Bộ giáo dục và đào tạo
Trường học viện kỹ thuật
Quân sự

cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam
độc lập - tự do - hạnh phúc

NHIệM Vụ đồ án
Họ và tên : Phạm Hoàng Nam
Khoá …….K37
1.Đầu đề thiết kế:
Tính toán và thiết kế hệ thống lái cho ôtô tải hạng trung.
2 . Các số liệu ban đầu:
TT
1
2
3
4
5
6

Thông số
Trọng lượng toàn bộ của ôtô
Số lượng cầu dẫn hướng
Trọng lượng phân bố lên cầu dẫn
hướng khi ôtô có tải
Chiều dài cơ sở của ôtô
Chiều rộng cơ sở của ôtô
Bán kính bánh xe dẫn hướng

kí hiệu

4 . Các bản vẽ đồ thị ( ghi rõ các loại bản vẽ về kích thước các bản vẽ).
5 . Cán bộ hướng dẫn .
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………


………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
6 . Ngày giao nhiệm vụ thiết kế :………………………………………..
7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ :…………………………………………
Ngày ………tháng ……..năm 2006 .
cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên )
Nguyễn Văn Trà
Kết quả đánh giá :
- Quá trình thiết kế ……………..
- Điểm thuyết minh……………..
- Bản vẽ thiết kế…………………
Ngày ….tháng …năm 2006

Học viên đã hoàn thành
Ngày ……tháng……năm 200…..

Phạm Hoàng Nam


Chương I
Phân tích đặc điểm hệ thống lái
1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu.
1.1.1 Công dụng.

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 .
Trong quá trình chuyển động trên đường, hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn
đến an toàn chuyển động của xe nhất là ở tốc độ cao , do đó chúng không ngừng
được hoàn thiện .
Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng (vành
lái ), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái ), cơ cấu lái (tăng
lực quay của vô lăng để truyền mômen lớn hơn tới các thanh dẫn động lái ), và
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 phi tác dụng vào vô lăng một lực. Đồng
thời để quay vòng được thì 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 khi quay vòng phải quay trên
những đường tròn đồng tâm với nhau. Đó là tâm quay tức thời khi quay vòng .
Kết cấu hệ thống lái rất phức tạp. Vì vậy để hiểu được về trạng thái quay vòng
ta cần phải hiểu sâu về kết cấu của hệ thống lái.
Phân loại.
+ Trục vít bánh vít.
+ Trục vít đòn quay.

,đường gấp khúc, hệ thống lái có thể quay ngặt các bánh xe trước một cách
dễ dàng. Quay vòng ngặt là trạng thái quay vòng với thời gian quay vòng
ngắn và bán kính quay vòng nhỏ.
Đảm bảo lực lái thích hợp: Lực người lái đặt lên vành lái khi quay vòng phải
nhỏ, lực lái cần thiết sẽ lớn khi xe đứng yên và sẽ giảm khi tốc độ xe tăng.
Vì vậy cần phải đảm bảo lực lái nhỏ nhưng vẫn gây được cảm giác về trạng
thái mặt đường.
Hệ thống lái không được có độ dơ lớn: Với xe có vận tốc lớn nhất trên
100Km/h, thì độ dơ vành lái không vượt quá 18 0, với xe có vận tốc lớn nhất
từ 25 km/h đến 100km/h thì độ dơ vành lái không vượt quá 270.
Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây tổn thương lớn cho
người lái. Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch để giảm
tác động từ mặt đường qua kết cấu lái lên vô lăng.
đảm bảo tính tùy động.

1.2 Kết cấu một số cơ cấu lái điển hình.
1.2.1 Cơ cấu lái kiểu trục vít- cung răng.

Cơ cấu lái loại này gồm có: trục vít và cung răng đặt ở giữa, trục vít cung răng đặt
ở cạnh bên trục vít.
Cả hai loại cơ cấu lái này đều có ưu điểm hơn các cơ cấu lái trục vít- bánh vít là kết
cấu nhỏ gọn hơn, giảm được áp suất lên bề mặt tiếp xúc của các răng(do có thể bố
trí 1 đến 3 răng)
Nhược điểm cơ bản của chúng là hiệu suất thấp nên chỉ sử dụng cho các ôtô tải có
tải trọng lớn.
1.2.2 Cơ cấu lái loại trục vít- êcu- cung răng.
Cơ cấu lái loại này hiện nay đang được sử dụng rộng rãi trên các xe ôtô tải. Đây là
loại cơ cấu lái liên hợp, trong cơ cấu lái này ma sát trượt được thay thế bằng ma sát
lăn(giữa bi và êcu, bi và trục vít) vì vậy đảm bảo tỉ số truyền của cơ cấu lái lớn và
cơ cấu lái có tính chất”trả tay lái” khi quay vòng.

