đồ án tốt nghiệp khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống lái ô tô land cruiser 200

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
LỜI NÓI ĐẦU
Kể từ khi ra đời đến nay ngành cơ khí động lực không ngừng phát triển và đạt
được thành tựu to lớn.
Ngày nay với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ôtô
đã chế tạo ra nhiều loại ôtô với hệ thống lái có tính năng kỹ thuật rất cao để đảm bảo
vấn đề an toàn và tính cơ động của ôtô.
Trong tập đồ án tốt nghiệp này em được nhận đề tài ”Khảo sát và tính toán
kiểm tra hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200”. Nội dung của đề tài này giúp em hệ
thống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ôtô nói chung
và hệ thống lái của ôtô Land Cruiser nói riêng; từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về
chuyên môn.
Tập đồ án này trang bị cho người sử dụng, vận hành ôtô có những kiến thức cơ
bản về hệ thống lái trên ôtô. Trong quá trình làm việc của hệ thống lái không thể tránh
khỏi những hư hỏng hao mòn các chi tiết. Vì vậy đề tài này còn đề cập đến vấn đề bảo
dưỡng, sửa chữa.
Được sự hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo Phan Minh Đức, cùng với sự nổ
lực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này. Vì thời gian và kiến thức
có hạn nên trong tập đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Vì vậy
em mong các thầy, cô trong bộ môn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện
hơn.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phan Minh Đức. Qua đây em
cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong bộ môn đã truyền đạt cho em rất
nhiều kiến thức quý bấu trong quá trình học tập ở trường và thời gian làm đồ án tốt
nghiệp.
Đà nẵng, ngày 18 tháng 5 năm 2009.
Sinh viên thực hiện.
Trần Bảo Cường
1

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200

MỤC LỤC
Trang
1. Mục đích ý nghĩa đề tài 3
2. Giới thiệu ô tô LAND CRUISER 4
2.1. Các thông số kỹ thuật chính của ôtô LAND CRUISER 200 5
2.2. Khái quát hệ thống lái trên ô tô LAND CRUISER 200 7
3. Lý thuyết chung về hệ thống lái 8
3.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu 8
3.1.1. Công dụng 8
3.1.2. Phân loại 8
3.1.3. Yêu cầu 9
3.2. Các sơ đò hệ thống lái 10
3.2.1. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc 10
3.2.2. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 10
3.3. Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái 11
3.3.1. Vô lăng 11
3.3.2. Trục lái 11
3.3.3. Cơ cấu lái 11
3.3.3.1. Các thông số đánh giá cơ bản 11
3.3.4. Các loại cơ cấu lái thông dụng 14
3.3.4.1. Loại trục vít - Cung răng 14
3.3.4.2. Loại trục vít - con lăn 16
3.3.4.3. Trục vít - chốt quay 17
3.3.4.3. Bánh răng - thanh răng 18
3.3.4.5. Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng 19
3.3.5. Dẫn động lái 21
3.3.6. Hình thang lái 21
3.3.7. Hình học lái 22
3.3.7.1. Góc doãng 22
3.3.7.2. Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng 24

3.3.7.3. Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng 25
3.3.7.4. Độ chụm đầu 25
3.4. Cường hoá lái 26
3.4.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu 26
3.4.1.1. Công dụng 26
3.4.1.2. Phân loại 26
3.4.1.2. Yêu cầu 27
3.4.2. Các thông số đánh giá 27
3.4.3. Các sơ đồ bố trí 28
2

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
3.5. Liên hệ giữa hệ thống lái và hệ thống treo 30
4. Hệ thống lái ôtô LAND CRUISER 200 32
4.1. Giới thiệu tổng quát về hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 32
4.2. Các thông số kỹ thuật chính của các chi tiết của hệ thống lái ô tô LAND
CRUISER 200 33
4.3. Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 34
4.3.1. Vành tay lái 34
4.3.2. Trục lái và trục các đăng của hệ thống lái LAND CRUISER 200 35
4.3.3. Cơ cấu lái 36
4.3.4. dẫn động lái 41
4.3.5. Bơm trợ lực lái 41
5. Tính toán kiểm tra hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 42
5.1. Các thông số chính của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 42
5.2. Xác định mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng 43
5.3. Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng 46
5.4. Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái 46
5.4.1. Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái khi ô tô quay vòng tại chỗ 46
5.4.1.1. Tính bền đòn quay đứng 47

