thiết kế cái cải tiến hệ thống lái xe tải có tải trọng trung bình

Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
LờI nói đầu
Trong những năm gần đây các nhà máy lắp ráp ô tô tải tăng nhanh,
theo số liệu thống kê hiện nay nớc ta có khoảng 114 cơ sở lắp ráp xe tải, do
vậy một phần nào đáp ứng đợc nhu cầu xã hội. Các ô tô tải cải tiến theo hớng
hiện đại hóa đáp ứng đợc các yêu cầu của nhà sử dụng. Tuy nhiện theo số liệu
điều tra thực tế số lợng xe tải có tải trọng trung bình đợc sản xuất từ các nớc
xã hội chủ nghĩa cũ nh Zil 130, IFA - W50, vẫn còn số lợng lớn và đang sử
dụng tốt, nhng lực trên vành tay lái điều khiển lớn.
Chính vì các lý do trên tôi đã đi chọn đề tài tốt nghiệp Thiết kế cái cải
tiến hệ thống lái xe tải có tải trọng trung bình dới sự hớng dẫn của Th.S
Lê Văn Quỳnh. Nội dung chính của đề tài:
- Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô
- Kiểm nghiệm hệ thống lái xe có tải trọng trung bình
- Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe có tải trong trung bình
- Kết luận
Qua đây cho phép tôi đợc bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo
Th.S Lê Văn Quỳnh ngời hớng dẫn trực tiếp tôi trong suốt thời gian thực hiện
đề tài. Tôi cũng xin đợc gửi lời cảm ơn tới các thầy trong Bộ môn Ôtô-Ban
Động lực- Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, các bạn bè,
đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án này.
Do trình độ của bản thân và thời gian có hạn nên đề tài chắc chắn còn
có sai sót rất mong sự đóng góp của các thầy, bạn bè quan tâm để đề tài của
tôi đợc hoàn thiện hơn.
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 9 năm 2008
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Hằng
Chơng 1
Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô
1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.1.1. Công dụng:
Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hớng chuyển động hoặc giữ cho
ô tô chuyển động theo một quỹ đạo xác định nào đó.
1
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
1.1.2. Phân loại
Tuỳ thuộc vào yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống lái đợc chia thành
các loại sau:
*Theo cách bố trí vành lái
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (theo chiều chuyển động của ô
tô) đợc dùng trên ô tô của các nớc có luật đi đờng bên phải nh ở Việt Nam và
một số nớc khác.
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của
ô tô) đợc dùng trên ô tô của các nớc có luật đi đờng bên trái nh ở Anh, Nhật,
Thuỵ Điển, Nga.
* Theo số lợng cầu dẫn hớng:
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở cầu trớc.
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở cầu sau.
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở tất cả các cầu.
* Theo kết cấu của cơ cấu lái:
- Cơ cấu lái loại trục vít - bánh vít.
- Cơ cấu lái loại trục vít - cung răng.
- Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn.
- Cơ cấu lái loại trục vít - chốt quay.
- Cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, cung răng).
- Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng.
* Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cờng hoá
- Hệ thống lái có cờng hoá thuỷ lực.
- Hệ thống lái có cờng hoá khí nén.
- Hệ thống lái có cờng hoá liên hợp.

1.1.3. Yêu cầu
Dựa vào yêu cầu tối thiểu về sự an toàn của xe và hàng thì hệ thống lái
phải có các yêu cầu sau:
2
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
- Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô, có nghĩa là khả năng quay
vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé.
- Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với ng-
ời lái.
- Đảm bảo đợc động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trợt
lết khi quay vòng.
- Hệ thống trợ lực phải chính xác, tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp
chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn h-
ớng.
- Đảm bảo quan hệ tuyến tính giữa góc quay vành lái và góc quay bánh
xe dẫn hớng.
- Cơ cấu lái phải đợc đặt ở phần đợc treo để kết cấu hệ thống treo trớc
không ảnh hởng đến động học cơ cấu lái.
- Hệ thống lái phải bố trí sao cho thụân tiện trong việc bảo dỡng và sửa
chữa.
1.2. Cấu tạo chung hệ thống lái
Sơ đồ cấu tạo của hệ thống lái đợc thể hiển trên hình 1.1, bao gồm các
bộ phận chính nh sau:
- Vành lái: Vành lái cùng với trục lái có nhiệm vụ truyền lực quay vòng
của ngời lái từ trục vít của cơ cấu lái.
1- Vành lái
2- Trụ lái
3- Trục vít
4- Cung răng
5- Đòn quay đứng

