thiết kế hệ thống lái cho ôtô tải cỡ lớn có hai cầu dẫn hướng

Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
Lời nói đầu

Trong nền kinh tế quốc dân hiện nay, vai trò của giao thông ôtô rất quan
trọng trong việc vận chuyển ngời và hàng hoá. Một trong những nhiệm vụ
quan trọng nhất của ôtô là điều khiển hớng chuyển động, nhiệm vụ này đợc
đảm bảo bởi hệ thống lái của ôtô.
Đối với xe tải lớn, do tải trọng phân bố lên cầu trớc lớn nên với hệ thống lái
một cầu dẫn hớng, để đảm bảo an toàn, kích thớc các chi tiết phải đủ lớn, do
đó việc sửa chữa thay thế khó khăn.
Từ đó em đợc giao nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống lái cho xe tải 27 tấn có hai
cầu dẫn hớng, với công thức bánh xe 8 x 4.
Trong quá trình làm đồ án, đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo Phạm
Hữu Nam và các thầy giáo trong bộ môn, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp
của mình. Do trình độ bản thân và thời gian có hạn nên đồ án của em không
tránh khỏi khiếm khuyết. Em mong đợc sự chỉ bảo của các thầy.
Em xin chân thành cảm ơn
Sinh viên: Vũ Văn Hoà
chơng I
nhiệm vụ, yêu cầu Hệ thống láI trên xe tảI lớn
1. Nhiệm vụ hệ thống lái.
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hớng chuyển động của ôtô nhờ
quay vòng các bánh xe dẫn hớng cũng nh để giữ phơng chuyển động thẳng
hay chuyển động cong của ôtô khi cần thiết .
Trong quá trình chuyển động trên đờng, hệ thống lái có ảnh hởng rất lớn
đến an toàn chuyển động của xe nhất là ở tốc độ cao, do đó chúng không
ngừng đợc hoàn thiện.
Đồ án tốt nghiệp 1 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
Việc điều khiển hớng chuyển động của xe đợc thực hiện nhờ vô lăng
(vành lái ), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái), cơ cấu

lái (tăng lực quay của vô lăng để truyền mômen lớn hơn tới các thanh dẫn
động lái), và các thanh dẫn động lái (truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các
bánh xe dẫn hớng).
Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe.
Để quay vòng đợc thì ngời lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực,
đồng thời để quay vòng đợc thì cần có một phản lực sinh ra từ mặt đờng lên
bánh xe.
Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hớng quay trên những đờng tròn
đồng tâm với nhau. Đó là tâm quay tức thời khi quay vòng
2. Phân loại hệ thống lái.
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
a . Phân loại theo phơng pháp chuyển hớng .
+Chuyển hớng hai bánh xe ở cầu trớc
+Chuyển hớng tất cả các bánh xe
b . Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực .
+Hệ thống lái cơ khí .
+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén.
c . Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
+Cơ cáu lái kiểu trục vít lõm - con lăn.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít -đai ốc .
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - thanh răng.
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.
+ Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn .
d . Phân loại theo bố trí vành lái .
+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đờng bên trái ).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đờng bên phải ).
e . Phân loại theo kết cấu đòn dẫn động.
- Dẫn động lái một cầu
- Dẫn động lái hai cầu
3. Yêu cầu đối với hệ thống lái xe tải lớn

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.
Đồ án tốt nghiệp 2 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển
động của ôtô là hệ thống lái. Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động, hệ
thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau :
+ Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an toàn.
+ Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hớng
+ Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng
+ Đảm bảo lực lái thích hợp
+ Hệ thống lái không đợc có độ dơ lớn
+ Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe
+ 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.
4. Sơ đồ tổng quát hệ thống lái ôtô.
Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực gồm có vành tay lái, trục
lái, cơ cấu lái và dẫn động lái.
Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1.vành tay lái 5.Thanh kéo dọc
2.Trục lái. 6.Đòn quay ngang
3.Cơ cấu lái. 7.Hình thang lái
4.Đòn quay đứng
Đồ án tốt nghiệp 3 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
1
6
2
3
7

