TKMH: Kết cấu và tính toán ô tô. GVHD: Th.s Vũ Văn Tấn
LỜI NÓI ĐẦU
Trong bất kỳ thời đại nào, dù là nước phát triển hay chưa phát triển thì
GTVT luôn có tầm quan trọng hàng đầu đối với nhiều lĩnh vực, nhất là lĩnh vực
kinh tế. Ngày nay các phương tiện giao thông không ngừng đổi mới, phát triển
theo hướng ngày càng hiện đại để thoả mãn nhu cầu sử dụng ngày càng cao của
con người. Trong các loại phương tiện giao thông hiện có trên thế giới, ôtô luôn
có tầm quan trọng hàng đầu và luôn thu hút được các nhà khoa học đầu tư
nghiên cứu. trong phạm vi đề tài được giao, bài viết này chỉ đề cập đến việc
thiết kế hệ thống lái của ôtô
Để cho quá trình vận tải được thực hiện thì hệ thống lái đóng vai trò hết sức
quan trọng, nó dùng để thay đổi phương hướng chuyển động của ô tô hoặc giữ
cho ô tô chuyển động theo hướng định trước của người lái. Trong quá trình
chuyển động trên đường, hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến sự an toàn
chuyển động của xe nhất là ở tốc độ cao, do đó chúng đã không ngừng được
hoàn thiện.
Thiết kế hệ thống lái của ô tô với các số liệu sau:
Số TT Thông số Số liệu
1 Loại Ôtô Tải
2 Loại cơ cấu lái Trục vít con lăn I
c
=20.5
3 Bánh xe 8.25 – 20
4 Z
1
(KG) 2037
5 L(mm) 3600
6 B(mm) 1940
7 Ghi chú Hệ thống treo phụ thuộc
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
1

=G
b x
.f.a
Trong đó:
Gbx:Trọng lượng tác dụng nên một bánh xe dẫn hướng (N).
Gbx=Z
1
/2=2037/2=1018,5 (KG) hay Gbx=10185 (N)
f: Hệ số cản lăn f=0.01
a:Tay đòn của lực cản lăn đối với trụ đứng của hệ thống lái
( Chọn a=23mm)
M
1
=10185.0,01.23=2342,55 (Nm)
M
2
=Y.x=G
b x
.ϕ.0,14.r
b x
Trong đó:
ϕ: Hệ số bám
Đối với đường khô và sạch ϕ = 0,7÷ 0,8 .
Ta chọn: ϕ = 0,7 Hình 1
x:Tay đòn của lực ngang đối với trụ đứng của hệ thống lái, thừa nhận
x=0,14rbx
r
b x
: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe
r

4.25*
2
25.8.220
+
= 431(mm)
M
2
=10185.0,7.0,14.431=430194(Nmm). Ảnh
hưởng của mô men cản M3 được xác định bằng thực nghiệm và đúc rút thành
một hệ số α =1,07 ÷ 1,15, ta chọn α=1,1.
+ Mô men cản tổng cộng.
M=2.G
b x
.(f.a+0,14.r
b x
). α
=2.10185.(0,01.23+0,14.431).1,1
=1357192(Nmm).
+ Lực tác dụng nên vành tay lái.
Trong đó:
R: Bán kính vành tay lái R= 425 (mm) (Tra bảng 4 – Hướng dẫn TKMH)
i
∑
:Tỉ số truyền tổng cộng từ vành tay lái đến bánh xe dẫn hướng
i
∑
=i
c
.i
d

