Hệ thống lái- tiến sĩ nguyễn hoàng việt - Bk đà nẵng

hệ thống lái
3.1. Công dụng, phân loại , yêu cầu
3.1.1. Công dụng:
Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để:
- Giữ cho ôtô máy kéo chuyển động theo một hớng xác định nào đấy;
- Thay đổi hớng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe.
HƯ thèng l¸i nãi chung gåm c¸c bé phËn chÝnh sau:
- Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mô men do ngời
lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.
- Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe
dẫn hớng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng.
- Cờng hoá lái: thờng sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa. Dùng để
giảm nhẹ lực quay vòng cho ngời lái bằng nguồn năng lợng bên ngoài. Trên các xe
cỡ nhỏ có thể không có.
3.1.2. Yêu cầu:
Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:
+ Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định: để đảm bảo yêu cầu này thì:
- Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng
ở vị trí trung gian (giữa) tơng ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (Không lớn
hơn 15O khi có cờng hoá và không lớn hơn 5O khi không có cờng hoá);
- Các bánh xe dẫn hớng phải có tính ổn định tốt;
- Không có hiện tợng tự dao động các bánh xe dẫn hớng ở mọi điều kiện
làm việc và mọi chế độ chuyển động.
+ Đảm bảo tính cơ động cao: tức là xe có thể quay vòng thật ngoặt, trong
một thời gian ngắn, trên một diện tích bé.
+ Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trợt lê:
gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe.
+ Giảm đợc các va đập từ bánh xe dẫn hớng truyền lên vô lăng khi chạy
trên đờng xấu hoặc gặp chớng ngại vật.
+ Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều khiển lớn nhất cần tác
dụng lên vô lăng (Plmax) đợc quy định theo các tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn

ngành:
- Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plmax không đợc lớn hơn 150...200 N;
- Đối với xe tải và khách không đợc lớn hơn 500 N.
+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các
bánh xe dẫn hớng (để đảm bảo cảm giác đờng) cũng nh sự tơng ứng động học
giữa góc quay của vô lăng và của các bánh dẫn hớng.
3.1.3. Phân loại:
+ Theo cách bố trí vô lăng, chia ra:
- Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động): dùng cho những nớc thừa nhận luật đi đờng chiều thuận là phía bên phải, nh các nớc XHCN trớc
đây, Pháp, Mỹ, ...
- Vô lăng bố trí bên phải : dùng cho những nớc thừa nhận luật đi đờng
chiều thuận là phía bên trái, nh các nớc Anh, Nhật, Thụy Điển, ...
+ Theo kết cấu cơ cấu lái, chia ra các loại:
- Trục vít - Cung răng;
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Ngun Hoµng ViƯt

1


- Trục vít - Con lăn;
- Trục vít chốt quay;
- Bánh răng - Thanh răng;
- Thanh răng liên hợp (gồm Trục vít - Êcu - Bi - Thanh răng - Cung răng).
+ Theo kết cấu và nguyên lý làm việc cđa cêng ho¸ l¸i, chia ra:
- Cêng hãa thủ lùc;
- Cờng hoá khí (khí nén hoặc chân không);
- Cờng hoá điện;
- Cờng hoá cơ khí.

+ Ngoài ra còn có thể phân loại theo: số lợng các bánh xe dẫn hớng (các
bánh dẫn hớng chỉ ở cầu trớc, ở cả hai cầu hay ở tất cả các cầu), theo sơ đồ bố trí
cờng hoá (xem phần cờng hoá lái), ...).
3.2. Kết cấu hệ thống lái
3.2.1. Các sơ đồ:
Trên hình 3.1, 3.2 và 3.3 là các sơ đồ kết cấu chung nhất cđa hƯ thèng l¸i
dïng víi hƯ thèng treo phơ thc (hình 3.1 và 3.3a) và hệ thống treo độc lập (hình
3.2 và 3.3b).
Từ các sơ đồ ta thấy hệ thống lái nói chung gồm các chi tiết và bộ phận
chính sau (xét hình 3.1):
- Vô lăng 1, trục lái 9, cơ cấu lái 8, đòn quay đứng 7, đòn kéo dọc 6, đòn
quay ngang 5, cam quay 4, cạnh bên hình thang lái 2, đòn kéo ngang 3;
- Trong trờng hợp có cớng hoá lái (hình 3.4) thì còn có bộ phận phân phối
1 và xi lanh lực 2.
- Khi dùng với hệ thống treo độc lập thì do đòn kéo ngang không thể làm ở
dạng thanh liền nên còn có thêm đòn lắc 5 và thanh kéo bên 2 (hình 3.2) hoặc đòn
lắc 8 và thanh kéo bên 7 (hình 3.3b).

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

2


Hình 3.1. Sơ đồ kết cấu hệ thống lái với hệ thống treo
phụ thuộc.
1- Vô lăng; 2- Cạnh bên hình thang lái; 3- Đòn kéo ngang; 4Cam quay; 5- Đòn quay ngang; 6- Đòn kéo dọc; 7- Đòn quay
đứng; 8- Trục vít - Cung răng của cơ cấu lái; 9- Trục lái.

Hình 3.2. Hệ thống lái với hệ thống treo độc lập.
1- Các đòn quay; 2- Đòn kéo bên; 3- Đòn quay trên trục
ra cơ cấu lái; 4- Đòn kéo ngang giữa; 5- Đòn lắc.