4
5
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
4.1. Vành tay lái.
Để tạo ra mô men quay vòng thì ngời lái cần phải tác dụng một lực lên vô
lăng.Vô lăng có dạng vành tròn, có nan hoa bố trí đều hay không đều quanh
vành trong của vành tay lái.
4.2. Trục lái.
Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục
lái chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ
cấu lái và ống trục lái để cố định trục lái 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.
4.3. Cơ cấu lái.
Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của ngời lái
đến các bánh xe dẫn hớng, chúng có chức năng giảm lực đánh lái bằng cách
tăng mô men đầu ra, tỷ số giảm tốc đợc gọi là tỷ số truyền của cơ cấu lái và
thờng bằng 18 đến 20 đối với xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải .
Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhng ngời lái phải quay vô lăng
nhiều hơn khi quay vòng .
4.4. Dẫn động lái .
Dẫn động lái bao gồm tất cả những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến
ngõng quay của bánh xe. Vì vậy dẫn động lái trên xe phải đảm bảo các chức
năng sau :
+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hớng.
+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hớng sao cho không xảy ra
hiện tợng trợt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa
các bánh xe dẫn hớng.
+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trớc ,đòn
kéo ngang và đòn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng một

góc thì các bánh xe dẫn hớng sẽ quay đi một góc nhất định. Hình thang
lái có thể bố trí trớc hoặc sau cầu dẫn hớng tùy theo bố trí chung.
5 . Số liệu tham khảo .
Xe tải hạng nặng HUYNDAI đời 1994
Chiều dài toàn bộ :12270 mm
Đồ án tốt nghiệp 4 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
Chiều cao toàn bộ :2780 mm
Khoảng cách giữa hai trụ quay đứng : B
0
=1880 mm
Chiều dài cơ sở của cầu dần hớng thứ nhất là : L
1
=7060 mm
Chiều dài cơ sở của cầu dẫn hớng thứ hai là : L
2
=5360 mm.
Trọng lợng không tải : G
0
=93000 N
Trọng Lợng toàn tải : G
T
=273000 N
Ký hiệu lốp :10.00-20
Trọng lợng toàn tải phân bố ra hai cầu dẫn động lái (cầu I và cầu II) :
G
T1
=G
T2
=32500 N

Trọng lợng toàn tải phân bố ra hai cầu sau (cầu III và cầu IV ) :
G
T3
=G
T4
=104000 N
Chơng ii
thiết kế dẫn động lái
Dẫn động lái gồm tất cả các cơ cấu truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng
quay của các bánh xe dẫn hớng khi quay vòng.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó đợc tạo
bởi cầu trớc, đòn kéo ngang và các đòn kéo bên. Sự quay vòng của ôtô rất
Đồ án tốt nghiệp 5 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
phức tạp, để đảm bảo mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và
phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện. Hiện nay ngời ta chỉ đáp
ứng gần đúng mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo
tạo nên hình thang lái.
Với xe thiết kế là xe tải hạng nặng, ta chọn phơng án dẫn động lái bao
gồm hai cầu dẫn hớng, với hai hình thang lái ĐANTÔ và một cơ cấu liên động
giữa hai cầu.
1. Tỷ số truyền của hệ thống lái.
1.1. Tỷ số truyền của dẫn động lái I
d
.
Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thớcvà quan hệ của các
cánh tay đòn.
I
d
=0,85-1,1

Chọn sơ bộ I
d
=1 ( cho cầu dẫn hớng thứ nhất)
1.2. Tỷ số truyền của cơ cấu lái

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


=
Trong đó :
t-bớc vít của trục vít
R
0
- bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt.
R
0
và t không đổi nên tỷ số truyền của loại cơ cấu lái trục vít vô tận-êcu
cung răng là không đổi.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này thờng lấy theo kinh nghiệm thiết kế
2522 ữ=

i

, ta chọn sơ bộ
24=

i
.
1.3. Tỷ số truyền của hệ thống lái.
Tỷ số truyền của hệ thống lái bằng tích số của tỷ số truyền cơ cấu lái (i

) và tỷ số truyền của dẫn động lái(i
d
).
d
iii .

=
Tỷ số truyền cho cầu dẫn hớng thứ nhất
11
.
d
iii

=
Tỷ số truyền cho cầu dẫn hớng thứ hai
22
.
d
iii

=
Đồ án tốt nghiệp 6 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46

Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
Trong đó i
d1
, i
d2
lần lợt là tỷ số truyền của dẫn động lái đến bánh xe dẫn
hớng cầu thứ nhất và cầu thứ hai.
Giá trị tỷ số truyền đối với cầu dẫn hớng thứ nhất chọn sơ bộ i
1
=1.24=24
1.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái.
I
l
- là tỷ số của tổng lực cản khi ôtô máy kéo quay vòng(P
c
) và lực đặt trên
vành tay lái khi cần thiết để khắc phục đợc lực cản quay vòng(P
l
).
l
c
l
P
P
I =
Trong đó:
R
M
P
c

M
P
l
l
c
c
=
=
Với : M
c
- mômen cản quay vòng của bánh xe
M
l
- mômen đặt trên vành tay lái.
c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của
lốp đến đờng trục đứng kéo dài.
R - bán kính vành tay lái.
2. Tính toán các thông số hình học của hệ dẫn động lái.
2.1. Tính toán hình thang lái.
a) Công dụng của hình thang lái:
- Hình thang lái có tác dụng đảm bảo sự quay vòng đúng của các bánh xe
dẫn hớng. Khi đó các bánh xe dẫn hớng không có sự trợt khi xe chuyển động.
- Đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe dẫn hớng bên trái và bên
phải sao cho các bánh xe lăn trên các đờng tròn khác nhau nhng đồng tâm.
Đồ án tốt nghiệp 7 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
rbx
c

Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
b)Xây dựng đờng đặc tính ly thuyết của hệ thống lái hai cầu trớc:

Muốn các bánh xe thực hiện quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải
thoả mãn công thức sau :
Cotg
1
-Cotg
1
=
1
0
L
B
Cotg
2
- Cotg
2
=
2
0
L
B

Trong đó :

1
,
2
: Là góc quay của bánh xe dẫn hớng ngoài của cầu dẫn hớng thứ
nhất và thứ hai

1,

2
: Là góc quay của bánh xe dẫn hớng trong của cầu dẫn hớng thứ nhất
và thứ hai .
L
1
,L
2
: chiều dài cơ sở của hai cầu (trên hình vẽ).
B
0
: Khoảng cách giữa hai đờng tâm trụ quay đứng .
Đồ án tốt nghiệp 8 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
L
2
L
L
1
A
1
A
2
B
1
B
2
1
O
C
D

B
0
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
Sơ đồ động học khi quay vòng.
Theo hình vẽ : Cotg
1
=
1
L
OD
Cotg
2
=
2
L
OD

Ta tìm đợc mối quan hệ của các góc quay bánh xe dẫn hớng với góc
1
nh sau :

1
1
0
1

Cotg
L
B
Cotg +=

2
2
0
2

Cotg
L
B
Cotg +=


1
1
2
2

Tg
L
L
Tg =

Cho
1

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

góc
221
,,

tơng ứng theo bảng sau :
Bảng 1: Bảng thông số của đ ờng đặc tính lý thuyết của các góc quay
cầu thứ nhất và quan hệ góc quay giữa cầu thứ nhất và cầu thứ hai.
1

( )
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
1
( )
0
0 4,89 9,56 14,04 18,36 22,53 26,58 30,55 34,44
2

( )
0
0 3,80 7,62 11,50 15,47 19,50 23,67 28,00 32,50
Bảng 2: Cầu thứ hai:
2

(
0
)
0 5 10 15 20 25 30 35 40

20

(
0
)
0 4,85 9,43 13,76 17,89 21,84 25,65 29,34 32,96
Từ bảng giá trị thu đợc ta xây dựng đợc quan hệ :

)2(f2
)1(f1
)1(f2
=
=
=
c)Xây dựng đờng đặc tính thực tế.
Đồ án tốt nghiệp 9 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
Nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế hình thang lái Đantô là xác định đúng góc
nghiêng của các đòn bên

khi xe chạy thẳng :
Sơ đồ xác định các kích thớc của hình thang lái
Cần xác định góc

và độ dài mỗi đòn bên m và đòn ngang n.
Quan hệ thực tế giữa các góc quay
2và2,1và1
phụ thuộc vào góc

và độ dài m của đòn bên .
Khi xe chạy thẳng:
Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình ta có thể tính đợc mối quan hệ

giữa các thông số theo biểu thức sau:
m2
nB
sin

=

Khi xe quay vòng :
Đồ án tốt nghiệp 10 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
B
0
m
m
n

Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
Hình vẽ 2.6 - Sơ đồ hình thang lái khi quay vòng.
Khi bánh xe dẫn hớng bên trái quay đi một góc

và bên phải quay
đi một góc

, lúc này đòn bên phải hợp với phơng thẳng ngang một góc

và bánh xe bên trái là
+
.
Từ sơ đồ dẫn động trên hình trên ta có mối quan hệ của các thông số
theo quan hệ sau :
[ ]

2
22
2
)sin(.)(cos.
sin.2sin.2)sin(.
arcsin
)sin(.
)cos(.





+++
++

+
+
+=
mBom
BomBom
mBo
m
arctg
(1.7)

m thờng lấy theo kinh nghiệm :
m=
( )
Bo16,014,0 ữ

Chọn sơ bộ theo kinh nghiệm cho cả hai cầu độ dài đòn bên :
m
1
=m
2
=0,15.Bo=282 (mm)
Chọn sơ bộ góc

ban đầu theo công thức của Chuđakôp:
L
Bo
Cotg
.7,0.2
)90(
0
=

(1.8)
Từ đó ta tính đợc

Tính các thông số cho cầu dẫn hớng thứ nhất (cầu I).
Tính


Thay số:
19,0
7060.7,0.2
1880
)90(
1

0
==

Cotg
Đồ án tốt nghiệp 11 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
n
B
0
m
m


Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
Ta tính đợc
(3511
00
1
<

theo kinh nghiệm thiết kế).
Cho

1
các giá trị xung quanh giá trị sơ bộ (

1
=11
0
) và công thức (1.7)
để tìm quan hệ thực tế của

1

và
1

.
Cho lần lợt

1
=9
0
,10
0
,11
0
,12
0
,13
0
,sẽ tìm đợc mối quan hệ thực tế giữa
1

và
1

theo công thức sau :
[ ]
2
111
22

11
2
11
11
11
11
)1sin(.)(cos.
sin.2sin.2)sin(.
arcsin
)sin(.
)cos(.