5.4.1.2. Tính bền thanh kéo bên 48
5.4.2. Tính toán kiểm nghiệm dẫn động lái khi ô tô phanh với cường độ cao 49
5.5. Tính toán kiểm tra hình thang lái 50
5.5.1. Cơ sở lý thuyết 50
5.5.2. Tính toán kiểm tra động học quay vòng 51
6. Chẩn đoán những hư hỏng của hệ thống lái ôtô LAND CRUISER 200 và biện pháp
khắc phục 56
6.1. Độ rơ vành tay lái tăng 57
6.2. Lực trên vành tay lái gia tăng hay không đều 57
6.3. Áp suất của cường hóa lái thủy lực hệ thống lái không ổn định 57
7. Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 59
7.1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 59
7.1. Sữa chữa các chi tiết trong hệ thống lái 59
8. Kết luận 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 62
1. Mục đích ý nghĩa đề tài
Để đảm bảo an toàn khi ôtô chuyển động trên đường, người vận hành phải có
kinh nghiệm xử lí và thành thạo các thao tác điều khiển. Mặt khác, để thuận tiện cho
người vận hành thực hiện các thao tác đó, đòi hỏi ôtô phải đảm bảo tính năng an toàn
cao. Mà hệ thống lái là một bộ phận quan trọng đảm bảo tính năng đó. Việc quay vòng
3

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
hay chuyển hướng của ôtô khi gặp các chướng ngại vật trên đường đòi hỏi hệ thống lái
làm việc thật chuẩn xác.
Chất lượng của hệ thống lái phụ thuộc rất nhiều vào công tác bảo dưỡng sửa
chữa. Muốn làm tốt việc đó thì người cán bộ kỹ thuật cần phải nắm vững kết cấu và
nguyên lí làm việc của các bộ phận của hệ thống lái.
Đề tài: Khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống lái ôtô LAND CRUISER mong
muốn đáp ứng một phần nào mục đích đó. Nội dung của đề tài đề cập đến các vấn đề

sau:
- Khảo sát hệ thống lái.
- Tính toán kiểm tra.
- Bảo dưỡng sửa chữa.
Các nội dung trên được trình bày theo các mục, nhằm mục đích nghiên cứu kết
cấu và nguyên lí làm việc cũng như công dụng, phân loại, yêu cầu chung của các chi
tiết cũng như từng cụm chi tiết. Sự ảnh hưởng của các chi tiết hay từng cụm chi tiết
đến quá trình làm việc cũng như các thông số kỹ thuật, để đảm bảo cho ôtô vận hành
an toàn trên đường. Ngoài ra đề tài này còn đề cập đến vấn đề bảo dưỡng sửa chữa
một số hiện tượng hư hỏng thường xuyên xảy ra của hệ thống lái.
Đề tài này còn có thể giúp các cơ sở hình thành các tài liệu giảng dạy, đào tạo
nghề và giúp cho bạn đọc hiểu biết thêm về hệ thống lái của ôtô. Đặc biệt là ô tô
LAND CRUISER.
2. Giới thiệu ô tô LAND CRUISER
Ô tô Land Cruiser là loại xe được sản xuất tại Nhật Bản vào năm 1951 và xuất
hiện tại Việt Nam lần đầu tiên vào năm 2000. Suốt hơn 50 năm thống lĩnh trên khắp
mọi địa hình, Land Cruiser danh tiếng đã trở thành một phương tiện thiết yếu cho khát
khao chinh phục những vùng đất hiểm trở nhất.
Danh tiếng toàn cầu với sức mạnh và độ tin cậy tuyệt đối, Land Cruiser khẳng
định những giá trị truyền thống dựa trên nền tảng mới của thiết kế và công nghệ một
cách thiết phục. Cấu trúc thân xe cực kỳ chắc chắn cùng động cơ mạnh mẽ vượt trội
mang đến khả năng vận hành ưu việt. Dù trên đường cao tốc hay địa hình hiểm trở, với
các tính năng an toàn hàng đầu, Land Cruiser đem lại cho chủ nhân sự an tâm và hài
lòng tuyệt đối. Ấn tượng và thuyết phục, Land Cruiser luôn là sự lựa chọn tối ưu cho
những ai thực sự am hiểu dòng xe hai cầu đích thực.
Hình dáng tổng thể của ô tô Land Cruiser 200 được thể hiện trên hình 2.1.
4

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
1970

2850
1635
1905
1640
4950
5250
30°
20°
225
930 1170
Hình 2-1 Hình dáng tổng thể ô tô LAND CRUISER 200
2.1. Các thông số kỹ thuật chính của ôtô LAND CRUISER 200
Dưới đây là các thông số kỹ thuật chính của ô tô LAND CRUISER 200.
5