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 3
Hình 3.3. Các sơ đồ dẫn động lái.
a- Với hƯ thèng treo phơ thc; b- Víi hƯ thèng treo độc lập;
1- Đòn quay đứng; 2,4- Đòn kéo dọc và ngang; 3- Đòn quay
ngang; 5- Hình thang lái; 6- Bộ phËn híng hƯ thèng treo;
7- Thanh kÐo bªn; 8 - Đòn lắc; 9,10- Các khớp bản lề.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái


Hình 3.4. Sơ đồ hệ thống lái
có cờng hoá.
1- Bộ phận phân phối; 2- Xi
lanh lực; 3- Cơ cấu lái.
3.2.2. Các chi tiết và bộ phận chính
3.2.2.1. Vô lăng:
Vô lăng hay còn gọi là bánh lái thờng có dạng tròn với các nan hoa, dùng
để tạo và truyền mô men quay do ngời lái tác dụng lên trục lái. Các nan hoa có thể
bố trí đối xứng hoặc không, đều hay không đều tuỳ theo sự thuận tiện khi lái.
Bán kính vô lăng đợc chọn phụ thuộc vào loại xe và cách bố trí chỗ ngồi
của ngời lái, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cỡ nhỏ) đến 275 mm (đối với
xe tải và khách cỡ lớn).
3.2.2.2. Trục lái:
Trục lái là một đòn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men
từ vô lăng xuống cơ cấu lái. Độ nghiêng của trục lái sẽ quyết định góc nghiêng
của vô lăng, nghĩa là ảnh hờng đến sự thoải mái của ngời lái khi điều khiển.

3.2.2.3. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển động
quay tròn của vô lăng thành chuyển động góc (lắc) của đòn quay đứng và đảm bảo
tăng mô men theo tỷ số truyền yêu cầu.
a. Các thông số đánh giá cơ bản
a1. Tỷ số truyền động học:
d v
(3.1)

i =

đứng);

d

=



=

r

ở đây:
, - Các góc quay tơng ứng của trục vào (vô lăng) và trục ra (đòn quay
, - Các vận tốc góc tơng ứng.
i đợc chọn xuất phát từ điều kiện là: đảm bảo cho góc quay cần thiết của

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

4


vô lăng để quay các bánh dẫn hớng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên không
lớn hơn 1,8 vòng đối với ô tô du lịch và không lớn hơn 3 vòng đối với ô tô tải và
khách, nhằm đảm bảo yêu cầu cơ động cao và thuận tiện điều khiển khi xe quay
vòng.
Giá trị của i phụ thuộc loại và cỡ xe, thờng nằm trong giới hạn 13...22 đối
với ô tô du lịch và 20...25 đối với ô tô tải và khách, trong một số trờng hợp có thể
tới 40.
i có thể đợc thiết kế không đổi hoặc thay đổi theo góc quay của vô lăng.
Cơ cấu lái có i thay đổi thờng đợc dùng trong hệ thống lái không có cờng hoá.
Mặc dù kết cấu không phức tạp nhng tính công nghệ kém hơn nên đắt hơn so với
loại cơ cấu lái có i không đổi.
Quy luật thay đổi i có một số dạng khác nhau tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ
và tính năng của xe:
+ Đối với các xe thông thờng: quy luật thay đổi i có dạng nh trên hình
3.6 hay đờng 4 trên hình 3.5 là hợp lý nhất:

O
- Trong phạm vi gócợc đồ đặc (90cho sự )làm tỷ số của điềuikhiển phải lớn
Hình 3.5. Các l quay trng ữ 120 , việc truyền cần lái.
để tăng độa- Quan hệ điều khiển và giảm lực cần tác dụng độ ôtô (ZIL -Khi xe chạy
chính xác giữa lực tác dụng lên vô lăng và tốc lên vô lăng. 585);
b- Các quy luật thay đổi liệu thống động đa của cơ gian hệ
trên ®êng th¼ng víi tèc ®é lín, theo sètû sè trun kê thì học số thời cấu lái. thống
lái làm việc với góc quay nhỏ của vô lăng quanh vị trí trung gian. i tăng còn làm
giảm đợc các va đập từ mặt đờng truyền lên vô lăng.

- ở các gãc quay θ > (90 ÷ 120) O , tû số truyền i cần phải giảm để tăng
tốc độ quay vòng, tăng tính cơ động của xe.

Hình 3.6. Quy luật thay đổi tỷ số
truyền hợp lý của cơ cấu lái đối
với các loại xe thông thờng.

+ Đối với các xe có tốc độ thấp và trọng lợng toàn bộ lớn: quy luật thay
đổi i đợc làm theo đờng 2, để khi quay vòng không ngoặt tơng đối thờng xuyên
thì lực cần tác dụng nhỏ.
+ Trên các xe tốc độ rất lín: thêng sư dơng quy lt nh ®êng 1. Khi ®ã,
trong thêi gian chun ®éng th¼ng víi tèc ®é rÊt lớn điều khiển ô tô đợc nhạy, còn
khi quay vòng ngoặt với tốc độ vừa phải thì giảm đợc lực tác dụng.
+ Đối với các xe có cờng hoá lái: thì i thờng đợc làm không đổi (đờng 3).
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

5


Vì lúc này vấn đề giảm nhẹ điều khiển đà có cờng hoá giải quyết.
a2. Tỷ số truyền lực:

iF =
ở đây:

Mr (Mdq)
Mv (Mvl)

M r M dq
=
M v M vl

(3.2)

- Là mô men trên trục ra (hay trên đòn quay đứng);
- Là mô men trên trục vào (hay trên vô lăng).

a3. Hiệu suất:
Hiệu suất của cơ cấu lái có thể xác định theo công thức tổng quát sau:

t =

N r M r ωr i F
=
=
N v M v ωv i ω

(3.3)

ë đây:
Mv, Mr - Các mô men đo ở đầu vào và ra của cơ cấu lái;
v, r - Các tốc độ góc tơng ứng ở đầu vào và ra của cơ cấu lái;
Do hiệu suất của cơ cấu lái có giá trị khác nhau tuỳ theo chiều truyền lực
từ trên trơc l¸i xng hay tõ díi b¸nh xe dÉn híng lên, nên ngời ta phân biệt:
- Hiệu suất thuận ( th): lµ hiƯu st tÝnh theo chiỊu trun lùc tõ trên trục
lái xuống;
- Hiệu suất nghịch ( ng): là hiệu st tÝnh theo chiỊu trun lùc tõ díi
b¸nh xe dÉn hớng lên.