+++
++

+
+
+=
mBom
BomBom
mBo
m
arctg
(1.10)
Đồ án tốt nghiệp 12 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng

Bảng 3.Bảng thông số của đờng đặc tính thực tế cho cầu thứ nhất.
11

=9
0
1

(
0
)
0 5 10 15 20 25 30 35 40

10
(
0
)
0 4,89 9,56 14,04 18,36 22,53 26,58 30,55 34,44

11
(
0
)
0 4,93 9,71 14,36 18,84 23,17 27,31 31,24 34,92

11
(
0
)
0 -0,04 -0,15 -0,32 -0,48 -0,64 -0,73 -0,69 -0,48
12

=10
0

12
(
0
)
0 4,92 9,68 14,28 18,72 22,97 27,02 30,84 34,40

12
(
0
)
0 -0,03 -0,12 -0,14 -0,36 -0,44 -0,44 -0,29 0,04
13

=11
0

13
(
0
)
0 4,91 9,65 14,21 18,58 22,76 26,72 30,44 34,62

13
(
0
)

0 -0,02 -0,09 -0,17 -0,22 -0,23 -0,14 0,11 -0,18
14

=12
0

14
(
0
)
0 4,90 9,61 14,13 18,45 22,56 26,43 30,04 33,36

14
(
0
)
0 -0,01 -0,05 -0,09 -0,09 -0,03 0,15 0,51 1,08
15

=13
0

15
(
0
)
0 4,89 9,58 14,06 18,32 22,36 26,14 29,65 32,85

15
(

0
)
0 0 -0,02 -0,02 0,04 0,17 0,44 0,9 1,59

Trong đó
ii 1101

=
Từ bảng giá trị thu đợc ta xây dựng đồ thị quan hệ
1

và
1

thực tế trên
cùng đồ thị quan hệ
1

và
1

theo lý thuyết.
Theo bảng giá trị trên ta chọn góc

1
sao cho sự sai lệch so với đờng lý
thuyết
1

nhỏ nhất và nhỏ hơn 1
0
, ta chọn đợc

1
=13
0
, ứng với góc quay
vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hớng cầu thứ nhất là
0
max1
35=

và
0
max1
65,29=

Vậy với cầu dẫn hớng thứ nhất ta có:
-

1
=13
0
-Độ dài đòn bên m
1
= 282 (mm)
-Độ dài thanh kéo ngang n
1
=

)(13,1753sin 2
1
mmmB =

Dựa vào bảng 1, ta tìm đợc góc quay vòng lớn nhất của cầu dẫn hớng thứ 2 :

0
max2
28=


Tính các thông số cho cầu dẫn hớng thứ hai
Tính


Thay số :
25,0
5360.7,0.2
1880
)90(
2
0
==

Cotg
Đồ án tốt nghiệp 13 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
ta tính đợc
(3514
00

2
<

theo kinh nghiệm thiết kế).
Chọn

2
các giá trị xung quanh giá trị đã chọn (

2
=14
0
) và công thức
(4) để tìm quan hệ thực tế của
2

và
2

.
Cho lần lợt

2
=12
0
, 13
0
, 14
0
, 15

0
, 16
0
, sẽ tìm đợc mối quan hệ thực tế
giữa
2

và
2

.
[ ]
2
2222
22
22
2
22
22
22
22
)sin(.)(cos.
sin.2sin.2)sin(.
arcsin
)sin(.
)cos(.

+++
++

+
+
+=
mBom
BomBom
mBo
m
arctg
(1.12)
Bảng 4.Bảng thông số của đờng đặc tính thực tế cho cầu thứ hai.
21