6- Đòn kéo dọc
7 - Cam quay
8, 9, 1 0- Hình thang lái
11- Trục bánh xe
12- Dầm cầu dẫn hớng
3
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Hình 1.1. Hệ thống lái với cầu dẫn hớng loại liền
- Cơ cấu lái: Cơ cấu lái ở sơ đồ hình 1.1 gồm có trục vít 3 và cung răng
4. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc
của đòn quay đứng và khuyếch đại lực điều khiển trên vành lái.
- Dẫn động lái: Dẫn động lái bao gồm đòn quay đứng 5, thanh kéo dọc
6, cam quay 7. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động góc của đòn quay đứng 5
thành chuyển động góc của trục bánh xe dẫn hớng.
- Hình thang lái: Hình thang lái bao gồm các đòn 8, 9 và 10. Ba khâu
này hợp với dầm cầu dẫn hớng tạo thành bốn khâu dạng hình thang nên gọi là
hình thang lái. Hình thang lái có nhiệm vụ tạo chuyển động góc của hai bánh
xe dẫn hớng theo một quan hệ xác định bảo đảm các bánh xe không bị trợt khi
quay vòng.
1.3. Các loại hệ thống lái
1.3.1. Hệ thống lái với cầu dẫn hớng loại liền hình 1.1 và hệ thống lái với
cầu dẫn hớng loại rời hình 1.2
Hình 1.2. Hệ thống lái với bánh dẫn hớng trong hệ thống treo độc lập
ở hệ thống lái cầu liền (hệ thống treo phụ thuộc) khi ô tô hoặc cầu dao
động thì toàn bộ các chi tiết của hình thang lái dao động cùng một khối với
cầu dẫn hớng. Nhng ở hệ thống lái với hệ thống treo độc lập hình 1.2 các bánh
xe dẫn hớng bên trái hoặc bên phải có thể dao động độc lập với nhau nên cấu
tạo của dẫn động lái và hình thang lái có khác so với loại cầu liền. Đó là thanh
ngang của hình thang lái không thể làm liền mà phải cắt rời thành nhiều đoạn
và liên kết với nhau bằng các khớp cầu.

4
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Còn các bộ phận khác nh vành lái, trục lái, cơ cấu lái đều có cấu tạo và
nguyên lý làm việc nh đã nói trong mục 2.
1.3.2. Hệ thống lái có cờng hoá
Bố trí chung của hệ thống lái loại này đợc thể hiện trên hình 1.3.
Hình 1.3. Hệ thống lái có cờng hoá
So với hệ thống lái không có cờng hoá đã trình bày ở trên, cấu tạo
chung của hệ thống lái có cờng hoá gồm hai phần chính: phần lái cơ khí và
phần cờng hoá.
Phần lái cơ khí có cấu tạo và nguyên lý giống nh các trờng hợp đã trình
bày ở trên.
Phần cờng hoá với các bộ phận chính sau:
- Nguồn năng lợng của bộ cơng hoá, trong sơ đồ hình 1.3 là bơm thuỷ
lực.
- Van phân phối (van điều khiển).
5
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
- Cơ cấu chấp hành (xi lanh lực).
1. 4. CấU TạO CủA CáC Bộ PHậN TRONG Hệ THốNG LáI
1. 4.1. Trục lái
Trục lái có hai loại: loại cố định không thay đổi đợc góc nghiêng hình
1.4.a và loại thay đổi đợc góc nghiêng hình 1.4.b.
Hình 1.4. Cấu tạo trục lái
a) Trục lái cố định không thay đổi đợc góc nghiêng.
b) Trục lái thay đổi đợc góc nghiêng.
Đối với loại không thay đổi đợc góc nghiêng thì trục lái gồm một thanh
thép hình trụ rỗng. Đầu trên của trục lái đợc lắp bằng then hoa với moayơ của
vành lái (vô lăng), còn đầu dới cũng đợc lắp bằng then hoa với khớp các đăng.
Trục chính đợc đỡ trong ống trục lái bằng các ổ bi. ống trục lái đợc cố định

trên vỏ cabin bằng các giá đỡ. Vành lái có dạng một thanh thép hình tròn với
một số nan hoa (hai hoặc ba) nối vành thép với moayơ vành lái cũng bằng kim
loại. Moayơ có làm lỗ với các then hoa để ăn khớp then với đầu trên của trục
lái.
Đối với loại không thay đổi đợc góc nghiêng thì ngoài những chi tiết kể
trên, trục chính không phải là một thanh liên tục mà đợc chia thành hai phần
có thể chuyển động tơng đối với nhau trong một góc độ nhất định nhờ kết cấu
đặc biệt của khớp nối (hình 1.4.b). Tuỳ thuộc vào t thế và khuôn khổ của ngời
lái mà vành lái có thể đợc điều chỉnh với góc nghiêng phù hợp.
1.4.2. Cơ cấu lái
6
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Cơ cấu lái là hộp giảm tốc đảm bảo tăng mômen quay của ngời lái từ
vành lái tới các bánh xe dẫn hớng.
Cơ cấu lái có các thông số đặc trng cho tính năng kỹ thuật sau:
- Tỷ số truyền i
c
:

