thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe tải ifa-w50

Lời nói đầu
Ngành giao thông vận tải nói chung và ô tô nói riêng đóng vai trò
hết sức quan trọng trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân nh
trong- Giao thông vận tải, Công nghiệp, Nông nghiệp, Lâm nghiệp, Xây
dựng, Thuỷ lợi, Quốc phòng.v.v Ngành ô tô chiếm vị trí rất quan trọng
đối với sự hoạt động chung và sự phát triển của các ngành khác, đồng
thời giải quyết phần lớn nhu cầu đi lại trong xã hội cũng nh chuyên chở
hàng hoá.
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cùng với sự phát
triển của lu thông hàng hoá trong cơ chế thị trờng và nhu cầu đi lại của
con ngời ngày càng tăng, điều đó yêu cầu phải nâng cao chất lợng vận
tải, chất lợng phục vụ ngày càng hiện đại hơn, độ an toàn chuyển động
của ô tô cũng phải cao hơn.
Xuất phát từ những yêu cầu trên trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp
này em đợc giao đề tài: "Thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe tải IFA-
W50" nhằm mục đích giảm cờng độ cho ngời lái, làm tăng thêm tính cơ
động và độ an toàn chuyển động của xe.
Đặc điểm kỹ thuật của xe IFA - W50
Xe IFA -W50 do nớc Cộng hoà dân chủ Đức chế tạo năm 1969, là
loại xe tải thùng vạn năng. Trên xe lắp đặt động cơ tổng thành kiểu 4VD
14,5/12ISRW.
Các thông số tính năng cơ bản của xe IFA-W50
STT Thông số Trị số Đơn vị
1 Tự trọng 5.200 KG
2 Tải trọng 5.000 KG
3 Trọng lợng toàn bộ xe 10.200 KG
- Phân bố trọng lợng lên cầu
Toàn tải: - Cầu trớc 3.400 KG
- Cầu sau 6.800 KG
4 Vận tốc lớn nhất khi toàn tải 90 Km/h
5 Tiêu hao nhiên liệu trên đờng tốt (l/100km) 17 lít

6 Tỷ số truyền lực chính 2 cấp 5,36
7 Cơ cấu lái: Trục vít - con lăn
- Tỷ số truyền cơ cấu lái 23,4
8 Dùng ly hợp khô 1 đĩa ma sát
9 Động cơ kiểu: 4VD 14,5/12ISRW
- Công suất lớn nhất N
emax
ở 2300 (v/ph) 125 Mã lực
- Mômen cực đại M
emax
ở 1500 (v/ph) 43 KGm
1
- Động cơ 4 kỳ, 4 xi lanh, bố trí thẳng hàng
- Thứ tự làm việc 1-3-4-2
- Bơm cao áp kiểu DEF4BS 804/S
10 Hộp số cơ khí: 3 trục, 5 số tiến, 1 số lùi.
- Tỷ số truyền số 1: i
h1
8,62
- Tỷ số truyền số 2: i
h2
4,56
- Tỷ số truyền số 3: i
h3
2,62
- Tỷ số truyền số 4: i
h4
1,59
- Tỷ số truyền số 5: i
h5

1
- Tỷ số truyền số lùi: i
hlùi
6,38
11 Chiều dài toàn bộ xe 6.480 mm
12 Chiều dài cơ sở: L
0
3.200 mm
13 Chiều cao xe 2.600 mm
14 Chiều rộng xe 2.500 mm
- Chiều rộng cơ sở: B 1.760 mm
- Khoảng cách giữa 2 tâm trụ quay đứng 1.500 mm
15 Chiều dài đòn bên 200 mm
16 Chiều dài đòn kéo ngang 1.376 mm
17 Chiều dài đòn kéo dọc (L
d
) 780 mm
18 Chiều dài đòn quay ngang 220 mm
19 Chiều dài đòn quay đứng 210 mm
20 Bán kính vành tay lái 250 mm
21 Ký hiệu lốp 9,00-20 in
2
Chơng I
Tổng quan về hệ thống lái
1. Công dụng - yêu cầu - phân loại
1.1. Công dụng
Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hớng chuyển động học giữ
cho ô tô chuyển động theo một hớng nhất định nào đấy, thông qua các bộ
phận dẫn động của hệ thống lái.
1.2. Yêu cầu

Hệ thống lái phải đảm bảo:
- Quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một
diện tích hẹp.
- Lái nhẹ nhàng và tiện lợi.
- Động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trợt lê khi
quay vòng.
- Tránh đợc các va đập từ bánh xe dẫn hớng truyền lên vành tay lái. Giữ
đợc chuyển động thẳng ổn định của ô tô.
- Có giá thành hạ, độ bền cao, thuận lợi trong sử dụng, bảo dỡng và
sửa chữa.
1.3. Phân loại
Hệ thống lái đợc phân theo các loại sau:
1.3.1. Theo đặc điểm vị trí vành tay lái
Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên phải hoặc bên trái (theo
chiều chuyển động của ô tô). Vành tay lái bố trí bên trái dùng cho những
nớc thừa nhận luật đi đờng theo phía phải nh ở Việt Nam và các nớc xã
hội chủ nghĩa. Vành tay lái bố trí bên phải dùng cho các nớc thừa nhận
luật đi đờng theo phía trái nh ở Anh, Nhật, Thụy Điển
1.3.2. Theo số lợng cầu dẫn hớng
Hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở cầu trớc, ở cầu sau và ở tất
cả các cầu.
1.3.3. Theo đặc điểm kết cấu của cơ cấu lái
Cơ cấu lái loại trục vít cung răng
- Loại cung răng đặt ở giữa
3
- Loại cung răng đặt ở bên
Cơ cấu lái loại trục vít con lăn
Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng
1.3.4. Theo phơng pháp trợ lực
- Loại cờng hoá bằng thuỷ lực

- Loại cờng hoá bằng khí nén
- Loại cờng hoá bằng điện
2. Đặc điểm kết cấu một số cơ cấu lái
2.1. Cơ cấu lái loại trục vít êcubi - thanh răng - cung răng
- Ưu điểm của loại này là: Trục vít ăn khớp với êcu, thông qua các
viên bi, do vậy giảm nhiều lực ma sát song không cho phép điều chỉnh để
tránh mòn. Cần phải sử dụng vật liệu có độ bền mòn cao và nhiệt luyện
tốt. Đai ốc đồng thời là thanh răng ăn khớp với cung răng, do đó răng
trên thanh răng có độ rộng thay đổi để có thể điều chỉnh khi bị mòn.
Tỷ số truyền không đổi và đợc tính nh sau:
i
ccl
=
t
r.2
0

Trong đó: t - Bớc răng của trục vít
r
0
- Bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng
i
c
- Tỷ số truyền cơ cấu lái
Hiệu suất của cơ cấu lái tơng đối cao (0,75 ữ 0,85) cơ cấu lái loại
này nhỏ gọn cho phép có tỷ số truyền lớn. Rất thuận tiện cho việc kết
hợp với hệ thống trợ lực thuỷ lực.
- Nhợc điểm: là cơ cấu lái phức tạp, nhiều chi tiết, giá thành cao.
4

Hình 1.1 Cơ cấu lái trục vít êcubi - thanh răng - cung răng
2.2. Cơ cấu lái loại trục vít con lăn
Loại này có những đặc điểm sau:
- Nhờ trục vít có dạng glôbôít cho nên mặc dù chiều dài trục vít
không lớn nhng sự tiếp xúc các răng ăn khớp đợc lâu hơn và trên diện
rộng hơn, nghĩa là giảm đợc áp suất riêng và tăng độ chống mòn.
- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc với nhau đợc phân tán, tuỳ
theo cỡ ô tô mà có thể chế tạo con lăn có hai hoặc bốn vòng ren.
- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay ma sát trợt thành ma sát lăn.
- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp các bánh răng. Đờng trục
của con lăn nằm lệch với đờng trục của trục vít một đoạn = 5 ữ 7mm.
Điều này cho phép triệt tiêu sự hao mòn khi ăn khớp bằng cách điều
chỉnh khi sử dụng.
Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn tại vị trí trung gian xác định
theo công thức:
i
c
=
1
2
z.t
r.2

Trong đó:
r
2
- Bán kính vòng tròn ban đầu của hình glôbôít của trục vít.
t - Bớc của trục vít
z
1

- Số đờng ren của trục vít
5
Tỷ số truyền của cơ cấu lái i
c
sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa
khoảng (5 ữ 7%) nhng sự tăng này không đáng kể, có thể bỏ qua và coi
nh tỷ số truyền không đổi.
Hiệu suất thuận
th
= 0,65 và hiệu suất nghịch
ng
= 0,5. Cơ cấu lái
này đợc dùng rộng rãi trên các ô tô các cỡ khác nhau nh: Pô-đê-đa, ZIM,
ZIC 110, GAZ 51, GAZ - 53, ZIL 150
2.3. Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Loại này có u điểm là: Có thể có tỷ số truyền thay đổi theo quy
luật nào đấy.
Nếu bớc của trục vít là t không đổi thì tỉ số truyền đợc xác định
theo công thức:
i
c
=
.t
r.2
2

. cos
Trong đó: - góc quay của đòn quay đứng
r
2

- Bán kính đòn quay
6
Hình 1.2
Cơ cấu lái trục vít con lăn
A
A
A-A
B
Nhìn theo B
1
1
2
1
3
1
Hiệu suất thuận và nghịch của cơ cấu này vào khoảng 0,7. Cơ cấu
này đợc dùng hầu hết ở hệ thống lái không có cờng hoá, nó đợc dùng chủ
yếu trên ôtô tải và khách.
2.4. Cơ cấu lái loại liên hợp
Thờng dùng nhất là loại trục vít - êcu - thanh khía - cung răng. Sự
nối tiếp giữa trục vít và êcu bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít. Nhờ
có dãy bi mà trục vít ăn khớp với êcu theo kiểu ma sát lăn. Tỉ số truyền
của cơ cấu này không đổi và đợc xác định theo công thức:
i
c
=
.t
r.2
0

Trong đó: r
0
- Bán kính ban đầu của cung răng
t - Bớc của trục vít
Hiệu suất thuận khoảng 0,7, hiệu suất nghịch khoảng 0,85. Do hiệu
suất nghịch của cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trên đờng mấp
mô sẽ nặng nhọc, nhng nó có khả năng làm cho ô tô chạy ổn định ở hớng
thẳng nếu vì một nguyên nhân nào đấy làm bánh xe quay vòng khỏi vị trí
trung gian.
Cơ cấu lái loại liên hợp có đặc điểm nổi bật là có khả năng làm
việc dự trữ rất lớn. Vì vậy nó đợc dùng trên ô tô cỡ lớn nh KPA - 255,
MA - 500, EAZ - 540, trên ô tô - 130, - 131.
7
Hình 1.3
Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Hình 1.4
Cơ cấu lái loại liên hợp
3. Dẫn động lái
Dẫn động lái bao gồm tất cả các chi tiết của hệ thống lái. Dẫn
động lái gồm hệ thống các đòn để truyền lực từ cơ cấu lái đến cam quay
bánh xe, đồng thời đảm bảo cho các bánh xe của ô tô quay vòng với
động học đúng.
Bộ phận quan trọng của dẫn động lái là hình thang lái. Hình thang
lái làm nhiệm vụ đảm bảo động học cho các bánh xe dẫn hớng của ô tô,
với mục đích làm cho các lốp xe khỏi bị trợt lê khi lái, do đó hạn chế đợc
hao mòn lốp. Ngoài ra kết cấu của hình thang lái còn phải phù hợp với
bộ phận dẫn hớng của hệ thống treo, để khi bánh xe dao động thẳng
đứng thì không ảnh hởng tới động học của dẫn động lái.
3.1. Dẫn động lái cho dầm cầu cứng (ô tô có hệ thống treo phụ
thuộc)

