đồ án thiết kế hệ thống lái xe du lịch có trợ lực xe corola

bộ giáo dục và đào tạo cộng hoà x hội chủ nghĩa việt namã
trờng đại học bách khoa Độc lập -Tự do - Hạnh phúc
hà nội
nhiệm Vụ
thiết kế tốt nghiệp
Họ và tên : NGuyễn Đức Thành
Lớp : ôtô Khoá : 46
Ngành : Cơ Khí - Ôtô
1. Đề tài thiết kế:
Thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch có trợ lực.
2. Các số liệu ban đầu:
Tham khảo xe TOYOTA COROLLA
3. Nội dung công việc:
3.1 Thuyết minh tính toán:
3.1.1 Tổng quan về hệ thống lái
3.1.2 Thiết kế tính toán hệ thống lái
3.1.2.1 Tính toán thiết kế dẫn động lái
3.1.2.2 Tính toán thiết ké cơ cấu lái
3.1.2.3 Tính toán thiết kế trợ lực lái
3.1.3 Xây dựng qui trình gia công chi tiết điển hình
3.1.4 Xây dựng qui trình lắp ráp, điều chỉnh, bảo dỡng và sửa chữa hệ thống
lái
3.2 Các bản vẽ:
3.2.1 Bản vẽ bố trí chung
3.2.2 Bản vẽ đồ thị động học
3.2.3 Bản vẽ các phơng án cơ cấu lái
3.2.4 Bản vẽ các phơng án bố trí trợ lực
1
3.2.5 Bản vẽ chi tiết.
3.2.6 Bản vẽ lắp trợ lực lái
3.2.7 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý làm việc của trợ lực lái

3.2.8 Bản vẽ qui trình công ghệ chế tạo chi tiết
4. Cán bộ hớng dẫn : ThS . Đỗ Tiến Minh
5. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày 20 tháng 02 năm 2006
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ : Ngày 20 tháng 05 năm 2006
Ngày 20 tháng 02 năm 2006
Chủ nhiệm bộ môn Cán bộ hớng dẫn thiết kế

2
Lời nói đầu
=== ===
Trên nền tảng của đất nớc đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế đó
là sự thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc và sự
hội nhập của các nghành công nghiệp, kỹ thuật Ôtô ở nớc ta ngày càng đợc
chú trọng và phát triển. Thể hiện bởi các liên doanh lắp ráp Ôtô giữa nớc ta
với nớc ngoài ngày càng phát triển rộng lớn trên hầu hết các tỉnh của cả nớc
nh: FORD, TOYOTA, NISAN, DAEWOO, KIA, Một vấn đề lớn đặt ra đó
là sự hội nhập, tiếp thu những công nghệ kỹ thuật tiên tiến của các nớc có nền
công nghiệp phát triển vào việc lắp ráp sản xuất cũng nh sử dụng bảo dỡng
trên xe Ôtô.
Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của Ôtô là hệ thống lái. Hệ
thống này có chức năng điều khiển hớng chuyển động của Ôtô, nó đảm bảo
tính năng ổn định chuỷên động thẳng cũng nh quay vòng của bánh xe dẫn h-
ớng. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hởng rất lớn đến an
toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của Ôtô, đặc biệt đối với xe có tốc
độ cao. Do đó ngời ta không ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính năng
của nó.
Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kỹ thuật
hiện đại. Em đã đợc giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống lái xe DU
LịCH có trợ lực .
Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến quá trình điều khiển làm tăng tính

năng an toàn chuyển động và giúp cho ngời lái giảm mệt mỏi.
Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề đòi hỏi phải
có thời gian dài nghiên cứu và thực nghiệm. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhng
với khả năng và thời gian hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi sai
sót cũng nh còn nhiều vấn đè không đợc đề cập tới. Em mong các thầy và các
bạn đồng nghiệp góp ý để bản đồ án đợc hoàn thiện hơn.

