Đồ án môn học Hệ thống lái

Lời nói đầu
Công cuộc đổi mới đất nớc của nhân dân ta đã thu đợc thành tựu to lớn
có ý nghĩa quan trọng, những tiền đề cho công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã đ-
ợc hoàn thành về cơ bản, nớc ta chuyển sang thời kỳ mới, thời kỳ đẩy mạnh
công nghiệp hóa, hiện đại hóa.
Để có đợc những tiền đề trên ngành công nghệ chế tạo nớc ta trong
những năm gần đây đã có những tiến bộ nhanh chóng, trong đó không thể
không nói đến sự tiến bộ nhảy vọt của nền công nghiệp ô tô. Chỉ trong khoảng
10 năm trở lại đây, trên thị trờng Việt Nam đã xuất hiện ngày càng nhiều các
loại xe lắp ráp trong nớc và nhập từ nớc ngoài, với kiểu dáng thẩm mỹ, tiện
nghi sang trọng, tốc độ cao, độ an toàn lớn, hiệu quả về kinh tế. Đặc biệt các
loại xe này có tỷ lệ nội hóa ngày càng cao.
Tai nạn về giao thông không những thiệt hại lớn về ngời mà còn gây
thiệt hại lớn về tài sản của Nhà nớc và của công dân . Theo [10] thì trong tai
nạn giao thông đờng bộ 60
ữ
70% do con ngời gây ra (nh lái xe say rợu, mệt
mỏi, buồn ngủ v.v), 10
ữ
15% do h hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật và 15
ữ
30% do đờng sá quá xấu
Trong nguyên nhân do h hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật thì tỉ lệ tai
nạn do các cụm đợc thống kê nh sau:
Phanh chân 52,2
ữ
74,4%
Phanh tay 4,9
ữ

Xin chân thành cảm ơn!
Học viên thực hiện
Nguyễn Hồng Sơn 2
Đồ án môn học Hệ thống lái
Chơng i
Giới thiệu chung Hệ thống lái ôtô
1. Mô tả chung hệ thống lái.
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hớng chuyển động của ôtô nhờ
quay vòng các bánh xe dẫn hớng cũng nh để giữ phơng chuyển động thẳng
hay quay vòng của ôtô khi cần thiết .
Đa số các ôtô hiện nay đều thực hiện quay vòng bằng cách thay đổi mặt
phẳng lăn của bánh xe dẫn hớng. Phơng pháp này có cấu tạo đơn giản, nhng
yêu cầu kích thớc cơ sở hợp lý để tạo bán kính quay vòng nhỏ. Việc điều
khiển các bánh xe trớc đợc áp dụng trên các xe UAZ-469, GAZ-66, ZIL131,
URAL-375, URAL-4320, KPAZ-255ở xe nhiều cầu (8x8) việc điều khiển
tiến hành nhờ hai cầu dẫn hớng phía trớc áp dụng trên các xe BTR-60P, T-813,
T-815, HUYNDAI
Dới đây là sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực
Hình 1.1-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1.vành tay lái 5.Thanh kéo dọc
2.Trục lái. 6.Đòn quay ngang
3.Cơ cấu lái. 7.Hình thang lái
4.Đòn quay đứng
Khi ôtô quay vòng với vận tốc rất chậm, có thể bỏ qua lực ly tâm gọi là

+ Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng
khí nén.
c) Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
- Cơ cấu lái kiểu trục vít.
Cơ cấu lái loại trục vít có thể là:
+ Trục vít bánh vít.
+ Trục vít - cung răng đặt ở giữa trục vít.
+ Trục vít - cung răng đặt ở cạnh bên trục vít.
+ Trục vít con lăn.
- Cơ cấu lái kiểu trục vít vô tận.
+ Trục vít vô tận êcu - đòn ( có tỉ số truyền thay đổi).
+ Trục vít vô tận di độngêcu (có tỉ số truyền thay đổi).
+ Trục vít đai ốc -thanh răng cung răng (có tỉ số
truyền không đổi).
4
Đồ án môn học Hệ thống lái
d) Phân loại theo bố trí vành lái .
- Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đờng bên trái ).
- Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đờng bên phải ).
e) Phân loại theo kết cấu đòn quay.
- Trục vít và đòn quay với một chốt quay.
- Trục vít và đòn quay với hai chốt quay.
3. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.
An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêu
hàng đầu trong việc đánh giá chất lợng thiết kế và sử dụng phơng tiện này.
Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động trên mọi loại đờng hệ thống lái cần
đảm bảo các yêu cầu sau :
+ Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an
toàn.
+ Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hớng: các bánh xe dẫn hớng sau khi

+ Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp, tuổi thọ cao dễ
tháo lắp.
4.1.2. Một số cơ cấu lái điển hình.
Có nhiều loại cơ cấu lái nhng dới đây chỉ nêu một số loại phổ biến:
1. Kiểu bánh răng thanh răng.Hình 1.2- Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng.
1. Trục lái. 7. Đai ốc .
2. Chụp nhựa. 8. Đai ốc điều chỉnh .
3. Đai ốc điều chỉnh. 9. Lò xo.
4. ổ bi trên. 10. Thanh răng.
5. Vỏ cơ cấu lái. 11. trục răng.
6. Dẫn hớng thanh răng . 12. ổ bi dới.
u điểm :
11
10
9
8
7 6
5
4
3
12
2
1
6
Đồ án môn học Hệ thống lái
+ Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản
thân thanh răng tác dụng nh thanh dẫn động lái nên

3. Trục vít lõm- con lăn.
Loại cơ cấu lái kiểu trục vít lõm con lăn đợc áp dụng rộng rãi trên ôtô
quân sự có tải trọng bé và trung bình (GAZ-53,GAZ-66, ZIL-157).
Hình 1.4 : Cơ cấu lái trên xe ôtô GAZ 66
Ưu điểm
- Dạng lõm của trục vít kết hợp với con lăn cho góc quay lớn,
đảm bảo ăn khớp tin cậy ở những vị trí ngoài.
- Kích thớc của bộ truyền nhỏ gọn, hiệu suất tơng đối cao.
- Tỉ số truyền thay đổi.
Nhợc điểm
- Gây mòn không đều trên chiều dài ăn khớp do đó phải thờng
xuyên điều chỉnh ổ và khe hở ăn khớp.
4. Trục vít và cung răng đặt ở cạnh bên trục vít.
8
Đồ án môn học Hệ thống lái
Hình 1.5 : Cơ cấu lái trên xe ôtô URAL - 4320
1- Cơ cấu lái; 2- ổ thanh lăn trụ; 3 Trục vít; 4, 39- Nút đổ, xả dầu ; 5-
Cung răng; 6- Trục lái; 7 Vòng chắn dầu; 8- ổ chặn ; 9,13, 22 - Đệm;
10- Trụ phản lực;11,12- Lò xo van phân phối ; 14 - Đai ốc; 15- ổ bi
cầu,16,17- Vòng hãm; 18- Chốt hãm;19 Nắp bên, 20- Đệm điều
chỉnh; 21- Chốt; 23- Bạc chặn; 24-ổ bi kim; 25- Vòng chắn dầu; 26-
Đòn quay đứng; 27- Nắp vỏ con trợt; 29, - Vòng di động;28, 31- Vỏ
van phân phối; 32- Con trợt; 36- Van thông qua; 37- Lò xo;30, 38- Vít;
33-Đệm; 34, 35-Bạc chặn ;37- Nắp; 38- Đai ốc .
Ưu điểm:
- Trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đờng nên tải trọng
truyền đều
- Giá trị ứng suất tiếp xúc và độ mòn của trục vít và cung răng
đều giảm
Nhợc điểm:

phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đờng .
, : Góc quay của bánh xe dẫn hớng phía trong và phía ngoài
.
Để đảm bảo điểu kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu
gọi là hình thang lái Đantô. Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần đúng điều
kiện trên, song do kết cấu đơn giản nên đợc dùng rất phổ biến. Giá trị sai lệch
so với lý thuyết từ 0
0
30