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
Bảng 2-1 Các thông số kỹ thuật chính của ô tô LAND CRUISER 200
1
Kích thước
bao
Dài mm 4950
Rộng mm 1970
Cao mm 1905
2
Chiều dài tổng thể tính đến
bánh dự phòng
mm 5250
3
Chiều dài cơ sở mm 2850
Chiều rộng cơ

sở Trước/sau mm 1640/1635
4 Kích thước
nội thất
Dài mm 2715
Rộng mm 1640
Cao mm 1200
5 Khoảng sáng gầm xe mm 225
6 Bán kính quay vòng tối thiểu m 5,9
7 Trọng lượng không tải KG 2675
8 Trọng lượng toàn tải KG 3300
9 Kiểu động cơ
4,7 lít, 2UZ-FE, V8, 32 van,
DOHC, VVT-i
10 Loại động cơ xăng
11 Dung tích công tác cc 4664
12
Công suất cực đại/số vòng
quay HP/rpm 271/5400
13
Mô men xoắn cực đại/số
vòng quay KG.m/rpm 41,8/3400
14 Tối độ cực đại Km/h 200
15 Hộp số 5 số tự động
16 Tiêu chuẩn khí thải Euro Step 3
17 Công thức bánh xe 4x4 (có thể cắt cầu sau)
Phụ thuộc, loại 4 điểm, lo xo
cuộn và tay đòn bên
19
Hệ thống
phanh Trước/Sau Đĩa thông gió 17"

20 Dung tích bình nhiên liệu lít 93+45
21 Lốp xe 285/65 R17
22 Vành mâm xe Mâm đúc
23
Kính chiếu hậu ngoài chỉnh
điện Có
24 Hệ thống kiểm soát hành Có
6

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
trình
26
Hệ thống điều
hòa
Loại
Tự động, điều chỉnh 2 vùng độc
lập
Bộ lọc khí Có
27 Ghế Trượt và ngả Hàng 1 và 2
Điều chỉnh
độ cao
Ghế người lái + Hành khách trước
Đệm lưng Chỉnh điện (ghế người lái)
28 Số chỗ ngồi (kể cả người lái) 7
29
Hệ thống mở khóa thông
minh Có
30 Khóa cửa từ xa Có
31
Hệ thống khởi động bằng nút

bấm Có
33 Ăng ten In trên kính
34
Hệ thống chống bó cứng
phanh (ABS)
Có
36
Hỗ trợ lực phanh khẩn cấp
(BA) Có
39 Túi Khí rèm hai bên cửa sổ Có
2.2. Khái quát hệ thống lái trên ô tô LAND CRUISER 200
Hệ thống lái trên ô tô Land Cruiser 200 là hệ thống lái có trợ lực lái kiểu bánh
răng thanh răng nên giúp giảm nhẹ lao động cho người lái và tăng tính an toàn lao
động. Dẫn động hệ thống lái thông qua trục lái, khớp các đăng và các khâu khớp trong
7

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
hình thang lái, cơ cấu lái và bơm trợ lực lái được bố trí riêng, cơ cấu lái được bắt chặt
vào khung xe và nối với trục lái bằng khớp các đăng.
Tay lái có thể điều chỉnh theo 4 hướng: gật gù và xa gần làm tăng sự thỏa mái
cho người lái.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái iω = 16,5.
Bơm dầu trợ lực lái là loại bơm cánh gạt tác dụng kép, số cánh gạt là 10 cánh,
trên thân bơm có bố trí van an toàn.
3. Lý thuyết chung về hệ thống lái
3.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
3.1.1. Công dụng
Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô máy kéo chuyển động
theo một hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo
yêu cầu cơ động của xe.

Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:
- Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác
dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.
- Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn
hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng.
- Cường hóa lái: Thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa. Nó dùng để
giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài. Trên các xe
cỡ nhỏ có thể không có.
3.1.2. Phân loại
-Theo vị trí bố trí vô lăng, chia ra:
+ Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động) dùng cho những nước xã
hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ,
+ Vô lăng bố trí bên phải: dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái
như: Anh, Thuỵ Điển
Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của người lái, đặt biệt là
khi vượt xe.
-Theo kết cấu cơ cấu lái, chia ra:
+ Trục vít - Cung răng;
+ Trục vít - Chốt quay;
+ Trục vít - Con lăn;
+ Bánh răng - Thanh răng;
8

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
+ Thanh răng liên hợp (Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng).
- Theo số lượng bánh xe chuyển hướng, chia ra:
+ Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu;
+ Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu;
- Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ cường hoá lái, chia ra:
+ Cường hoá thuỷ lực;