: hệ số dịch dao . Chọn  = 0
A = 0,5.3(12+41) = 79,5 ≈ 80 (mm)
- Đường kính vòng chia trục vít :dc1
dc1 = q.m = 12.3 =36(mm)
- Xác định đường kính vòng đáy ren trong tiết diện trung bình của trục vít Di1
Di1 = dc1-2f0m-2c0m
Với: f0: Hệ số chiều cao răng chọn f0=1
c0: Hệ số khe hở hướng tâm c0=0,2
⇒ Di1=36-2.1.3-2.0,2.3=28.8 (mm)
-Xác định đường kính vòng tròn tính toán d1 tại tiết diện trung bình của trục vít
d1=Di1+2.h1,,
Trong đó:
h1,,: Chiều cao đầu răng trục vít
h1,,=(f0+c0+ξ).m
f0: Hệ số chiều cao răng chọn f0=1
c0: Hệ số khe hở hướng tâm c0=0,2
ξ: Hệ số dịch dao ξ=0
m: Mô đun răng trục vít chọn m=3
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
5
( )
5.04
41
360
2
+=
γ
TKMH: Kết cấu và tính toán ô tô. GVHD: Th.s Vũ Văn Tấn
⇒ h1,,=(1+0,2+0).3=3,6 (mm)
d1=28.8+2.3,6=36 (mm)


⇒ γ=19.80
2.2 Tính toán bánh vít
d
2
:đường kính vòng tròn tính toán của bánh vít
d2=2A- d1
d2=2. 80-36 = 124 (mm)
d
2
=124(mm).
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
6
( )
5.0
360
2
2
2
+
′
=
z
z
γ
TKMH: Kết cấu và tính toán ô tô. GVHD: Th.s Vũ Văn Tấn
-Đường kính vòng đỉnh bánh vít De2
De2=d2+2h2’
h2’=h1’’- c
Trong đó:

* Từ các thông số đã cho ta xác định được chiều dài làm việc của trục vít.
L= d
2
.sinγ=124.sin19.8
0
= 42(mm)
3.Thiết kế trục lái.
- Trục lái được làm bằng ống thép rỗng và được tính xoắn bởi mô men sinh ra
do lực tác dụng của người lái P
MA X
.
- Ứng suất xoắn:
Trong đó:
P
M A X
: Lực tác dụng nên vành tay lái
P
M A X
=319,5 (N)
R: bán kính vành tay lái
R=425 (mm)
D,d: Đường kính ngoài và trong của trục lái
τ<[τ]=50÷80 (MN/m
2
) Chọn [τ]= 65
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
7
)(2,0
.
44

)
4. Kiểm tra bền cơ cấu lái.
Truyền động loại trục vít con lăn cần đảm bảo cho các răng có độ bền
uốn,bởi thế trong tính toán cần chú ý đến độ chống mòn và độ bền tiếp xúc.
- Kiểm tra theo ứng suất chèn dập
Trong đó:
T: lực dọc trục.
Với t=πm
P
MA X :
Lực tác dụng lớn nhất nên vành tay lái
R: Bán kính vành tay lái R=425 (mm)
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
8
)/(
)021,0026,0(2,0
026,0.425.5,319
2
44
mN
−
=
τ
2
/800700 mMN
F
T
chd
÷≤=
δ

= De
1
/2 =21, r
2
= De
2
/2 =65
ϕ
1
=
180
76.
0
π
=1,326; ϕ
2
=
180
23.
0
π
=0,4
⇒ F=(1,326- 0,970).21
2
+(0,4- 0,39).65
2
= 156.997+42,25
F=199,277(mm
2
)

2
222
2
111
sin.sin rrF
ϕϕϕϕ
−+−=
β
α
B
TKMH: Kết cấu và tính toán ô tô. GVHD: Th.s Vũ Văn Tấn
Hình 3
Các thanh dẫn động trong hình thang lái được tính toán như sau:
5.1 Đòn quay đứng .
Dùng để truyền chuyển động từ trục bị động của cơ cấu lái đến thanh dọc
của dẫn động lái .
Thực nghiệm chứng tỏ rằng lực cực đại tác dụng nên đòn quay đứng
thường không quá 0,5G1.Tính toán với hai giá trị N giá trị nào lớn hơn ta lấy.
N=0,5G
1
=0,5.20370 =10185 (N)
N=
l
RP
thuan
η

.max

Trong đó :

)
Lấy [σ
u
]=1800(KG/cm
2
)
Mặt khác ta có:W
u
=
32
.
3
d
π
⇒
3
.
32
d
lN
π
=1800(KG/cm
2
)
(d: đường kính trục của đòn quay đứng)
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
10
l
TKMH: Kết cấu và tính toán ô tô. GVHD: Th.s Vũ Văn Tấn
⇒d=

=
16
6,4.14,3
3
=19,1(cm
4
) (Mô men chống xoắn)
⇒
1,19
6,4.5,1018
=
x
τ
=245,3 (KG/cm
2
)
5.2 Tính toán sức bền của thanh kéo.
+Trên thanh dọc sẽ có một lực N=1018,5 (KG) tác dụng
+ Đối với thanh ngang lực tác dụng lại tính theo trường hợp nguy hiểm của
cầu dẫn hướng
Q=
b
amG
b
aPp
p
2
.
.
11

σ
d
=
d
F
N
<[σ
n
]=500÷600(MN/m
2
)
Trong đó:
[σ
n
]: ứng suất nén cho phép
Ta chọn [σ
n
] = 500(MN/m
2
) = 500(KG/cm
2
)
F
d
:Diện tích tiết diện của thanh kéo dọc
F
d
=0.785(D
2
-d

5101
F
2
n
mmN
Q
==
(Lấy F
n
=F
d
=191(mm
2
))
-Hệ số dự trữ bền : k=
2
7,26
3,53
==
nn
nd
σ
σ
Vậy thanh đủ bền (Vì k = 1,25÷2,5)
5.3 Thiết kế hình thang lái .
- Khi quay vòng ô tô là một vật thể thốnh nhất mà tất cả các điểm của nó
được quay quanh từng tâm quay tức thời .Để đạt được điều kiện nêu trên làm
cho các bánh xe khi quay vòng không bị trượt và điều khiển rễ ràng thì các tâm
quay của các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm O và phải thoả mãn biểu thức
liên hệ giữa góc quay a và b như sau :

lBl
BlBl
lB
l
Theo biểu thức trên nếu cho trước một góc  ứng với một giá trị của a ta sẽ
có một giá trị tương ứng b nghĩa là có hàm b=f(,a)
Ta coi  là hàm số thì ta sẽ được một họ đường cong b-a .Sau đó xem góc 
của đường cong nào nằm sát với đường cong lí tưởng thì lấy để thiết kế thang
lái
Sau khi có góc  ta đi xác định LR theo biểu thức :
LR=B-2lsin
Trong đó :
l=0,15B=0,15.1940 =291 (mm)
∗ Cụ thể ta tiến hành tính toán các hàm lý thuyết, hàm thực tế như sau:
Hàm lý thuyết được tính theo biểu thức:
cotgb-cotga=
L
B
(1)
Với α=(10
0
÷46
0
) dựa vào biểu thức (1) ta sẽ tính được các giá trị tương
ứng của β theo bảng 1-1
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
13
TKMH: Kết cấu và tính toán ô tô. GVHD: Th.s Vũ Văn Tấn
BẢNG 1-1: Hàm lý thuyết
α β

30
0
24.7
32
0
26.1
34
0
27.47
36
0
28.85
38
0
30.15
40
0
31.5
42
0
32.82
44
0
34.13
46
0
35.41
BẢNG 2-2:Hàm thực tế của hệ thống lái
 =11
0