5
6

Thông số
Trọng lượng toàn bộ của ôtô
Số lượng cầu dẫn hướng
Trọng lượng phân bố lên cầu dẫn
hướng khi ôtô có tải
Chiều dài cơ sở của ôtô
Chiều rộng cơ sở của ôtô
Bán kính bánh xe dẫn hướng

kí hiệu
G
n
G1

Giá trị
5770
1
2710

đơn vị
Kg

L
B
Mk

3.300

Với xe thiết kế là xe tải hạng trung, có hệ thống treo phụ thuộc ta chọn
phương án dẫn động lái như hình vẽ với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4
khâu).
1.1.4 Chọn phương án cơ cấu lái.
Ngày nay trợ lực lái được sử dụng trên hầu hết các xe, cũng như cơ cấu lái
loại trục vít lõm – con lăn được sử dụng phổ biến trên nhiều xe. Do có các ưu
điểm: kết cấu gọn, độ bền và độ chống mòn của trục vít lõm con lăn cao và có
hiệu suất cao. Có khả năng điều chỉnh lại nhiều lần để khắc phục khoảng hở ăn
khớp và khoảng hở trong ổ bi. Với những ưu điểm đó ta lựa chọn hệ thống lái có
kết cấu trục vít lõm con lăn để tính toán thiết kế cho xe tải hạng trung.
Chọn phương án trợ lực lái.
* Yêu cầu đối với trợ lực lái .
Mặc dù trợ lực lái là cơ cấu được sử dụng để giảm lực lái nhưng mức độ
giảm phải khác nhau phụ thuộc vào điều kiện chuyển động. Và nó phải đảm bảo
được các yêu cầu sau :
+Khi hệ thống của trợ lực lái có sự cố thì hệ thống lái vẫn có thể làm việc. Nếu
có hư hỏng xảy ra làm ngưng việc cấp dầu từ bơm đến cơ cấu lái thì người lái có
thể lái được xe mà không cần tới trợ lực lái. Người lái vẫn phải đảm bảo điều
khiển được xe nhưng 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. Nói chung, lực lái lớn khi xe đứng yên hay chay
chậm. ở tốc độ trung bình cần lực lái nhỏ hơn và lực lái giảm dần khi tốc độ tăng.
Chỉ cần lực lái nhỏ khi tốc độ xe cao vì ma sát giữa bánh xe và mặt đường giảm.
Nói cách khác phải đạt được lực lái phù hợp ở bất kỳ dải tốc độ nào và cùng lúc
đó “cảm giác đường “ phải đựơc truyền tới người lái. Để đảm bảo được lực lái
thích hợp, trên các xe hiện đại được trang bị những thiết bị dặc biệt đi kèm với
trợ lực lái trên bơm hoặc van điện từ như: kiểu cảm biến tốc độ xe, kiểu cảm biến
tốc độ động cơ (RPM) .
+ Khắc phục hiện tượng tự cường hoá khi ôtô vượt qua chỗ lõm , đường xấu,

a = 0,05m bán kính quay vòng của bánh xe dẫn hướng
Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe do sự đàn hồi bên của lốp diện tích
tiếp xúc giữa lốp và đường sẽ bị quay tương đối đối với mặt phẳng bánh xe.
Điểm đặt của lực ngang Y sẽ dịch chuyển 1 đoạn x nào đó phía sau đối với trục
bánh xe. Đoạn x được thừa nhận bằng một phần tư chiều dài của bề mặt tiếp xúc
giữa lốp với đường .
r 2 − rbx

2

Ta có : x = 0,5.
Trong đó : r- bán kính tự do của bánh xe(rt)
Nếu thừa nhận rbx = 0,96 rt thì ta có x = 0,14.rt
ϕ

Lúc đó : M 2 = Y .x = 0,14 .Gbx . .rt
ϕ

ϕ

- hệ số bám ngang ,lấy = 0,8.
Tổng mômen cản quay ở cả 2 bánh dẫn hướng tác dụng lên cam quay và từ
cam quay qua đòn dọc của dẫn động lái là:


ϕ

γ

Mc = 2(M1 + M2). = 2.Gbx (f.a + 0,14. .rt).