=12
0
2

(
0
)
0 5 10 15 20 25 30 35 40

20
(
0
)
0 4,85 9,43 13,76 17,89 21,84 25,65 29,34 32,96

21
(
0
)
0 4,90 9,61 14,13 18,45 22,56 26,43 30,04 33,36

21
(
0
)
0 -0,05 -0,18 -0,37 -0,56 -0,72 -0,78 -0,7 -0,4
22

=13
0

22
(
0
)
0 4,89 9,58 14,06 18,32 22,36 26,14 29,65 32,85

22
(
0
)
0 -0,04 -0,15 -0,3 -0,43 -0,52 -0,49 -0,31 0,11
23

=14
0

23
(
0
)
0 4,88 9,55 13,98 18,19 22,15 25,85 29,26 32,34

23
(
0
)
0 -0,03 -0,12 -0,22 -0,3 -0,31 -0,2 0,08 0,62
24

=15
0

24
(
0
)
0 4,88 9,03 13,91 18,06 21,95 25,56 28,87 31,83

24
(
0
)
0 -0,03 0,4 -0,15 -0,17 -0,11 0,09 0,47 1,13

25

=16
0

25
(
0
)
0 4.87 9,48 13,83 17,92 21,74 25,27 28,48 31,33

25
(
0
)
0 -0,02 -0,05 -0,07 -0,03 0,1 -0,38 0,86 1,63
Trong đó
ii 2202

=
Từ bảng giá trị thu đợc ta xây dựng đồ thị quan hệ
2

và
2

thực tế trên
cùng đồ thị quan hệ
2

và
2

theo lý thuyết.
Theo bảng giá trị trên ta chọn góc

2
sao cho sự sai lệch so với đờng lý
thuyết
2


nhỏ nhất và nhỏ hơn 1
0
, ta chọn đợc

2
=16
0
, ứng với góc quay
vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hớng của cầu thứ tơng ứng là
0
max2
0
max
2
90,23,28 ==

(tính
max2

theo công thức (1.12))
Vậy với cầu dẫn hớng thứ hai ta có:
-

2
=16
0
-Độ dài đòn bên m
2
= 282 (mm)
-Độ dài thanh kéo ngang n
2
=
)(54,1724sin 2
20
mmmB =

Đồ án tốt nghiệp 14 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
2.2. Xác định góc quay vòng lớn nhất của vô lăng.

max
=

1max
.i
Trong đó :

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


1max
:góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hớng cầu trớc.
(35
0
).
I
1
:gọi là tỷ số truyền hệ thống lái đối với cầu trớc (i
1
=24)


lớn nhất từ
75,10,1 ữ
vòng đối với xe du lịch
từ
5,20,2 ữ
vòng đối với xe tải lớn .
Thay những thông số tính đợc vào công thức trên ta tìm đợc góc quay vô lăng
lớn nhất :
33,284035.24
00
max
==

(vòng) (trong giới hạn cho phép đối với xe

tải)
2.3. Tính toán thông số hình học của dẫn động lái.
Sơ đồ tính toán dẫn động lái.
1. Cơ cấu lái
2. Đòn quay đứng
3. Đòn kéo dọc cầu trớc
4. Đòn kéo ngang cầu trớc.
5. Bánh xe.
Đồ án tốt nghiệp 15 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46

3
5
4
A
A
1
S
1
2
1
10
C
S'
1
9
B
6 7
2
B
1

S
D
S'2
8
b
a
ln1
c
ln2
d
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
6. Đòn kéo dọc cầu sau.
7. Đòn kéo ngang cầu sau.
8. Đòn lắc
9. Đòn nối hai cầu dẫn hớng.
10. Đòn lắc.
Khi đòn quay đứng quay 1 góc

, đòn lắc thứ nhất (chiều dài a) quay một góc
1

, đòn lắc thứ hai ( chiều dài d ) quay một góc
2

.
Gọi a,b,c,d : lần lợt là kích thớc của các cánh tay đòn trên hình vẽ.
S
1
,S
2

,S
1
,S
2
:lần lợt là dịch chuyển dọc của các điểm A, B, C, D.
l
n1
,l
n2
:là kích thớc đòn ngang của cầu thứ nhất và cầu thứ hai.
Theo hình vẽ ta có: độ dịch chuyển dọc của điểm A chính bằng độ dịch
chuyển dọc của điểm A
1
và bằng S
1
, tơng tự độ dịch chuyển của điểm B bằng
độ dịch chuyển dọc của điểm B
1
và bằng S
2
.
Dựa vào những tam giác đồng dạng ta tìm đợc các mối quan hệ sau:







=

=
d
c
S
S
a
b
S
S
2
2
1
1
'
'










=
=
22
11
.'

