Trờng đại học bách khoa hà nội
VIệN CƠ KHí Động lực
Bộ môn ÔTÔ và xe chuyên dụng
NHIệM Vụ THIếT Kế TốT NGHIệP

Họ và tên : Trần Nguyên Thủ
Khoá : K50
I. Nhiệm vụ đề tài:
Thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch 7 chỗ ngồi.
II. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
1. Khảo sát chung về hệ thống lái trên ôtô.
2. Thiết kế hệ thống lái dựa trên số liệu của xe yêu cầu.
3. Xây dựng đặc tính cờng hoá cho hệ thống lái.
4. Xây dựng quy trình công nghệ gia công một chi tiết trong hệ thống lái
5. Tìm hiểu các vấn đề về bảo dỡng và sửa chữa hệ thống lái.
III. Các bản vẽ và đồ thị:
1. Bản vẽ bố trí chung cơ cấu lái 1A
0
2. Bản vẽ lựa chọn các phơng án thiết kế 1A
0
3. Bản vẽ quan hệ động học quay vòng và đặc tính cờng hoá 1A
0
4. Bản vẽ cơ cấu lái + xy lanh lực +van phân phối. 1A
0
5. Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lái 1A
0
6. Bản vẽ chi tiết của hệ thống lái (4 chi tiết) 1A
0
7. Bản vẽ quy trình công nghệ gia công một chi tiết 1A
0
Giáo viên hớng dẫn : Nguyễn Tiến Dũng

5. Các góc đặt bánh xe 15
5.1 .Góc nghiêng ngang c a bánh xe (Camber).ủ 15
5.2. Gúc nghiờng d c tr ng v ch l ch d c (Caster v
kho ng Caster). 16
5.3 Gúc nghiờng ngang tr ng (Kingpin). 17
5.4. ch m v m (gúc doóng). 18
6. H thng lỏi cú tr lc 19
6.1. Cụng d ng v s c n thi t c a h th ng tr l c lỏi. 19
6.2. Phõn lo i h th ng tr l c lỏi. 19
6.3. Nguyờn lý tr l c lỏi. 19
6.3.1. V trớ trung gian (khi xe chuy n ng th ng). 20
6.3.2. Khi quay vũng 20
CHNG II 22
TNH TON H THNG LI 22
I . Cỏc thụng s ca xe thit k 22
II. La chn phng ỏn thit k 22
2.1. Chn phng ỏn dn ng lỏi 22
2.2. Chn phng ỏn c cu lỏi 23
III. Tớnh toỏn ng hc hỡnh thang lỏi 23
3.1. Xỏc dnh kớch thc hỡnh hc ca hỡnh thang lỏi v quan h ng hc
ca gúc quay bỏnh xe dn hng. 23
3.1.1 Xõy d ng quan h lý thuy t. 23
3.1.2 Xõy d ng cỏc quan h th c t c a c c u antụ. 25
3.2. Xỏc nh mụmen cn quay vũng v lc lỏi ln nht 27
3.2.1. Mụmen c n M1 28
3.2.2. Mụmen c n M2 do ma sỏt gi a bỏnh xe v m t ng 29
3.2.3. Xỏc nh l c c c i tỏc d ng lờn v nh tay lỏi. 30
3.2.3.1. Tỷ số truyền của dẫn động lái id 30
3.2.3.2.Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic 30
3.2.4. Xỏc nh gúc quay v nh lỏi v bỏn kớnh quay vũng ụtụ: . .32