Hiệu suất thuận của cơ cấu lái cần phải lớn để giảm tổn thất lực và giảm
nhẹ lực điều khiển. Trong khi đó hiệu suất nghịch cần phải nhỏ để giảm các va đập
truyền từ hệ thống chuyển động lên vô lăng. Tuy vậy hiệu suất nghịch không đợc
quá thấp vì sẽ làm mất tác dụng của mô men ổn định và bánh dẫn hớng sẽ không
tự trở về đợc vị trí trung gian khi bị lệch khỏi vị trí đó do va đập và ngời lái cũng
bị mất cảm giác đờng.
Khi sử dụng cờng hoá thì yêu cầu đặt ra với các giá trị hiệu suấtgiảm đi
nhiều. Do lúc này cờng hoá vừa đảm bảo lái nhẹ vừa dập tắt những va đập truyền
từ bánh xe lên vô lăng.
b. Khe hở trong cơ cấu lái:
Khe hở trong cơ cấu lái cần phải nhỏ ở vị trí trung gian của vô lăng ứng với
chuyển động thẳng của xe. ở vị trí này, bề mặt làmv iệc các chi tiết của cơ cấu lái
làm việc nhiều nên cờng độ mài mòn lớn và khe hở tăng nhanh hơn các vị trí khác.
Do vậy, để khi điều chỉnh khe hở không xảy ra kẹt ở các vị trí biên, khe hở
ở các vị trí này đợc làm tăng lên bằng các biện pháp kết cấu và công nghệ. Trong
quá trình sử dụng, chênh lêch giá trị khe hở sẽ giảm dần.
Hình 3.7. Sự thay đổi khe hở trong
cơ cấu lái.
1- Còn mới; 2- ĐÃ sử dụng (bị mòn);
3- Sau khi đà điều chỉnh lại khe hở ở
vị trí trung gian.

c. Các cơ cấu lái thông dụng
c1. Loại trục vít - cung răng:
Loại này có u điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững. Tuy vậy có nhKết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Ngun Hoµng ViƯt

6

ợc điểm là hiệu suất thấp (th = 0,5...0,7; ng = 0,4...0,55), điều chỉnh khe hở ăn
khớp phức tạp nếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít.
Cung răng có thể là cung răng thờng đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít
(hình 3.8) hoặc đặt ở phía bên cạnh (hình 3.9). Cung răng đặt bên có u là đờng tiếp
xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển trên toàn bộ
chiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm, do
đó tuổi thọ và khả năng tải tăng. Cơ cấu lái loại này dùng thích hợp cho các xe tải
cỡ lớn.
Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm). Khi trục vít có dạng
glôbôít thì số răng ăn khớp tăng nên giảm đợc ứng suất tiếp xúc và mài mòn.
Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiều dài
của trục vít.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

7


Hình 3.8. Cơ cấu lái trục vít hình trụ - cung răng đặt giữa.
1- ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4- Vỏ.

Hình 3.9. Cơ cấu lái loại trục vít hình trụ cung răng đặt bên (Xe URAL-375).
Tỷ số truyềnTrục cơ cấu Cung răng; -4- Vỏ răng không đổi và xác định theo
1- ổ bi; 2- của vít; 3- lái trục vít cung
công thức:
(3.4)
2 R 0

i =

ở đây:
t
Z1

tZ 1

R0
- Bán kính vòng lăn của cung răng;
- Bớc trục vít;
- Số mối ren trục vít.

Góc nâng của đờng ren vít thờng từ 8O...12O. Khe hở ăn khớp khi quay đòn
quay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên thay đổi từ 0,03...0,5 mm. Sự thay
đổi khe hở này đợc đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung
răng có bán kính khác nhau.
c2. Loại trục vít - con lăn:
Cơ cấu lái loại trục vít-con lăn (hình 3.10) đợc sử dụng rộng rÃi trên các
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

8


loại ô tô, do có u điểm:
- Kết cấu nhỏ gọn;
- Hiệu suất cao do thay thế ma sát trợt bằng ma sát lăn: th = 0,77...0,82;

ng = 0,6;
- Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần.

Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đờng trục của con lăn đợc bố trí lệch
Hình trục Cơ cấu lái trục 5...7 mm. - con lăn hai vành.
với đờng trục của3.10. vít một khoảng vít glôbôít Khi dịch chuyển con lăn dọc theo
1- của đòn quay đứng thì điều chỉnh; 3- trục giữa Vít lăn chỉnh;
trục quay Trục đòn quay đứng; 2- Đệmkhoảng cách Nắp trên; 4-con điềuvà trục vít sẽ thay
5- Trục vít; cũng sẽ thay 7- Con lăn;
đổi, do đó khe hở ăn khớpĐệm điều chỉnh; đổi theo. 8- Trục con lăn.
Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên thực hiện bằng cách
dich trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia O 1 của dao cắt trục
vít một lợng x = 2,5...5 mm.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn đợc xác định theo công thức:

i =
ở ®©y:

2 πR K 2 πR 0 R K
R
=
= iω0 K
tZ 1
tZ 1 R 0
R0

(3.5)

t
- Bíc trơc vÝt;

Z1
- Sè mèi ren trục vít;
RK
- Bán kính vòng tiếp xúc giữa con lăn và trục vít (khoảng
cách từ điểm tiếp xúc đến tâm đòn quay đứng);
R0
- Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;
i0
- Tỷ số truyền giữa bánh răng cắt và trục vít.
Theo công thức trên ta thấy i thay ®ỉi theo gãc quay trơc vÝt. Tuy vËy sù
thay đổi này không lớn, chỉ khoảng 5%...7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên) nene có
thể cọi nh i const.
c3. Loại trục vít - chốt quay (hình 3.11 và 3.12):
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

9


+ Ưu điểm: Có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi theo quy luật bất kỳ
nhờ cách cắt trục vít khác nhau. Vì thế cơ cấu lái loại này dùng nhiều ở hệ thống
lái không có cờng hoá và chủ yếu trên các ô tô tải và khách.
- Hiệu suất thuận và nghịch của cơ cấu lái loại này vào khoảng 0,7.
+ Nhợc điểm: Chế tạo phức tạp, tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử
dụng.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái đợc xác định theo công thức:

i =
ở đây:

R2

2 R 2
cos
t

(3.6)

- Góc quay của đòn quay đứng;
- Bán kính đòn đặt chốt.

Hình 3.11. Cơ cấu lái trục vít
- chốt quay loại 1 chốt.
1- Chốt quay; 2- Trục vít;
3- Đòn quay.