.'
S
d
c
S
S
a
b
S
(1.13)
mặt khác: độ dịch chuyển dọc của các điểm 1 và 3 trên cùng một đòn kéo dọc
là bằng nhau, tức là:
S
1
=S
2
(1.14)
Và
222
111
.
.


tglS
tglS
n
n
=
=

(1.15)
Thay các công thức (1.14) và (1.15) vào công thức (1.13) ta đợc :
21
2211




tg
d
c
tg
a
b
tgl
d
c
tgl
a
b
nn
=
=
(1.16)
(với giả thiết l
n1
=l
n2
)
Theo mối quan hệ góc quay của cầu một và cầu thứ hai ta có:

1
1
2
2
.

tg
L
L
tg =
(1.17)
Thay vào (1.16) ta đợc :
Đồ án tốt nghiệp 16 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng

1
1
2
1


tg
L
L
d
c
tg
a
b
=

Suy ra:
1
2
.
.
L
L
b
ca
d =
(1.18)
(1.18) là công thức biểu diễn quan hệ kích thớc các đòn dẫn động đảm
bảo mối quan hệ quay vòng đúng của cầu dẫn hớng thứ nhất và cầu dẫn hớng
thứ hai.
Dựa vào công thức (1.18) ta tính đợc kích thớc các đòn bằng cách sau:
Chọn :
a=400 (mm)
b=140(mm)
c=190(mm)
L
1
=7060(mm)
L
2
=5360(mm)
Thay vào công thức (1.19) ta tính đợc kích thớc đòn d:
)(14,412
7060
5360

.
140
190.400
d mm==
Vậy với a=400 (mm)
b=140 (mm)
c=190 (mm)
d=412,14 (mm), đảm bảo đợc quan hệ
1
,
2
tức là đảm bảo quay
vòng đúng.
Đồ án tốt nghiệp 17 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
Thực tế
Lý thuyết
1
a1
Đặc tính quay vòng của cầu
thứ nhất.
a1
Lý thuyết
Thực tế
a2
quan hệ góc quay vòng của bánh xe dẫn
hứơng thứ nhất với bánh xe dẫn hứơng thứ
hai.
Đồ án tốt nghiệp 18 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng

Lý thuyết
Thực tế
2
a2
đặc tính quay vòng của cầu
thứ hai.
*.Tính tỷ số truyền của dẫn động lái:
tỷ số truyền của hệ dẫn động lái đến cầu thứ nhất:
14,1
290
330
i
d1
===
d
n
l
l
Với l
d
,l
n
là kích thớc các đòn quay đứng và đòn ngang của hệ thống lái.
Tỷ số truyền của dẫn động lái đến cầu thứ hai:
86,0
290.14,412.140
330.190.400

1
===

d
n
d
l
l
d
c
b
a
i
*.Tính góc quay lớn nhất của các đòn dẫn động lái.
Tính góc quay lớn nhất của đòn quay đứng:
Gọi S là độ dịch dọc lớn nhất của điểm A
1
ứng với góc quay lớn nhất
0
max1
35=

Theo hình vẽ ta có mối quan hệ sau:
0
0
max1
max1
39
8,035.
290
330
.

===
=



tgtg
l
l
tg
tgltgl
d
n
nd
Tính góc quay lớn nhất của đòn lắc 2 (đòn lắc có kích thớc bằng d):
Đồ án tốt nghiệp 19 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
'823
43,0.
.
.

0
2
2
2

=
=

tg
ca
lb
tg
ltg
a
b
ctg
d
d
Trong đó:
2

- góc quay lớn nhất của đòn lắc 2,

- góc quay lớn nhất của đòn quay đứng,
a, b, c, l
d
, l
n
các kích thớc của các đòn đợc thể hiện trên hình vẽ 2.7.
Góc quay lớn nhất của trục bánh răng rẻ quạt khi đánh lái từ rìa bên này
sang rìa bên kia bằng hai lần góc quay lớn nhất của đòn quay đứng.
Gọi
rq

- là góc quay lớn nhất của trục bánh răng rẻ quạt, ta có:
rq

=2.
00
7839.2 ==

3. Tính các chi tiết của dẫn động lái
3.1. Chọn đờng kính của trục đòn quay đứng.
Khi quay vành lái, trục đòn quay đứng chịu mômen lớn nhất so với tất cả
các chi tiết của hệ thống lái. Lực cản quay vòng của các bánh xe dẫn hớngphụ
thuộc vào phần trọng lợng của xe đặt lên trục trớc, kích thớc lốp, bánh xe quay
vòng và nhiều nhân nhân tố khác, vì vậy mômen truyền từ cơ cấu lái tới cam
quay bánh xe dẫn hớng sẽ khác nhau đối với những xe khác nhau.
Thêm vào đó là tỷ số giữa chiều dài của đòn quay đứng và đòn kéo ngang
gần nh bằng một, nên có thể xem nh toàn bộ mômen để khắc phục lực cản
quay vòng của các bánh xe dẫn hớng đều đợc truyền qua đòn quay đứng.
Những va đập nghịch đảo tác động lên một trong hai bánh xe dẫn hớng khi xe
chạy trên mặt đờng gồ ghề sẽ đợc truyền tới vành tay lái và ở trên trờng hợp
này trục đòn quay đứng cũng chịu lực va đập toàn bộ. Vì vậy, đờng kính trục
đòn quay đứng phải đợc xem là một trong những kích thớc cơ bản của cơ cấu
lái khi chọn lựa cơ cấu lái hoặc khi tính toán thiết kế mới.
Đờng kính của trục đòn quay đứng đợc xác định theo công thức sau:
3
,
0
.
0, 2.
c
k M
d
t