3
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hớng dẫn : Đỗ Tiến Minh
tận tình chỉ bảo để em có thể hoàn thành đợc bản đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Ôtô - Khoa cơ khí trờng
Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng các bạn đã giúp đỡ em trong quá trình
nghiên cứu và hoàn thành đồ án.
Sinh viên.
Nguyễn Đức Thành
4
Mục lục
Nhiệm vụ : 1
Lời nói đầu: 3
Chơng I: giới thiệu tổng quan hệ thống lái: 7
1.1công dụng và cấu tạo: 7
1.2Phân loại: 10
1.3Yêu cầu: 10
Chơng II: Tính toán thiết kế hệ thống lái 22
2.1 Các số liệu tham khảo và lựa chọn các thông số: 22
2.2. Phân tích lựa chọn phơng án thiết kế: 22
2.1.1.Các thông số của xe du lịch TOYOTA COROLLA: 22
2.2.1. Phơng án dẫn động lái: 22
2.2.1.1. Dẫn động lái bốn khâu, (Hình thang lái Đantô): 22
2.2.1.2. Dẫn động lái sáu khâu: 23

2.2.2 Phơng án thiết kế cơ cấu lái: 24
2.2.2.1. Kiểu trục răng thanh răng: 25
2.2.2.2. Cơ cấu lái trục vít con lăn: 26
2.2.2.3. Cơ cấu lái trục vít chốt quay: 27
2.2.2.4. Cơ cấu lái trục vít cung răng: 28
2.2.2.5. Cơ cấu lái loại liên hợp: 30
2.3 Tính toán động học hệ thống lái: 31
2.3.1. Tính động học hình thang lái: 31
a. Trờng hợp xe đi thẳng: 32
b.Trờng hợp khi xe quay vòng 33
2.3.2. Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái lý thuyết: 34
2.3.3. Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái thực tế: 35
2.4. Tính toán động lực học hệ thống lái: 37
2.4.1 Xác định mômen cản quay vòng: 37
2.4.1.1. Mômen cản M1 37
2.4.1.2. Mômen cản M
2
do sự trợt lê của bánh xe trên mặt đờng:38
2.4.1.3. Mômen ổn định ở các bánh xe: 39
2.4.1.4. Hiệu suất dẫn động của trụ đứng và hình thang lái: .39
2.4.2. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái 40
5
2.4.3. xác định các thông số hình học của dẫn động lái và cơ cấu
lái: 40
2.4.3.1. Chiều dài thanh răng: 40
2.4.3.2. Các thông số của bộ truyền cơ cấu lái: 41
2.4.4. Tính bền: 44
2.4.4.1. Tính bền cơ cấu lái bánh răng thanh răng: 44
2.4.4.2. Tính bền trục lái: 47
2.4.4.3. Tính bền đòn kéo ngang: 48

2.4.4.4. Tính bền đòn kéo dọc: 50
2.4.4.5.Tính bền thanh nối bên: .51
2.4.4.6. Tính bền khớp cầu (Rô - tuyn): 51
2.5. Tính toán thiết kế trợ lực lái: 53
2.5.1. Sự cần thiết của việc trang bị trợ lực cho hệ thống lái: 53
2.5.2. Nguyên lý trợ lực: 54
2.5.2.1 Các phần tử cơ bản của trợ lc: 54
2.5.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái khi có trợ lực: 57
2.5.3. Phân tích lựa chọn phơng án thiết kế: 59
2.5.3.1. Phân tích lựa chọn phơng án bố trí trợ lực lái: 59
2.5.3.2. Phân tích lựa chọn phơng án trợ lực: 62
2.5.4.tính toán cờng hóa lái: 67
2.5.4.1. Chọn những thông số làm việc của hệ thống lái: 67
2.5.4.2. Xây dựng đặc tính cờng hoá lái: 68
2.5.4.3. Tính toán xilanh lực: 71
2.5.4.4. Xác định năng suất của bơm: 72
2.5.4.5. Tính toán các chi tiết của van phân phối: 74
Chơng 3:quy trình công nghệ gia công chi tiết rotuyl 77
3.1. Phân tích chi tiết gia công: 77
3.1.1. Kết cấu rotuyl: 77
3.1.2. Điều kiện làm việc của rotuyl: 77
3.1.3. Phân tích kết cấu công nghệ trong kết cấu khớp cầu: 77
3.1.4. Chọn phôi: 78
3.2. Lập sơ đồ các nguyên công: 78
6
Chơng IV: lắp ráp và bảo dỡng sửa chữa hệ thống lái của xe du
lịch: 85
4.1. Lắp ráp các cụn chi tiết: 85
4.1.1. Lắp ráp các bộ phận của xy lanh lực: 85
4.1.2. Lắp van phân phối: 85

4.2. Lắp ráp các cụm chi tiết: 86
4.3. Một số h hỏng và sửa chữa: 86
Kết luận: 89
Tài liệu tham khảo: 90
7
Chơng I: Giới thiệu tổng quan về hệ thống lái
1.1 Công dụng và cấu tạo:
1.1.1 Công dụng:
Hệ thống lái là một hệ thống an toàn dùng để thay đổi hớng chuyển động
của xe. Nó có thể giữ nguyên hớng chuyển động thẳng cũng nh quay vòng xe
khi cần thiết.
1.1.2 Cấu tạo chung:
Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực . Gồm có vành tay lái,
trục lái, và dẫn động lái:
Hình1.1- Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.