=

=




d
d
i
c

(1-1)
Trong đó:

dd ,

- là các góc quay nguyên tố tơng ứng của vành lái và trục đòn
quay đứng;



,
- là góc quay tơng ứng của vành lái và trục đòn quay đứng.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái có thể thay đổi hoặc không thay đổi. Tỷ số
truyền cơ cấu lái có phạm vi thay đổi rộng, cao ở vùng vị trí trung gian và thấp
ở các vị trí rìa thờng đợc dùng ở hệ thống lái không có cờng hoá.
- 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. Vì vậy, nói chung khi thiết kế cơ
cấu lái yêu cầu phải có hiệu suất thuận cao.
- Hiệu suất nghịch:
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ dới đòn quay đứng
lên trục lái. Thông thờng yêu cầu phải có hiệu suất nghịch phải có trị số bé
hơn hiệu suất thuận. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng
lên hệ thống chuyển động của ô tô sẽ không truyền đến vành lái đợc vì chúng
bị triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái. Đây là một tính chất rất quý của cơ
cấu lái. Tuy nhiên, không thể đa hiệu suất nghịch xuống quá thấp, vì lúc đó
bánh xe dẫn hớng sẽ không tự trả lại đợc về vị trí ban đầu dới tác dụng của các
mômen ổn định. Vì vậy, để đảm bảo khả năng tự trả bánh xe dẫn hớng từ vị trí
đã quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ đờng lên vành lái trong
một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái đợc thiết kế với một hiệu suất nghịch nhất

định.
a, Cơ cấu lái loại trục vít cung răng hình 1.5
Cơ cấu lái loại trục vít cung răng có u điểm là giảm đợc trọng lợng và
kích thớc so với loại trục vít bánh răng. Cung răng có thể là cung răng thờng
hình 1.5.a hoặc cung răng bên hình 1.5.b. Cung răng bên có u điểm là tiếp xúc
7
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
theo toàn bộ chiều dài răng, do đó giảm đợc ứng suất tiếp xúc và răng ít hao
mòn, cho nên thờng dùng cho ô tô tải cỡ lớn.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng đợc xác định nh sau:
t
r
i
o
c

2
=
(1-2)
Trong đó:
r
o
- bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng;
t - bớc trục vít.
Hình 1.5. Cơ cấu lái loại trục vít cung răng
a) Cung răng thờng
b) Cung răng bên
Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị không đổi. Hiệu suất
thuận khoảng 0,5 còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4.
b, Cơ cấu lái loại trục vít con lăn hình 1.6

Hình 1.6. Cơ cấu lái loại trục vít con lăn
Cơ cấu lái loại trục vít con lăn có những u điểm sau:
8
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
- Nhờ trục vít có dạng glôbôit cho nên mặc dù chiều dài trục vít không
lớn nhng sự tiếp xúc của các răng ăn khớp đợc lâu hơn và trên diện rộng hơn,
có nghĩa là giảm đợc kích thớc chung và giảm ứng suất tiếp xúc của các răng.
- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc với nhau đợc phân tán, tuỳ theo
loại ô tô mà có thể làm con lăn có từ hai đến bốn vòng ren.
- Tổn thất do ma sát ít hơn nhờ thay ma sát trợt bằng ma sát lăn.
- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp của các bánh răng.
Đờng trục của con lăn nằm lệch với đờng trục của trục vít một khoảng e
= 5 - 7 mm. Điều này cho phép điều chỉnh lại khe hở ăn khớp sau một thời
gian làm việc các chi tiết bị hao mòn.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít con lăn tại vị trí trung gian xác định
theo công thức:
1
2
2
tz
r
i
c

=
(1-3)
Trong đó:
r
2
- bán kính vòng tròn ban đầu của hình glôbôit của trục vít;

t - bớc của trục vít;
z
1
- số mối ren của trục vít.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí
rìa khoảng từ 5 - 7%, nhng sự tăng này không đáng kể nên có thể bỏ qua và
coi nh tỉ số truyền không đổi.
Hiệu suất thuận vào khoảng 0,65 và hiệu suất nghịch vào khoảng 0,5.
Cơ cấu lái loại này đợc sử dụng rộng rãi trong các loại ô tô khác nhau.
c, Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay hình 1.7
Cơ cấu lái loại này có u điểm cơ bản là có thể thiết kế tỷ số truyền thay
đổi theo các quy luật khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng.
9
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Hình 1.7. Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay
Nếu bớc của trục vít t không đổi thì tỷ số truyền đợc xác định theo công
thức:
t
r
i
c

=
cos2
2

(1-4)
Trong đó:

- góc quay của đòn quay đứng;

r
2
- bán kính từ chốt quay đến trục đòn quay đứng.
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái loại này đều vào
khoảng 0,7. Cơ cấu lái loại này thờng đợc sử dụng ở hệ thống lái không có c-
ờng hoá trên ô tô tải và ô tô khách.
d, Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng hình 1.8
Hai đầu trục vít đợc đỡ bằng ổ bi đỡ chặn, một đai ốc bi chạy trên trục
vít nhờ rất nhiều các viên bi ở trong các rãnh xoắn trên trục vít và bên trong
đai ốc. Các viên bi lăn trong các rãnh này, các rãnh đợc thiết kế để cho phép
các viên bi tuần hoàn một cách liên tục.
10
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Hình 1.8. Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng
Một trục với bánh răng rẻ quạt đợc lắp trong hộp cơ cấu lái bằng các ổ
bi kim. Phần răng rẻ quạt ăn khớp với răng của đai ốc bi. Khi trục vít quay dẫn
đến trục đòn quay đứng quay.
Ưu điểm của cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng là: tổn thất ma sát
giữa trục vít và trục rẻ quạt rất nhỏ nhờ biến ma sát trợt thành ma sát lăn.
e, Cơ cấu lái loại bánh răng trụ thanh răng hình 1.9
Bánh răng trụ đợc chế tạo liền với trục lái nên còn gọi là trục răng. Khi
quay vành lái trục răng quay làm thanh răng dịch chuyển sang phải hoặc sang
trái. Sự dịch chuyển của thanh răng đợc truyền tới cam quay qua các đầu
thanh răng và khớp cầu.
Cơ cấu lái loại trục răng thanh răng có các u điểm sau:
- Cấu trúc đơn giản, gọn nhẹ do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng
có tác dụng nh thanh dẫn động lái nên không cần các thanh ngang nh ở cơ cấu
lái khác.
- Ăn khớp răng trực tiếp nên độ nhạy cao.
- Ma sát trợt và lăn nhỏ kết hợp với sự truyền mômen tốt nên lực điều

khiển trên vành lái nhẹ.
- Cơ cấu lái đợc bao kín hoàn toàn nên ít phải chăm sóc bảo dỡng.
11
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Hình 1.9. Cơ cấu lái loại bánh răng trụ thanh răng
1. 4.3. Dẫn động lái
a, Đòn quay hình 1.10
Đòn quay có nhiệm vụ truyền mômen từ trục đòn quay của cơ cấu lái
tới các đòn kéo dọc hoặc kéo ngang đợc nối với cam quay của bánh xe dẫn h-
ớng.
Cấu tạo của đòn quay có dạng thanh gồm thân đòn quay, đầu to và đầu
nhỏ. Đầu to là lỗ hinh trụ hoặc côn có then hoa bên trong để ăn khớp then hoa
với đầu trục đòn quay. Đầu nhỏ đòn quay cũng có lỗ trơn hình côn để bắt với
rôtuyn. Thân đòn quay có tiết diện nhỏ dần từ đầu to đến đầu nhỏ và hình
dạng tiết diện phù hợp với phơng chịu lực. Tuỳ theo loại cơ cấu lái và dẫn
động lái mà đòn quay có thể quay trong mặt phẳng ngang (hình 1.10.a) hoặc
mặt phẳng đứng (1.10.b).
12
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Hình 1.10. Đòn quay
b, Đòn kéo hình 1.11
Hình 1.11. Đòn kéo
Đòn kéo đợc dùng để truyền lực từ đòn quay của cơ cấu lái đến cam
quay bánh xe dẫn hớng. Tuỳ theo phơng đòn đặt kéo mà ngời ta có thể gọi
đòn kéo dọc hoặc đòn kéo ngang. Đòn kéo cũng đợc sử dụng nối và truyền
lực giữa hai cam quay của hai banh xe dẫn hớng. Nó là khâu thứ ba (trừ
13
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
dầm cầu dẫn hớng) trong hình thang lái nên còn đợc gọi là thanh ba
ngang.