+ Cường hoá khí (khi nén hoặc chân không);
+ Cường hoá điện;
+ Cường hoá cơ khí;
+ Ngoài ra còn có thể phân loại theo: Số lượng các bánh xe dẫn hướng (các
bánh dẫn hướng chỉ ở cầu trước, ở cả hai cầu hay tất cả các cầu), theo sơ đồ bố trí
cường hóa lái.
3.1.3. Yêu cầu
Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:
- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:
+ Để đảm bảo yêu cầu này thì hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong
hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ
(không lớn hơn 150 khi có trợ lực và không lớn hơn 50 khi không có trợ lực).
+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt.
+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều
kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động.
- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong một
khoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích thật bé.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn
lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe.
- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc
chướng ngại vật.
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô
lăng (Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:
+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: P
lvmax
không được lớn hơn 150 ÷ 200 N;
+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N.
+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe
dẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc
quay của vô lăng và của bánh xe dẫn hướng.

9

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
3.2. Các sơ đò hệ thống lái
3.2.1. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc
Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc
1- Vô lăng; 2- Trục lái; 3- cơ cấu lái; 4- Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đòn
quay đứng; 6- Đòn kéo dọc; 7- Đòn quay ngang; 8- Cam quay; 9- Cạnh bên của hình
thang lái; 10- Đòn kéo ngang; 11- Bánh xe; 12- Bộ phận phân phối ; 13- Xi lanh lực.
3.2.2. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập
Hình 3-2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập
1-Vô lăng; 2-Trục lái; 3- Cơ cấu lái; 4-Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đòn quay
đứng; 6- Bộ phận hướng của hệ thống treo; 7- Đòn kéo bên; 8- Đòn lắc ; 9- Bánh xe.
10

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
3.3. Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái
3.3.1. Vô lăng
Vô lăng hay còn gọi là bánh lái thường có dạng tròn với các nan hoa, dùng để
tạo và truyền mô men quay do người lái tác dụng lên trục lái. Các nan hoa có thể bố trí
đối xứng hoặc không, đều hay không đều tuỳ theo sự thuận tiện khi lái.
Bán kính vô lăng được chọn phụ thuộc vào loại xe và cách bố trí chổ ngồi của người
lái, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cở nhỏ) đến 275 mm (đối với xe tải và xe
khách cở lớn ).
3.3.2. Trục lái
Trục lái là một đòn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men từ vô
lăng xuống cơ cấu lái. Độ nghiêng của trục lái sẽ quyết định góc nghiêng của vô lăng,
nghĩa là ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái khi điều khiển.
3.3.3. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển động quay

tròn của vô lăng thành chuyển động góc (lắc) của đòn quay đứng và bảo đảm tăng mô
men theo tỷ số truyền yêu cầu.
3.3.3.1. Các thông số đánh giá cơ bản
a. Tỷ số truyền động học
Hình 3-3 Các quy luật đặc trưng cho sự thay đổi tỷ số truyền động học
Tỷ số truyền động học:
n
v
d
d
i
ω
ω
ω
ω
ϕ
θ
ϕ
ω
===
0
(3-1)
Ở đây:
11

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
θ, ϕ- Các góc quay tương ứng của trục vào (vô lăng) và trục ra (đòn
quay đứng).
ω
0

, ω
0
: Các vận tốc góc tương ứng.
Tỷ số truyền động học i
ω
được chọn xuất phát từ điều kiện là: đảm bảo cho góc
quay cần thiết của vô lăng để quay các bánh xe dẫn hướng từ vị trí trung gian đến các
vị trí biên không lớn hơn 1,8 vòng đối với ô tô du lịch và không lớn hơn 3 vòng đối
với ô tô tải và ô tô khách, nhằm đảm bảo yêu cầu cơ động cao và thuận tiện điều khiển
khi xe quay vòng.
Giá trị của i
ω
phụ thuộc vào loại và cở xe, thường nằm trong giới hạn 13-22 đối
với ôt tô du lịch và 20-25 đối với ô tô tải và khách, trong một số trường hợp có thể tới
40.
Tỷ số truyền động học i
ω
có thể được thiết kế không đổi hoặc thay đổi theo góc
quay của vô lăng. Cơ cấu lái có i
ω
thay đổi thường được dùng trong hệ thống lái không
có cường hoá. Mặc dù kết cấu không phức tạp nhưng tính công nghệ kém hơn nên đắt
hơn so với loại cơ cấu lái có i
ω
không đổi.
Qui luật thay đổ i
ω
có một số dạng khác nhau tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ và tính
năng của xe. Đối với các xe thông thường: Qui luật thay đổi i
ω

có dạng như trên hình
3-3 đường 4 là hợp lý nhất.
Trong phạm vi góc quay θ≤ 90
0
÷120
0
, tỷ số truyền i
ω
cần phải lớn để tăng
độ chính xác điều khiển và giảm lực cần tác dụng lên vô lăng. Khi xe chạy trên đường
thẳng với tốc độ lớn, theo số liệu thống kê thì đa số thời gian hệ thống lái làm việc với
góc quay nhỏ của vô lăng quanh vị trí trung gian. Ngoài ra i
ω
tăng còn làm giảm được
các va đập từ mặt đường.
Ở các góc quay θ> 900 - 1200 tỷ số i
ω
cần giảm để tăng tốc độ quay vòng,
tăng tính cơ động của xe.
Đối với các xe tốc độ thấp và trọng tải toàn bộ lớn, quy luật thay đổi i
ω
được
làm theo đường 2, để khi quay vòng không ngoặt tương đối thường xuyên thì lực cần
tác dụng nhỏ.
Trên các xe tốc độ rất lớn: thường sử dụng qui luật như đường 1. Khi đó, trong
thời gian chuyển động thẳng với tốc độ rất lớn điều khiển ô tô được nhạy, còn khi quay
vòng ngoặt với tốc độ vừa phải thì giảm được lực tác dụng.
Đối với các xe có cường hoá lái: thì i
ω
được làm không đổi (đường 3) vì lúc này

vấn đề cần giảm nhẹ điều khiển đã có cường hoá giải quyết.
b. Tỷ số truyền lực
12

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
v
r
F
M
M
i =
(3-2)
Ở đây:
i
F
- Tỷ số truyền lực.
M
r
- Mô men ra khỏi cơ cấu lái (hay trên đòn quay đứng).
M
v
- Mô men vào cơ cấu lái (hay trên vô lăng).
c. Hiệu suất
Hiệu suất của cơ cấu lái có thể xác định theo công thức sau:
t
η
=
v
r
M

M
v
r
ω
ω
=
ω
i
i
F
(3-3)
Ở đây:
M
r
, M
v
- Các mô men đo ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái;
r
ω
,
r
ω
- Các tốc độ góc tương ứng ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái;
i
F
- Tỷ số truyền lực;
i
ω
- Tỷ số truyền động học.
Do hiệu suất của cơ cấu lái có giá trị khác nhau tuỳ theo chiều truyền lực từ trên

trục lái xuống hay từ dưới bánh xe dẫn hướng lên, nên người ta phân biệt:
- Hiệu suất thuận η
th
: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái
xuống các bánh xe dẫn hướng.
- Hiệu suất nghịch η
ng
: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ dưới bánh xe
dẫn hướng lên vô lăng.
Hiệu suất thuận của cơ cấu lái cần phải lớn để giảm tổn thất lực và giảm nhẹ lực
điều khiển. Trong khi đó hiệu suất nghịch cần phải nhỏ để giảm các va đập truyền từ
hệ thống chuyển động lên vô lăng. Tuy vậy hiệu suất nghịch không được không được
quá thấp vì sẽ làm mất tác dụng của mô men ổn định và bánh dẫn hướng sẽ không tự
trở về được vị trí trung gian khi bị lệch khỏi vị trí đó do va đập và người lái bị mất
cảm giác đường.
Khi sử dụng cường hoá thì yêu cầu đặt ra với các giá trị hiệu suất giảm đi nhiều.
Do lúc này cường hoá vừa đảm bảo lái nhẹ vừa dập tắc những va đập truyền từ bánh
xe lên vô lăng.
d. Khe hở trong cơ cấu lái
Khe hở trong cơ cấu lái cần phải nhỏ ở vị trí trung gian của vô lăng ứng với
chuyển động thẳng của xe. Ở vị trí này, bề mặt làm việc các chi tiết của cơ cấu lái làm
việc nhiều nên cường độ mài mòn lớn và khe hở tang nhanh hơn ở các vị trí khác. Do
vậy, để khi điều chỉnh khe hở không xảy ra kẹt ở các vị trí biên, khe hở ở các vị trí này
13

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
được làm tăng lên bằng các biện pháp kết cấu và công nghệ. Trong quá trình sử dụng,
chênh lệch giá trị khe hở sẽ giảm dần.
Hình 3-4 Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu lái
1- cơ cấu lái còn mới; 2- cơ cấu lái đả sử dụng;

3- Sau khi đã điều chỉnh khe hở trung gian.
3.3.4. Các loại cơ cấu lái thông dụng
3.3.4.1. Loại trục vít - Cung răng
Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững. Tuy vậy có nhược
điểm là hiệu suất thấp η
th
= 0,5-0,7; η
ng
=0,4-0,55, điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạp
nếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít.
Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít
(hình 3-5) hoặc đặt ở phía bên cạnh (hình 3-6). Cung răng đặt bên có ưu điểm là
đường tiếp xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển trên
toàn bộ chiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm,
do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng. Cơ cấu lái loại này thích hợp cho các xe tải cỡ lớn.
Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm). Khi trục vít có dạng glôbôit thì số
răng ăn khớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc và mài mòn.
Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiều
dài của trục vít.
14