nhau 58
2.1.5 Ch n van phân ph i:ọ ố 59
2.1.6 Nguyên lý l m vi c c a van phân ph i ki u van xoay.à ệ ủ ố ể 59
III.Tính toán cường hóa lái 62
3.1. Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái 62
3.2. Xây dựng đặc tính cường hoá lái 62
3.3. Tính toán xilanh lực 64
3.3.1 Tính ng kính ngo i v ki m tra b n xilanh l c: đườ à à ể ề ự 65
3.4 Tính sơ bộ hành trình làm việc của Piston: 67
3.5 Xác định lưu lượng của bơm dầu: 67
3.6. Tính toán các chi tiết của van phân phối 69
3.6.1. Tính góc xoay c a van quay. ủ 69
3.6.2. Các thông s khác.ố 70
3.6.3. Tính toán thanh xo n.ắ 70
CHƯƠNG IV: 72
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT 72
RO-TUYN 72
5.1. Phân tích chi tiết gia công. 72
5.1.1. Kết cấu rô- tuyn 72
5.1.2. Phân tích điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật của Rô-tuyn 72
5.1.3. Lập quy trình công nghệ gia công khớp cầu. 73
5.1.4. Chọn phôi 73
5.2. Lập sơ đồ nguyên công 73
CHƯƠNG V 81
BẢO DƯỠNG – SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI 81
I. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 81
1.1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống 81
II. Sửa chữa hệ thống lái 81
2.1. Những hiện tượng hư hỏng chính của hệ thống lái 81
2.2. Kiểm tra điều chỉnh cơ cấu lái: 82

I. Mô tả chung hệ thống lái.
1. Tổng quan.
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ quay
vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay
chuyển động cong của ôtô khi cần thiết .
Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vành
lái tiếp nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền
mômen từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới các
thanh dẫn động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến
các bánh xe dẫn hướng. Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng
chủng loại xe.
Để quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực.
Đồng thời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh
xe. Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay
tức thời khi quay vòng.
2. Các trạng thái quay vòng của xe.
Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá
trình phức tạp. Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng với
mỗi vị trí góc quay của vành tay lái nhất định θ
vl
xe sẽ quay vòng với một bán
kính quay vòng R
0
tương ứng. Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quay
vòng đủ).
Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay
vòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái quay
vòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển
động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo.
2

Hình 1.1-Các trạng thái quay vòng của xe.
3. Phân loại hệ thống lái.
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng.
+Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS).
+Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS).
3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực.
+Hệ thống lái cơ khí.
+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén.
3
3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
+Cơ cáu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.
3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái.
+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đường bên phải).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).
4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động
của ôtô là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòng
nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé.
Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người
lái.
Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết
khi quay vòng.
Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa
sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái
Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước

M
vl
=P
l
.r
vl
.
Trong đó:
M
vl
: Là mô men vành lái
P
l
: Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái
r
vl
: Là bán kính vành lái.
Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con không
được vượt quá 8
0
.
5
2. Trục lái.
Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục
lái chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu
lái và ống truc lái để cố định trục lái vào thân xe. Trục lái kết hợp với một cơ cấu
hấp thụ va đập. Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có va
đập mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra.
Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi được góc nghiêng
và loại trục lái không thay đổi được góc nghiêng.

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh
xe dẫn hướng. Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái phải quay vô
lăng nhiều hơn khi quay vòng.
Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng
quay của vô lăng thì bánh xe phải quay được tối đa
từ 35
0
đến 45
0
từ vị trí trung gian trở đi. Quy luật
thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất được thể hiện
trên giản đồ bên:
Trong phạm vi góc quay θ ≤ π/2 thì tỷ số
truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại đảm bảo
chính xác cao trong khi lái ôtô trên đường thẳng
với tốc độ cao và giúp lái nhẹ nhàng vì đa số thời
gian lái là quay vành lái một góc nhỏ quanh vị trí
trung gian. Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số
truyền thay đổi theo qui luật như thế sẽ giảm ảnh
hưởng của những va đập từ bánh dẫn hướng lên vành lái.
7
180360
540
720 180 360
540
720
5
10
15
20

3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái i
d
Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn.
Trong quá trình bánh xe dẫn hướng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay
đổi. Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9 ÷ 1,2
3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái i
l
Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và lực
đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng.

c
l
l
p
i
p
=
(1 - 2)

,
c l
c l
M M
p p
c r
= =
(1 - 3)
Trong đó:
Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe.
c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến

3.7 Một số loại cơ cấu lái thường dùng:
3.7. 1. Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít chốt quay
+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.