Cấu tạo chung của đòn kéo gồm một thanh thép hình trụ rỗng hai đầu
có bố trí các rôtuyn với liên kết cầu. Vì trong quá trình làm việc vị trí của các
đòn kéo có thể thay đổi trong không gian nên các điểm nối giữa các đòn kéo
phải là liên kết cầu để tránh cỡng bức.
Liên kết cầu bao gồm một rôtuyn với một đầu có dạng cầu và các bát
rôtuyn có bề mặt lắp ghép là một phần chỏm cầu lõm đợc lắp ráp với mặt cầu
của rôtuyn. Một yêu cầu đối với dẫn động lái là phải chính xác, không có độ
dơ, đồng thời để dập tắt các lực va đập truyền qua dẫn động lái nên hầu hết
các khớp rôtuyn đều dùng lò xo để ép bát rôtuyn với mặt cầu của rôtuyn. Lực
ép của các lò xo này lên rôtuyn đợc điều chỉnh bằng các nút tỳ có ren. Để bôi
trơn các bề mặt làm việc của rôtuyn và bát rôtuyn thì ngời ta thờng bố trí một
vú mỡ và các đờng dẫn mỡ từ vú mỡ tới các rôtuyn. Trên một đòn kéo có hai
rôtuyn thì việc bố trí lò xo ở các đầu rôtuyn này phải bảo đảm sao cho khi lực
truyền từ chốt rôtuyn này đến chốt kia chỉ có một trong hai lò xo làm việc.
c, Hình thang lái
Hình thang lái thực chất là một tứ giác gồm bốn khâu hình 1.12: dầm
cầu, thanh lái ngang và hai thanh bên (cánh bản lề). ở vị trí trung gian, tứ giác
này có dạng hình thang nên đợc gọi là hình thang lái. Trừ giầm cầu ra các
khâu còn lại của hình thang lái có cấu tạo nh các đòn kéo. Vì vậy, ở đây chúng
ta không xét thêm về mặt cấu tạo mà chủ yếu đa ra hình dạng và kích thớc của
hình thang lái. Để đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe bên trong và
bánh xe bên ngoài để các bánh xe cùng quay trên một tâm quay tức thời thì
kích thớc của các thanh lái ngang, cánh bản lề và góc phải có những giá trị
xác định.
14
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Hình 1.12. Hình thang lái
ở một số ô tô do kết cấu của hệ thống treo và hệ thống lái khác nhau
nên hình thang lái cũng đợc suy biến theo.
1. 5. góc đặt bánh xe

Các góc đặt bánh xe và trụ quay đứng nhằm các mục đích sau:
- Giảm lực cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hớng.
- Tạo độ ổn định của bánh xe dẫn hớng, có nghĩa là khi bánh xe dẫn h-
ớng lệch khỏi vị trí trung gian thì nó có khả năng tự động quay trở lại.
Các góc này bao gồm góc nghiêng ngang của bánh xe (camber), góc
nghiêng dọc của trụ quay đứng (caster), góc nghiêng ngang của trụ quay đứng
(kingpin) và độ chụm của bánh xe.
1.6. Mục đích của đề tài
15
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Chơng 2
Kiểm nghiệm hệ thống lái xe ifa - w50
2.1. Đặc điểm và các thông số kỹ thuật của xe ifa - w50
* Đặc điểm kỹ thuật của xe IFA - W50
Xe IFA-W50 do nhà máy chế tạo ô tô IFA của Cộng hoà dân chủ Đức
sản xuất năm 1969. Vỏ xe bằng kim loại có sàn xe tự đổ, thành sau mở lật đ-
ợc, đổ tải qua 3 phía. Trang bị khí nén, thuỷ lực, điện để nâng ben của
rơmoóc. Cabin có 2 chỗ ngồi bằng kim loại.
* Các thông số kỹ thuật của xe IFA - W50
STT Thông số Trị số và đơn vị
1 Trọng tải 5000 KG
2 Trọng lợng bản thân 5200 KG
3 Trọng lợng toàn bộ:
- Phân lên cầu trớc
- Phân lên cầu sau
10200 KG
3400 KG
6800 KG
4 Khối lợng cho phép của rơmoóc 9000 KG
5 Thể tích thùng xe 3,24 m

3
6 Chiều dài cơ sở 3200mm
7 Chiều dài toàn bộ 6480 mm
8 Chiều cao của xe 2600 mm
9 Chiều rộng của xe 2500 mm
10 Chiều rộng cơ sở 1760 mm
11 Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay
đứng 1500 mm
12 Chiều dài đòn bên 200 mm
13 Chiều dài đòn kéo ngang 1376 mm
14 Chiều dài đòn kéo dọc 780 mm
15 Chiều dài đòn quay ngang 220 mm
16 Chiều dài đòn quay đứng 210 mm
17 Bán kính vành tay lái 250 mm
18 Vết bánh:
- Trớc
- Sau
1750 mm
1780 mm
19 Bánh kính quay vòng theo vỏ xe 7,1 m
20 Tốc độ cực đại 90 km/h
21 Tiêu hao nhiên liệu 17 lít/100 km
22
động cơ 4 VD 14,5/12-1 SRW Điêden
4 kỳ, 4 xilanh, bố trí thẳng hàng:
1-3-4-2
23
đờng kính xi lanh 120 mm
24 Hành trình pit-tông 145 mm
25 Dung tích công tác 6,56 lít

