệ thống lái - 36 -
B
XL

C
n
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42
T đợc = 11,8. Cho 1 số giá trị xung quanh giá trị đã chọn của thay vào
công thức dới ta đợc qua hệ thực tế (,)
= + arctg
222
2

Bảng quan hệ

,


1
=10
0

0
5
0
10
0
15
0
20
0
25
0
30
0
35
0
40
0
45
0

0

0
40
0
45
0

0
4,911
0
9,6464 14,2050 18,5788 22,7538 26,7096 30,418
6
33,846
2
36,9195

3
=12
0

0
5
0
10
0
15
0
20
0
25
0

0
15
0
20
0
25
0
30
0
35
0
40
0
45
0

0
4,893
3
9,5780 14,0540 18,314
0
22,3439 26,122
4
29,621
4
32,805
8
35,6335
* Nếu với một góc nào đó mà cho ta sự sai lệch góc
max

.
Thiết kế hệ thống lái - 38 -
5 10 15 20 25 30 35 40 45

45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
= 10
0
= 12
0
= 13
0
= 11
0
Lý thuyết
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42
Tỷ số truyền cơ cấu lái I
c
có thể thay đổi hoặc không thay đổi tuỳ thuộc
vào từng loại kết cấu và từng xe. ở xe tham khảo cơ cấu lái là loại trục vit - êcu
bi có tỷ số truyền không đổi có tỷ số truyền không đổi và bằng 21. Trong xe
thiết kế ta chọn tỷ số truyền bằng tỷ số truyền xe cơ sở và bằng 21.

0
tức là 2,04 vòng.
Vì ta có (
max
=
bxmax
.i)
Thời gian quay vòng tay lái là thời gian mà ngời lái phải quay vành tay lái
từ vị trí tận cùng bên trái sang vị trí tận cùng bên phải tức là phải quay:
2.2,04 = 4,08 vòng
Nếu ngời lái đang lái với vận tốc 1,53v/s thì thời gian quay vòng là:
t =
)(67,2
53,1
08,4
s=
,vậy thời gian quay vòng đạt yêu cầu.

Thiết kế hệ thống lái - 39 -
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42
2.2.3. Xác định momen cản quay vòng.
Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái:
Lực tác dụng lên vành tay lái ôtô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ôtô
tại chỗ. Lúc ấy momen cản quay vòng trên dọc bánh xe dẫn hớng M
c
sẽ bằng
tổng số momen cản lăn M
1
, momen cản do các bánh xe trợt lê trên đờng M
2

Thiết kế hệ thống lái - 40 -
P
R
c d
B

n
e

m
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42
c: chiều dài cánh tay đòn; c = 50 (mm)
Vậy: M
1
= G
bx
.f.c = 1150 . 0,015 . 0,05 = 0,8625 (KGm)
Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe, do sự đàn hồi của lốp diện tích
tiếp xúc giữa lốp với đờng sẽ bị quay tơng đối với mặt phẳng bánh xe. Điểm đặt
của lực ngang Y đợc thừa nhận bằng 1/4 chiều dài của bề mặt tiếp xúc giữa lốp
với đờng về phía sau.
Nh vậy theo hình thì:
x = 0,5.
22
bx
rr
ở đây:
r: bán kính tự do của bánh xe [r = ( 7 +
]3814,25).
2

- góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe.
- góc lệch của vết tiếp xúc của lốp với mặt đờng so với mặt phẳng giữa
của bánh xe.
- góc doãng của các bánh xe dẫn hớng .

c
góc chụm của các bánh xe dẫn hớng.
Tất cả các góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhng chúng đã làm
xuất hiện các momen cản M
3
. Trong tính toán giá trị momen cản M
3
đợc kể đến
bởi hệ số .
- hệ số tính đến ảnh hởng của M
3
do đầu trớc của ôtô bị nâng lên:
= 1,1
Nh vậy:
M
c
=
1
21
) (2


MM +

l

lp
.
Trong đó :
X
p
: lực phanh tác dụng lên một bánh xe.
Thiết kế hệ thống lái - 42 -
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42
m
lp
: hệ số phân bố lại trọng lợng lên cầu dẫn hớng khi phanh.
: hệ số bám giữa lốp với đờng. Lấy = 0,7.