1

Hình 3.12. Cơ cấu lái trơc
vÝt - chèt quay lo¹i 2 chèt.
1- Chèt quay; 2- Trục vít;
3- Đòn quay.

c4. Loại bánh răng - thanh răng:
Kết cấu cơ cấu lái loại này nh trên hình 3.13. Bánh răng có thể có răng
thẳng hay nghiêng. Thanh răng trợt trong các ống dẫn hớng (hình 3.14). Để đảm
bảo ăn khớp không khe hở, thanh răng đợc ép đến bánh răng bằng lò xo (hình
3.15).
+ Đặc điểm:
- Cơ cấu lái loại bánh răng - thanh răng có i nhỏ nên rất nhạy. Vì thế nó đợc sử dụng rộng rÃi trên các xe đua và thể thao cũng nh các xe du lịch cỡ nhỏ.

- Hiệu suất cao, kết cấu gọn, chế tạo đơn giản, giá thành rẻ.
+ Nhợc điểm:
- Lực điều khiển lớn;
- Không sử dụng đợc với hệ thống treo trớc loại phụ thuộc;
- Nhạy cảm với va đập do ma sát nhỏ (hiệu suất nghịch lớn).

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

10


Hình 3.13. Cơ cấu lái bánh răng thanh răng.
1- Thanh răng; 2- Bánh răng.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng ViÖt

11


Hình 3.14. Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng thanh răng.
1- Khớp nối; 2- Thanh răng.

Hình 3.15. Cơ cấu lái bánh răng thanh răng của hÃng "XanradFabric".
1- Thanh răng; 2, 4- ổ bi; 3- Bánh
răng; 5- Vòng làm kín; 6- Đai ốc; 7Nắp cao su; 8- Đệm ép; 9- Lò xo; 10Nút-Đai ốc.
c5. Loại liên hợp:

+ Thờng dùng nhất là loại Trục vít - Êcu - Bi - Thanh răng - Cung
răng (hình 3.16).
Êcu 5 đợc lắp trên trục vít 6 qua các viên bi (khoảng 90...120 viên, ®êng
kÝnh db=7...9 mm) n»m theo r·nh ren cđa trơc vÝt. Nhờ đó ma sát trợt đợc thay
bằng ma sát lăn.
Phần dới của êcu cắt răng tạo thành thanh răng, ăn khớp với cung răng lắp
trên trục 1.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái này không đổi và đợc xác định theo công thức:

i =
ở đây: t
R2

2 R 2
t

(3.7)

- Bớc trục vít;
- Bán kính vòng chia cung răng.

+ Ưu điểm của cơ cấu lái loại này là:
- Hiệu suất cao: th=0,7...0,8; ng=0,85. Do ng lớn nên khi lái xe trên đờng
xấu ngời lái sẽ rất vất vả nhng bù lại xe có tính ổn định về hớng cao khi chuyển
động thẳng. Hơn nữa, khi sử dụng với cờng hoá thì nhợc điểm ng lớn không quan
trọng, do cờng hoá có tác dụng giảm bớt va đập truyền từ bánh xe lên vô lăng.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

12

Hình 3.16. Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng.
a- MAZ - 500A; b- MAZ - 6422; 1- Trục cung răng; 2- Vít điều chỉnh;
3- Đệm tỳ; 4- Các ống dẫn hớng bi; 5- £cu; 6- Trơc vÝt; 7- èng lãt;
8- Bu l«ng; 9 - N¾p.


- Có độ bền và tuổi thọ cao, vì vậy thờng đợc sử dụng trên các xe cỡ lớn.
+ Nhợc điểm: Kết cấu phức tạp và giá thành đắt hơn.
+ Loại trục vít - Đai ốc - Đòn quay (hình 3.17): có tỷ số truyền thay đổi,
tăng lên khi đai ốc dịch chuyển từ vị trí giữa ra các vị trí biên:

i =
ở đây:

R
t


2 R

(3.8)

2

t cos

- Khoảng cách giữa trục trục vít và đòn quay;

- Bớc trục vít;
- Góc quay của đòn quay đứng.

Hình 3.17. Cơ cấu lái loại Trục
vít- Đai ốc-Đòn quay .
1- Trục vít; 2- Đòn quay; 3- Đai
ốc; 4- Đòn quay đứng.
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Ngun Hoµng ViƯt

13


Khe hở ăn khớp trong tất cả các cơ cấu lái loại trục vít - đai ốc (hay êcu) đợc làm không đổi và không điều chỉnh trong quá trình sử dụng. Trong trờng hợp
cặp trục vít - đai ốc đạt đến độ mòn giới hạn thì đợc thay mới.
Hiệu suất của cơ cấu lái loại trục vít- đai ốc-đòn quay thấp do có ma sát tr ợt ở phần tiếp xúc giữa trục vít - đai ốc và đai ốc - đòn quay. Giá trị hiệu suất có
thể xác định theo công thức tổng quát sau;

th =

tg 1
;
tg( 1 + )

Kết cấu, tính toán và thiết kế «t« - HƯ thèng l¸i

η ng =

tg( γ 1 − )

tg 1

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

(3.9)

14


+ Loại Trục vít lắc - Đai ốc (hình 3.18): có một ổ đỡ phía trên. Khi quay
vô lăng, đai ốc cùng với chốt khuỷu dịch chuyển theo bán kính R nên trục vít phải
lắc l để đảm bảo động học chung.