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
Hình 3-5 Trục vít lăn - cung răng đặt giữa
1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ.
Hình 3-6 Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng đặt bên
1- Ổ bi ; 2 - Trục vít; 3- Cung răng ; 4- Vỏ.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công
thức:
i
ω

=
1
0
.
2
Ζt
R
π
(3 - 4)
Ở đây:
R
0
- Bán kính vòng lăn của cung răng;
t - Bước trục vít;
15

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
Z
1
- Số mối ren trục vít.
Góc nâng của đường ren vít thường từ 80 ÷ 120. Khe hở ăn khớp khi quay đòn
quay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên, thay đổi từ 0,03 ÷ 0,5 mm . Sự thay
đổi khe hở được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng có
bán kính khác.
3.3.4.2. Loại trục vít - con lăn
Hình 3-7 Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành
1- Trục đòn quay đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh; 5-
Trục vít; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn.
Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 3-7) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô
tô do có ưu điểm:

+ Kết cấu gọn nhẹ;
+ Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn;
+ Hiệu suất thuận: η
t
= 0,77 - 0,82;
+ Hiệu suất ngịch: η
n
= 0,6;
+ Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần.
Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn đươc bố trí lệch
với đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm. Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục
quay của đòn quay đứng thì khoảng cách A sẽ thay đổi. Do đó khe hở ăn khớp cũng
thay đổi.
16

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằng
cách dịch chuyển trục quay O
2
của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít
O
1
một lượng x =2,5-5 mm.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thức sau:
0
0
01
0
1
2

2
R
R
i
R
R
tZ
R
tZ
R
i
KKK
ωω
π
π
===
(3-5)
Ở đây :
t- Bước của mối răng trục vít;
Z
1
- Số đường ren trục vít;
R
k
- Bán kính vòng (tiếp xúc) giữa con lăn và trục vít (khoảng cách từ
điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng);
R
0
- Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;
i

0
- Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít.
Theo công thức trên ta thấy i
ω
thay đổi theo góc quay trục vít. Tuy vậy sự thay
đổi này không lớn khoảng từ 5-7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên). Nên có thể coi như i
ω
= const.
3.3.4.3. Trục vít - chốt quay
Trên hình 3-8 là kết cấu của cơ cấu lái trục vít - chốt quay.
Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cách
chế tạo bước răng trục vít khác nhau.
Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:
i
ω
=
t
R
π
2
.cosϕ (3 - 6)
Ở đây :
ϕ - Góc quay của đòn quay đứng;
R
2
- Bán kính đòn dặt chốt.
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu loại này vào khoảng 0,7. Cơ cấu
lái này dùng nhiều ở hệ thống lái không có cường hoá và chủ yếu trên các ôtô tải và
khách. Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng.
17

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
Hình 3-8 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay
1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay.
3.3.4.3. Bánh răng - thanh răng
Hình 3-9 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng
1- Bánh răng; 2- Thanh răng.
18

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
Hình 3-10 Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng - thanh răng
1- Khớp nối; 2- Thanh răng.
Trên hình 3-9 là kết cấu của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.
Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống
dẩn hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng
bằng lò xo.
+ Ưu điểm:
- Có tỷ số truyền nhỏ, i
ω
nhỏ dẫn đến độ nhạy cao. Vì vậy được sử dụng rộng
rãi trên các xe đua, du lịch, thể thao
- Hiệu suất cao.
- Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo.
+ Nhược điểm:
- Lực điều khiển tăng (do i
ω
nhỏ).
- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc.
- Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng.
3.3.4.5. Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng

Trên hình 3-11 là kết cấu cơ cấu loại trục vít - êcu bi - thanh răng cung răng.
Êcu (5) lắp lên trục vít (6) qua các viên bi nằm theo rảnh ren của trục vít cho phép thay
đổi ma sát trượt thành ma sát lăn. Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thành thanh
răng ăn khớp với cung răng trên trục (4).
19