đến 1
0
khi bánh xe dẫn hớng quay vòng gấp.
Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh
lái Đantô nh sau :
Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các
bánh xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu. Các đòn
bên quay quanh đờng tâm trụ đứng.
Phơng pháp bố trí đợc trình bày nh hình dới đây.
R
s
B
L
O

dẫn động lái có rất nhiều đòn và khớp.
V
V
a
b
11
Đồ án môn học Hệ thống lái
5. Hệ thống lái có trợ lực .
5.1.Công dụng và sự cần thiết của trợ lực lái .
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cờng độ lao động của ngời
lá, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đờng dài. Đặc biệt trên xe có tốc độ
cao, trợ lực lái còn nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở
bánh xe nh nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ bánh xe lên
vành tay lái.
Để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng
lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đờng. Kết quả là
cần một lực lái lớn hơn.
Lực lái có thể giảm bằng cách tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái. Tuy nhiên
việc đó lại đòi hỏi phải quay vô lăng nhiều hơn, thời gian quay vòng kéo dài.
Chính vì vậy trợ lực lái đựơc sử dụng phổ biến trên ôtô ngày nay .
5.2.Phân loại hệ thống trợ lực lái .
Trợ lực lái đợc chia thành nhiều kiểu và đều gồm 3 bộ phận chính : bơm,
van điều khiển và xy lanh lực .
Trợ lực lái đợc chia thành các kiểu sau :
+ Loại trợ lực thuỷ lực .
+ Loại trợ lực khí(gồm cả cờng hoá chân không) .
+ Loại trợ lực điện.
+ Loại trợ lực cơ khí.
Vị trí bố trí các bộ phận của trợ lực lái vào hệ thống lái:
+ Van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ cấu lái, áp

Bơm
Khối van điều khiển
PistonXy lanh lực
13
Đồ án môn học Hệ thống lái

Hình 1.10 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.
Chơng II
Tính toán hệ thống lái
I. các số liệu thiết kế .
1. Theo yêu cầu của đồ án môn học tham khảo số liệu .
Xe tải hạng nặng URAL - 4320 đời 1977
Chiều dài toàn bộ :7355 mm
Chiều cao toàn bộ :2870 mm
Khoảng cách giữa hai trụ quay đứng : B
0
=1700 mm
Chiều dài cơ sở của cầu dẫn hớng : L=4225 mm.
Trọng lợng không tải : G
0
=8020 KG
Trọng lợng toàn tải : G
T
=13425 KG.
Ký hiệu lốp : 14.00-20
Trọng lợng toàn tải phân bố ra cầu trớc : G
T1
=4350 KG
Bơm
Khối van điều khiển