Tỷ số Hình 3.18. cơ cấu lái này giảm vít lắc-Đai ốc (MAZ-525). vị trí giữa
truyền của Cơ cấu lái loại Trục khi đai ốc dịch chuyển từ
ra 1- Trục đòn quay phụ thuộcĐai ốc; 3- Cácte;củaTrục lái; 5- ống bao; 6- ổ bi.
các vị trí biên và đứng; 2- vào chiều quay 4- vô lăng:
2 R
sin( )
(3.10)

i =

t sin cos sin

ở đây: , - Tơng ứng là góc nâng của đờng ren trục vít và góc quay của
đòn quay đứng. Dấu (+) trong công thức ứng với vô lăng quay phải và dấu (-) quay trái.
Cơ cấu lái loại này không khác gì nhiều so với loại trục vít-êcu-đòn, chỉ
khác ở chỗ kích thớc trục lái cần lớn hơn do phái chuyển động lắc lúc làm việc.
Do có nhiều nhợc điểm nên cơ cấu lái loại này hiện nay không đợc sử dụng

nữa.
+ Loại Trục vít - Đai ốc quay (hình 3.19)

Hình 3.19. Cơ cấu lái loại
trục vít-đai ốc quay.
1- Trục vít; 2- Đai ốc;
3- Đòn quay.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Ngun Hoµng ViƯt

15


Cơ cấu lái loại này có kích thớc và khối lợng khá nhỏ nên thờng đợc sử
dụng trên xe du lịch đặc biệt là loại có công suất lít bé.
Khe hở ăn khớp giữa trục vít và đai ốc không điều chỉnh đợc. Hiệu suất
thấp, tuy vậy nhợc điểm này không quan trọng khi sử dụng cơ cấu lái trên các xe
du lịch cỡ nhỏ.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái cung thay đổi và đợc xác định theo công thøc:
(3.11)
2
2

i ω = (2 πR cos ϕ) / t ± ( nR sin ϕ) /[ n + (R cos ϕ k ) ]

3.2.2.4. Dẫn động lái
Dẫn động lái bao gồm tất cả các chi tiết làm nhiệm vụ truyền lực từ cơ cấu
lái đến các bánh xe dẫn hớng và đảm bảo cho các bánh xe có động học quay vòng

đúng.
a. Các thông số đánh giá cơ bản
Dẫn động lái có các thông số đánh giá cơ bản sau:
a1. Tỷ số truyền động học:
(3.12)
idđ=2d/(dtr +dph)
ở đây:
- tr, ph: Các góc quay tơng ứng của cam quay trái và phải;
- : Góc quay của đòn quay đứng.
a2. Tỷ số truyền lực:

i ddF =

M
M dq

(3.13)

ở đây:
ớng;

- M: Mô men tổng tác dụng lên cam quay của các bánh xe dẫn h- Mđq: Mô men trên đòn quay đứng.

Tỷ số truyền của dẫn động lái nói chung thay đổi, do sự thay đổi cánh tay
đòn của các thanh đòn. Ngoài ra do sù bÊt ®èi xøng cđa dÉn ®éng, tû sè trun còn
có thể khác nhau khi xe quay trái hoặc phải.
a3. HiƯu st:
(3.14)
i ddF

η dd =

i ddω

HiƯu st cđa hƯ thèng lái =cc.dđ0,7...0,85.
b. Hình thang lái
Hình thang lái là bộ phan quan trọng nhất của dẫn động lái. Hình thang lái
ngoài nhiệm vụ truyền lực còn có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng
cho các bánh xe dẫn hớng, mục đích làm cho các bánh xe khỏi bị trợt lê khi quay
vòng, làm giảm sự mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn định của
xe.
Hình thang lái có một số dạng kết cấu khác nhau nh trên hình 3.20. Đòn
ngang của hình thang lái có thĨ liỊn hay c¾t rêi t theo hƯ thèng treo là phụ thuộc
hay độc lập. Nhng dù trờng hợp nào thì kết cấu của hình thang lái cũng phải phù
hợp víi ®éng häc bé phËn híng cđa hƯ thèng treo ddể dao độgn thẳng đứng của
bánh xe không ảnh hởng đến động học của dẫn động lái, gây ra dao động các bánh
xe dẫn hớng quanh trụ quay.
Động học đúng của các bánh dẫn hớng đợc đảm bảo nhờ việc chọn các
thông số của hình thang lái và không có khe hở trong dẫn động, nhừ sử dụng các
bản lề tự động khắc phục khe hở (hình 3.21).
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Ngun Hoµng ViƯt

16


Hình 3.20. Các sơ đồ hình thang lái.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Ngun Hoµng ViƯt

17


Hình 3.21. Các khớp nối cầu của dẫn động lái.

a, b và c- Lò xo tác dụng dọc theo trục thanh kéo tơng ứng của các ôtô
MAZ-500 (thanh kéo dọc), URAL-375 vµ KRAZ-257 (thanh kÐo
ngang), GAZ-53A (thanh kÐo däc); d -> i- Lò xo tác dụng theo trục
chốt cầu tơng ứng của các ôtô ZIL-130 (thanh kéo ngang), UAZ,
GAZ-53A (thanh kéo ngang), GAZ-24, LADA và ZAPOROGIETX.

3.2.3. Cờng hoá lái
3.2.3.1. Công dụng:
Trên các ô tô tải trọng lớn, xe du lịch cao cấp và các xe khách hay máy kéo
bánh bơm hiện đại thờng có trang bị cờng hoá lái để giảm nhẹ lao động cho ngời
lái và tăng an toàn chuyển động. Khi xe đang chạy ở tốc độ lớn mà một bên lốp bị
thủng, cờng hoá lái đảm bảo cho ngời lái đủ sức điều khiển, giữ đợc ô tô trên đờng
mà không bị lao sang một bên.
Sử dụng cờng hoá lái có nhợc là lốp mòn nhanh hơn (do lạm dụng cờng
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng ViÖt

18


hoá để quay vòng tại chỗ); kết cấu hệ thống lái phức tạp hơn và tăng khối lợng

công việc bảo dỡng.
3.2.3.2. Phân loại:
+ Theo dạng nguồn năng lợng sử dụng, chia ra:
- Cêng ho¸ thủ lùc;
- cêng ho¸ khÝ nÐn;
- cờng hoá điện;
- cờng hoá cơ khí.
Hai loại sau rất ít dùng. Phổ biến nhất là loại thuỷ lực vì có kết cấu nhỏ
gọn và làm việc khá tin cậy.
3.2.3.3. Yêu cầu:
Cờng hoá lái phải đảm bảo các yêu cầu chÝnh sau:
- Khi cêng ho¸ háng hƯ thèng l¸i vÉn làm việc đợc tuy lái nặng hơn;
- Thời gian chậm tác dụng nhỏ;
- đảm bảo sự tỷ lệ giữa góc quay của vô lăng và góc quay của các bánh xe
dẫn hớng;
- Khi sức cản quay vòng tăng lên thì lực yêu cầu trên vô lăng cũng pơhải
tăng theo để ngời lái có "cảm giác đờng". Tuy vậy lực này không đợc vợt quá
100...150N;
- Không xảy ra hiện tợng tự cờng hoá khi ô tô vợt qua các chỗ lồi lõm,
rung xóc;
- Có tác dụng nh thế nào để trong trờng hợp lốp các bánh dẫn hwonsg bị
nổ, ngời lái có thể vừa phanh ngặt vừa giữ đợc hớng chuyển động cần thiết của xe,
3.2.3.4. Các thông số đánh giá cơ bản
Để đánh giá tính năng làm việc của cờng hoa slái, ngời ta dùng các thông
số cơ bản sau:
a. Hệ số hiệu quả: bằng tỷ số giữa các lực cần tác dụng lên vô lăng khi không có
và khi có cờng hoá:
(3.15)
Pl
Pl

K hq =

Pc

=

Pl Pch

Trong đó:
Pch
- Lực do cờng hoá đảm nhận quy về vành tay lái (vô lăng).
Đối với các kết cấu hiện nay Khq = 1...15.
b. Chỉ số phản lực của cờng hoá lên vành tay lái:

=

dPc
=
dM cq

(3.16)

Số gia lực t á c dụng l ê n v ô l ă ng khi có c ờng ho á
Số gia m ô men c ả n quay vòng c á c b á nh xe dẫn h ớng

Chỉ số này đặc trng cho khả năng đảm bảo cảm giác đờng của cờng hoá.
Đối với các cờng hoá hiện nay = 0,02...0,05 N/(Nm).
c. Độ nhạy:
Độ nhạy của cờng hoá đặc trng bằng giá trị lực tác dụng lên vành tay lái Pl0

và góc quay của vành tay lái 0 cần thiết để đa cờng hoá vào làm viƯc.
Víi c¸c kÕt cÊu hiƯn nay θ0 = 10O...15O; Pl0 = 20...50N.
3.2.3.5. Thành phần cấu tạo và sơ đồ bố trí
Bất kỳ loại cờng hoá nào cũng nhất thiết phải gồm ba bộ phận chính là:
nguồn năng lợng, bộ phận phân phối và bộ phận chấp hành.
a. Nguồn năng lợng:
Nguồn năng lợng để cung cấp năng lợng cho cờng hoá, có thể là: bơm + ắc
quy thuỷ lực, máy nén + bình chứa hay ắc quy + máy phát.
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

19


b. Bộ phận phân phối:
Bộ phận phân phối để điều chỉnh năng lợng cung cấp cho bộ phận chấp
hành và đảm bảo sự tỷ lệ giữa góc quay của vô lăng và góc quay các bánh dẫn hớng. Bộ phận phân phối thực chất là các các van thuỷ lực, khí nén hay các công tắc
và mạch điện.
c. Bộ phận chấp hành:
Bộ phận chấp hành hay cơ cấu thực hiện dùng để tạo và truyền lực trợ lực
lên truyền động lái. Tuỳ theo loại cờng hoá mà nó có thể là xi lanh thuỷ lực, xi
lanh khí nén hay động cơ điện.
d. Các phơng án bố trí:
Cờng hoá có thể bố trí trong hệ thống lái theo các phơng án nh trên hình
3.22.
Trong các phơng án đó thì phơng án bố trí bộ phận phối, xi lanh lực và cơ
cấu lái vào chung một cụm (hình 3.22a) có u điểm là: kết cấu gọn, vững chắc nên
ít có khuynh hớng gây hiện tợng tự dao động các bánh xe dẫn hớng, chiều dài các
ống dẫn ngắn nhất nên độ nhạy cao. Tuy vậy nó có nhợc điểm là: cơ cấu lái phức

tạp, tất cả các chi tiết của dẫn động lái đều chịu tải trọng lớn. Vì thế đối với các ô
tô có khối lợng trên cầu dẫn hớng lớn thờng sử dụng các phơng án bố trí rời (hình
3.22b, c và d).
Các phơng án bố trí rời các cụm có u điểm quan trọnh là: cho phép sử dụng
bộ cờng hoá trên các ô tô có hệ thống lái quy chuẩn (tức là thuận tiện về phơng
diện thống nhất hoá sản phẩm) và các phần tử của chúng có thể đặt ở các vị trí tự
do hơn nên dễ bố trí lắp đặt hơn. Tuy vậy sơ đồ hình 3.22d ít dùng do tăng số lợng và chiều dài đờng ống, kết cấu kém vững chắc nên tăng khuynh hớng tự dao
động các bánh dẫn hớng.

3.2.3.6. Sơ đồ và nguyên lý làm việc
Hình 3.22. Các sơ đồ bố trí cờng hoá lái.
Trên hình 3.23 làphận sơ đồ phối; 2- Xilái loại thuỷ lực.cấu lái.
1- Bộ các phân cờng hoá lanh lực; 3- Cơ Hình 3.23b là cờng
hoá có bộ phận phân phối loại hở. Trong trờng hợp này, chiều rộng vai con trợt
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng ViÖt

20


phân phối nhỏ hơn chiều rộng tơng ứng của lỗ trên vỏ. Do đó khi xe chuyển động
thẳng, đờng đẩy và đờng hồi của cờng hoá thông với nhau và với các khoang làm
việc của xi lanh lực. Bởi vì bơm của cờng hoá làm việc liên tục nên chất lỏng cũng
liên tục tuần hoàn qua bộ phân phối.
Hình 3.23a là cờng hoá có bộ phân phối loại kín. ở vị trí trung gian của
con trợt, tất cả các đờng ống đều bị bịt kín. Chất lỏng đợc đa đến bộ phân phối từ
ắc quy thuỷ lực. Bơm chỉ làm việc khi cần thiết để nạp bổ sung chất lỏng cao áp
vào ắc quy thuỷ lực. Hệ thống nh vậy cho phép sử dụng bơm có năng suất nhỏ hơn
và giảm đợc tổn thất trong dẫn động.