1- Vành tay lái. 5- Thanh kéo dọc.
2- Trục lái. 6- Đòn quay đứng.
3- Cơ cấu lái. 7- Hình thang lái.
4- Đòn quay đứng.

8
Vành tay lái:
Vành tay lái có nhiệm vụ tạo ra mô men quay cần thiết khi ngời lái
tác dụng một lực vào vành tay lái. Vành tay lái có dạng vành tròn, có nan hoa
bố trí đều hay không đều quanh vành trong của vành lái .
Mô men tạo ra trên vành tay lái là tích số của lực lái do ngời lái tác dụng
vào và bán kính của vành tay lái .
Vành lái(vô lăng) của bất kỳ hệ thống ô tô nào cũng có độ dơ nhất định.
Khi xe dừng, các bánh dẫn hớng ở vị trí thẳng, lắc nhẹ vô lăng về phía trớc

hoặc phía sau với lực lái nhẹ bằng ngón tay thì độ dơ cực đại của vô lăng đối
với vô lăng không đợc vợt quá 30 mm.
Bản thân vành lái có thể đợc làm bằng chất dẻo, cao su nhân tạo hoặc
bằng gỗ, và nó có thể đợc bọc bằng da thật hoặc da nhân tạo.
Trục lái:
Trục lái có nhiệm vụ truyền mô 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 chính vào thân xe. Đầu phía trên của trục
lái chính đợc gia công ren và then hoa để lắp vô lăng lên đó và đợc giữ chặt
bằng một đai ốc.
Cơ cấu lái:
Cơ cấu lái có tác dụng biến chuyển động quay truyền đến từ vành lái
thành chuyển động lắc. Các loại cơ cấu lái thờng gặp nhất là: Cơ cấu lái trục
vít ê cu bi, Cơ cấu lái trục răng thanh răng, Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn
Đòn quay đứng:
Đòn quay đứng có tác dụng truyền momen từ trục đồn quay của cơ cấu
lái tới các đòn kéo dọc hoặc kéo ngang đợc nối với cam quay của ánh xe dẫn
hớng.
Đòn kéo:
9
Đòn kéo đợc dùng để truyền lực từ đòn quay của cơ cấu lái đến cam
quay của bánh xe đẫn hớng. Tuỳ theo phơng đặt đòn mà ngời ta có thể gọi là
đòn kéo dọc hoặc đòn kéo ngang.

Hình thang lái:
Hình thang lái thực chất là một hình tứ giác gồm 4 khâu: dầm cầu,
thanh lái ngang va hai thanh bên. Hình thang lái sẽ đảm bảo động học quay
vòng của các bánh xe đẫn hớng nhờ vào các kích thớc của các thanh lái ngang,
cánh bản lề và các góc đặt phải xác định.
1.2. Phân loại:

Theo bố trí bánh lái chia ra hệ thống lái với bánh lái bố trí bên phải hoặc
bên trái (tính theo chiều chuyển động của xe). Bánh lái bố trí bên trái dùng
cho những nớc thừa nhận luật đi đờng theo phía phải nh ở các nớc xã hội chủ
nghĩa. Bánh lái bố trí bên phải dùng cho những nớc thừa nhận luật đi đờng
theo phía bên trái nh ở Anh, Nhật, Thụy Điển
Theo số lợng bánh dẫn hớng chia ra hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở
cầu trớc, ở hai cầu và ở tất cả các cầu.
Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra loại trục vít loại liên hợp (gồm trục vít,
êcu, thanh khía, quạt răng). Loại thanh răng
Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cờng hóa chia ra loại cờng hóa
thuỷ lực, loại cờng hoá khí nén, loại cờng hoá liên hợp (kết hợp cả thuỷ lực và
điện).
1.3. Yêu cầu:
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.
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển
động của ôtô là hệ thống lái. Để giảm nhẹ lao động cho ngời lái cũng nh
tăng thêm độ an toàn cho ôtô , ngày nay trên ôtô thờng sử dụng cờng hoá
lái. Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động trên mọi loại đờng từ giải tốc độ
thấp tới giải tốc độ cao, hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau :
10
Đảm bảo đợc động học quay vòng: các bánh xe lăn không trợt
Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an toàn.
Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hớng và quan hệ hình học của hệ thống
lái phải đảm bảo không gây lên các dao động và va đập trong hệ thống
lái.
Trục lái kết hợp với cơ cấu hấp thụ va đập, cơ cấu này hấp thụ lực dọc
trục tác dụng lên ngời lái khi có tai nạn. Trục lái đợc gắn lên thân xe qua
một giá đỡ dễ vỡ để trục lái đễ dàng tụt xuống khi có va đập
Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hớng: các bánh xe dẫn hớng sau khi thực