phơng án dẫn động lái nh hình vẽ với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4
khâu).
2. Chọn phơng án cơ cấu lái .
Hiện nay trên các xe chủ yếu sử dụng hai loại cơ cấu lái là: cơ cấu lái loại
trục răng - thanh răng và cơ cấu lái loại bi tuần hoàn.
Dựa vào những u điểm đã trình bày trong phần tổng quan cơ cấu lái và
điều kiện làm việc của xe, ta chọn phơng án cho cơ cấu lái là loại trục vít -đai
ốc-thanh răng cung răng.
15
Đồ án môn học Hệ thống lái
3. Chọn phơng án trợ lực lái .
Yêu cầu đối với trợ lực lái .
Khi hệ thống của trợ lực lái có sự cố thì hệ thống lái vẫn có thể làm
việc. Nếu có h hỏng xảy ra làm ngng việc cấp dầu từ bơm đến cơ
cấu lái thì ngời lái có thể lái đợc xe mà không cần tới trợ lực lái,
nhng với một lực lái lớn hơn .
Đảm bảo lực lái thích hợp : Công dụng chính của trợ lực lái là giảm
lực lái đồng thời đó là một cơ cấu an toàn, mức độ giảm lực lái phải
phù hợp với từng điều kiện chuyển động của xe. ở tốc độ trung bình
cần lực lái nhỏ hơn và lực lái giảm dần khi tốc độ tăng, cùng lúc đó
cảm giác đờng phải đựơc truyền tới ngời lái.
Khắc phục hiện tợng tự cờng hoá khi ôtô vợt qua chỗ lõm, đờng
xấu, có khả năng cờng hoá lúc lốp xe bị hỏng, để khi đó ngời lái vừa
phanh ngặt, vừa giữ đợc hớng chuyển động ban đầu của xe .
Thời gian cờng hoá phải là tối thiểu và chỉ cờng hoá khi lực quay
vòng lớn.
Với nhiệm vụ thiết kế ta chọn phơng án trợ lực thuỷ lực vì nó có các u
điểm sau :
- Kích thớc và khối lợng gọn nhẹ ,dễ bố trí .
- Có hiệu quả tác động cao đặc biệt là tính tuỳ động.

quay xung quanh trụ đứng.
Theo kinh nghiệm c : Xe tải lớn và xe khách 60 200 mm.
nên ta chọn sơ bộ c=70 (mm)
+ Giá trị mômen do Y gây lên M
2
đợc tính cho một bánh xe, phản lực
bên lùi sau một đoạn x. Giá trị của x thừa nhận bằng 1/4 chiều dài của
vết tiếp xúc và gây lên mômen quay cùng chiều M
1
.
M
2
= Y. x 0,14. G
bx
.
y
.r
bx
(2.2)

y
: hệ số bám ngang 0,8
r
bx
: bán kính bánh xe
Hình 2.1 - Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang.
Điểm đặt lực sẽ nằm cách trục bánh xe một khoảng x về phia sau:
22
.5,0
bx



+=r
(mm) (2.4)
rbx
c

17
Đồ án môn học Hệ thống lái
r
bx
- bán kính làm việc trung bình của bánh xe,và đợc xác định theo công
thức sau:
rr
bx
.

=

- hệ số kể đến sự biến dạng của lốp.
Với lốp có áp suất thấp ta có
935,0930,0 ữ=

,ta chọn
935,0=

Từ đó ta tính đợc r
bx
:
r

=344,98 (KG.m)
2. Tỷ số truyền của hệ thống lái.
2.1.Tỷ số truyền của dẫn động lái i
d
.
Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thớc và quan hệ của
các cánh tay đòn. i
d
=0,85-1,1
Chọn sơ bộ i
d
=1 ( cho cầu dẫn hớng).
2.2.Tỷ số truyền của cơ cấu lái i


.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại trục vít-êcu-bi-răng rẻ quạt đợc tính theo
công thức sau :
t
R
i
0
2


=
Trong đó :
t-bớc vít của trục vít
R
0


- là tỷ số của tổng lực cản khi ôtô máy kéo quay vòng(P
c
) và lực đặt trên
vành tay lái khi cần thiết để khắc phục đợc lực cản quay vòng(P
l
).
l
c
l
P
P
I =
Trong đó:
R
M
P
c
M
P
l
l
c
c
=
=
Với : M
l
- mômen đặt trên vành tay lái.
R - bán kính vành tay lái.

nh sau :


Cotg
L
B
Cotg +=
0

Cho

các giá trị khác nhau từ
00
400 ữ
ta xác định đợc góc

tơng
ứng theo bảng sau :
Bảng I: Bảng thông số của đ ờng đặc tính lý thuyết của các góc quay cầu
dẫn h ớng .