14 13.38 14 13.44 14 13.5 14 13.56 14 13.63
16 15.16 16 15.24 16 15.32 16 15.41 16 15.49
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
14
TKMH: Kết cấu và tính toán ô tô. GVHD: Th.s Vũ Văn Tấn
18 16.91 18 17.02 18 17.12 18 17.23 18 17.33
20 18.64 20 18.77 20 18.9 20 19.03 20 19.16
22 20.33 22 20.49 22 20.64 22 20.8 22 20.95
24 21.99 24 22.17 24 22.36 24 22.54 24 22.72
26 23.61 26 23.83 26 24.04 26 24.25 26 24.45
28 25.19 28 25.44 28 25.68 28 25.92 28 26.15
30 26.73 30 27.01 30 27.28 30 27.55 30 27.82
32 28.22 32 28.53 32 28.84 32 29.14 32 29.44
34 29.66 34 30.01 34 30.35 34 30.69 34 31.02
36 31.05 36 31.43 36 31.81 36 32.18 36 32.55
38 32.39 38 32.8 38 33.22 38 33.63 38 34.03
40 33.66 40 34.12 40 34.57 40 35.02 40 35.45
42 34.87 42 35.37 42 35.86 42 36.35 42 36.82
44 36.02 44 36.56 44 37.09 44 37.62 44 38.14
46 37.1 46 37.69 46 38.26 46 38.83 46 39.38
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
17 16 15 14 13 12
α
0
β
0
α
0
β
0

38 29.77 38 30.22 38 30.66 38 31.1 38 31.53 38 31.96
40 30.81 40 31.29 40 31.78 40 32.25 40 32.73 40 33.2
42 31.78 42 32.3 42 32.83 42 33.35 42 33.86 42 34.37
44 32.67 44 33.24 44 33.81 44 34.37 44 34.93 44 35.48
46 33.5 46 34.11 46 34.72 46 35.32 46 35.92 46 36.52
15
TKMH: Kết cấu và tính toán ô tô. GVHD: Th.s Vũ Văn Tấn
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
23 22 21 20 19 18
α
0
β
0
α
0
β
0
α
0
β
0
α
0
β
0
α
0
β
0
α

12.85
14
12.88
14
12.92
14
12.96
14
13
16
14.29
16
14.35
16
14.41
16
14.47
16
14.54
16
14.61
18
15.72
18
15.8
18
15.9
18
15.99
18

19.9
24
20.09
24
20.28
24
20.47
24
20.66
26
20.95
26
21.17
26
21.39
26
21.61
26
21.84
26
22.06
28
22.12
28
22.38
28
22.64
28
22.9
28

25.66
34
26.03
34
26.4
34
26.77
34
27.14
36
26.21
36
26.63
36
27.04
36
27.45
36
27.86
36
28.27
38
27.07
38
27.52
38
27.98
38
28.43
38

29.79
44
30.37
44
30.95
44
31.53
44
32.1
46
29.77
46
30.39
46
31.02
46
31.64
46
32.26
46
32.88
16
TKMH: Kết cấu và tính toán ô tô. GVHD: Th.s Vũ Văn Tấn
α
0
β
0
α
0
β

36 21.4 36 21.78 36 22.17 36 22.56 36 22.96 36 23.36
38 21.76 38 22.18 38 22.61 38 23.04 38 23.48 38 23.92
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
29 28 27 26 25 24
α
0
β
0
α
0
β
0
α
0
β
0
α
0
β
0
α
0
β
0
α
0
β
0
10 10.03 10 9.975 10 9.922 10 9.875 10 9.834 10 9.799
12 11.41 12 11.38 12 11.36 12 11.34 12 11.32 12 11.32

Tác giả: Phạm Minh Thái
2. Kết cấu tính toán ô tô ( Nhà xuất bản GTVT 1984 )
Tác giả: Trịnh Chí Thiện
Tô Đức Long, Nguyễn Văn Bang
3. Thiết kế chi tiết máy (Nhà xuất bản GD 1999 )
Tác giả: Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm
4. Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo tập 1 và 2
( Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp
HN 1968 )
Tác giả: Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiện.
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
18
TKMH: Kết cấu và tính toán ô tô. GVHD: Th.s Vũ Văn Tấn
.
SVTH: Dương Ngô Như Lớp: Ô tô K13B-TX
19