hiện quay vòng cần có khả năng tự động quay về trạng thái chuyển động
thẳng hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng chỉ cần đặt
lực trên vành lái nhỏ hơn khi xe đi đờng vòng.
Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng trên đờng
hẹp ,đờng gấp khúc, hệ thống lái có thể quay ngặt các bánh xe trớc 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 ngời 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 nhng vẫn gây đợc cảm giác về
trạng thái mặt đờng.
Hệ thống lái không đợc có độ dơ lớn: Với xe có vận tốc lớn nhất trên
100Km/h, thì độ dơ vành lái không vợt quá 18
0
, với xe có vận tốc lớn nhất
từ 25 km/h đến 100km/h thì độ dơ vành lái không vợt quá 27
0
.
Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây tổn thơng cho ngời
lái khi xảy ra tai nạn. Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất
nghịch để giảm tác động từ mặt đờng qua kết cấu lái lên vô lăng.
Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa góc quay vô lăng với góc quay bánh xe dẫn hớng.
Không đòi hỏi ngời lái xe một cờng độ lao động quá lớn khi điều khiển
ôtô.
Độ tin cậy cao.
Dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dỡng và sửa chữa.
11
1.3.1. Các góc đặt bánh xe:
Việc bố trí các bánh xe dẫn hớng liên quan trực tiếp tới tính điều
khiển xe, tính ổn định chuyển động của ôtô. Các yêu cầu chính của việc

bố trí là điều khiển chuyển động nhẹ nhàng, chính xác đảm bảo ổn định
khi đi thẳng cũng nh khi quay vòng, kể cả khi có sự cố ở các hệ thống
khác. Đối với xe con yêu cầu này ngày càng đợc quan tâm và đợc nâng
cao hơn vì vận tốc của xe không ngừng đợc nâng lên.Trên cầu dẫn hớng
các bánh xe dẫn hớng đợc bố trí và quan tâm thích đáng. ở các bánh xe
không dẫn hớng thì việc bố trí cũng đã đợc chú ý, song bị hạn chế bởi giá
thành chế tạo và sự phức tạp của kết cấu nên việc bố trí vẫn đợc tuân thủ
theo các điều kiện truyền thống.
ô tô có thể chuyển động mọi hớng bằng sự tác động của ngời lái quanh vô
lăng. Tuy nhiên, nếu ôtô ở trạng thái đi thẳng mà ngời lái vẫn phải tác động liên
tục lên vô lăng để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hay ngời lái phải tác dụng một
lực lớn để quay vòng xe thì sẽ gây sự mệt mỏi và căng thẳng về cả cơ bắp lẫn
tinh thần khi điều khiển xe. Đó là điều không mong muốn, vì vậy để khắc phục
đợc các vấn đề nêu trên thì các bánh xe đợc lắp vào thân xe với các góc nhất
định tuỳ theo yêu cầu nhất định đối với từng loại xe và tính năng sử dụng của
từng loại. Những góc này đợc gọi chung là góc đặt bánh xe.
Việc điều khiển xe sẽ trở lên dễ dàng hơn nếu các bánh xe đợc đặt theo
một góc một cách chính xác theo yêu cầu thiết kế . Các góc đặt bánh xe đúng
sẽ ngăn cản việc mài mòn lốp. nếu nh các góc đặt bánh xe không đúng thì có
thể dẫn đến các hiện tợng sau:
Khó lái.
Tính ổn định lái kém .
Trả lái trên đờng vòng kém .
Tuổi thọ lốp giảm ( mòn nhanh).
Góc đặt bánh xe gồm các góc sau :
12
Góc Camber( góc nghiêng ngang của bánh xe ).
Góc Caster và khoảng Caster(Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ
lệch dọc)
Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng).