=
ở đây:
M
c
mômen cản quay vòng,
Đồ án tốt nghiệp 20 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
t
0
giới hạn bền xoắn (t
0
= 8000N/cm
2
).
k hệ số dự trữ độ bền (chọn k = 1,2)
Mômen cản quay vòng đã đợc xác định ở phần trên, M
c
= 2926,1 (N.m)
Thay những giá trị vào công thức ta xác định đợc:
d = 42mm, phù hợp với số liệu thực tế đo đợc.
3.2. Tính trục lái.
Trục lái làm bằng thép rỗng đợc tính theo ứng suất xoắn do lực tác dụng
trên vành tay lái
).(2,0

44
max
dD
DRP
l

=

(MN/m
2
) (1.38)
Trong đó:
P
lmax
- lực lái lớn nhất tác dụng lên vô lăng.
D, d - đờng kính trong và đờng kính ngoài của trục lái.
Chọn vật liệu chế tạo trục lái là thép C40 không nhiệt luyện, phôi chế tạo
là phôi thép ống.ứng suất tiếp xúc cho phép
[ ]
2
/8050 mMNữ=

.
Chọn sơ bộ kích thớc của trục lái là:
D=30 (mm)
d= 20 (mm)
P
lmax
=
R
M
l
Thay những thông số trên vào công thức (1.38) ta đợc:
40,54
10).2030.(2,0

10.10.30.250.29,94
1244
6
=

=



(MN/m
2
), thoả mãn điều kiện cho phép.
Vậy ta chọn kích thớc sơ bộ là kích thớc thiết kế.
Với trục lái xe thiết kế, dựa trên số liệu thực tế ta chọn chiều dài của trục
lái L=1000 (mm).
Ta cần tính toán trục lái theo độ cứng vững (góc xoắn trục) theo công
thức sau:
GD
L
.
2


=
(rad)
Trong đó:
L - chiều dài của trục lái (m)
G - mô đuyn đàn hồi dịch chuyển (G=8.10
4
MN/m

2
)
Đồ án tốt nghiệp 21 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
max

đổi ra không đợc vợt quá(
m1/)5,75,5(
00
ữ
.
Thay số vào ta đợc:
045,0
10.8.030,0
1.40,54.2
4
==

(rad)
Suy ra:
m1/58,2
14,3
180.045,0
0
0
==

, thoả mãn điều kiện cho phép.
3.3. Tính bền các đòn dẫn động lái.
3.3 1. Đòn quay đứng.

Giả sử tiết diện cắt ngang của đòn quay đứng dạng hình chữ nhật.
Hình dạng và kích thớc tính toán đòn quay đứng đợc thể hiện ở hình vẽ sau:
1.Rô tuyn lái
2.Đòn quay đứng
3.Trục quay đòn quay đứng(trục quay của bánh răng rẻ quạt).
I-I :tiết diện nguy hiểm.
Đồ án tốt nghiệp 22 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
I
I
B
1
2
3
Q
ld
b
c
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
Đòn quay đứng để truyền chuyển động từ trục thụ động của cơ cấu lái
đến đòn dọc của dẫn động lái.
Đòn quay đợc nối với dẫn động lái nhờ các khớp cầu và nối với trục cơ
cấu lái bằng then hoa hình tam giác.
Thực nghiệm cho ta biết lực truyền từ bánh xe qua đòn dọc không quá
một nửa giá trị của trọng lợng tĩnh tác dụng lên một bánh trớc của
ôtô(<0,5.G
T1
). Vì vậy khi tính đòn quay đứng ta sẽ lấy lực Q nào lớn hơn trong
hai giá trị lực Q tác dụng lên chốt hình cầu dới đây
Q1 = 0,5.Gt1 = 0,5.16250 = 8125(N)
Q2 = Pd = 15605,9(N)

Do vậy ta chọn Q=15605,9 (N) khi tính bền đòn quay đứng. Khi tính
bền ta tính tại những tiết diện nguy hiểm ( ở đây ta tính cho tiết diện I-I).
Chọn vật liệu chế tạo đòn quay đứng là thép các bon tôi và ram.Then hoa
tam giác ở đầu đòn quay đứng đợc kiểm tra theo chèn dập và cắt.
Dựa vào số liệu thực tế đo đợc ta chọn sơ bộ kích thớc tại mặt cắt I-I :
a=75 (mm)
b=25 (mm)
Kiểm tra đòn quay đứng theo uốn:
Đòn quay đứng bị uốn do mô men Q.l
n
gây lên.
Ta tính ứng suất tại tiết diện nguy hiểm nhất I I.
Trong đó:
)(5,23437
6
75.25
6
.
2
22
mm
ba
W
u
===
M
u
= Q.l
d
= 15605,9.290.10