1
0,9

1
ηd γ

.

= 209,466198 (kG.m)

2.2.2 Tỷ số truyền của hệ thống lái.
a) Tỷ số truyền của dẫn động lái Id.

Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thướcvà quan hệ của các cánh
tay đòn.
Id=0,85-1,1
Chọn sơ bộ Id=1 ( cho cầu dẫn hướng)
b) Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Iω

.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này thường lấy theo kinh nghiệm thiết kế
iω

- tỉ số truyền góc của cơ cấu lái loại vừa từ 20..25 lấy 21

c) Tỷ số truyền của hệ thống lái.


rbx
c
α

Với : Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe
Ml - mômen đặt trên vành tay lái.
c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp
đến đường trục đứng kéo dài.
R - bán kính vành tay lái.
2.2.3

Tính toán các thông số hình học của hệ dẫn động lái.

a) Tính toán hình thang lái.
• Công dụng của hình thang lái:

- Hình thang lái có tác dụng đảm bảo sự quay vòng đúng của các bánh xe dẫn
hướng. Khi đó các bánh xe dẫn hướng không có sự trượt khi xe chuyển động.
- Đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trái và bên
phải sao cho các bánh xe lăn trên các đường tròn khác nhau nhưng đồng tâm.
• Xây dựng đường đặc tính ly thuyết của hệ thống lái cầu trước.
Muốn các bánh xe thực hiện quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải thoả mãn
công thức sau :
Cotg õ-Cotg ỏ=

B0
L

Trong đó :
õ: Là góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài của cầu dẫn hướng.


α

( )

β

( )

0

0

0 0 ÷ 400

ta xác định được góc

β

tương ứng

Bảng I: Bảng thông số của đường đặc tính lý thuyết của các góc quay cầu
dẫn hướng .
0 5
10
15
20
25
30
35

θ

θ

Hình vẽ 2.5 - Sơ đồ động học hình thang lái khi xe chạy thẳng.
Cần xác định góc

θ

và độ dài mỗi đòn bên m và đòn ngang n.
α β

θ
Quan hệ thực tế giữa các góc quay
phụ thuộc vào góc và độ dài m
của đòn bên.
Khi xe chạy thẳng:
Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình ta có thể tính được mối quan hệ giữa
các thông số theo biểu thức sau:
B−n
sinθ =
2m


Khi xe quay vòng :
n
B0
m
m
θ

m=
Chọn sơ bộ theo kinh nghiệm cho cả hai cầu độ dài đòn bên :
m=0,15.Bo=232,5 (mm)
ΥyδaKob
θ
Chọn sơ bộ góc ban đầu theo công thức của E.A.
:
Cotg (90 0 − θ ) =

Từ đó ta tính được

Bo
2.0,7.L

θ
Cotg (90 0 − θ ) =

Theo công thức kinh nghiệm
θ ≈ 18 32' < 35 (
0

Ta tính được

(1.8)
B0
2.0,7.L

0

theo kinh nghiệm thiết kế).


Bo. cos(θ + α )
m − Bo. sin(θ + α ) − 2m. sin 2 θ + 2 Bo. sin θ
− arcsin
2
Bo − m. sin(θ + α )
m 2 . cos 2 (θ + α ) + [ Bo − m. sin(θ + α )]

(1.10)
Bảng II.Bảng thông số của đường đặc tính thực tế cho cầu dẫn hướng.

θ1

=150

θ2
=160

θ3
=170

θ4
=180

θ5
=190

α

0


9.249
9.51
0.261
9.475

13.387
13.906
0.519
13.829

17.267
18.056
0.79
17.922

20.933
21.948
1.015
21.743

24.427
25.56
1.134
25.269

27.785
28.866
1.08
28.475


0
0

0.054
4.848

0.19
9.403

0.363
13.672

0.52
17.651

0.603
21.329

0.551
24.686

0.3
27.695

4(0)
5 (0)

0
0

0.205

0.247

0.187

-0.034

-0.48

Trong đó

∆β1i = β1i − β10

Từ bảng giá trị thu được ta xây dựng đồ thị quan hệ
cùng đồ thị quan hệ

α

và

β

theo lý thuyết.