Theo hình trên thì N đợc tính theo:
N =
e
cmG
e
cX
pp
.2

11

=

Trong đó:
c và e là các kích thớc nh trên hình vẽ.
c = 50 (mm)
cos =

=
2
2
)(

n
JE
à


Chọn sơ bộ đờng kính đòn kéo ngang theo xe tham khảo:d=30(mm)
E: môđun đàn hồi của thép; E 2.10
6
KG/cm
2
J: momen quán tính của tiết diện tròn có d = 3cm
J = 0,049d
4
= 0,049.3
4
= 0,3969(cm
4
)
n: chiều dài thanh kéo ngang; n = 1470 (mm)
Thiết kế hệ thống lái - 43 -
C
V
N e N
X
p

)/(55,32
065,7
230
2
cmKG=
ứng suất uốn dọc nguy hiểm

ud
=
)/(26,51
065,7.147
3969,0.10.2.14,3
.

2
2
62
2
2
cmKG
fn
JE
==

Hệ số dự trữ bền: K =
57,1
55,32
26,51
==
n

W
M
u
u

sin
+

td
=
)/(66,2136
4
3.
11sin.230
32
3.
356,5644
2
2
0
3
cmKG=+

Đòn bên làm bằng thép 45: [] = 3600KG/cm
2
)

td
< [] đòn bên đủ bền.
2.3.3. Tính bền đòn quay ngang, thanh kéo dọc và đòn quay đứng, mối

iRP


max
P
max
=
t
c
iR
M


lực lái lớn nhất khi quay vòng.
Q
,
=
at
tcc
LiR
iRM

=
)(56,717
20,0
39,179
KG

2
/6,27
417,10
25.1150
cmKG
=
Thiết kế hệ thống lái - 46 -
b
a
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42
Momen xoắn gây ra trên đòn quay đứng:
M
x
= Q.c = 1150.100 = 1150.10
2
(KG.mm) = 115.10
2
(KG.cm)
ứng suất xoắn gây ra trên đòn quay đứng:
=
oj
x
W
M
trong đó W
oj
momen cản xoắn của tiết diện đòn quay đứng.
W
oj
= .b.a

2222
=+=+

< [
u
]
Vậy đòn quay đứng đủ bền để làm việc ở mọi điều kiện.
b. Tính bền then hoa tam giác.
Với then hoa ta tính bền theo ứng suất dập trên bề mặt làm việc của
then. Với giả thiết chỉ có 75% số lợng then truyền momen xoắn.
=
tb
x
RFZ
M
75,0
Trong đó:
M
x
: momen xoắn trên trục. Tính cho momen cản quay vòng lớn nhất
M
x
= M
c
= 115 (KG.m) = 1150(KG.cm)
Z: số then làm việc, Z = 30
F: diện tích bề mặt làm việc.Theo (4):
F = b.h.
Thiết kế hệ thống lái - 47 -
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42

c. Tính bền thanh kéo dọc.
Thanh kéo dọc tính với lực nén dọc Q nh với đòn quay đứng:
Q = 1150(KG)
Lực tới hạn của thanh kéo dọc:
P
th
=
2
2
).(

l
JE
à

Trong đó:
E: môđun đàn hồi của thép, E = 2.10
6
KG/cm
2
J: mômen quán tính của tiết tròn có d = 3cm
J = 0,049.d
4
= 0,049.3
4
= 0,3969(cm
4
)
l: chiều dài thanh kéo dọc, l = 60(cm)
à = 1

Thiết kế hệ thống lái - 48 -
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42
ứng suất uốn dọc nguy hiểm.

ud
=
)(72,307
065,7.60
3969,0.10.2.14,3
.