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
Hình 3-11 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng
1- Trục cung răng; 2- Vít điều chỉnh; 3- Đệm tỳ; 4- Ống dẫn hướng bi;
5- Êcu ; 6- Trục vít.
Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái loại này không đổi và xác định theo công
thức :
i
ω
=
t
R
2
2
π
(3- 7)
Ở đây: R
2
- Là bán kính chia cung răng;
t - Bước răng trục vít.
+ Ưu điểm:
- Hiệu suất cao: hiệu suất thuận
t
η
= 0,7 - 0,85, hiệu suất nghịch

n
η
= 0,85.
Do hiệu suất nghịch lớn nên khi lái trên đường xấu sẽ vất vả nhưng ôtô có tính
ổn định về hướng cao khi chuyển động thẳng.
- Khi sử dụng với cường hoá thì nhựơc điểm hiệu suất nghịch lớn không quan
trọng.
- Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụng trên các xe cở lớn.
20

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
3.3.5. Dẫn động lái
Bao gồm tất cả các chi tiết làm nhiệm vụ truyền lực từ cơ cấu lái đến các bánh
xe dẫn hướng và đảm bảo cho các bánh xe có động học quay vòng đúng.
Các thông số cơ bản:
+ Tỷ số truyền động học:
Gọi i là tỷ số truyền động học của hệ thống lái. Xác định i theo công thức:
2,16
40
640
===
bx
vl
i
ϕ
ϕ
ω
(3-8)
Trong đó:
vl

ϕ
- là các góc quay của vô lăng,
vl
ϕ
phải đảm bảo cho góc quay cần
thiết của vô lăng để quay các bánh dẫn hướng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên
không lớn hơn 1,8 vòng (tương ứng với 640
0
),
vl
ϕ
= 1,8 vòng;
bx
ϕ
- là góc quay của bánh xe dẫn hướng,
bx
ϕ
= 40
0
.
+ Tỷ số truyền của cơ cấu lái:
Gọi i
c
là tỷ số truyền của cơ cấu lái thống lái. Xác định i
c
theo công thức:
5,16
98,0
2,16
===

dd
c
i
i
i
ω
Trong đó:
ω
i
- là tỷ số truyền của hệ thống lái,
ω
i
= 16,2;
dd
i
- là tỷ số truyền của dẫn động lái,
dd
i
= 0,98.
+ Tỷ số truyền lực:
04,1699,0.2,16. =====
ω
η
i
M
M
M
M
i
th

vl
dq
v
r
F
(3-9)
Trong đó:
M
r
(M
dq
) - Mômen trên trục ra (hay trên đòn quay đứng);
M
v
(M
vl
) - Mômen trên trục vào (hay trên vô lăng).
+ Hiệu suất:
- Hiệu suất thuận (
th
η
): tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống.
- Hiệu suất nghịch (
ng
η
): tính theo chiều truyền lực từ bánh xe lên.
- Với cơ cấu bánh răng-thanh răng ta có:

th
η

=
th
η
= 0,99 (3 - 10)
3.3.6. Hình thang lái
Là bộ phận quan trọng nhất của dẫn động lái. Hình thang lái có nhiệm vụ đảm
bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng. Mục đích làm cho các bánh
xe khỏi trượt lê khi quay vòng, dẫn đến giảm sự mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất
và tăng tính ổn định.
21

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
Hình thang lái có nhiều dạng kết cấu khác nhau. Đòn ngang có thể cắt rời hay
liền tuỳ theo hệ thống treo là độc lập hay phụ thuộc. Nhưng dù trường hợp nào thì kết
cấu của hình thang lái củng phải phù hợp với động học bộ phận hướng của hệ thống
treo, để dao động thẳng đứng của các bánh xe không ảnh hưởng đến động học của dẫn
động, gây ra dao động của bánh xe dẩn hướng quanh trục quay.
Động học quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo nhờ việc
chọn các thông số kỹ thuật của hình thang lái và không có khe hở trong dẫn động nhờ
sử dụng các bản lề tự động khắc phục khe hở.
Hình 3-12 Sơ đồ hình thang lái
3.3.7. Hình học lái
Hình học lái là thuật ngữ biểu đạt mối quan hệ hình học trong hệ thống mặt
đường- bánh xe - các bộ phận của hệ thống lái- các bộ phận của hệ thống treo.
3.3.7.1. Góc doãng
Góc doãng: là góc tạo bởi mặt phẳng quay bánh xe và mặt phẳng thẳng đứng,
chiều dương ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ đầu xe.
Hình 3-13 Góc doãng
+ Tác dụng của góc doãng dương:
22