Theo bảng giá trị trên ta chọn góc

θ

nhỏ nhất và nhỏ hơn 10, ta chọn được

b) Xác định góc quay vòng lớn nhất của vô lăng.


α

=

max

α

.i
Trong đó :
α
max :gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng.
α
0
1max :góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng cầu trước.(35 ).
I1
:gọi là tỷ số truyền hệ thống lái (i1 =21)
1,0 ÷ 1,75
α
lớn nhất từ
vòng đối với xe du lịch
1max

2,0 ÷ 2,5

từ
vòng đối với xe tải lớn .

max

ω

=

max

Π.n max
30

(rad/s)

nmax- số vòng quay lớn nhất của trục vành tay lái, ta chọn
nmax=60vòng/phút
Mmax=pmax.R(KG.m)
Với Mmax- mômen xoắn lớn nhất trên trục vành tay lái.


Thay các giá trị vào (1) ta tính được:
1
75

ω

1
75

3,14
30


N’max=
. =
.=0.0495.h/j Vậy h/j=16.223
’
Như vậy ta thấy Nmax< N max khoảng cách trục đã chọn là đảm bảo.
Để đảm bảo khe hở ăn khớp giữa các ren của trục vít và con lăn thay đổi theo quy
luật: có giá trị nhỏ nhất ở vị trí trung gian, sau đó tăng dần và đạt giá trị lớn nhất ở
vị trí hai đầu trục vít, tâm quay của trục đòn lái cũng phải bố trí không trùng với
tâm quay của dao cắt trục vít. Tâm quay của trục đòn lái đứng phải dịch theo
phương vuông góc của đòn lái đứng một khoảng bằng n có giá trị từ 2,5 đến
5,0mm
Vậy chọn n=3 thì ta có:
A=A0-3=68,25-3=65,25mm
• xác định các thông số cơ bản của trục vít lõm.
- Môđun trục vít lõm:
được xác định theo công thức sau:
m=

2 A0
Zb + e

với Zb- số răng của bánh vít có thể xác định theo công thức sau:


ω

Zb=Zv.i
Zv – số mối ren của trục vít lõm chọn là 1 để đảm bảo cho cơ cấu nhỏ nhẹ.
ω

Chiều cao chân ren:
hv’’=hv-hv’=7 - 4,2 = 2,8 mm
khe hở hướng kính:
c=(0,15 đến 0,25.mn( mm).
Ta chọn c=0,2mn=0,2. 4,369=0,8738 mm
Đường kính chân ren trục vít lõm tại tiết diện trung bình:

-

di =dv-2hv’’=35,224 -2. 2,8 =29,624 mm
Đường kính đỉnh ren trục vít lõm tại tiết diện trung bình:

-

de =dv+2hv’=35,224 +2. 4,2 =43,624 mm
Bán kính vòng tròn đỉnh ren trục vít lõm:

-

v

v

d ev
2

v

-




-

Moduyn pháp tuyến mn
mn = m.cosλ=4.403.cos(7°8’)=4.369 mm
• Xác định các thông số cơ bản của con lăn.
a. Bán kính ăn khớp lý thuyết R0
dv

35,224

2

2

Ro=A0=68,25b. Bán kính ăn khớp R1
dv

R1=A-

2

=50,638 mm

35,224
2

=65,25-



900
21

=35°

2

=50.6834 mm

d. Bán kính đỉnh ren con lăn
d iv
29,624
2
2

rel=A-(
+c)=65,25-(
e. Bán kính chân ren con lăn
d ev

ril=A-(

2

+c)= 65,25-(

+0,8738)=49,5642 mm

43,624

(kG)
Memax –Mô men xoắn lớn nhất trên trục vành tay lái .Được tính:
Memax = Pvlmax .R =44,817.0,214= 9,591 (kG.m)
dv -Đường kính tính toán của trục vít tại tiết diện trung bình:
dv=35,224 mm
 Pv= 2.