22
62
2
.2
cm
KG
fl
JE
==

Hệ số dự trữ bền: K =
5,225,189,1
8,162
72,307
ữ==
n
ud



Nh phần tính bền thanh kéo ngang lực tác dụng lên khớp cầu cũng chính là
lực tác dụng lên thanh kéo ngang khi phanh:
N = 230(KG)
* Tính ứng suất chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu.

d
=
F
N
(2.49)
F: là diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rôtuyl. Trong thực tế làm việc
diện tích làm việc chiếm 2/3 bề mặt của khớp cầu. Nên bề mặt chịu lực tiếp xúc
chiếm 1/2.2/3 = 1/3 bề mặt khớp cầu.
Ta có: F =
3
.
2
D

Thiết kế hệ thống lái - 49 -
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42
D: đờng kính khớp cầu: D = 35(mm) = 3,5(cm)
Suy ra:
d
=
2
22
/94,17
5,3.
230.3

N
Trong đó:
F
c
: là tiết diện của Rotuyl tại vị trí có tiết diện nguy hiểm nhất nh hình mô
tả ở trên:
F
c
=
4
.
4
d

(d = 15cm)
Suy ra:

c
=
)/(22,130
5,1.14,3
230.4
.
.4
2
22
cmkg
d
N
==

.
2
D

D: là đờng kính khớp cầu, D = 35(mm) = 3,5(cm)
Suy ra:
d
=
2
22
/7,89
,3.14,3
1150.3
.
.3
cmKG
D
Q
==

Lấy hệ số an toàn là 2 [
d
] = 250(KG/cm
2
)
Vậy
cd
= 89,7(KG/cm
2
) < [


C
=
)/(651
,1.14,3
1150.4
.
.4
2
2
cmKG
d
Q
==


c
= 651(KG/cm
2
) < [
c
] = 2200(KG/cm
2
), nên khớp cầu tại thanh kéo dọc
thoả mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm.
2.3.5. Kiểm tra trục lái
Thiết kế hệ thống lái - 51 -
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42
ứng suất xoắn của trục lái
=

4444

=

i = i
d
.i
c
= 21.1 = 21: tỷ số truyền của hệ thống lái

t
= 0,7: hiệu suất truyền lực thuận.
D, d: đờng kính ngoài và trong của trục lái.
D = 40mm
d = 30mm
=
2
44
3
/83,0
7,0.21).03,004,0(2,0
10.04,0.39,179
mmKG=

< [] = .8KG/mm
2
Vậy < []
Góc xoắn trục lái.
=
GD

khi xe đang chạy mà cờng hoá hỏng thì vẫn đảm bảo an toàn cho ngời và hàng
hoá. Lúc đó tay lái sẽ nặng lên nhiều nhng vẫn có thể lái đợc, bánh răng vẫn có
thể chịu đợc.
Tỷ số truyền của hệ thống dẫn động là 1 cho nên góc quay của bánh xe
dẫn hớng khi quay vòng lớn nhất là 35
0
thì bánh răng cũng phải quay đợc 35
0
kể
từ vị trí trung gian.
Ta chọn trớc bán kính vòng chia của bánh răng là R = 60mm. Giả sử bánh
răng chứ không phải cung răng thì số răng đợc tính nh sau.
d
c
=

cos
.Zm
n
(2.25)
Trong đó:
d
c
: là đờng kính vòng chi: d
c
= 2.R = 2.60 = 120(mm)
m
n
: là môđun pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn: m = 5.
: là góc nghiêng của bánh răng. Ta dùng răng thẳng cho nên = 0

Để đảm bảo về độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng
không đợc vợt qúa một giá trị cho phép.
Thiết kế hệ thống lái - 53 -
Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42

F
=
mdb
YYYKM
ww
FFc

2

(2.4.1)
Trong đó:
Y

: hệ số kể đến sự trùng khớp ngang.
Y

=


1


= 1,88 3,2. (
624,11).
25

F
: hệ số tải trọng khi tính về uốn
K
F
= K
FB
. K
F

. K
FV
(2.4.2)
K
FB
: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng răng. Tra
bảng ta có: K
FB
= 1,23.
K
F

: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng
thời ăn khớp. Tra bảng ta có: K
F

= 1 (răng là răng thẳng)
K
FV
: hệ số kể đến tải trọng xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính theo uốn
k

0
: hệ số kể đến ảnh hởng của sai lệnh bớc răng . g
0
= 3
Thiết kế hệ thống lái - 54 -