-3
= 5149,95 (N.m).
Suy ra:
)/(73,219
5,23437
10.95,5149
2
3
mmN
u
==

Theo tài liệu chuyên ngành, lấy hệ số an toàn n = 1,5 và với thép 40X ta có:
[ ]

= 1500 N/mm
2
Suy ra:
[ ]
2
/1000
5,1
1500
mmN
u
==

Vậy
[ ]
22

/1000/73,219 mmNmmN
uu
=<=

nên thoả mãn điều kiện bên uốn.
Đồ án tốt nghiệp 23 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
Kiểm tra đòn quay đứng theo xoắn:
Đòn quay đứng bị xoắn do mômen Q.c gây lên.
2

.
ab
cQ
W
M
x
x


==
c cánh tay đòn nh hình vẽ (chọn theo số liệu thực tế đo đợc c = 58 mm).

đợc chọn theo bảng sau:
a/b 1 1,2 1,25 1,5 1,75 2,5

0,208 0,219 0,221 0,231 0,239 0,253
Với a/b = 75/25 = 3, ta chọn

= 0,253

Thay vào công thức trên ta đợc:

2

.
ab
cQ
W
M
x
x


==
= 2544,1(N/ cm
2
), thoả mãn giới hạn cho phép (15000-31000
N/ cm
2
)
3.3 2. Kiểm tra bền các đòn dẫn động lái.
*.Tính bền đòn kéo dọc và đòn kéo ngang.
Tính các đòn dẫn động chủ yếu là tính đòn dọc AA
1
và đòn ngang DE.
Đòn dọc đợc kiểm tra theo uốn dọc do lực Q và đòn ngang đợc kiểm tra theo
uốn dọc do lực N. Lực Q =15605,9 (N). Lực N đợc xác định theo giá trị lực
phanh bằng công thức sau :
e
cmG

e
cX
N
pip
.2

1

==
ở đây:
X
p
-lực phanh tác dụng lên một bánh xe.
m
1p
- hệ số phân bố lại trọng lợng lên cầu dẫn hớng khi phanh (m
1p
=1,4).

- hệ số bám giữa lốp với đờng (lấy

=0,8).
Tính bền đòn kéo dọc và đòn kéo ngang cho dẫn động lái cầu dẫn hớng thứ
nhất:
Tính e:
mmme 77,27413cos.282cos.
0
1
===

c đợc chọn sơ bộ trong phần tính toán trớc c = 80 mm ( đối với xe tải
lớn).

m,
1

- tính trong phần dẫn động lái.
Thay các giá trị vào công thức ta tính đợc lực N:
Đồ án tốt nghiệp 24 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46
Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng
e
cmG
e
cX
N
pip
.2

1

==
= 2649,5 (N)
chọn vật liệu chế tạo:
Đòn kéo dọc và đòn kéo ngang đợc chế tạo bằng thép ống loại 40. Chiều
dầy của ống t = 5mm.
ứng suất nén trong đòn kéo dọc AA
1
:
d
nd

f
Q
=

ứng suất nén trong đòn kéo ngang DE:
n
nn
f
N
=

ở đây:
f
d
, f
n
tiết diện ngang của đòn kéo dọc và đòn kéo ngang.
f
d
= f
n
=
( ) ( )
)(5,549
4
3040.14,3
4
.
2
2222

mm
dD
=

=


D, d - đờng kính trong và đờng kính ngoài của các đòn kéo(mm)
2
/4,28
5,549
59,1560
mMN
f
Q
d
nd
===

2
/82,4
5,549
95,264
mMN
f
N
n
nn
===

ứng suất giới hạn uốn dọc của đòn kéo dọc
2
2
.

bd
d
ud
lf
JE


=
Trong đó:
J
d
, J
n
là mômen quán tính của tiết diện ngang thanh kéo dọc và thanh
kéo ngang.
E môđuyn đàn hồi của vật liệu chế tạo đòn kéo dọc và đòn kéo ngang
(E=2,1.10
5
MN/m
2
).
l
b
, n các kích thớc chiều dài trên hình 1.3
n = n

1
= 1753,13 (mm).
l
b
=
1
AA
l
= 770 (mm) (Lấy theo số liệu thực tế đo đợc).
l
3
chiều dài đòn kéo dọc cầu trớc.
Tính mômen quán tính J
d
:
Đồ án tốt nghiệp 25 Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46