Sơ đồ trên hình 3.23a làm việc nh sau: Bơm 13 qua van ngợc 12 tạo nên
một áp suất nhất định đợc duy trì bởi ắc quy thuỷ lực 11. Khi quay vô lăng 7, con
trợt phân phối 4 sẽ dịch chuyển mở đờng ống 9 và đóng đờng dầu hồi 10. Dầu cao
áp theo ống 6 chảy vào xi lanh lực 1, ép piston dịch chuyển và qua hệ thống đòn
làm quay các bánh dẫn hớng 2. Khi 2 quay qua 3 (là khâu liên hệ ngợc) làm vỏ bộ
phân phối dịch chuyển theo và đờng 9 bị đóng lại ngừng cấp chất lỏng cao áp cho
xi lanh lực 1. Để các bánh xe dÉn híng 2 quay mét gãc lín h¬n, ngêi lái phải tiếp
tục quay vô lăng 7.
Khi quay vô lăng sang phía khác thì quá trình tơng tự xảy ra đối với các
ống 8 và 5. Các đờng dầu về đợc nối với bình chứa 14 thông với bơm 13.
Trên sơ đồ 3.23b là cờng hoá thuỷ lực không có ắc quy áp suất: Trong
trờng hợp này, phần giữa của con trợt 4 ở vị trí trung gian đảm bảo cho chất lỏng
lu thông tự do.

Hình 3.23. Các sơ đồ cờng hoá lái loại thủy lực.
a- Có ắc quy thủy lực; b- Không có ắc quy thủy lực.
1- Xi lanh lùc; 2- B¸nh xe dÉn híng; 3- Thanh kÐo däc; 4- Piston van phân
phối; 5,6- Đờng dầu đến xi lanh lực; 7- Vô lăng; 8,10- Đờng hồi dầu; 9- Đờng
dầu cao áp; 11- ắc quy thuỷ lực; 12- Van một chiều; 13- Bơm dầu; 14- Bình
Trong bộ phân phối chứa; 15-15, do đó cờng hoá chỉ bắt đầu làm việc khi
có lò xo Lò xo; 16- Van đĩa.
nào lực tác dụng lên vô lăng 7 đủ để thắng lực của lò xo này. Để đảm bảo cảm giác
đờng, trong kết cấu có van đĩa 16 và buồng phản ứng phía sau van. Để dịch
chuyển con trợt 4 về phía này hay phía khác, ngời lái không chỉ phải thắng lực lò
xo mà còn phải thắng cả áp lực chất lỏng trong buồng phản ứng. Mà áp lực này tỷ
lệ với mô men cản quay vòng nên lực cần tác dụng lên vô lăng cũng tăng theo sự
tăng của mô men cản quay vòng.
Trên hình 3.24 là sơ đồ cờng hoá loại khí nén với áp suất làm việc là 6
Kg/cm2. Khi quay vô lăng 2, chuyển động qua cơ cấu lái 1 và đòn quay đứng 3 lúc
đầu nhờ hành trình tự do truyền đến thanh kéo 4, rồi từ đó qua đòn 5 và thanh kéo

6 đến đòn gánh 7, mở một trong các van phân phối khí 8. Khi đó, phụ thuộc vào hKết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Ngun Hoµng ViƯt

21


ớng quay, khí nén sẽ đi vào khoang trớc hay khoang sau cđa xi lanh lùc 9. Lùc tõ
cÇn piston 10 đợc truyền đến đòn quay dài 11 và đòn kéo dọc 12 của dẫn động lái.
Phản lực từ van ngợc truyền lên vô lăng qua đòn gánh 7 lệ thuận với áp
suất trong xi lanh lực và mô men cản quay vòng các bánh xe, đảm bảo cho ngời lái
có cảm giác đờng.
Khi không có khí nén, đòn quay ngắn 5 sau khi khắc phục hành trình tự do
sẽ tỳ vào đòn quay dài 11 và lực từ đòn quay ®øng 13 sÏ trun ®Õn thanh kÐo däc
12 ®Ĩ ®iỊu khiĨn c¸c b¸nh xe dÉn híng nh trong hƯ thống lái bình thờng không có
cờng hoá.
Loại cờng hoá này thờng sử dụng trên các ô tô tải và khách có trọng lợng
tác dụng lên cầu trớc từ 3 đến 7 tấn và có trang bị phanh khí nén. Nếu khi đó
không cần phải tăng thêm năng suất máy nén khí thì cờng hoá lái chỉ làm tăng
thêm rất ít giá thành ô tô.

Hình 3.24. Sơ đồ cờng hoá lái loại khí nén.
1- Cơ cấu lái; 2- Vô lăng; 3- Đòn quay đứng; 4, 6- Đòn kéo; 5- Đòn
quay ngắn; 7- Đòn gánh; 8- Van khí nén; 9- Xi lanh lực; 10- Cần
piston; 11- Đòn quay dài; 12- Đòn kéo dọc.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

22


3.3. tÝnh to¸n hƯ thèng l¸i
3.3.1. NhiƯm vơ tÝnh to¸n: Tính toán hệ thống lái có nhiệm vụ:
- Xác định mô men cản quay vòng;
- Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng;
- Tính toán động học hình thang lái;
- Tình bền các chi tiết chính;
- Tính toán cờng hoá nếu có.
3.3.2. trình tự tính toán
3.3.2.1. Xác định mô men cản quay vòng:
Mô men cản quay vòng có gía trị lớn nhất khi quay vòng ô tô máy kéo tại
chỗ. Mô men cản quay vòng trong trờng hợp này bao gồm: mô men sinh ra do lực
cản lăn M1, Mô men cản của các phản lực ngang ở vết tiếp xúc M 2 và mô men ổn
định các bánh xe dẫn hớng M3, tức là đối với một b¸nh xe dÉn híng:
Mcq = M1 + M2 + M3
(3.17)
Trong đó:
(3.18)
M1 fGbx.a
ở đây:
Gbx
- Trọng lợng tác dụng lên một bánh xe dẫn hớng;
f
- Hệ số cản lăn. Khi tính toán có thể lấy f = 0,015...0,018;
a
- Cánh tay đòn (hình 3.25), thờng đợc xác định bằng thực
nghiệm và có giá trị nằm trong giới hạn: a = 30...60 mm - đối với các ô tô cỡ nhỏ
và vừa; a = 60...100 mm - đối với các ô tô cỡ lớn. Nếu không có số liệu thực

nghiệm có thể xác định a theo công thức gần đúng: a l rbx

ở đây:

( + )
;
180


Hình 3.25. Sơ đồ tính toán mô men cản quay
vòng do tác dụng của lực cản lăn.
(3.19)
M2 = nGbx.x = Y.x

Y
- Lực ngang tổng hợp;
x
- Độ dịch về phía sau của điểm đặt lực ngang tổng
hợp so với tâm diện tích tiếp xúc giữa lốp với mặt đờng do sự đàn hồi bên của lốp
gây ra (hình 3.26).