9
Ưu điểm:
Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu
cho trước. Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu
lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi
vị trí trung gian. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và
chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi.
3.7. 2. Cơ cấu lái trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này được sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít
glôbôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba tầng ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của
đòn quay đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai
hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.
H×nh 1
C¬ cÊu l¸i trôc vÝt con
LAl¨n
A
A
A-A
B
Nh×n theo B
1
1
2

5
4
4. Dẫn động lái.
Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay
của bánh xe. Dẫn động lái phải đảm bảo các chức năng sau:
+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra
hiện tượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh
xe dẫn hướng.
+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước, đòn
kéo ngang và đòn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng một góc thì
các bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định. Hình thang lái có thể bố trí
trước hoặc sau cầu dẫn hướng tùy theo bố trí chung.
Quan hệ hình học ACKERMAN.
Quan hệ hình học ACKERMAN biểu thị quan hệ góc quay của các bánh xe
dẫn hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe nằm trên đường
kéo dài của tâm trục cầu sau .
Hình 1.7- Quan hệ hình học của ACKERMAN.
Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một
cầu) phải quay theo các góc α, β khác nhau và quan hệ hình học được xác định
theo biểu thức sau :
H
ì
n
h
2
.
1
1
S

u
a
y
đ
ứ
n
g.
R
s
B
L
O α
β
β
12

B
Cotg Cotg

§ßn kÐo ngang
v
b)
a)
v
Hình 1.8 - Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền.
a. Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền.
b. Đòn kéo ngang nằm trước dầm cầu.
H
ì
n
h
2
.
1
1
S
ơ
đ
ồ
b
i
ể
u
d
i
ễ
n
c
á

cơ cấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo…nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình học
ACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantô. Hai phương pháp bố trí dẫn
động lái điển hình ở hệ thống treo độc lập được trình bày theo hình 1.9:
Hình1.9 - Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập
a. Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu.
b. Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu.
Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn
hướng và hai hình thang lái 4 khâu Đantô.
Hình 1.10 Bố trí hai cầu trước dẫn hướng
14
Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thường nằm trong
khoảng từ 0,85 đến 1,1.
5. Các góc đặt bánh xe.
Để tránh trường hợp người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe
ở trạng thái chạy thẳng, hoặc người lái phải tác dụng một lực lớn để quay vòng xe, các
bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định . Những góc này được gọi chung
là góc đặt bánh xe. nếu các góc đặt bánh xe không đúng thì có thể dẫn đến các hiện
tượng sau:
+ Khó lái.
+ Tính ổn định lái kém.
+ Trả lái trên đường vòng kém.
+ Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh).
5.1 .Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).
Hình 1.11- Góc CAMBER
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với
đường tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc Camber, và đo bằng độ.
Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại
dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết
của trục trước và hệ thống treo trước. Đồng thời giảm cánh tay đòn của phản lực
tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên dẫn động lái và

M=Y
b
.c (1- 6)
16
c
Góc
Caster
(-)
(+)
V
Mômen này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi nó
bị lệch khỏi vị trí này. Nhưng khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực để khắc
phục mô men này. Vì vậy, góc Caster thường không lớn. Mômen này phụ thuộc
vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Đối với các xe hiện đại thì trị số của
góc Caster bằng khoảng từ 0
0
đến 3
0
.
5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin).
Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe.
Góc Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt
ngang đó và phương thẳng đứng.
Hình 1.13 - Góc KingPin
Tác dụng:
Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm là
bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r
0
. Nếu r
0

ngược
chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Lực P
f
này đặt
cách trụ quay đứng một đoạn R
0
và tạo nên một mômen quay với tâm trụ quay
đứng. Mômen này tác dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe về phía sau. Để lăn
phẳng thì các bánh xe đặt với độ chụm
∆
=B-A dương.
Với góc
∆
như thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là
ổn định vành tay lái.
Hình 1.15 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.
18
R
0
P
f
R
0
V
P
f
Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe
về phía trước. Bởi vậy góc
∆
giảm.Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng của