kết cấu tính toán hệ thống lái ts nguyễn hoàng việt bkdn

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 đấy;
- Thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe.
Hệ thống lái nói chung gồm các bộ phận chính sau:
- Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mô men 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 hoá lái: thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa. 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. 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 (giữa) tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (Không lớn
hơn 15
O
khi có cường hoá và không lớn hơn 5
O
khi không có cường hoá);
- Các bánh xe dẫn hướng phải có tính ổn định tốt;
- Không có hiện tượng tự dao động các bánh xe dẫn hướng ở mọi điều
kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động.
+ Đảm bảo tính cơ động cao: tức là xe có thể quay vòng thật ngoặt, trong
một thời gian ngắn, trên một diện tích 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 bánh xe dẫn hướng truyền lên vô lăng khi
chạy trên đường xấu hoặc gặp chướng ngại vật.
+ Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều khiển lớn nhất cần tác
dụng lên vô lăng (P
lmax
) được quy định theo các tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn
ngành:
- Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: P
lmax
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
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 1
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 các bánh dẫn hướng.
3.1.3. Phân loại:
+ Theo cách bố trí vô lăng, chia ra:
- Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động): dùng cho những
nước thừa nhận luật đi đường chiều thuận là phía bên phải, như các nước XHCN
trước đây, Pháp, Mỹ,
- Vô lăng bố trí bên phải : dùng cho những nước thừa nhận luật đi đường
chiều thuận là phía bên trái, như các nước Anh, Nhật, Thụy Điển,
+ Theo kết cấu cơ cấu lái, chia ra các loại:
- Trục vít - Cung răng;
- Trục vít - Con lăn;
- Trục vít chốt quay;
- Bánh răng - Thanh răng;
- Thanh răng liên hợp (gồm Trục vít - Êcu - Bi - Thanh răng - Cung răng).
+ Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của cường hoá lái, chia ra:

- Cường hóa thuỷ lực;
- Cường hoá khí (khí 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 ở tất cả các cầu), theo sơ
đồ bố trí cường hoá (xem phần cường hoá lái), ).
3.2. KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI
3.2.1. Các sơ đồ:
Trên hình 3.1, 3.2 và 3.3 là các sơ đồ kết cấu chung nhất của hệ thống lái
dùng với hệ thống treo phụ thuộc (hình 3.1 và 3.3a) và hệ thống treo độc lập (hình
3.2 và 3.3b).
Từ các sơ đồ ta thấy hệ thống lái nói chung gồm các chi tiết và bộ phận
chính sau (xét hình 3.1):
- Vô lăng 1, trục lái 9, cơ cấu lái 8, đòn quay đứng 7, đòn kéo dọc 6, đòn
quay ngang 5, cam quay 4, cạnh bên hình thang lái 2, đòn kéo ngang 3;
- Trong trường hợp có cướng hoá lái (hình 3.4) thì còn có bộ phận phân
phối 1 và xi lanh lực 2.
- Khi dùng với hệ thống treo độc lập thì do đòn kéo ngang không thể làm ở
dạng thanh liền nên còn có thêm đòn lắc 5 và thanh kéo bên 2 (hình 3.2) hoặc đòn
lắc 8 và thanh kéo bên 7 (hình 3.3b).
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 2
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 3
Hình 3.1. Sơ đồ kết cấu hệ thống lái với hệ thống treo
phụ thuộc.
1- Vô lăng; 2- Cạnh bên hình thang lái; 3- Đòn kéo ngang; 4-
Cam quay; 5- Đòn quay ngang; 6- Đòn kéo dọc; 7- Đòn quay
đứng; 8- Trục vít - Cung răng của cơ cấu lái; 9- Trục lái.
Hình 3.2. Hệ thống lái với hệ thống treo độc lập.
1- Các đòn quay; 2- Đòn kéo bên; 3- Đòn quay trên trục

ra cơ cấu lái; 4- Đòn kéo ngang giữa; 5- Đòn lắc.
3.2.2. Các chi tiết và bộ phận chính
3.2.2.1. 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 chỗ ngồi
của người lái, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cỡ nhỏ) đến 275 mm (đối
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 4
Hình 3.3. Các sơ đồ dẫn động lái.
a- Với hệ thống treo phụ thuộc; b- Với hệ thống treo độc lập;
1- Đòn quay đứng; 2,4- Đòn kéo dọc và ngang; 3- Đòn quay
ngang; 5- Hình thang lái; 6- Bộ phận hướng hệ thống treo;
7- Thanh kéo bên; 8 - Đòn lắc; 9,10- Các khớp bản lề.
Hình 3.4. Sơ đồ hệ thống lái
cã cường hoá.
1- Bộ phận phân phối; 2- Xi
lanh lực; 3- Cơ cấu lái.
với xe tải và khách cỡ lớn).
3.2.2.2. 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 hường đến sự thoải mái của người lái khi điều khiển.
3.2.2.3. 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 đảm bảo
tăng mô men theo tỷ số truyền yêu cầu.
a. Các thông số đánh giá cơ bản
a1. Tỷ số truyền động học:






ω
ω
=
ω
ω
=
ϕ
θ
=
ϕ
θ
ω
Ở đây:
θ, ϕ - Các góc quay tương ứng của trục vào (vô lăng) và trục ra (đòn
quay đứng);
ω
θ
, ω
ϕ
- Các vận tốc góc tương ứng.
i
ω
được chọn xuất phát từ điều kiện là: 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 đối với ô tô du lịch và không lớn hơn 3 vòng đối với ô tô tải và
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 loại và cỡ xe, thường nằm trong giới hạn 13 22
đối với ô tô du lịch và 20 25 đối với ô tô tải và khách, trong một số trường hợp
có thể tới 40.
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.
Quy luật thay đổi 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: quy luật thay đổi i
ω
có dạng như trên
hình 3.6 hay đường 4 trên hình 3.5 là hợp lý nhất:
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 5
Hình 3.5. Các lược đồ đặc trưng cho sự làm việc của điều khiển lái.
a- Quan hệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và tốc độ ôtô (ZIL - 585);
b- Các quy luật thay đổi tỷ số truyền động học của cơ cấu lái.

- Trong phạm vi góc quay


 ÷≤θ
, 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. i
ω
tăng còn làm
giảm được các va đập từ mặt đường truyền lên vô lăng.
- Ở các góc quay

 ÷>θ
, tỷ số truyền i
ω
cần phải giảm để tăng
tốc độ quay vòng, tăng tính cơ động của xe.
+ Đối với các xe có tốc độ thấp và trọng lượng 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 quy 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
thường được làm không đổi
(đường 3). Vì lúc này vấn đề giảm nhẹ điều khiển đã có cường hoá giải quyết.

a2. Tỷ số truyền lực:










==
Ở đây:
M
r
(M
dq
) - Là mô men trên trục ra (hay trên đòn quay đứng);
M
v
(M
vl
) - Là mô men trên trục vào (hay trên vô lăng).
a3. Hiệu suất:
Hiệu suất của cơ cấu lái có thể xác định theo công thức tổng quát sau:
ω
=
ω
ω
==η













KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 6
Hình 3.6. Quy luật thay đổi tỷ số
truyÒn hợp lý của cơ cấu lái đối
với các loại xe thông thường.


Ở đây:
M
v
, M
r
- Các mô men đo ở đầu vào và ra của cơ cấu lái;
ω
v
, ω
r
- Các tốc độ góc tương ứng ở đầu vào và ra của cơ cấu lái;
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;
- Hiệu suất nghịch (η
ng
): là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ dưới
bánh xe dẫn hướng lên.
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 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 cũng bị mất cảm giác đường.
Khi sử dụng cường hoá thì yêu cầu đặt ra với các giá trị hiệu suấtgiảm đi
nhiều. Do lúc này cường hoá vừa đảm bảo lái nhẹ vừa dập tắt những va đập
truyền từ bánh xe lên vô lăng.
b. 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 làmv iệc các chi tiết của cơ cấu
lái làm việc nhiều nên cường độ mài mòn lớn và khe hở tăng nhanh hơn 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 được làm tăng lên bằng các biện pháp kết cấu và công nghệ. Trong
quá trình sử dụng, chênh lêch giá trị khe hở sẽ giảm dần.
c. Các cơ cấu lái thông dụng
c1. 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 3.8) hoặc đặt ở phía bên cạnh (hình 3.9). Cung răng đặt bên có ưu là đường
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 7
Hình 3.7. Sự thay đổi khe hở trong
cơ cấu lái.
1- Còn mới; 2- Đã sử dụng (bị mòn);
3- Sau khi đã điều chỉnh lại khe hở ở
vị trí trung gian.
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 dùng thích hợp cho
các xe tải cỡ lớn.
Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm). Khi trục vít có dạng
glôbôít 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.
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 8
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo
công thức:





π

=
ω
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 9
Hình 3.8. Cơ cấu lái trục vít hình trụ - cung răng đặt giữa.
1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4- Vỏ.
Hình 3.9. Cơ cấu lái loại trục vít hình trụ -
cung răng đặt bên (Xe URAL-375).
1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4- Vỏ

ở đây:
R
0
- Bán kính vòng lăn của cung răng;
t - Bước trục vít;
Z
1
- Số mối ren trục vít.
Góc nâng của đường ren vít thường từ 8
O
12
O
. 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 này được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của
cung răng có bán kính khác nhau.
c2. Loại trục vít - con lăn:
Cơ cấu lái loại trục vít-con lăn (hình 3.10) được sử dụng rộng rãi trên các
loại ô tô, do có ưu điểm:
- Kết cấu nhỏ gọn;
- Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn: η

th
= 0,77 0,82;
η
ng
= 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 được bố trí
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 10
Hình 3.10. 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; Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn.
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 trục giữa con lăn và trục
vít sẽ thay đổi, do đó khe hở ăn khớp cũng sẽ thay đổi theo.
Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên thực hiện bằng
cách dich trục quay O
2
của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia O
1
của dao cắt
trục vít một lượng x = 2,5 5 mm.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thức:




















ωω
=
π
=
π
=
ở đây:
t - Bước trục vít;
Z
1
- Số mối ren trục vít;
R
K
- Bán kính vòng tiếp xúc giữa con lăn và trục vít (khoảng
cách từ điểm tiếp xúc đến tâm đòn quay đứng);
R
0
- Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;
i

ω
0
- Tỷ số truyền giữa 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, chỉ khoảng 5% 7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên) nene có
thể cọi như i
ω
≈ const.
c3. Loại trục vít - chốt quay (hình 3.11 và 3.12):
+ Ưu điểm: Có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi theo quy luật bất kỳ
nhờ cách cắt trục vít khác nhau. Vì thế cơ cấu lái loại này dùng nhiều ở hệ thống
lái không có cường hoá và chủ yếu trên các ô tô tải và khách.
- Hiệu suất thuận và nghịch của cơ cấu lái loại này vào khoảng 0,7.
+ Nhược điểm: Chế tạo phức tạp, tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử
dụng.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái được xác định theo công thức:
ϕ
π
=
ω





ở đây: ϕ - Góc quay của đòn quay đứng;
R
2

- Bán kính đòn đặt chốt.
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 11
Hình 3.11. Cơ cấu lái trục
vÝt - chốt quay loại 1 chốt.
1- Chốt quay; 2- Trục vÝt;
3- Đòn quay.


c4. Loại bánh răng - thanh răng:
Kết cấu cơ cấu lái loại này như trên hình 3.13. Bánh răng có thể có răng
thẳng hay nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống dẫn hướng (hình 3.14). Để
đảm bảo ăn khớp không khe hở, thanh răng được ép đến bánh răng bằng lò xo
(hình 3.15).
+ Đặc điểm:
- Cơ cấu lái loại bánh răng - thanh răng có i
ω
nhỏ nên rất nhạy. Vì thế nó
được sử dụng rộng rãi trên các xe đua và thể thao cũng như các xe du lịch cỡ nhỏ.
- Hiệu suất cao, kết cấu gọn, chế tạo đơn giản, giá thành rẻ.
+ Nhược điểm:
- Lực điều khiển lớn;
- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc;
- Nhạy cảm với va đập do ma sát nhỏ (hiệu suất nghịch lớn).
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 12
Hình 3.13. Cơ cấu lái bánh răng -
thanh răng.
1- Thanh răng; 2- Bánh răng.
Hình 3.12. Cơ cấu lái trục
vÝt - chốt quay loại 2 chốt.
1- Chốt quay; 2- Trục vÝt;

3- Đòn quay.
1
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 13
c5. Loại liên hợp:
+ Thường dùng nhất là loại Trục vít - Êcu - Bi - Thanh răng - Cung
răng (hình 3.16) .
Êcu 5 được lắp trên trục vít 6 qua các viên bi (khoảng 90 120 viên, đường
kính d
b
=7 9 mm) nằm theo rãnh ren của trục vít. Nhờ đó ma sát trượt được thay
bằng ma sát lăn.
Phần dưới của êcu cắt răng tạo thành thanh răng, ăn khớp với cung răng
lắp trên trục 1.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái này không đổi và được xác định theo công
thức:




π
=
ω
ở đây: t - Bước trục vít;
R
2
- Bán kính vòng chia cung răng.
+ Ưu điểm của cơ cấu lái loại này là:
- Hiệu suất cao: η
th
=0,7 0,8; η

ng
=0,85. Do η
ng
lớn nên khi lái xe trên
đường xấu người lái sẽ rất vất vả nhưng bù lại xe có tính ổn định về hướng cao
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 14
Hình 3.14. Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng -
thanh răng.
1- Khớp nối; 2- Thanh răng.
Hình 3.15. Cơ cấu lái bánh răng -
thanh răng của hãng "XanradFabric".
1- Thanh răng; 2, 4- ổ bi; 3- Bánh
răng; 5- Vòng làm kín; 6- Đai ốc; 7-
Nắp cao su; 8- Đệm ép; 9- Lò xo; 10-
Nút-Đai ốc.

khi chuyển động thẳng. Hơn nữa, khi sử dụng với cường hoá thì nhược điểm η
ng
lớn không quan trọng, do cường hoá có tác dụng giảm bớt va đập truyền từ bánh
xe lên vô lăng.
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 15
Hình 3.16. Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung
răng.
a- MAZ - 500A; b- MAZ - 6422; 1- Trục cung răng; 2- Vít điều chỉnh;
3- Đệm tỳ; 4- Các ống dẫn hướng bi; 5- Êcu; 6- Trục vít; 7- Ống lót;
8- Bu lông; 9 - Nắp.
- Có độ bền và tuổi thọ cao, vì vậy thường được sử dụng trên các xe cỡ
lớn.
+ Nhược điểm: Kết cấu phức tạp và giá thành đắt hơn.
+ Loại trục vít - Đai ốc - Đòn quay (hình 3.17) : có tỷ số truyền thay đổi,

tăng lên khi đai ốc dịch chuyển từ vị trí giữa ra các vị trí biên:
ϕ
π
=
ω




ở đây:
R - Khoảng cách giữa trục trục vít và đòn quay;
t - Bước trục vít;
ϕ - Góc quay của đòn quay đứng.
Khe hở ăn khớp trong tất cả các cơ cấu lái loại trục vít - đai ốc (hay êcu)
được làm không đổi và không điều chỉnh trong quá trình sử dụng. Trong trường
hợp cặp trục vít - đai ốc đạt đến độ mòn giới hạn thì được thay mới.
Hiệu suất của cơ cấu lái loại trục vít- đai ốc-đòn quay thấp do có ma sát
trượt ở phần tiếp xúc giữa trục vít - đai ốc và đai ốc - đòn quay. Giá trị hiệu suất
có thể xác định theo công thức tổng quát sau;
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 16
Hình 3.17. Cơ cấu lái loại Trục
vÝt- Đai ốc-Đòn quay .
1- Trục vÝt; 2- Đòn quay; 3- Đai
ốc; 4- Đòn quay đứng.







!


"


γ
ρ−γ
=η
ρ+γ
γ
=η
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 17

+ Loại Trục vít lắc - Đai ốc (hình 3.18) : có một ổ đỡ phía trên. Khi quay
vô lăng, đai ốc cùng với chốt khuỷu dịch chuyển theo bán kính R nên trục vít phải
lắc lư để đảm bảo động học chung.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái này giảm khi đai ốc dịch chuyển từ vị trí giữa
ra các vị trí biên và phụ thuộc vào chiều quay của vô lăng:
ϕγ±γ
ϕ±γπ
=
ω





ở đây: γ, ϕ - Tương ứng là góc nâng của đường ren trục vít và góc quay
của đòn quay đứng. Dấu (+) trong công thức ứng với vô lăng quay phải và dấu (-)

- quay trái.
Cơ cấu lái loại này không khác gì nhiều so với loại trục vít-êcu-đòn, chỉ
khác ở chỗ kích thước trục lái cần lớn hơn do phái chuyển động lắc lúc làm việc.
Do có nhiều nhược điểm nên cơ cấu lái loại này hiện nay không được sử
dụng nữa.
+ Loại Trục vít - Đai ốc quay (hình 3.19)
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 18
Hình 3.18. Cơ cấu lái loại Trục vít lắc-Đai ốc (MAZ-525).
1- Trục đòn quay đứng; 2- Đai ốc; 3- Cácte; 4- Trục lái; 5- ống bao; 6- ổ bi.
Hình 3.19. Cơ cấu lái loại
trục vÝt-đai ốc quay.
1- Trục vÝt; 2- Đai ốc;
3- Đòn quay.

Cơ cấu lái loại này có kích thước và khối lượng khá nhỏ nên thường được
sử dụng trên xe du lịch đặc biệt là loại có công suất lít bé.
Khe hở ăn khớp giữa trục vít và đai ốc không điều chỉnh được. Hiệu suất
thấp, tuy vậy nhược điểm này không quan trọng khi sử dụng cơ cấu lái trên các xe
du lịch cỡ nhỏ.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái cung thay đổi và được xác định theo công
thức:
#$%&%

−ϕ+ϕ±ϕπ=
ω
3.2.2.4. Dẫn động lái
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.
a. Các thông số đánh giá cơ bản

Dẫn động lái có các thông số đánh giá cơ bản sau:
a1. Tỷ số truyền động học:
i
dđ
ω
=2dϕ/(dθ
tr
+dθ
ph
)
ở đây:
- θ
tr
, θ
ph
: Các góc quay tương ứng của cam quay trái và phải;
- ϕ: Góc quay của đòn quay đứng.
a2. Tỷ số truyền lực:





Σ
=
ở đây:
- M
∑
: Mô men tổng tác dụng lên cam quay của các bánh xe dẫn
hướng;

- M
đq
: Mô men trên đòn quay đứng.
Tỷ số truyền của dẫn động lái nói chung thay đổi, do sự thay đổi cánh tay
đòn của các thanh đòn. Ngoài ra do sự bất đối xứng của dẫn động, tỷ số truyền
còn có thể khác nhau khi xe quay trái hoặc phải.
a3. Hiệu suất:
ω
=η





Hiệu suất của hệ thống lái η=η
cc
.η
dđ
≈0,7 0,85.
b. Hình thang lái
Hình thang lái là bộ phan quan trọng nhất của dẫn động lái. Hình thang lái
ngoài nhiệm vụ truyền lực còn có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng
cho các bánh xe dẫn hướng, mục đích làm cho các bánh xe khỏi bị trượt lê khi
quay vòng, làm giảm sự mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn định
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 19




của xe.

Hình thang lái có một số dạng kết cấu khác nhau như trên hình 3.20. Đòn
ngang của hình thang lái có thể liền hay cắt rời tuỳ theo hệ thống treo là phụ thuộc
hay độc lập. Nhưng dù trường hợp nào thì kết cấu của hình thang lái cũng phải
phù hợp với động học bộ phận hướng của hệ thống treo ddể dao độgn thẳng đứng
của bánh xe không ảnh hưởng đến động học của dẫn động lái, gây ra dao động các
bánh xe dẫn hướng quanh trụ quay.
Động học đúng của các bánh dẫn hướng được đảm bảo nhờ việc chọn các
thông số của hình thang lái và không có khe hở trong dẫn động, nhừ sử dụng các
bản lề tự động khắc phục khe hở (hình 3.21).
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 20
Hình 3.20. Các sơ đồ hình thang lái.
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 21
Hình 3.21. Các khớp nối cầu của dẫn động lái.
a, b và c- Lò xo tác dụng dọc theo trục thanh kéo tương ứng của các
ôtô MAZ-500 (thanh kéo dọc), URAL-375 và KRAZ-257 (thanh kéo
ngang), GAZ-53A (thanh kéo dọc); d -> i- Lò xo tác dụng theo trục
chốt cầu tương ứng của các ôtô ZIL-130 (thanh kéo ngang), UAZ,
GAZ-53A (thanh kéo ngang), GAZ-24, LADA và ZAPOROGIETX.
3.2.3. Cường hoá lái
3.2.3.1. Công dụng:
Trên các ô tô tải trọng lớn, xe du lịch cao cấp và các xe khách hay máy
kéo bánh bơm hiện đại thường có trang bị cường hoá lái để giảm nhẹ lao động
cho người lái và tăng an toàn chuyển động. Khi xe đang chạy ở tốc độ lớn mà một
bên lốp bị thủng, cường hoá lái đảm bảo cho người lái đủ sức điều khiển, giữ
được ô tô trên đường mà không bị lao sang một bên.
Sử dụng cường hoá lái có nhược là lốp mòn nhanh hơn (do lạm dụng
cường hoá để quay vòng tại chỗ); kết cấu hệ thống lái phức tạp hơn và tăng khối
lượng công việc bảo dưỡng.
3.2.3.2. Phân loại:
+ Theo dạng nguồn năng lượng sử dụng, chia ra:

- Cường hoá thuỷ lực;
- cường hoá khí nén;
- cường hoá điện;
- cường hoá cơ khí.
Hai loại sau rất ít dùng. Phổ biến nhất là loại thuỷ lực vì có kết cấu nhỏ
gọn và làm việc khá tin cậy.
3.2.3.3. Yêu cầu:
Cường hoá lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:
- Khi cường hoá hỏng hệ thống lái vẫn làm việc được tuy lái nặng hơn;
- Thời gian chậm tác dụng nhỏ;
- đảm bảo sự tỷ lệ giữa góc quay của vô lăng và góc quay của các bánh xe
dẫn hướng;
- Khi sức cản quay vòng tăng lên thì lực yêu cầu trên vô lăng cũng pơhải
tăng theo để người lái có "cảm giác đường". Tuy vậy lực này không được vượt
quá 100 150N;
- Không xảy ra hiện tượng tự cường hoá khi ô tô vượt qua các chỗ lồi lõm,
rung xóc;
- Có tác dụng như thế nào để trong trường hợp lốp các bánh dẫn hwonsg bị
nổ, người lái có thể vừa phanh ngặt vừa giữ được hướng chuyển động cần thiết
của xe,
3.2.3.4. Các thông số đánh giá cơ bản
Để đánh giá tính năng làm việc của cường hoa slái, người ta dùng các
thông số cơ bản sau:
a. Hệ số hiệu quả: bằng tỷ số giữa các lực cần tác dụng lên vô lăng khi không có
và khi có cường hoá:
!



!

''
'
'
'

−
==
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 22

Trong đó:
P
ch
- Lực do cường hoá đảm nhận quy về vành tay lái (vô lăng).
Đối với các kết cấu hiện nay K
hq
= 1 15.
b. Chỉ số phản lực của cường hoá lên vành tay lái:
( )!*+,! -/ 01234,54 167
-!8 )9$! :5;< -= 167



'
==ρ
Chỉ số này đặc trưng cho khả năng đảm bảo cảm giác đường của cường
hoá. Đối với các cường hoá hiện nay ρ = 0,02 0,05 N/(Nm).
c. Độ nhạy:
Độ nhạy của cường hoá đặc trưng bằng giá trị lực tác dụng lên vành tay lái
P
l0

và góc quay của vành tay lái θ
0
cần thiết để đưa cường hoá vào làm việc.
Với các kết cấu hiện nay θ
0
= 10
O
15
O
; P
l0
= 20 50N.
3.2.3.5. Thành phần cấu tạo và sơ đồ bố trí
Bất kỳ loại cường hoá nào cũng nhất thiết phải gồm ba bộ phận chính là:
nguồn năng lượng, bộ phận phân phối và bộ phận chấp hành.
a. Nguồn năng lượng:
Nguồn năng lượng để cung cấp năng lượng cho cường hoá, có thể là: bơm
+ ắc quy thuỷ lực, máy nén + bình chứa hay ắc quy + máy phát.
b. Bộ phận phân phối:
Bộ phận phân phối để điều chỉnh năng lượng cung cấp cho bộ phận chấp
hành và đảm bảo sự tỷ lệ giữa góc quay của vô lăng và góc quay các bánh dẫn
hướng. Bộ phận phân phối thực chất là các các van thuỷ lực, khí nén hay các công
tắc và mạch điện.
c. Bộ phận chấp hành:
Bộ phận chấp hành hay cơ cấu thực hiện dùng để tạo và truyền lực trợ lực
lên truyền động lái. Tuỳ theo loại cường hoá mà nó có thể là xi lanh thuỷ lực, xi
lanh khí nén hay động cơ điện.
d. Các phương án bố trí:
Cường hoá có thể bố trí trong hệ thống lái theo các phương án như trên
hình 3.22.

Trong các phương án đó thì phương án bố trí bộ phận phối, xi lanh lực và
cơ cấu lái vào chung một cụm (hình 3.22a) có ưu điểm là: kết cấu gọn, vững chắc
nên ít có khuynh hướng gây hiện tượng tự dao động các bánh xe dẫn hướng,
chiều dài các ống dẫn ngắn nhất nên độ nhạy cao. Tuy vậy nó có nhược điểm là:
cơ cấu lái phức tạp, tất cả các chi tiết của dẫn động lái đều chịu tải trọng lớn. Vì
thế đối với các ô tô có khối lượng trên cầu dẫn hướng lớn thường sử dụng các
phương án bố trí rời (hình 3.22b, c và d).
Các phương án bố trí rời các cụm có ưu điểm quan trọnh là: cho phép sử
dụng bộ cường hoá trên các ô tô có hệ thống lái quy chuẩn (tức là thuận tiện về
phương diện thống nhất hoá sản phẩm) và các phần tử của chúng có thể đặt ở các
vị trí tự do hơn nên dễ bố trí lắp đặt hơn. Tuy vậy sơ đồ hình 3.22d ít dùng do
tăng số lượng và chiều dài đường ống, kết cấu kém vững chắc nên tăng khuynh
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 23

hướng tự dao động các bánh dẫn hướng.
3.2.3.6. Sơ đồ và nguyên lý làm việc
Trên hình 3.23 là các sơ đồ cường hoá lái loại thuỷ lực. Hình 3.23b là
cường hoá có bộ phận phân phối loại hở. Trong trường hợp này, chiều rộng vai
con trượt phân phối nhỏ hơn chiều rộng tương ứng của lỗ trên vỏ. Do đó khi xe
chuyển động thẳng, đường đẩy và đường hồi của cường hoá thông với nhau và với
các khoang làm việc của xi lanh lực. Bởi vì bơm của cường hoá làm việc liên tục
nên chất lỏng cũng liên tục tuần hoàn qua bộ phân phối.
Hình 3.23a là cường hoá có bộ phân phối loại kín. Ở vị trí trung gian của
con trượt, tất cả các đường ống đều bị bịt kín. Chất lỏng được đưa đến bộ phân
phối từ ắc quy thuỷ lực. Bơm chỉ làm việc khi cần thiết để nạp bổ sung chất lỏng
cao áp vào ắc quy thuỷ lực. Hệ thống như vậy cho phép sử dụng bơm có năng suất
nhỏ hơn và giảm được tổn thất trong dẫn động.
Sơ đồ trên hình 3.23a làm việc như sau: Bơm 13 qua van ngược 12 tạo
nên một áp suất nhất định được duy trì bởi ắc quy thuỷ lực 11. Khi quay vô lăng
7, con trượt phân phối 4 sẽ dịch chuyển mở đường ống 9 và đóng đường dầu hồi

KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 24
Hình 3.22. Các sơ đồ bố trÝ cường hoá lái.
1- Bộ phận phân phối; 2- Xi lanh lực; 3- Cơ cấu lái.
10. Dầu cao áp theo ống 6 chảy vào xi lanh lực 1, ép piston dịch chuyển và qua hệ
thống đòn làm quay các bánh dẫn hướng 2. Khi 2 quay qua 3 (là khâu liên hệ
ngược) làm vỏ bộ phân phối dịch chuyển theo và đường 9 bị đóng lại ngừng cấp
chất lỏng cao áp cho xi lanh lực 1. Để các bánh xe dẫn hướng 2 quay một góc lớn
hơn, người lái phải tiếp tục quay vô lăng 7.
Khi quay vô lăng sang phía khác thì quá trình tương tự xảy ra đối với các
ống 8 và 5. Các đường dầu về được nối với bình chứa 14 thông với bơm 13.
Trên sơ đồ 3.23b là cường hoá thuỷ lực không có ắc quy áp suất:
Trong trường hợp này, phần giữa của con trượt 4 ở vị trí trung gian đảm bảo cho
chất lỏng lưu thông tự do.
Trong bộ phân phối có lò xo 15, do đó cường hoá chỉ bắt đầu làm việc khi
nào lực tác dụng lên vô lăng 7 đủ để thắng lực của lò xo này. Để đảm bảo cảm
giác đường, trong kết cấu có van đĩa 16 và buồng phản ứng phía sau van. Để dịch
chuyển con trượt 4 về phía này hay phía khác, người lái không chỉ phải thắng lực
lò xo mà còn phải thắng cả áp lực chất lỏng trong buồng phản ứng. Mà áp lực này
tỷ lệ với mô men cản quay vòng nên lực cần tác dụng lên vô lăng cũng tăng theo
sự tăng của mô men cản quay vòng.
Trên hình 3.24 là sơ đồ cường hoá loại khí nén với áp suất làm việc là 6
Kg/cm
2
. Khi quay vô lăng 2, chuyển động qua cơ cấu lái 1 và đòn quay đứng 3 lúc
đầu nhờ hành trình tự do truyền đến thanh kéo 4, rồi từ đó qua đòn 5 và thanh kéo
KÕt cấu, tÝnh toán và thiÕt kÕ ôtô - Hệ thống lái Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt 25
Hình 3.23. Các sơ đồ cường hoá lái loại thủy lực.
a- Có ắc quy thủy lực; b- Không có ắc quy thủy lực.
1- Xi lanh lực; 2- Bánh xe dẫn hướng; 3- Thanh kéo dọc; 4- Piston van phân
phối; 5,6- Đường dầu đến xi lanh lực; 7- Vô lăng; 8,10- Đường hồi dầu; 9-

Đường dầu cao áp; 11- Ắc quy thuỷ lực; 12- Van một chiều; 13- Bơm dầu; 14-
Bình chứa; 15- Lò xo; 16- Van đĩa.