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
- Giảm tải theo phương thẳng đứng: Nếu góc doãng bằng không tải trọng tác
dụng lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường tâm lốp và trục (F’ trên hình 3-14). Nó
dễ làm trục hay cam quay bị cong. Việc đặt góc doãng dương sẽ làm tải tác dụng vào
phía trong của trục, ký hiệu F, giảm lực tác dụng lên trục và cam quay.
- Ngăn ngừa sự tụt bánh xe: Phản lực F có độ lớn bằng tải trọng xe, tác dụng lên
bánh xe theo phương vuông góc với mặt đường. F được phân tích thành F
1
vuông góc
với đường tâm trục và F
2
song song với đường tâm trục. Lực F
2
đẩy bánh xe vào trong
ngăn cản bánh xe tụt khỏi trục. Vì vậy ổ bi trong làm lớn hơn ổ bi ngoài để chịu tải
trọng này.
- Ngăn cản góc doãng âm ngoài ý muốn do tải trọng gây ra: khi chất đầy tải lên
xe, phía trên các bánh xe có xu hướng nghiêng vào trong do sự biến dạng của chi tiết
của hệ thống treo và các bạc tương ứng. Góc doãng dương giúp chống lại hiện tượng
này.
- Giảm lực đánh tay lái: Khi bánh xe quay sang phải hay trái quanh trục quay
đứng với khoảng lệch là bán kính. Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra mômen lớn quanh trục
quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh tay lái. Do đó khi khoảng
cách này nhỏ thì giảm lực đánh tay lái.
Hình 3-14 Tác dụng của góc doãng dương
+ Tác dụng của góc doãng âm:
- Khi tải thẳng đứng tác dụng lên lốp có đặt góc doãng, lốp có xu hướng lún
xuống. Tuy nhiên do bị chặn bởi mặt đường nên gai lốp sẽ bị biến dạng. lúc đó tính
đàn hồi của lốp sẽ chống lại sự biến dạng này và vì vậy tác dụng lên mặt đường theo

hướng A. Kết quả là đường sinh ra phản lực B gọi là lực camber. Lực camber tăng
cùng với sự tăng góc nghiêng với mặt đường cũng như khi tăng tải.
23

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
Hình 3-15 Tác dụng của góc doãng âm
- Khi quay vòng lực camber ở bánh xe phía ngoài có tác dụng giảm lực quay
vòng do tăng góc doãng dương. Lực ly tâm làm nghiêng xe đang chạy vòng do tác
động của các lò xo của hệ thống treo, dẫn đến thay đổi góc doãng. Ở một số xe đã tạo
một chút góc doãng âm do xe khi chuyển động thẳng do đó sẽ giảm được góc doãng
dương khi quay vòng, giảm lực camber và đạt lực quay vòng tối ưu.
Góc doãng cũng có thể bằng không. Lý do chính để đặt góc doãng bằng không
là để ngăn cản sự mòn không đều của lốp. Cả góc doãng dương hay âm đều làm mòn
lốp nhanh. Điều này dễ hiểu khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tập trung một
bên lốp.
3.3.7.2. Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng
Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau
của trục xoay so với đường thẳng góc với mặt đường. Nếu đầu trên trục xoay nghiêng
ra phía sau bánh xe ta có độ nghiêng dọc dương. Nếu đầu trên trục xoay nghiêng ra
phía trước bánh xe ta có độ nghiêng dọc âm.
Hình 3-16 Góc nghiêng dọc dương của trụ xoay đứng
1- Đường tim trục xoay; 2- Góc nghiêng dọc caster dương;
3- Đường thẳng góc mặt đất; 4-Khớp hình cầu; 5- Phía trước xe.
24

Khảo sát và kiểm nghiệm HT lái ô tô LAND CRUISER 200
Hình 3-17 Góc nghiêng dọc
a- Góc nghiêng dọc dương; b- Góc nghiêng dọc âm.
+ Tác dụng của góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: Làm tăng hiệu quả trở về
vị trí chuyển động thẳng của bánh xe dẫn hướng.

3.3.7.3. Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng
Là góc đo giữa trục xoay và đường thẳng góc với mặt đường khi ta nhìn từ đầu
xe.
+ Tác dụng góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng:
- Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng có tác dụng làm giảm mômen cản quay
vòng, tức là giảm khoảng cách từ tâm trụ xoay đứng đến điểm tiếp xúc của bánh xe
với mặt đường.
- Ô tô có khả năng tự ổn định trở về vị trạng thái chuyển động thẳng.
- Khi ô tô quay vòng với góc quay vành tay lái lớn (bán kính quay vòng càng
nhỏ), lực tác động lên vành tay lái càng lớn, tức tạo điều kiện cảm nhận được mức độ
quay vòng của ô tô trên vành tay lái và khả năng trả về chuyển động thẳng càng lớn.
Hình 3-18 Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng
3.3.7.4. Độ chụm đầu
Khi phía trước của hai bánh xe gần nhau hơn phía sau của hai bánh xe khi nhìn
từ trên xuống thì gọi là độ chụm đầu (sự bố trí ngược lại gọi là độ mở). Độ chụm được
25