M e max
dv

Pv
[ kG ]
tgλv

= 2.

9,591
= 544,572
0,035224

(kG)

544,527
= 4356,216[ kG]
0,125

 Qv =
=
F –Diện tích tiếp xúc giữa trục vít và con lăn cm 2 .Nếu coi tất cả tải trọng đặt
lên 1 đường ren của con lăn thì:



[

F =
=

1
2
. ( ϕ v − sin ϕ v ).d ev + (ϕ l − sin ϕ l ).D 2
8
1
8

[(1,2036 − sin 69 ).4,3624 + (1,3083 − sin 75 ).4,1 ] = 1,749[cm ]
0

.

2

0

[

Q
4356,216
σ= V =
= 2490,689 kG/cm2
F

3

k .M c
0, 2.t0,

ở đây:
Mc – mômen cản quay vòng,
Chọn vật liệu là thép 45 tôi khi đó
Khi đó giới hạn bền xoắn
t0 ’

-

-

≈σ

σb

=850Mpa

σb

−1

=0,436.0,58.
=214,948MPa=2149,48KG/cm2
t0’ – giới hạn bền xoắn (t0’ = 2149,48KG/cm2).
k –hệ số dự trữ độ bền (chọn k = 1,1)
thay vào công thức ta được d=38 mm

điều kiện có hạn nên không thực hiện)
• ổ đỡ trục vít lõm.
ổ đỡ trục vít lom ta chọn ổ thanh lăn côn. Các ổ này không có vòng trong, vì
vậy các thanh lăn của ổ được lăn trực tiếp trên trục vít lõm.
Chọn theo tài liệu thiết kế chi tiết máy.
• Trục vành tay lái.
Chọn vật liệu chế tạo là thép ống, thép các bon 40
Tính bằng ứng suất xoắn do lực tác dụng lên vành tay lái.
τ

P1 max .R.D
0,2( D 4 − d 4 )

[τ ]

=

Thay số vào ta được:
θ=

2.75,5896 .1
= 0,0859
0,022.8.10 4

(5,5 0 ÷ 7,5 0 ) / 1m

.

(rad)

Suy ra:
θ=

0,0859 .180 0
= 4,924 0 / 1m
3,14

, thoả mãn điều kiện cho phép.

kết luận
Qua quá trình làm đồ án môn học “Kết Cấu – Tính Toán Ôtô Quân Sự” tuy
thời gian không nhiều, song với sự nổ lực của bản thân cùng vơi sự giúp đở


tận tình của các thầy giáo trong bộ môn Xe Quân Sự , đặc biệt là giáo viên
hướng dẩn Nguyển Văn Trà ,đồ án môn học đã được hoàn thành đámg thời
gian và đảm bảo chất lượng. Đồ án tập trung đi sâu vào phân tích kết cấu các

5


Chương II………………………………………………
Tính toán hệ thống lái

6

3.1 các số liệu xe thiết kế………………………………………… 6
1.1.6 Số liệu tham khảo……………………………………………..
1.1.7 Yêu cầu thiết kế hệ thống lái…………………………………
1.1.8 Chọn phương án dẫn động lái………………………………..

6
6

7
1.1.9 Chọn phương án cơ cấu lái…………………………………...
1.1.10 Chọn phương án trợ lực lái…………………………………...
3.2 Tính toán thiết kế hệ thống lái…………………………………….

7
7
8

2.1.1 Tính mômen quay vòng cực đại………………………………...

8

2.2.2 Tỷ số truyền của hệ thống lái…………………………………...

10
14

Tính toán cơ cấu lái trục vít globoít – con lăn………………..
15
c) xác định các thông số cơ bản của bộ truyền cơ cấu lái…………
15
d) tính toán các chi tiết cơ bản của cơ cấu lái trục vít- lõm con lăn.
17
Kết luận………………………………………………………………… 21
Phụ lục………………………………………………………………….. 22
Tài liệu tham khảo……………………………………………………… 23
2.2.6

Tài liệu tham khảo
[1]

Hướng dẫn thiết kế môn học KCTT ô tô quân sự


[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]

- Nguyễn Phúc Hiểu HVKTQS 1986
Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo ( tập 2 )
- Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên