thiết kế hệ thống lái cho xe ô tô tải 2,5 tấn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................................4
CHƯƠNG I..................................................................................................................................5
TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI.................................................................................................5
1. Công dụng, phân loại và yêu cầu.......................................................................................5
1.1. Công dụng.....................................................................................................................5
1.2. Các trạng thái quay vòng của xe....................................................................................5
1.3. Phân loại hệ thống lái....................................................................................................6
2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ô tô..........................................................................7
2.1. Vành lái.........................................................................................................................7
2.2. Trục lái..........................................................................................................................8
2.3. Cơ cấu lái......................................................................................................................8
2.4. Góc đặt bánh xe...........................................................................................................16
2.5. Dẫn động lái................................................................................................................21
2.6. Hệ thống lái có trợ lực.................................................................................................23
CHƯƠNG II...............................................................................................................................25
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ..............................................................25
1.

Phân tích lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái......................................................25
1.1. Bánh răng – thanh răng................................................................................................25
1.2. Trục vít – ê cubi – thanh răng – cung răng..................................................................25

2.

Phân tích lựa chọn phương án thiết kế dẫn động lái.................................................25

2.1. Dẫn động lái với hình thang lái 4 khâu........................................................................25
2.2. Dẫn động lái với hình thang lái 6 khâu........................................................................26

3.

Phân tích lựa chọn phương án cường hóa lái.............................................................26
3.1. Cường hóa điện...........................................................................................................26
3.2. Cường hóa khí nén......................................................................................................26
3.3. Cường hóa thủy lực.....................................................................................................27

CHƯƠNG III.............................................................................................................................28
TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÁI XE TẢI 2,5 TẤN – XE THAM KHẢO: HUYNDAI 2,5 TẤN
HD65..........................................................................................................................................28
Các số liệu thiết kế....................................................................................................................28
I.

TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC CỦA HỆ THỐNG LÁI.......................................................29
1.

Tính tốn động học hình thang lái...........................................................................29

2.

Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết........................................31

3.

Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế...........................................31

NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

4.

Xác định mơ men cản quay vịng tại chỗ................................................................34

5.

Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái.......................................................37

6.

Xác định góc quay vành lái và bán kính quay vịng ơ tơ........................................38

II. TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI TRỤC VÍT – Ê CUBI – THANH RĂNG –
CUNG RĂNG........................................................................................................................39
1.

Thơng số hình học.....................................................................................................39

2.

Thiết kế bộ truyền trục vít – ê cubi.........................................................................39

3.

Thiết kế bộ truyền thanh răng - cung răng.............................................................43

3.1. Chọn vật liệu..............................................................................................................44
3.2. Xác định các thơng số của bộ truyền..........................................................................44
III. TÍNH BỀN HỆ THỐNG LÁI...........................................................................................47
1.

Tính bền trục lái.......................................................................................................47

2.

Tính bền địn quay đứng..........................................................................................48

3.

Tính bền địn kéo dọc...............................................................................................50

4.

Tính bền địn kéo ngang...........................................................................................51

5.

Tính bền địn bên......................................................................................................53

6.

Tính bền khớp cầu (Rô tuyn)...................................................................................54

CHƯƠNG IV.............................................................................................................................56
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƯỜNG HÓA LÁI.............................................................................56
I.

CÁC YÊU CẦU CỦA CƯỜNG HÓA LÁI....................................................................56

II.

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CƯỜNG HĨA LÁI.............................................56
1.

Một số phương án bố trí cường hóa hệ thống lái...................................................56

2.

Chọn van phân phối.................................................................................................60

3.

Ngun lý làm việc của van phân phối kiểu van xoay............................................60

III.

TÍNH TỐN CƯỜNG HÓA LÁI..............................................................................61

1.

Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái........................................................................61

2.

Xây dựng đặc tính cường hóa lái.............................................................................61

3.

Xác định lực tính tốn..............................................................................................63

4.

Tính tốn xilanh lực.................................................................................................64

5.

Tính chọn bơm trợ lực.............................................................................................66

6.

Tính toán các chi tiết của van phân phối................................................................67

CHƯƠNG V..............................................................................................................................70
BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI...................................................................70
I.

BẢO DƯỠNG KỸ THUẬT HỆ THỐNG LÁI..............................................................70
1.

Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống...................................................................................70

2.

Sửa chữa chi tiết hệ thống lái...................................................................................70

NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
II.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI.......................................................................................71


Những hiện tượng hư hỏng chính của hệ thống lái................................................71



Kiểm tra điều chỉnh cơ cấu lái.................................................................................73



Kiểm tra dẫn động lái và khắc phục khe hở...........................................................74



Kiểm tra trợ lực lái...................................................................................................74

KẾT LUẬN................................................................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................................76

LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền kính tế đang tăng trưởng mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu về giao
NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

3


ĐỜ ÁN TỚT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỚNG LÁI XE TẢI

thơng vận tải ngày càng lớn. Vai trò quan trọng của ô tô ngày càng được khẳng
định vì ô tô có khả năng cơ động cao, vận chuyển được người và hàng hóa trên
nhiều loại địa hình khác nhau.
Những năm gần đây, lượng ô tô tải có xu hướng tăng lên, đặc biệt là loại ô tô tải
2,5 tấn với ưu điểm về khả năng cơ động, tính kinh tế và thích hợp với nhiều mục
đích sử dụng khác nhau.
Với ô tô nói chung và ô tô tải nói riêng, an toàn chuyển động là chỉ tiêu hàng
đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng của phương tiện. Một
trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động là hệ
thống lái. Với đồ án tốt nghiệp của em, em đã cơ bản hoàn thành việc thiết kế hệ
thống lái cho xe ô tô tải 2,5 tấn.
Sau nhiều ngày dưới sự chỉ bảo hướng dẫn tận tình của thầy NGUYỄN TRỌNG
HOAN và sự tìm hiểu của em, em đã cơ bản hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Trong
quá trình thực hiện, chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó em
rất mong được sự chỉ bảo của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện đầy đủ.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày……tháng……năm 2015
Sinh viên
NGUYỄN TƯỜNG HƯNG

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI
1. Công dụng, phân loại và yêu cầu
1.1. Công dụng
Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ơ tơ nhờ quay
vịng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay
NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

chuyển động cong của ô tô 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 mô
men từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mô men 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 vịng 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 vng góc với bánh xe.
Để quay vịng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay
tức thời khi quay vòng.

1.2. 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 v1 xe sẽ quay vòng với một bán kính quay
vịng R0 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 q trình quay vịng
là động, trạng thái quay vịng 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.
Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vịng xe theo bán kính R 0 người lái phải
tăng góc quay vành lái một lượng δ v1. Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay
vòng xe theo bán kính R0 người lái phải giảm góc quay vnh lỏi mt lng v1.

Ro

Trạ ng thá i qua y vòng
thiê u: Rqv>Ro

Rqv

Quay vũng tha v quay vũng thiu là những trạng thái quay vịng nguy hiểm,
làm mất tính ổn định và điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc
quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng). Ở những trạng
thái này yêu cầu người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt. Vấn đề chất tải, độ đàn
hồi của lốp cũng có ảnh hưởng tới tính năng quay vịng và tính an tồn chuyển
động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn.

NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – OÔ TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55
O1

5


Ro

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

R qv

ĐỒ ÁN TỐT NGHIấP

Trạ ng thá i qua y vòng
thừa : Rqv
O1
O

Hỡnh 1: Các trạng thái quay vòng của xe

1.2. Phân loại hệ thống lái
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ô tô:

1.2.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng
+ Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS);
+ Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS).

1.2.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực
+ Hệ thống lái cơ khí;
+ Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thủy lực;

+ Hệ thống lái trợ lực bằng khí nén hoặc chân không;
+ Hệ thống lái trợ lực điện.

1.2.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít glơbơit – con lăn;
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít – ê cubi – thanh răng- cung răng;
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng;
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít- cung răng.
Ngồi ra cịn có cơ cấu lái: trục vít – chốt quay, bánh răng- cung răng…

1.2.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái
+ Bố trí vành lái bên trái ( theo luật đi đường bên phải);
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).

NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

1.3. Yêu cầu của hệ thống lái ô tô
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an tồn và ổn định chuyển động của
ô tô là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
 Đảm bảo tính năng vận hành cao của ơ tơ có nghĩa là khả năng quay vịng
nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé;
 Lực tác dụng 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 khơng bị trượt lết
khi quay vịng;
 Hệ thống trợ lực phải có tính tùy 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
không ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái;
 Giữ chuyển động thẳng ổ định;
 Hệ thống lái phải được bố trí thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.

2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ô tô
7

9

8

A

B
6

3
5
4

2
1

Hình 2: Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.

1. Vành lái
5. Đòn kéo dọc
9. Bánh xe
2. Trục lái
6. Hình thang lái
3. Cơ cấu lái
7. Đòn quay ngang
4. Đòn quay đứng
8. Trụ xoay đứng

2.1. Vành lái
Vành lái có dạng vành trịn. Lực của người lái tác dụng lên vành lái tạo ra mô
men quay để hệ thống lái làm việc. Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực
người lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái.
Mv1=P1.rv1
NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

Trong đó:
Mv1: mơ men vành lái
P1: lực mà người lái tạo ra trên vành lái
rv1: bán kính vành lái.
Vành lái của bất kỳ loại ơ tơ nào cũng có độ rơ nhất định, với xe con không
vượt quá 80.

2.2. Trục lái
Trục lái có nhiệm vụ truyền mơ men lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục
lái chính có thể truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và ống
trục 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 khơng thay đổi được góc nghiêng.
Ngồi cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính cịn có thể có thêm một số cơ cấu
điều khiển như: cơ cấu khóa lái để khóa cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái để
có thể điều chỉnh vị trí vơ lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái, hệ
thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh vị trí vơ lăng theo phương thẳng đứng
phù hợp với người lái, hệ thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài
của trục lái và đạt được vị trí ngồi lái tốt nhất cho người lái.

2.3. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến các
bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18 đến 20 đối với
xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải.

2.3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái
Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
 Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe;
 Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu
suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái;
 Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết;
 Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái;
 Độ rơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất;
 Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thấp nhất và tuổi thọ cao;

 Chiếm ít khơng gian và dễ dàng tháo lắp.
Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ mặt đường
lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vơ lăng càng ít, nhưng
nếu độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của xe. Độ đàn
hồi của hệ thống lái được xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vành lái
NGŨN TƯỜNG HƯNG – Ơ TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

8


ĐỜ ÁN TỚT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỚNG LÁI XE TẢI

vơ lăng và mô men đặt trên vành lái. Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào
độ đàn hồi của các phần tử như cơ cấu lái, các đòn dẫn động.

2.3.2. Tỷ số truyền của cơ cấu lái
Tỷ số truyền của cơ cấu lái i c là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay
của địn quay đứng.
ic =

d w❑
=
dΩ w Ω

d , w❑: góc quay của vơ lăng
dΩ , w Ω:góc quay của trục địn quay đứng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mô men 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 vịng.

Hình 3: Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái
Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vịng quay
của vơ lăng thì bánh xe phải quay được tối đa từ 35 0 đến 450 từ vị trí trung gian
trở đi. Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất được thể hiện trên giản đồ
hình 3.
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 ô tô 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. Ngồi việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo quy luật
như thế sẽ giảm ảnh hưởng của những va đập từ bánh dẫn hướng lên vành lái.
Khi θ ≥ π /2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì i c hầu như không thay
đổi. Ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hướng quay một góc
lớn giúp khả năng quay vịng của ơ tơ tốt hơn.
NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

2.3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái id
Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay địn.
Trong q 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 khơng nhiều lắm: id = 0,9 ÷ 1,2.

2.3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái il
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.
il=
pc =

pc
pl

Mc
M
; pl = l
c
r

Trong đó:
pc: lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng;
pl: lực đặt lên vành lái;
Mc: mô men cản quay vòng của bánh xe;
c: cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đường
trục đứng kéo dài;
Ml: mô men lái đặt lên vành lái;
r: bán kính vành tay lái.
Như vậy ta có: i l=

Mc r
×
c
Ml

Bán kính vành tay lái ở đa số ô tô hiện nay là 200 ÷ 250 (mm) và tỷ số truyền
góc ig khơng vượt q 25 vì vậy i l không được lớn quá, il hiện nay chọn trong
khoảng 10 ÷ 30.

2.3.5. Hiệu suất thuận
Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống. Hiệu suất
thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất
thuận cao.

2.3.6. Hiệu suất nghịch
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trục lái.
Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyển động
của ô tô sẽ khơng truyền đến bánh lái được vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sát trong
cơ cấu lái. Nhưng không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp q vì khi đó bánh
lái sẽ khơng tự trả lái được về vị trí đã quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va
đập từ đường tác dụng lên hệ thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái
được thiết kế với một hiệu suất nghịch nhất định.
NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

2.3.7. Một số loại cơ cấu lái thường dùng
2.3.7.1. Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay;

+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.

Hình 4: Cơ cấu lái trục vít chốt quay
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 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.
Nếu bước của trục vít khơng đổi thì tỷ số truyền được xác định theo cơng thức:

Trong đó:
: Góc quay của địn quay đứng;
r2: Bán kính địn quay.
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7. Cơ cấu
lái này được dùng trước hết ở hệ thống lái khơng có cường hố nó được dùng chủ
yếu cho ôtô tải và ôtô khách.
Loại cơ cấu lái trục vít địn quay với một chốt quay ngày càng ít được sử dụng
vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mịn nhanh, bản thân chốt có độ
chịu mài mịn kém.
Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay
đứng theo chiều trục, ngồi ra cịn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái.
NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

2.3.7.2. Cơ cấu lái trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này được sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít glơbơit
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 tùy theo lực truyền qua cơ cấu lái.

Hình 5: Cơ cấu lái trục vít con lăn
Ưu điểm:
 Nhờ trục vít có dạng glơ-bơ-it cho nên tuy chiều dài trục vít khơng lớn
nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn,
nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn. Tải trọng tác
dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm con lăn có
hai đến bốn vịng ren;
 Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn;
 Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng. Đường trục
của con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn  = 5 
7(mm), điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách
điều chỉnh trong quá trình sử dụng.
Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác định
theo cơng thức:

Trong đó:
r2: Bán kính vịng trịn ban đầu của hình glơ-bơ-it của trục vít;
NGŨN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

t: Bước của trục vít;
z1: Số đường ren của truc vít.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái i c sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng 5 
7% nhưng sự tăng này không đáng kể coi như tỷ số truyền của loại trục vít con
lăn là không thay đổi. Hiệu suất thuận th = 0,65, hiệu suất nghịch ng = 0,5.

2.3.7.3. Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng
Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính
ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng được lắp trên các ổ bi. Điều chỉnh các ổ
này dùng êcu lớn ép chặt ổ bi, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm bảo trục răng
quay nhẹ nhàng.
Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở
phía giữa, phần thanh cịn lại có tiết diện trịn. Khi vơ lăng quay, bánh răng quay
làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt.
Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên qua các đầu thanh răng,
sau đó làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng.
Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng,
trục răng
đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ăn khớp
của bộ truyền lớn, do đó làm việc êm và phù hợp với việc bố trí vành lái trên xe.
Ưu điểm:
 Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác
dụng
như thanh dẫn động lái nên khơng cần các địn kéo ngang như các cơ cấu
lái khác;
 Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp;

 Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ.

Hình 6: Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng
NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

2.3.7.4. Cơ cấu lái trục vít cung răng
Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung răng
là hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đường nên toàn bộ chiều
dài của cung răng đều truyền tải trọng. Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ
mịn của trục vít và cung răng đều giảm. Để đạt độ cứng vững tốt người ta đặt
trục đòn quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng.
Khe hở ăn khớp thay đổi từ 0,03 mm (ở vị trí trung gian), 0,25  0,6 mm ở vị trí
hai bên rìa. Điều chỉnh khe hở ăn khớp nhờ thay đổi chiều dày của đệm đồng 2.
Khắc phục khoảng hở trong các ổ, thanh lăn nhờ giảm bớt các đệm điều chỉnh 1
từ nắp trên của vỏ.
Ưu điểm:
 Cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng và kích
thước so với loại trục vít bánh răng. Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của
cung răng nên áp suất trên răng bé, giảm được ứng suất tiếp xúc và hao
mịn.
Tuy nhiên loại này có nhược điểm là có hiệu suất thấp.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng được xác định theo cơng thức:

Trong đó:
r0: Bán kính vịng trịn cơ sở của cung răng;
t: Bước trục vít.

Hình 7: Cơ cấu lái trục vít – cung răng
1,2 vịng đệm điều chỉnh
Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị khơng đổi. Hiệu suất thuận khoảng
0,5 cịn hiệu suất nghịch khoảng 0,4. Cơ cấu lái loại này có thể dùng trên các loại
ơtơ khác nhau.
NGŨN TƯỜNG HƯNG – Ơ TƠ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

2.3.7.5. Cơ cấu lái trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng
Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít êcu có rãnh
trịn có chứa các viên bi lăn trong rãnh. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo
đường hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.
Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này
làm quay răng rẻ quạt. Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng. Khi
bánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm
quay bánh xe dẫn hướng.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái này có giá trị khơng đổi và được xác định theo
cơng thức:

Trong đó:

r0: Bán kính ban đầu của cung răng;
t: Bước của trục vít.
Hiệu suất thuận vào khoảng 0,7 hiệu suất nghịch vào khoảng 0,85. Do hiệu suất
nghịch cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trên đường mấp mô sẽ nặng
nhọc, nhưng nó có khả năng làm cho ơtơ chạy ổn định ở hướng thẳng nếu vì một
ngun nhân nào đó làm bánh xe phải quay vịng.

Hình 8: Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi – thanh răng – cung răng
1. Vỏ cơ cấu lái
2. Ổ bi dưới
3. Trục vít
4. Êcu bi
5. Ổ bi trên

6. Phớt
7. Đai ốc điều chỉnh
8. Đai ốc hãm
9. Bánh răng rẻ quạt
10. Bi

NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

Cơ cấu lái kiểu trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng có đặc điểm nổi bật là

có khả năng làm việc dự trữ rất lớn, vì vậy nó được dùng chủ yếu trên các loại
ơtơ cỡ lớn.
Cơ cấu lái kiểu trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng có ưu điểm lực cản
nhỏ, ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn).

2.4. 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 khơng đúng thì có thể dẫn đến các hiện tượng sau:
 Khó lái;
 Tính ổn định lái kém;
 Trả lái trên đường vịng kém;
 Tuổi thọ lốp giảm (mịn nhanh).

2.4.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (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. Khi
bánh xe dẫn hướng nghiêng ra ngồi thì gọi là góc “Camber dương” và ngược lại
gọi là góc “Camber âm”. Bánh xe khơng nghiêng thì Camber bằng khơng (bánh
xe thẳng đứng).
Chức năng của góc Camber:
 Những năm về trước bánh xe được đặt với góc Camber dương để cải thiện
độ bền của cầu trước và để các lốp tiếp xúc vng góc với mặt đường (do
trọng lượng của xe) nhằm ngăn ngừa sự mòn khơng đều của lốp trên
đường, do có phần giữa cao hơn hai bên;
 Góc camber cịn đảm bảo sự lăn thẳng của các bánh xe, giảm va đập của
mép lốp với mặt đường. Khi góc Camber bằng khơng hoặc gần bằng
khơng có ưu điểm là khi đi trên đường vịng bánh xe nằm trong vùng có

khả năng truyền lực dọc và lực bên tốt nhất;

Hình 9: Góc nghiêng ngang của bánh xe
NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

 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 là giảm mô men tác
dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái;
 Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe
nghiêng theo hướng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các
bánh xe trong nghiêng ra ngoài so với thân xe. Để các bánh xe lăn gần
vng góc với mặt đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ
cao, hệ treo độc lập thì góc Camber thường âm.

2.4.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng
Caster)

Hình 10: Góc nghiêng trụ đứng và chế độ lệch dọc
Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của
trụ đứng. Nó được đo bằng độ và được xác định bằng góc giữa trụ xoay đứng và
phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Nếu trụ xoay đứng nghiêng về phía sau

thì gọi là góc nghiêng dương và ngược lại gọi là góc nghiêng âm.
Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm
vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường được gọi là khoảng Caster C.
Chức năng của góc Caster:
 Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh
xe vào đường vịng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng
xe khi xe đi vào đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt
đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb;
 Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với
chiều tiến của xe (Caster dương) thì phản lực bên Yb của đường sẽ tạo với
tâm tiếp xúc một mơ men ổn định, mơ men đó được xác định bằng cơng
thức sau:
M=Yb.c
 Mơ men 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
NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

lực để khắc phục mơ men này. Vì vậy, góc Caster thường khơng lớn. Mơ
men 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 00 đến 30.

2.4.3. Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)
Góc nghiêng ngang 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.
Chức năng của góc Kingpin:
 Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay sang phải hoặc quay quanh trụ đứng
với khoảng lệch tâm là bán kính r0, r0 là bán kính quay của bánh xe quanh
trụ đứng, nó là khoảng cách đo trên bề mặt của đường cong mặt phẳng
nằm ngang của bánh xe giữa đường kéo dài đường tâm trụ quay đứng với
tâm của vết tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Nếu r0 lớn sẽ sinh ra mô
men lớn quanh trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực
đánh lái. Do vậy giá trị của r0 có thể được giảm để giảm lực đánh lái,
phương pháp để giảm r0 là tạo Camber dương và làm nghiêng trụ quay
đứng tức là tạo góc KingPin;

Hình 11: Góc nghiêng ngang trụ đứng
 Giảm sự đẩy ngược và kéo lệch sang một phía: Nếu khoảng cách lệch r0
quá lớn, phản lực tác dụng lên các bánh xe khi chuyển động thẳng hay khi
phanh sẽ sinh ra một mô men quay quanh trụ đứng, do vậy sẽ làm các
bánh xe bị kéo sang một phía có phản lực lớn hơn. Các va đập từ mặt
đường tác dụng lên các bánh xe làm cho vô lăng dao động mạnh và bị đẩy
ngược lại;
 Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho các bánh
xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vịng. Tức là khi quay
vịng, quay vơ lăng để quay vòng xe, người lái phải tăng lực đánh lái, nếu
bỏ lực tác dụng lên vơ lăng thì bánh xe tự trả về vị trí trung gian (vị tri đi
thẳng). Để giữ cho xe quay vịng thì cần thiết phải giữ vành lái với một
lực nhất định nào đó. Vấn đề trở về vị trí thẳng sau khi quay vịng là do có
mơmen phản lực (gọi là mơmen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh
NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

18

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

xe. Giá trị của mômen ngược phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin.

2.4.4. Độ chụm và độ mở (góc dỗng)
Độ chụm của bánh xe là thơng số biểu thị góc chụm của 2 bánh xe dẫn hướng
(hoặc hai bánh xe trên cùng một cầu xe), góc chụm là góc xác định trên một mặt
phẳng đi qua tâm trục nối hai bánh xe và song song với mặt phẳng đường tạo bởi
hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai bánh xe lên mặt phẳng đó và
hướng chuyển động của xe.
Thông thường độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B - A. Kích thước B,
A được đo ở mép ngồi của vành lốp ở trạng thái khơng tải khi xe đi thẳng. Độ
chụm là dương nếu B - A > 0, là âm nếu B - A < 0.
Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mịn của lốp và ổn định của vành tay lái.
Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xe lăn phẳng hồn
tồn.

Hình 12: Độ chụm
Q trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn P f 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 mô men quay với tâm trụ quay đứng.
Mô men 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 13: Lực cản lăn và vị trí đặt của nó

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
NGUYỄN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI

lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ của động cơ đột ngột (phanh
bằng động cơ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt ∆ có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng
khơng.

2.4.5. Bán kính quay vịng (góc bánh xe, bán kính quay vịng)
Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc
trượt quay thì đường vng góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất cả các
bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó gọi là tâm quay tức thời của xe.
Để đạt được góc lái chính xác của bánh dẫn hướng bên phải và bên trái thì các
thanh dẫn động lái thực hiện chức năng này cũng đồng thời đạt được bán kính
quay vịng mong ḿn.

Hình 14: Sự trượt bên khi quay vòng
Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu hướng bắt xe quay
với bán kính lớn hơn bán kính dự định của người lái trừ khi xe có thể sinh ra một
lực ngược lại đủ lớn để cân bằng với lực ly tâm. Lực này là lực hướng tâm. Lực
hướng tâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trượt bên của lốp do ma sát giữa lốp và
mặt đường, lực này là lực quay vòng và làm ổn định xe khi quay vịng.

Hình 15: Sơ đồ quay vịng
NGŨN TƯỜNG HƯNG – Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG K55

20