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Hình 3.26. Sơ đồ xác định mô
men cản quay gây ra do lực
Biên soạn : TS. Ngun Hoµng ViƯt 23

ngang.


Hình 3.27. Sơ đồ bánh xe đàn hồi lăn khi có và không có lực
ngang tác dụng.
Trên hình 3.27 là sơngang; b- Có lăn ngang; c- xe đàn hồi khilực
a- Không có lực đồ mô tả sự lực của bánh Phân bố phản không có và
khi có lực ngang tác dụng. Do ngang ởhồi bên của lốp mà khi bánh xe đàn hồi lăn
độ đàn vết tiếp xúc.
dới tác dụng của lực ngang nó sẽ lăn lệch và vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đờng sẽ quay tơng đối đối với mặt phẳng bánh xe (hình 3.27b). Biến dạng ngang
của lốp tăng dần từ phía trớc ra phía sau vết tiếp xúc làm cho điểm đặt lực ngang
tổng hợp Y dịch về phía sau so với tâm một lợng x (hình 3.27c).
Một cách gần đúng có thể thừa nhận x =
2

xúc, tức là:
Trong đó:
r0
rbx

x 0,5 r0 rbx

1
l k , ở đây lk - chiều dài vết tiÕp
4

2

- B¸n kÝnh tù do cđa b¸nh xe dÉn híng;
- Bán kính làmv iệc của bánh xe.

Nếu thừa nhận rbx = 0,96r0 thì ta có:
x 0,14r0 và M2 = ϕnGbx.x ≈ 0,14r0ϕnGbx
ϕn

(3.20)

(3.21)

- HƯ sè b¸m ngang, khi tÝnh to¸n có thể lấy n = 0,85...0,9.

Thành phần mô men cản quay M3 khi tÝnh to¸n cã thĨ bá qua (do giá trị
của nó khá nhỏ so với các mô men thành phần khác) hoặc tính đến bằng một hệ số
nào đó.
Nh vậy, nếu cho rằng trên cầu trớc có hai bánh xe dẫn hớng và quy dẫn mô
men cản quay của chúng về trục của đòn quay đứng thì ta đợc mô men cản quay
tổng:
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoµng ViƯt

24


MΣ = 2

( M 1 + M 2 )K M 3
i dd η dd

=2

G bx (f .a + 0,14ϕ n r0 )K M 3

(3.22)

i dd ηdd

Trong ®ã:
ηd®, id® - HiƯu suất và tỷ số truyền của dẫn động lái. Tỷ số truyền
của dẫn động lái phụ thuộc tỷ số giữa các cánh tay đòn. Trong quá trình quay
vòng, trị số các cánh tay đòn này thay đổi nhng mức độ thay đổi không lớn. Trong
các kết cấu hiện nay idđ
= 0,85...1,1.
KM3 - Hệ số tính đến ảnh hởng của mô men ổn định các bánh xe
dẫn hớng M3. Khi tính toán có thể lấy KM3 = 1,07...1,15.
3.3.2.2. Xác định lực cần tác dụng lên vô lăng:
Sau khi biết mô men cản quay vòng tổng cộng trên đòn quay đứng, dễ
dàng tìm đợc lực cần thiết tác dụng lên vô lăng theo công thức:

Pl max =

M
Ri th

(3.23)

Trong đó:
R
- Bán kính vô lăng, dao động trong giới hạn từ 190 mm (đối
với xe du lịch) đến 275 mm (đối với các xe tải và khách);

i
- Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái;
th
- Hiệu suất thuận của cơ cấu lái.
Lực Plmax tính đợc không đợc vợt quá giá trị cho phép là: 150...200 N - đối
với ô tô du lịch và tải trọng nhỏ; 500 N - đối với ô tô tải và khách cỡ lớn.
3.3.2.3. Tính toán động học hình thang lái
a. Tính toán thiết kế:
Nhiệm vụ của bài toán này là xác định các thông số của hình thang lái để
đảm bảo động học quay vòng cần thiết của các bánh dẫn hớng.
Từ sơ đồ quay vòng (hình 3.28a) ta thấy rằng: muốn các bánh xe khi quay
vòng không bị trợt thì chúng phải cùng quay quanh một tâm tức thời, tức là góc
quay của các bánh xe dẫn hớng phía trong và phía ngoài tâm quay vòng phải
khác nhau và liên hệ với nhau theo biểu thức:
(3.24)
m

Cotg Cotg =

L

Trong đó:

- Góc quay của bánh dẫn híng phÝa trong;
β
- Gãc quay cđa b¸nh dÉn híng phÝa ngoài;
m
- Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng (khi thiết kế bỏ
qua các góc nghiêng, coi trụ quay là thẳng đứng);
L

- Chiều dài cơ sở của xe.

25
hình thang lái.
a, b- Động học quay vòng lý tởng và thực tế.
m- Khoảng cách giữa 2 tâm trụ quay đứng (bỏ qua các góc nghiêng của trụ
quay); L- Chiều dài cơ sở; 1, 2 (hoặc )- Các góc quay của bánh dẫn hớng
phía trong và phía ngoài;

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống lái lý tởng và thực tế khi dùng
Hình 3.28. Động học quay vòng Biên soạn : TS. Ngun Hoµng ViƯt