Độ chụm và độ mở (góc doãng).
1.3.1.1. Góc Camber ( góc nghiêng ngang của bánh xe ):
Góc tạo bởi đờng tâm của bánh xe dẫn hớng ở vị trí thẳng đứng với đ-
ờng tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng đợc gọi là gócCAMBER, và đo bằng
độ .Khi bánh xe dẫn hớng nghiêng ra ngoài thì gọi là góc CAMBER d-
ơng, và ngợc lại gọi là gócCAMBER âm. Bánh xe không nghiêng thì
CAMBER bằng không(bánh xe thẳng đứng ).
Hình 1.2- Góc CAMBER.
Chức năng của góc CAMBER:
Những năm về trớc bánh xe đợc đặt với góc CAMBER dơng để cải thiện
độ bền của cầu trớc và để các lốp tiếp xúc vuông góc với mặt đờng (do
trọng lợng của xe )nhằm ngăn ngừa sự mòn không đều của lốp trên đờng,
do có phần giữa cao hơn hai bên.
Góc camber còn đảm bảo sự lăn thẳng của các bánh xe, giảm va đập
của mép lốp với mặt đờng. Khi góc CAMBER bằng không hoặc gần bằng
9
0
0
CAMBER
(-) (+)
13
không có u điểm là khi đi trên đờng vòng bánh xe nằm trong vùng có khả
năng truyền lực dọc và lực bên tốt nhất.
Góc CAMBER ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngợc
lại dới tác động của trọng lợng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các
chi tiết của trục trớc và hệ thống treo trớc. Đồng thời giảm cánh tay đòn của
phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên dẫn
động lái và giảm lực lên vành tay lái.
Khi chuyển động trên đờng vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe
nghiêng theo hớng 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
vuông góc với mặt đờng để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao,
hệ treo độc lập thì góc CAMBER thờng âm.
1.3.1.2. Góc Caster và khoảng Caster (Góc nghiêng dọc của trụ đứng và
chế độ lệch dọc ):
Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trớc hoặc phía sau
của trụ đứng .Nó đợc đo bằng độ, và đợc xác định bằng góc giữa trụ xoay
đứng và phơng thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Nếu trụ xoay đứng nghiêng
về phía sau thì gọi là góc nghiêng dơng và ngợc lại gọi là góc nghiêng âm.
Khoảng cách từ giao điểm của đờng tâm trục đứng với mặt đất đến đờng
tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đờng đợc gọi là khoảng Caster c.
Góc Caster và khoảng Caster đợc thể hiện ở hình sau :
c
Góc Caster
(-)
(+)
V
14
Hình 1.3 Caster và khoảng Caster .
Tác dụng của góc Caster :
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe
vào đờng vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lợng xe khi xe
đi vào đờng nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng sẽ xuất
hiện các phản lực bên Y
b
.
Khi trụ quay đứng đợc đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với
chiều tiến của xe (Caster dơng ) thì phản lực bên Y
b
của đờng sẽ tạo với tâm

tiếp xúc một mô men ổn định, mô men đó đợc xác định bằng công thức sau:
M=Y
b
.c
Mômen này có xu hớng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi
nó bị lệch khỏi vị trí này. Nhng khi quay vòng ngời lái phải tạo ra một lực để
khắc phục mô men này. Vì vậy, góc Caster thờng không lớn. Mômen này phụ
thuộc vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hớng. Đối với các xe hiện đại thì trị
số của góc Caster bằng khoảng từ 0
0
đến 3
0
.
1.3.1.3 .Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng):
Góc nghiêng ngang của trụ đứng đợc xác định trên mặt cắt ngang của xe.
Góc Kingpin đợc tạo nên bởi hình chiếu của đờng tâm trụ đứng trên mặt cắt
ngang đó và phơng thẳng đứng .
Hình 1.4 - Góc KingPin
9
0

(-
)
(+)
Kingpin
15
Tác dụng 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 r
0

, r
0
là bán kính quay của bánh xe
quay quanh trụ đứng, nó là khoảng cách đo trên bề mặt của đờng cong
mặt phẳng nằm ngang của bánh xe giữa đờng kéo dài đờng tâm trụ quay
đứng với tâm của vết tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng. Nếu r
0
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 r
0
có thể đợc giảm để giảm lực
đánh lái, phơng pháp để giảm r
0
là tạo CAMBER dơng và làm nghiêng
trụ quay đứng tức là tạo góc KingPin .
Giảm sự đẩy ngợc và kéo lệch sang một phía : Nếu khoảng cách lệch
r
0
quá lớn, phản lực tác dụng lên các bánh xe khi chuyển động thẳng hay
khi phanh sẽ sinh ra một mômen 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 đờng tác dụng lên các bánh xe làm cho vô lăng dao động mạnh và bị
đẩy ngợc.
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 vòng. Tức là khi
quay vòng, quay vô lăng để quay vòng xe, ngời lái phải tăng lực đánh
lái, nếu bỏ lực tác dụng lên vô lăng thì bánh xe tự trả về vị trí trung gian
(vị tri đi thẳng ). Để giữ cho xe quay vòng thì cần thiết phải giữ vành lái
với một lực nhất định nào đó. Vấn đề trở về vị trí thẳng sau khi quay

vòng là do có mômen phản lực (gọi là mômen ngợc) tác dụng từ mặt đ-
ờng lên bánh xe. Giá trị của mômen ngợc phụ thuộc vào độ lớn của góc
KingPin.
1.3.1.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng):
Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm của 2 bánh xe
dẫn hớng (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
16
mặt phẳng đờng tạo bởi hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai
bánh xe lên mặt phẳng đó và hớng chuyển động của xe .
Thông thờng độ chụm đợc biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích th-
ớc B, A đợc đo ở mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đi
thẳng. Độ chụm là dơng nếu B-A>0, là âm nếu B-A<0.
Độ chụm có ảnh hởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành
tay lái . Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trờng hợp hai bánh xe
lăn phẳng hoàn toàn.
Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn P
f
ng-
ợc chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng. Lực
P
f
này đặt cách trụ quay đứng một đoạn R
0
và tạo nên một mômen quay
với tâm trụ quay đứng . Mômen này tác dụng vào hai bánh xe và ép hai
bánh xe về phía sau. Để lăn phẳng thì các bánh xe đặt với độ chụm

=B-
A dơng. Với góc

nh thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của
xe tức là ổn định vành tay lái.
a
b
v
Hình 1.5 - Độ chụm bánh xe
ở cầu dẫn hớng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh
xe về phía trớc. Bởi vậy góc

giảm.Trong trờng hợp này, để giảm ảnh h-
ởng của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột
ngột (phanh bằng động cơ ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt

có giá trị
nhỏ hơn hoặc bằng không.
17
Trên xe con độ chụm thờng có giá trị từ 2
ữ
3 mm.
1.3.1.5. Bán kính quay vòng (góc bánh xe , bán kính quay vòng ):
Hình 1.6 -Sự trợt bên khi quay vòng .
Khi vào đờng cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hớng không bị trợt
nết hoặc trợt quay thì đờng vuông 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 đợc góc lái chính xác của bánh dẫn hớng bên phải và bên trái
thì các thanh dẫn động lái thực hiện chức năng này cũng đồng thời đạt đ-
ợc bán kính quay vòng mong muốn .
Hình 1.7- Sơ đồ quay vòng

O
O'
O
18
Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu hớng bắt xe quay
với bán kính lớn hơn bán kính dự định của ngời lái trừ khi xe có thể sinh ra
một lực ngợc lại đủ lớn để cân bằng với lực ly tâm. Lực này là lực hớng tâm.
Lực hớng tâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trợt bên của lốp do ma sát giữa
lốp và mặt đờng, lực này là lực quay vòng và làm ổn định xe khi quay vòng.
1.3.1.6. Độ đàn hồi của lốp theo hớng ngang:
Đối với các bánh xe lắp lốp đàn hồi, dới tác động của các phản lực bên,
bánh xe sẽ bị lệch bên và vết tiếp xúc của lốp với mặt đờng sẽ bị lệch so với
mặt phẳng giữa của bánh xe một góc .
Phần trớc của vết tiếp xúc, lốp chịu biến dạng không lớn và độ biến dạng này
tăng dần cho tới mép sau cùng của vết. Các phản lực riêng phần bên đợc phân
bố tơng ứng với khoảng biến dạng nói trên. Biểu đồ phân bố các phản lực
riêng phần theo chiều dài của vết có dạng hình tam giác, do đó điểm đặt 0
1
của hợp lực sẽ lùi về phía sau so với tâm tiếp xúc 0 của vết và nằm ở khoảng
cách chừng một phần ba chiều dài của vết tính từ mép sau cùng của nó.
Nh vậy, do độ đàn hồi bên của lốp, mômen ổn định đợc tạo nên ở bánh xe là:

y b
M = Y .S

Trong đó: S là khoảng cách 0 0
1
.
Mômen này sẽ tăng lên cùng với sự tăng độ đàn hồi bên của lốp. Vì vậy với
những lốp có độ đàn hồi lớn ta có thể giảm bớt góc nghiêng dọc của trụ đứng.

Tác dụng ổn định của góc nghiêng ngang của trụ đứng lớn hơn nhiều làn tác
19

a
b
c
d
o
o
1
Y
b
Chiều lăn
Hình 1.8
Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng
dới tác động của lực bên.
dụng ổn định của góc nghiêng dọc trụ đứng. Sự ổn định do góc nghiêng ngang
1
0
tạo ra cũng bằng góc nghiêng dọc 5 ữ 6
0
.
1.3.1.7. Quan hệ động học của góc quay trong và ngoài bánh xe dẫn h-
ớng:
Để thực hiện quay vòng ôtô ngời ta có thể quay vòng các bánh xe dẫn hớng
phía trớc hoặc quay vòng đồng thời cả các bánh xe dẫn hớng phía trớc và phía
sau, tuy nhiên biện pháp quay vòng hai bánh xe dẫn hớng phía trớc đợc dùng
phổ biến hơn do nó có hệ thống lái đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo đợc động
học quay vòng của ôtô.
Khi xe vào đờng vòng, để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hớng không bị trợt

lết hoặc trợt quay thì đờng vuông góc với các véc tơ vận tốc chuyển động của
tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó chính là tâm quay tức
thời của xe (điểm 0 trên hình 1.12).
20
Hình 1.9
Sơ đồ động học quay vòng của ôtô có hai bánh dẫn hớng phía trớc.





R
s




L
B
0
Từ sơ đồ trên ta rút ra đợc biểu thức về mối quan hệ giữa các góc quay vòng
của hai bánh xe dẫn hớng để đảm bảo cho chúng không bị trợt lết khi xe vào
đờng vòng:

-
B
Cotg Cotg
L

=

(1.1)
Trong đó:
- Góc quay của trục bánh xe dẫn hớng bên ngoài so với tâm quay.
- Góc quay của trục bánh xe dẫn hớng bên trong so với tâm quay.
B - Khoảng cách giữa hai trụ đứng của cầu dẫn hớng.
L - Chiều dài cơ sở của xe.
Trong thực tế, để duy trì đợc mối quan hệ động học quay vòng giữa các
bánh xe dẫn hớng, trên ôtô hiện nay ngời ta thờng phải sử dụng một hệ thống
các khâu khớp tạo nên hình thang lái. Hình thang lái đơn giản về mặt kết cấu
nhng không đảm bảo đợc mối quan hệ chính xác giữa những góc quay vòng
của các bánh xe dẫn hớng nh nêu trong biểu thức (1.1). Mức độ sai khác này
phụ thuộc vào việc chọn lựa các khâu tạo nên hình thang lái. Độ sai lệch giữa
góc quay vòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn,
nhng cũng không đợc vợt quá 1,5
0
. Bán kính quay vòng R của ôtô đợc xác
định theo bánh xe dẫn hớng bên ngoài phụ thuộc vào góc quay vòng và
chiều dài cơ sở L.

2
L B
R
Sin

=

Nh vậy bán kính quay vòng càng nhỏ khi chiều dài cơ sở L càng nhỏ hoặc
góc càng lớn, trị số góc quay vòng của bánh xe dẫn hớng đạt đến 28
0
ữ 38

0
.
Chơng II: Tính toán thiết kế hệ thống lái
21
2.1 Các số liệu tham khảo và lựa chọn các thông số:
2.1.1.Các thông số của xe du lịch TOYOTA COROLLA:
Chiều dài toàn bộ xe :4530 mm
Chiều rộng toàn bộ xe : 1705 mm
Chiều cao xe : 1500 mm
Chiều dài cơ sở : 2450 mm
Vệt bánh trớc của xe : 1520 mm
Vệt bánh sau của xe : 1530 mm
Lốp : 185/70 R14 88H
2.1.2. Thông số hệ thống lái:
Khoảng cách giữa hai trụ đứng : B = 1440 mm
Góc tạo bởi đòn bên hình thang lái và phơng ngang : = 78
0
Chiều dài đòn bên hình thang lái : m = 160 mm
Khoảng cách giữa đòn ngang và trụ trớc : y = 182 mm
Chiều dài đòn thanh nối bên hình thang lái : p = 250 mm
2.2. Phân tích lựa chọn phơng án thiết kế:
2.2.1. Phơng án dẫn động lái:
Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng
quay của tất cả các bánh xe dẫn hớng khi quay vòng.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó đợc tạo bởi cầu trớc,
đòn kéo ngang và các đòn bên. Sự quay vòng của ôtô là rất phức tạp, để đảm
bảo đúng mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi
quay vòng là một điều khó thực hiện vì phải cần tới dẫn động lái 18 khâu.
Hiện nay ngời ta chỉ đáp ứng điều kiện gần đúng của mối quan hệ động học
đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo lên hình thang lái.

2.2.1.1. Dẫn động lái bốn khâu, (Hình thang lái Đantô):
Hình thang lái bốn khâu đơn giản dễ chế tạo đảm bảo đợc động học và
động lực học quay vòng các bánh xe. Nhng cơ cấu này chỉ dùng trên xe có hệ
thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hớng ). Do đó chỉ đợc áp dụng cho
22
các xe tải và những xe có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên xe du lịch ngày
nay có hệ thống treo độc lập thì không dùng đợc.
V
Hình 2.1: Dẫn động lái 4 khâu.

2.2.1.2. Dẫn động lái sáu khâu:
Dẫn động lái sáu khâu đợc lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệ thống
treo độc lập lắp trên cầu dẫn hớng. Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu là dễ
lắp đặt cơ cấu lái, giảm đợc không gian làm việc, bố trí cờng hoá lái thuận tiện
ngay trên dẫn động lái, Hiện nay dẫn động lái sáu khâu đợc dùng rất thông
dụng trên các loại xe du lịch nh : Toyota, Nisan, Mercedes, .
Với đề tài thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch, hệ thống treo độc lập do
đó ta chọn dẫn động lái sáu khâu. Đặc điểm của dẫn động lái sáu khâu là có
thêm thanh nối nên ngăn ngừa đợc ảnh hởng sự dịch chuyển của bánh xe dẫn
hớng này lên bánh xe dẫn hớng khác.
23
Hình 2.2 : Dẫn động lái sáu khâu.
2.2.2 Phơng án thiết kế cơ cấu lái:
Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo.Vì vậy cơ
cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau :
Có thể quayđợc 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 đờng đợc 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 dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất.
Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao.
Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp.
Lực dùng để quay vô lăng đợc gọi là lực lái ,giá trị của lực này đạt giá trị
max khi xe đứng yên tại chỗ, và giảm dần khi tốc độ của xe tăng lên và đạt
nhỏ nhất khi tốc độ của xe lớn nhất.
Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hởng tới sự truyền các va đập từ măt đ-
ờng lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít,
nhng nếu độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hởng đến khả năng chuyển động của xe.
Độ đàn hồi của hệ thống lái đợc xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính
24
trên vành lái vô 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 nh cơ cấu lái, các đòn dẫn động
Hiện nay cơ cấu lái thờng dùng trên ôtô có những loại: trục răng thanh
răng, trục vít cung răng, trục vít con lăn, trục vít chốt quay và loại liên hợp.
2.2.2.1. Kiểu trục răng thanh răng:
Cơ cấu lái kiểu trục răng thanh răng gồm bánh răng ở phía dới trục lái
chính ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng đợc 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 còn lại có tiết diện tròn. Khi vô lăng quay, bánh
răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên
hai bạc trợt.Sự dịch chuyển của thanh răng đợc truyền tới đòn bên qua các
đầu thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hớng quanh trụ xuay đứng.
Hình 2.3 - Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng.
Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng
nghiêng, trục răng đặt nghiêng ngợc 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.

Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng có các u điểm sau:
1
1
1
0
9
8
7 6
5
4
3
1
2
2
1
25
1.Trục lái 7 .Đai ốc .
2.Chụp nhựa 8.Đai ốc đ.c
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 12. ổ bi dới
Thanh răng