Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ

c
d
i
d




= =

180
360
540
720 180
360
540
720
5
10
15
20
25
A
A
A-A
B
Nhìn theo B
l
1
c
1

b
a
d
e
n
c






m
.
cos




.
m.cos

Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA K52
Bộ giáo giục và đào tạo cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam
trờng đại học bách khoa hà nội Độc lập -Tự do -Hạnh phúc
NHIệM Vụ THIếT Kế TốT NGHIệP
Họ và tên : Ngô Tiến Hiệp
Khoá : K52
1. Nhiệm vụ đề tài:
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ.

2. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
1. Tổng quan về hệ thống lái ô tô.
2. Kiểm nghiệm hệ thống láI cơ sở.
3. Tính toán thiết kế hệ thống lái.
4. Xây dựng quy trình lắp ráp,điều chỉnh và bảo dỡng hệ thống lái.
5. Kết luận.
3. Các bản vẽ và đồ thị:
1. Bản vẽ bố trí chung cơ cấu lái 1A
0

2. Bản vẽ lựa chọn các phơng án trợ lực 1A
0
3. Bản vẽ quan hệ động học quay vòng và đặc tính cờng hoá 1A
0
4. Bản vẽ cơ cấu lái + xy lanh lực +van phân phối. 1A
0
5. Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lái 1A
0
6. Bản vẽ chi tiết của hệ thống lái (4 chi tiết) 1A
0


4. Cán bộ hớng dẫn.
.
5. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế
Ngày tháng năm 2012.
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 1
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA K52
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ
Ngàythángnăm 2012.

CHủ NHIệM bộ môn cán bộ hớng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
Kết quả đánh giá: Sinh viên đã hoàn thành
-Quá trình thiết kế. và nộp toàn bộ bản thiết kế cho khoa
-Điểm thuyết minh. Ngàythángnăm 2012
Ngàythángnăm 2012 (ký tên)

Chủ tịch hội đồng
(Ký và ghi rõ họ tên)
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 2
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA K52
Mục lục
Lời nói đầu .04
Chơng I: Tổng quan về hệ thống lái
I. Tổng quan hệ thống lái ôtô .05
II. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô .08
Chơng II: Tính toán hệ thống lái
I. Các thông số của xe thiết kế 26
II. Chọn phơng án thiết kế 26
III. Tính toán động học hình thang lái. 27
IV. TT-TK cơ cấu lái Trục vít-Êcu bi-thanh răng cung răng 38
V. Tính bền các chi tiết còn lại của hệ thống lái.49
Chơng III: Thiết kế hệ thống cờng hoá lái
I. Đặc điểm của cờng hoá lái 60
II. Lựa chọn phơng án bố trí cờng hoá lái.61
III. Tính toán cờng hoá lái 69
Chơng IV: Quy trình công nghệ gia công khớp cầu 81
Chơng V: Bảo dỡng - sửa chữa hệ thống lái 91
Kết luận 94
Tài liệu tham khảo95

Lời nói đầu
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 3
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA K52
Trong nền kinh tế đang tăng trởng mạnh mẽ của nớc ta, nhu cầu về giao thông vận tải ngày càng lớn. Vai trò quan
trọng của ôtô ngày càng đợc khẳng định vì ôtô có khả năng cơ động cao, vận chuyển đợc ngời và hàng hoá trên nhiều
loại địa hình khác nhau.
Những năm gần đây, lợng xe du lịch có xu hớng tăng lên, đặc biệt là các loại xe 7
chỗ với u điểm về khả năng cơ động, tính kinh tế và thích hợp với nhiều mục đích sử
dụng khác nhau.
Với ôtô nói chung và xe du lịch nói riêng, an toàn chuyển động là chỉ tiêu hàng
đầu trong việc đánh giá chất lợng thiết kế và sử dụng của phơng tiện. Một trong các
hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động là hệ thống lái đặc biệt
là ở tốc độ cao. Với đồ án tốt nghiệp của mình, em đã cơ bản hoàn thành việc thiết kế
hệ thống lái cho xe du lịch 7 chỗ.
Sau hơn ba tháng, đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy TIN MINH và sự giúp
đỡ của các bạn cùng lớp, em đã cơ bản hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Trong quá trình
thực hiện, chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót. Do đó, em rất mong nhận
đợc sự chỉ bảo và góp ý của các thầy và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội ngày thángnăm 2012
Sinh viên
Chơng I
Tổng quan Hệ thống lái
1.1. CÔNG DụNG,PHÂN LOạI và yêu cầu
1.1.1. Công Dụng.
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 .
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 4
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA K52

Việc điều khiển hớng chuyển động của xe đợc thực hiện nh sau: vành lái tiếp
nhận lực tác động của ngời lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen từ vô
lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới các thanh dẫn động
lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn h-
ớng. 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
cần có một phản lực sinh ra từ mặt đờng lên mặt vuông góc với bánh xe. Để quay
vòng đúng thì các bánh xe dẫn hớng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay
vòng.
1.1.2. Các trạng thái quay vòng của xe.
Sự chuyển động và thay đổi hớng chuyển động của xe trên đờng là quá trình phức
tạp. Khi xe chuyển động trên đờng vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vị trí góc
quay của vành tay lái nhất định
vl
xe sẽ quay vòng với một bán kính quay vòng R
0
t-
ơng ứng. Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quay vòng đủ).
Trong thực tế xe thờng chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay vòng là
động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thờng gặp là trạng thái quay vòng thiếu và
quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển động, sự đàn hồi của
lốp và hệ thống treo.
Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R
0
ngời lái phải
tăng góc quay vành lái một lợng
vl
. Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vòng xe
theo bán kính R
0

ngời lái phải giảm góc quay vành lái một lợng
vl
.
Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm, làm mất tính ổn định và tính điều
khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng). ở
những trạng thái này yêu cầu ngời lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt. Vấn đề chất tải, độ đàn hồi của lốp cũng có ảnh h-
ởng tới tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn .
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 5
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA K52
Rqv
O
O1
Trạng thái quay vòng
thiêu: Rqv>Ro
Ro

O1
O
Ro
Rqv
Trạng thái quay vòng
thừa: Rqv<Ro
Hình 1.1-Các trạng thái quay vòng của xe.
1.1.3. Phân loại hệ thống lái.
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
1.1.3.1. Phân loại theo phơng pháp chuyển hớng.
+Chuyển hớng hai bánh xe ở cầu trớc (2WS).
+Chuyển hớng tất cả các bánh xe (4WS).
1.1.3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực.
+Hệ thống lái cơ khí.

+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén.
1.1.3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
+Cơ cáu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.
1.1.3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái.
+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đờng bên phải).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đờng bên trái).
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 6
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA K52
1.1.4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động
của ôtô là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
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 ngời 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 có 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 hớng.
Tránh va đập truyền ngợc từ bánh xe lên vành lái
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.
Giữ chuyển động thẳng ổn định.
Hệ thống lái phải bố trí thụân tiện trong việc bảo dỡng và sửa chữa.
1.2. các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô.
B
A
1
2

3
4
5
6
7
9
8
Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 7
Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Quang Anh -
Ôtô K46
1.Vành lái
2.Trục lái
3.Cơ cấu lái
4.Đòn quay đứng
5.Đòn kéo dọc
6.Hình thang lái
7.Đòn quay ngang
8.Trụ xoay đứng
9.Bánh xe
Thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch 7 chỗ ngồi 8
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
1.2.1. Vành lái.
Vành lái có dạng vành tròn. Lực của ngời lái tác dụng lên vành lái tạo
ra mô men quay để hệ thống lái làm việc. Mô men tạo ra trên vành lái là
tích số của lực ngời lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái.
M
vl
=P

l
.r
vl
.
Trong đó:
M
vl
: Là mô men vành lái
P
l
: Là lực mà ngời lái tạo ra trên vành lái
r
vl
: Là bán kính vành lái.
Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con không đợc vợt quá 8
0
.
1. 2. 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 truc lái để cố định trục lái vào thân
xe. Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp thụ va đập. Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên ngời lái
khi có va đập mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra.
Trục lái thờng có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi đợc góc
nghiêng và loại trục lái không thay đổi đợc góc nghiêng.
Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có thêm một số
cơ cấu điều khiển nh : cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu
nghiêng trục lái để có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phơng thẳng đứng
phù hợp với ngời lái, hệ thống trợt trục lái để có thể điều chỉnh đợc chiều
dài của trục lái và đạt đợc vị trí ngồi lái tốt nhất cho ngời lái .
1.2.3. 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. Tỷ số truyền của cơ cấu lái thờng bằng 18
đến 20 đối với xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải .
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 9
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
1.2.3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái.
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.
Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hởng tới sự truyền các va đập từ măt đờng 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
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
1.2.3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái:
Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng.
(1 1)



: góc quay bánh lái

: góc quay đòn quay đứng
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 10
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các
bánh xe dẫn hớng. Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhng ngời lái
phải quay vô lăng nhiều hơn khi quay vòng.
Hình 1.3: Quy luật thay đổi tỷ số truyền i
c
của cơ cấu lái
Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quay của vô lăng thì bánh
xe phải quay đợc tối đa từ 35
0
đến 45
0
từ vị trí trung gian trở đi. Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích
hợp nhất đợc thể hiện trên giản đồ bên:
Trong phạm vi góc quay /2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại đảm bảo chính xác
cao trong khi lái ôtô trên đờng thẳng với tốc độ cao và giúp lái nhẹ nhàng vì đa số thời gian lái là quay
vành lái một góc nhỏ quanh vị trí trung gian. Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi
theo qui luật nh thế sẽ giảm ảnh hởng của những va đập từ bánh dẫn hớng lên vành lái.
Khi > /2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu nh không thay đổi. ở đoạn này khi
quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hớng quay một góc lớn giúp khả năng quay vòng của ôtô tốt
hơn.
1. 2. 3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái i
d
Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thớc và quan hệ của các cánh tay

đòn. Trong quá trình bánh xe dẫn hớng quay vòng giá trị của các cánh tay
đòn sẽ thay đổi. Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm:
id = 0,9 ữ 1,2
1.2.3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái i
l
Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hớng và
lực đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng.

c
l
l
p
i
p
=
(1 - 2)
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 11
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52

,
c l
c l
M M
p p
c r
= =
(1 - 3)
Trong đó:
Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe.

c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến
đờng trục đứng kéo dài.
Ml - mômen lái đặt trên vành lái.
r - bán kính vành tay lái.
Nh vậy ta có:

.
c
l
l
M r
i
c M
=
(1 - 4)
Bán kính vành tay lái ở da số ôtô hiện nay là 200 ữ 250mm và tỷ số
truyền góc ig không vợt quá 25 vì vậy il không đợc lớn quá, il hiện nay
chọn trong khoảng từ 10 ữ 30.
1.2.3.5. Hiệu suất thuận
Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống.
Hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu
cầu phải hiệu suất thuận cao.
1.2.3.6. Hiệu suất nghịch
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên
trục lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ
thống chuyển động của ôtô sẽ không truyền đến bánh lái đợc vì chúng bị
triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái. Nhng không thể đa hiệu suất nghịch
xuống thấp quá vì khi đó bánh lái xẽ không tự trả lại đợc về vị trí ban đầu
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 12
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA

K52
dới tác dụng của mômen ổn định. Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả
bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ đ-
ờng tác dụng lên hệ thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái đ-
ợc thiết kế với một hiệu suất nghịch nhất định.
1.2.3.7 Một số loại cơ cấu lái thờng dùng:
a) Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.

Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Ưu điểm:
Hình 1.5
Cơ cấu lái trục vít con lăn
11
21
31
Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu
cầu cho trớc. Tùy theo điều kiện cho trớc khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta
có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc
giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian. Để tăng hiệu suất của cơ
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 13
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt đợc đặt trong ổ
bi.
b) Cơ cấu lái trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này đợc sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít
glôbôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba tầng ren) đặt trên các ổ bi kim của

trục 3 của đòn quay đứng. Số lợng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn
có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.

c)Cơ cấu lái trục vít -êcu bi - thanh răng - cung răng.
Gồm một trục vít có hai đầu đợc đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít và êcu
có rãnh tròn có chứa các viên bi lăn trong rãnh. Khi đến cuối rãnh thì các
viên bi theo đờng hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.
Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển
động này làm quay răng rẻ quạt. Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn
quay đứng. Khi bánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua
các đòn dẫn động làm quay bánh xe dẫn hớng.
10
9
8
3
2
1
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 14
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
7
6
5
4

Hình 1.6- Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.
1. vỏ cơ cấu lái 6. Phớt
2. ổ bi dới 7. Đai ốc điều chỉnh
3.Trục vít 8. Đai ôc hãm
4. Êcu bi 9. Bánh răng rẻ quạt

5. ổ bi trên 10.Bi
Cơ cấu lái kiểu trục vít- êcu bi cung răng có u điểm lực cản nhỏ,
ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn).
1.2.4. Dẫn động lái.
Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng
quay của bánh xe. Dẫn động lái phải đảm bảo các chức năng sau:
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 15
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
+ 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.
Quan hệ hình học ACKERMAN.
Quan hệ hình học ACKERMAN biểu thị quan hệ góc quay của các
bánh xe dẫn hớng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe
nằm trên đờng kéo dài của tâm trục cầu sau .
Hình 2.11 Sơ đồ biểu diễn các kích thớc của đòn quay đứng.
R
s
B
L
O

Hình 1.7- Quan hệ hình học của ACKERMAN.
Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hớng (trên cùng một cầu) phải quay theo các góc ,
khác nhau và quan hệ hình học đợc xác định theo biểu thức sau :

B
Cotg Cotg
L

=
(1- 5)
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 16
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
Trong đó :
L : chiều dài cơ sở của xe.
B
0
: khoảng cách của hai đờng tâm trụ quay đứng trong mặt
phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đờng .
, : Góc quay của bánh xe dẫn hớng phía trong và phía ngoài
Để đảm bảo điểu kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4
khâu gọi là hình thang lái Đantô. Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần
đúng điều kiện trên, song do kết cấu đơn giản nên đợc dùng rất phổ biến.
Mỗi một chủng loại xe, có kích thớc và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao
cho sai lệch trong quan hệ hình học của cơ cấu lái 4 khâu với quan hệ
hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc quay bánh xe dẫn hớng lớn. Giá
trị sai lệch so với lý thuyết từ 0
0
30

đến 1
0
khi bánh xe dẫn hớng ở vùng
quay vòng gấp.
Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình
thanh lái Đantô nh sau:
Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động
các bánh xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu
(rotuyl lái). Các đòn bên quay quanh đờng tâm trụ đứng (hình 1.8)
Dầm cầu liền
Đòn kéo ngang
v
b)
a)
v
Hình 1.8 - Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền.
a. Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền.
b. Đòn kéo ngang nằm trớc dầm cầu.
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 17
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
Trên hệ thống treo độc lập, số lợng các đòn và khớp tăng lên nhằm
đảm bảo các bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau.
Số lợng các đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố
trí cơ cấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo nh ng vẫn đảm bảo quan hệ
hình học ACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantô. Hai phơng
pháp bố trí dẫn động lái điển hình ở hệ thống treo độc lập đợc trình
bày theo hình 1.9:
Hình1.9 - Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập

a. Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu.
b. Đòn ngang nối nằm trớc dầm cầu.
Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trớc tức 4 bánh
dẫn hớng và hai hình thang lái 4 khâu Đantô.
Hình 1.10 Bố trí hai cầu trớc dẫn hớng
Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thờng nằm
trong khoảng từ 0,85 đến 1,1.
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 18
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
1.2.5. Các góc đặt bánh xe.
Để tránh trờng hợp ngời lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ
xe ở trạng thái chạy thẳng, hoặc ngời lái phải tác dụng một lực lớn để quay
vòng xe, các bánh xe đợc lắp vào thân xe với các góc nhất. Những góc này
đợc gọi chung là góc đặt bánh xe. nếu 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).
1.2.5.1 .Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).
90
0
CAMBER
(-)
(+)
Góc tạo bởi đờng tâm của bánh xe dẫn hớng ở vị trí thẳng đứng với
đờng tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng đợc gọi là góc Camber, và đo
bằng độ.
Hình 1.11- Góc CAMBER.

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,
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 19
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
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.
1.2.5.2.Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và
khoảng Caster).
c
Góc Caster
(-)
(+)
V
Góc nghiêng dọc của trụ đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa
trụ xoay đứng và phơng thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. 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.
Hình 1.12 Caster và khoảng 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 d-
ơng) 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 (1- 6)
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 20
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
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
.
1.2.5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin).
90
(+)
(-)
Kingpin
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 1.13 - Góc KingPin
Tác dụng:

Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng
lệch tâm là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r
0
. 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 (tạo góc KingPin) .
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 21
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
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 do
có mômen phản lực (gọi là mômen ngợc) tác dụng từ mặt đờng lên
bánh xe. Giá trị của mômen ngợc phụ thuộc vào độ lớn của góc
KingPin.
1.2.5.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng).
Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trớc của các bánh xe gần nhau
hơn phía sau thì gọi là độ chụm. Nếu bố trí ngợc lại là độ mở.
Độ chụm đợc biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích thớc B, A đ-
ợc đo ở mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đi
thẳng. Độ chụm có ảnh hởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định
của vành lái.

B
A
Hình 1.14 Độ chụm

Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn P
f
ngợc
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 d-
ơng.
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 22
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
Với góc

nh thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe
tức là ổn định vành tay lái.
R0
Pf
R0
V
Pf
Hình 1.15 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.

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 hởng 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.
1.2.6. Hệ thống lái có trợ lực.
1.2.6.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cờng độ lao động của ngời lái. Trên xe có tốc độ cao,
trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ
bánh xe lên vành tay lái. Ngoài ra để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều
dùng lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đờng. Kết quả là cần một lực lái lớn
hơn.
Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái
nhỏ, phải có một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái.
1. 2.6.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái.
Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 23
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
Dựa vào vị trí của van phân phối và xi lanh lực:
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong
cơ cấu lái.
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng .
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong

đòn kéo
Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van
phân phối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung. Còn nguồn năng lợng là
một bơm cánh gạt đợc dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai.
1.2.6.3 . Nguyên lý trợ lực lái.
Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để
giảm nhẹ lực lái. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên
piston nằm trong xy lanh lực. Piston trợ giúp cho việc chuyển động của
thanh răng. Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác
dụng lên piston. Vì vậy nếu cần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu.
a) Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng).
Dầu từ bơm đợc đẩy lên van điều khiển. Nếu van ở vị trí trung gian, tất
cả dầu sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm. Vì áp suất dầu bên trái
và bên phải piston là nh nhau nên piston không chuyển động về hớng nào.
Bơm
Khối van điều khiển
Piston
Hình 1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 24
Đồ án tốt nghiệp SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA
K52
Xy lanh lực
b)Khi quay vòng .
Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hớng nào, giả sử quay sang phải thì van điều khiển cung di
chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộng hơn. Vì vậy làm thay đổi lợng dầu vào các
cửa, cùng lúc đó áp suất dầu đợc tạo ra. Nh vậy tạo ra sự trênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải
của piston. Sự trênh lệch áp suất đó làm piston dịch chuyển về phía có áp suất thấp, dầu bên áp suất
thấp sẽ đợc đẩy qua van điều khiển về bơm.
Bơm
Khối van điều khiển

Piston
Xy lanh lực
Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi 25