( )
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
L
B
A
O
C
1

24
28
32
36
40
trace 1

Hình vẽ 2.3 - Đờng đặc tính lý thuyết .
c) Xây dựng đờng đặc tính thực tế.
Nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế hình thang lái Đantô là xác định đúng góc
nghiêng của các đòn bên

khi xe chạy thẳng :
Hình vẽ 2.4 - Sơ đồ động học hình thang lái khi xe chạy thẳng.
Cần xác định góc

và độ dài mỗi đòn bên m và đòn ngang n.
B
0
m
m
n

21
Đồ án môn học Hệ thống lái
Quan hệ thực tế giữa các góc quay



phụ thuộc vào góc

Từ đó ta tính đợc

Theo công thức kinh nghiệm
L
B
Cotg
.7,0.2
)90(
0
0
=

(2.9)
Thay số:
287,0
4225.7,0.2
1700
)90(
0
==

Cotg
Ta tính đợc
(3516
00
<

theo tiêu chuẩn thiết kế).
Cho


2
)sin(.)(cos.
sin.2sin.2)sin(.
arcsin
)sin(.
)cos(.





+++
++

+
+
+=
mBom
BomBom
mBo
m
arctg
(2.10)
Bảng II.Bảng thông số của đờng đặc tính thực tế cho cầu dẫn hớng.
1

=14
0

(

2
(
0
)
0 4.876 9.51 13.90
6
18.05
6
21.948 25.56 28.866

2
(
0
)
0 0.045 0.161 0.309 0.443 0.511 0.457 0.218
3

=16
0

3
(
0
)
0 4.867 9.475 13.82
9
17.922 21.74
3
25.269 28.475


0

5
(
0
)
0 4.848 9.403 13.67
2
17.65
1
21.329 24.68
6
27.695

5
(
0
)
0 0.017 0.053 0.075 0.038 -0.108 -0.418 -0.952

Trong đó
ii 1101

=
Từ bảng giá trị thu đợc ta xây dựng đồ thị quan hệ

và

thực tế trên
cùng đồ thị quan hệ

3.2.Xác định góc quay vòng lớn nhất của vô lăng.


max
=

max
.i
Trong đó :



max
:gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng.


max
:góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hớng.
i : gọi là tỷ số truyền hệ thống lái (i =24).



max
từ
75,10,1 ữ
vòng đối với xe du lịch.
từ
5,20,2 ữ
vòng đối với xe tải lớn .
Thay những thông số tính đợc vào công thức trên ta tìm đợc góc quay vô lăng

n
c
D
l
M
P =
(2.12)
Trong đó :
P
D
: Là lực cản quy dẫn của cầu dẫn hớng về đầu đòn quay đứng.
M
c
: Mômen cản quay vòng các bánh xe cầu dẫn hớng.
l
n
: Là kích thớc đòn ngang. Ln=330 mm
.Thay các giá trị đã tính đợc ở phần trên vào công thức ta tính đợc :

)(104510.
330
98.344
3
KGP
D
==
.
Mômen quay trục răng rẻ quạt chính là mômen quay của trục đòn quay đứng.
Mômen quay trục đòn quay đứng:
M

M
FF
.2
==
(2.14)
Mômen vành tay lái :
).(15,79
24.8,0
303,17

.
mKG
i
M
i
lP
M
t
d
t
dD
l
====


Trong đó :
t

- hiệu suất thuận của cơ cấu lái (chọn theo kinh nghiệm thiết kế
t

v
F
F
tg
1
=

(2.17)
Gọi t là bớc vít của trục vít ,ta có :
tv
d
t
tg
.


=
(2.18)
4.2.Tính trục vít- êcu bi ( theo [6]).
+ Chọn vật liệu chế tạo trục vít là thép 35, vật liệu chế tạo êcu bi là gang
CH18-36.
+ Xác định đờng kính trung bình của trục vít theo điều kiện bền mòn, và
theo công thức sau :
[ ]
p
xhd
F
p
tv
a