26 Tỉ số nén 18
16
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
27 Công suất cực đại 125 mã lực ở 2300 vòng/phút
28 Mômen xoắn cực đại 43 KG.m ở 1350 vòng/phút
29 Bơm cao áp DEP 4V-S 804/3
30 Vòi phun Se 170 66-1, TGL 12348
31 Điện áp thiết bị điện 12V
32 Li hợp Ma sát khô, 1 đĩa
33 Hộp số 5 cấp, đồng tốc cho số
II, III, IV, V
34 Truyền lực chính 2 cấp, côn răng xoắn, bánh răng
hành tinh
35
tỉ số truyền của hộp số:
- Số I
- Số II
- Số III
- Số IV
- Số V
- Số lùi
8,62
4,56
2,62
1,59
1,00
6,38
36 Tỉ số truyền của truyền lực chính 5,36
37 Cơ cấu lái Trục vít - con lăn
38 Hiệu suất thuận của cơ cấu lái 0,72

39 Hiệu suất nghịch của cơ cấu lái 0,55
40 Tỷ số truyền của cơ cấu lái 23,4
41 Hệ thống treo phía trớc Nhíp
42 Hệ thống treo phía sau Nhíp có đệm cao su phụ
43 Phanh công tác Tang trống có dẫn động thuỷ lực
tách rời và cờng hoá khí nén
44 Phanh khi dừng Phanh tang trống, dẫn động cơ
khí, tích năng lợng đàn hồi
45 Phanh phụ Phanh mô tơ
46 Số bánh xe 6 + 1
47 Kích thớc lốp 9,00 - 20
48
áp suất trong lốp bánh trớc và sau 6,5 KG/cm
2
2.2. Hệ thống lái xe ifa - w50
Sơ đồ hệ thống lái xe IFA - w50 đợc thể hiện trên hình 2.1.
1- Vành tay lái
2- Trục tay lái
3- Cơ cấu lái
4- Đòn quay đứng
5- Đòn kéo dọc
6- Đòn quay ngang
7- Đòn kéo ngang
8- Đòn bên
17
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
9- Dầm cầu trớc
10- Bánh xe dẫn hớng
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống lái của xe IFA - W50
a, Đặc điểm

Hệ thống lái lắp trên xe IFA - W50 có các đặc điểm sau:
- Là hệ thống lái cơ khí, không có cờng hoá lái.
- Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn 2 răng, tỷ số truyền i
c
= 23,4.
- Dẫn động lái gồm: đòn quay đứng, đòn kéo dọc, đòn quay ngang.
- Hình thang lái gồm: dầm cầu trớc, đòn kéo ngang và đòn bên, các chi
tiết liên hệ với nhau thông qua khớp cầu.
b, Ưu điểm của hệ thống lái xe IFA - W50
- áp suất tác dụng lên con lăn giảm đáng kể so với loại trục vít - bánh vít.
- Khe hở giữa trục vít và con lăn nhỏ nhất khi xe đi thẳng nên khắc
phục đợc hiện tợng kẹt răng.
- Hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch (
t
= 0,72;
n
= 0,55), do
vậy giảm đợc va đập từ mặt đờng lên vành lái.
- Độ bền và chống mòn của trục vít và con lăn cao, có khả năng điều
chỉnh khe hở ăn khớp giữa trục vít và con lăn, do đó điều chỉnh đợc độ dơ
vành tay lái.
c, Nhợc điểm của hệ thống lái xe IFA - W50
- Là hệ thống lái cơ khí nên lực lái lớn, nhất là khi quay vòng nhanh,
nên gây mệt mỏi cho ngời lái, làm giảm tính năng cơ động của xe.
- Lực va đập từ bánh xe với mặt đờng lên vành tay lái còn lớn, nên vành
tay lái bị rung lắc mạnh khi xe đi vào đờng xấu.
2.3. tính động học hình thang lái
Nhiệm vụ của việc tính động học hình thang lái là xác định những
thông số tối u của hình thang lái. Sự chuyển động của ô tô là quá trình kết hợp
hài hoà giữa bánh xe dẫn hớng với những góc quay khác nhau. Để nhận đợc

sự lăn tinh của các bánh xe dẫn hớng khi quay vòng, các bánh xe dẫn hớng
bên trái và bên phải khi quay vòng lăn trên vòng tròn đồng tâm. Do đó, cơ cấu
hình thang lái sẽ giải quyết tốt những yêu cầu trên.
2.3.1. Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái lý thuyết
18
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Nh ta đã biết từ lý thuyết quay vòng đã chứng minh rằng muốn các
bánh xe ô tô quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải thoả mãn điều
kiện sau:
o
L
B
gg =

cotcot
(2 - 1)
Trong đó:
- là góc quay của bánh xe dẫn hớng bên ngoài
- là góc quay của bánh xe dẫn hớng bên trong
B - là khoảng cách giữa hai đờng tâm trụ đứng, B = 1500 mm
L
o
- là chiều dài cơ sở của ôtô, L
o
= 3200 mm
ứng với các giá trị của góc từ 0
0
ữ 40
0
ta lần lợt tính đợc giá trị của

bánh dẫn hớng phía ngoài.
Giá trị của đợc suy ra từ biểu thức (2 - 1):
o
L
B
g
garc
+
=


cot
1
cot
(2 - 2)
Từ đó ta lập đợc bảng đặc tính lý thuyết sau:
(độ)
0 5 10 15 20 25 30 35 40

lt
(độ)
0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,941 24,436 27,797 31,06
2.3.2. Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái thực tế
19


B
L
R
s

0


Hình 2.2. Sơ đồ động học quay vòng của ô tô có hai bánh dẫn hớng phía trớc.
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Xe tải IFA - W50 có cấu tạo hình thang lái là cơ cấu 4 khâu hay còn gọi
là hình thang lái kiểu Đan - tô.
Hình 2.2. Sơ đồ hình thang lái
Thông qua hình thang lái, từ mối quan hệ hình học chúng ta rút ra đợc
về mối quan hệ giữa các góc quay của bánh xe dẫn hớng bên ngoài và bên
trong, đợc xác định theo công thức:
( )
[ ]
2
22
2
)sin(.cos.
)sin(.sin 2sin 2
arcsin
)sin(.
)cos(.





+++
++

+

+
+=
mBm
BmBm
mB
m
arctg
(2- 3)
Trong đó:
- góc quay của bánh xe dẫn hớng phía ngoài
- góc quay của bánh xe dẫn hớng phía trong
- góc nghiêng đòn bên của hình thang lái
m - chiều dài đòn bên
B - khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng
Chọn sơ bộ chiều dài đòn bên hình thang lái: m = 200 mm, m thờng đợc
chọn theo kinh nghiệm: m = (0,11 ữ 0,16)B với m = 0,135B. Nh vậy là thoả
mãn điều kiện trên.
Tính sơ bộ theo công thức:
o
O
XL
B
g
2
)90(cot =

(2 - 4)
Với X = 0,7

).4,1(90

L
B
arctg
O
=

Thay giá trị vào công thức ta có:
20
XL
L
n
C
B

Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
OO
garc 19)
3200.4,1
1500
(cot90 ==

Chọn trong khoảng 17
o
ữ 20
o
vào công thức (2 - 3). Nh vậy, cứ ứng
với mỗi giá trị của ta tìm đợc một loạt giá trị tơng ứng của theo chọn tr-
ớc. Từ đó ta có các bảng giá trị sau:
Bảng 1: ứng với

1
= 17
o
(độ)
lt
(độ)
tt
(độ)
lt
-
tt
0 0 0 0
5 4,804 4,8497 - 0,0557
10 9,251 9,445 - 0,23
15 13,391 13,764 - 0,373
20 17,273 17,811 - 0,538
25 20,942 21,5732 - 0,6312
30 24,436 25,0328 - 0,5968
35 27,797 28,1633 - 0,3663
40 31,06 30,9336 0,1264
Bảng 2: ứng với

2
= 18
o
(độ)
lt
(độ)
tt
(độ)

lt
-
tt
0 0 0 0
5 4,804 4,8495 - 0,0455
10 9,251 9,4092 - 0,1942
15 13,391 13,686 - 0,295
20 17,273 17,677 - 0,44
25 20,942 21,3702 - 0,4282
30 24,436 24,7468 - 0,3108
35 27,797 27,782 0,015
40 31,06 30,4454 0,6146
Bảng 3: ứng với

3
= 19
o
(độ)
lt
(độ)
tt
(độ)
lt
-
tt
0 0 0 0
5 4,804 4,8401 - 0,0361
10 9,251 9,3731 - 0,1221
15 13,391 13,608 - 0,217
20 17,273 17,5427 - 0,2697

25 20,942 21,166 - 0,224
30 24,436 24,461 - 0,025
21
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
35 27,797 27,4012 0,3958
40 31,06 29,959 1,101
Bảng 4: ứng với

4
= 20
o
(độ)
lt
(độ)
tt
(độ)
lt
-
tt
0 0 0 0
5 4,804 4,83046 - 0,02646
10 9,251 9,3366 - 0,0856
15 13,391 13,4352 - 0,0442
20 17,273 17,407 - 0,137
25 20,942 20,9613 - 0,0193
30 24,436 24,1735 0,2625
35 27,797 27,021 0,776
40 31,06 29,475 1,585
Từ công thức (2 - 4) ta xác định đợc các thông số trong bảng đặc tính lý
thuyết, dựa vào trục toạ độ vuông góc và ta lập đợc đờng cong biểu thị

mối quan hệ = f() lý thuyết. Cho trớc các giá trị của , chọn trớc m.
Từ biểu thức (2 - 3) ta xây dựng đợc một họ đờng cong = f(, , m)
cũng trên toạ độ vuông góc nói trên (hình 2.4).
22
Lý
thuyết

1
=17
o
3
5

o

o
3
0
2
5
2
0
1
5
1
0
5
5 1
0
1

5
2
0
2
5
3
0
3
5
4
0
0

2
=18
o

3
=19
o

4
=20
o
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Hình 2.4. Đồ thị đặc tính động học hình thang lái
Từ bảng số liệu và đồ thị ta có nhận xét sau:
Ta thấy ứng với = 18
o
thì giá trị

tt
gần sát với đờng đặc tính quay
vòng lý thuyết hơn. Vì với 35
o
thì sự sai lệch so với đờng đặc tính lý
thuyết là: = (
lt
-
tt
) 1
o
. Nếu lớn hơn điều kiện này sẽ gây mòn lốp
nhanh. Do đó góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hớng phía trong
max
= 35
o
và

max
= 28
o
. Khi đó bánh xe dẫn hớng phía ngoài có sự trợt ngang nhỏ.
2.3.3. Tính chiều dài đòn kéo ngang hình thang lái
Từ công thức:

=
m
nB
2
arcsin

Trong đó: n - chiều dài đòn kéo ngang hình thang lái.
n = B - 2msin
Thay số với = 18
o
; B = 1500 mm; m = 200 mm, ta có:
n = 1500 - 2.200.sin18
o
= 1376,4 (mm)
Vậy ta lấy chiều dài đòn kéo ngang hình thang lái là: n = 1376 mm.
2.4. Kiểm nghiệm động lực học
Việc tính toán động lực học là nhằm mục đích phân phối tỷ số truyền
của cơ cấu lái, làm tăng độ tin cậy cho ô tô khi tham gia giao thông, đông thời
làm phù hợp với tốc độ của ô tô .
2.4.1. Tính mômen cản quay vòng
Mômen cản quay vòng của bánh xe dẫn hớng đợc xác định khi ô tô
quay vòng trên đờng nhựa khô và đủ tải. Mômen cản quay vòng lớn nhất khi
xe chạy trên đờng xấu, mặt đờng nghiêng hoặc xe quay vòng tại chỗ.
Mômen cản quay vòng đợc xác định theo công thức:
( )

1
.
321

MMMM
c
++=
(2 - 5)
23
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Trong đó:
M
c
- mômen cản quay vòng tổng cộng;
M
1
- mômen cản quay vòng do lực cản lăn gây ra;
M
2
- mômen cản quay vòng khi có lực ngang Y;
M
3
- mômen ổn định gây nên bởi độ nghiêng ngang của trụ
quay đứng.
a, Xác định mômen cản quay vòng M
1
do lực cản lăn gây ra
Mômen cản quay vòng M
1
sinh ra là do trong quá trình quay vòng
mômen này gây nên bởi lực cản lăn của bánh xe với mặt đờng. Mômen này
tác động lên đòn quay, qua cơ cấu lái tác dụng lên vành tay lái. Về trị số nó đ-
ợc xác định bằng công thức sau:
M

1
= G
bx
.f.e (2 - 6)
Hình 2.5 - Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hớng
Trong đó:
G
bx
- tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe dẫn hớng
( )
KG
G
G
bx
1700
2
3400
2
1
===
f - hệ số cản lăn, chọn f = 0,02
e - cánh tay đòn lăn của bánh xe dẫn hớng, e=130 mm = 0,13 m.
24
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Hằng Lớp HC 05M
Vậy ta có: M
1
= 1700 . 0,02 . 0,13 = 4,42 (KG.m)
b, Xác định mômen cản M
2
do các lực ngang gây ra

Khi quay vòng sẽ xuất hiện lực ngang Y. Tổng hợp các lực thành phần
của lực ngang sẽ dịch chuyển về phía sau so với tâm vết tiếp xúc một đoạn là
x. Giá trị của x thừa nhận bằng 1/4 chiều dài vết tiếp xúc.
Hình 2.6. Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vòng
Vậy ta có công thức sau:
22
5,0
bx
Rrx =
(2-7)
Trong đó:
r - bán kính tự do của bánh xe, r = 466 mômen
R
bx
- bán kính làm việc của bánh xe
R
bx
= . R
o
Với: - hệ số biến dạng lốp, chọn = 0,93
R
o
- với lốp áp suất thấp






+=

2
d
BR
o
Vậy ta có:
)(449,0)(4494,25
2
20
993,0 mmmR
bx
==






+=
Thay các giá trị váo công thức (2 - 6) ta có:
25
x
0
rbx
r
Y