Dẫn động lái cho dầm cầu cứng bao gồm cụm chi tiết: vành tay lái,
trục lái, đòn quay đứng, đòn quay ngang của cơ cấu hình thang lái. Hình
thang lái có dạng liền, là cơ cấu 4 khâu, hay gọi là hình thang lái đan tô.
1. Vành tay lái
2. Trục lái
3. Cơ cấu lái
4. Đòn quay đứng
5. Đòn kéo dọc
6. Đòn bên
7. Đòn quay ngang
8. Dầm cầu dẫn hớng
8
9. Bánh xe dẫn hớng
10. Các khớp cầu
Hình 1.5 Dẫn động lái cho dầm cầu cứng
3.2. Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập
Đặc điểm kết cấu loại này là: dẫn động lái có đòn ngang của hình
thang lái ở dạng cắt, đợc chia ra làm 2 hoặc nhiều phần liên kết với nhau
bằng các khớp cầu. Các kiểu bố trí dẫn động đợc phân ra thành hai loại
sau:
- Loại 1: Đợc bố trí sau cơ cấu lái có chuyển động quay (thể hiện
trên hình vẽ 1.6). Với kết cấu này, các khớp bắt lên khung hoặc thân xe có
dạng trục, các khớp này nối với bánh xe nhằm tạo nên các chuyển vị phù
hợp giữa hệ thống lái và hệ thống treo. Tuỳ theo cách bố trí chung các đòn
ngang và cơ cấu lái nằm trớc hoặc sau đờng tâm của trục cầu trớc.
Hình 1.6. Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập
với cơ cấu lái có chuyển động quay
- Loại 2: Đợc bố trí sau cơ cấu lái có chuyển động tịnh tiến. (Thể
hiện trên hình vẽ 1.7) loại này bố trí kiểu cơ cấu lái - thanh răng bánh
răng. Thanh răng có thể (hoặc không) là một khâu của đòn ngang và đợc

bố trí cùng cơ cấu lái trên khung xe.
Các cơ cấu dẫn động lái đều có đòn ngang nhằm làm nhiệm vụ dẫn
động lái, đồng thời làm cơ cấu điều chỉnh độ chụm của bánh xe dẫn h-
ớng.
9
Hình 1.7. Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập
với cơ cấu lái có chuyển động tịnh tiến
4. Trợ lực lái
Khi điều khiển ô tô nhất là với xe có tải trọng lớn và có nhiều cầu
thì cần phải có một lực lớn tác dụng lên vành tay lái. Trong những trờng
hợp ô tô hoạt động ở địa hình xấu, khi áp suất khí trong lốp không đủ
hoặc xe bị h hỏng, thì việc điều khiển ô tô càng trở nên khó khăn và nặng
nề hơn. Song nếu trong điều kiện đó có bố trí trợ lực lái thì việc điều
khiển ô tô sẽ nhẹ nhàng hơn, dễ dàng hơn và đặc biệt là làm tăng độ an
toàn khi chuyển động. Ngày nay trợ lực lái đợc sử dụng ngày càng rộng
rãi trên các loại xe tải, xe du lịch, xe ca
4.1. Tác dụng của trợ lực lái
- Làm giảm các va đập do đờng không bằng phẳng và đồng thời
tránh va đập lên vành tay lái.
- Rút ngắn thời gian quay vòng, giảm nhẹ lao động của ngời lái.
- Trợ lực lái có tác dụng cao đặc biệt là tính chất tuỳ động (chép
hình) kích thớc và khối lợng nhỏ gọn, tốc độ tác động cao, đóng vai trò
nh là một bộ giảm chấn để giảm va đập từ mặt đờng tác động vào hệ
thống lái.
- Cho phép giữ đợc hớng chuyển động xác định của xe trong trờng
hợp bị vỡ lốp.
* Khi thiết kế bộ trợ lực lái phải thoả mãn yêu cầu sau:
- Nếu hỏng bộ trợ lực thì hệ thống lái vẫn làm việc đợc.
- Bộ trợ lực chỉ làm việc ở một giá trị mômen cản quay vòng nhất
định (tức là không bắt đầu từ 0) để tránh tự trợ lực.

- Không tăng độ rơ vành tay lái so với tiêu chuẩn quy định.
- Giữ đợc cảm giác mặt đờng, đảm bảo đợc tính tuỳ động của hệ
thống, có độ nhạy cao, làm việc ổn định.
4.2. Phân loại hệ thống lái
Các loại trợ lực lái hiện nay gồm:
- Trợ lực khí nén
- Trợ lực thuỷ lực
- Trợ lực điện
10
- Trợ lực kết hợp
Hiện nay chủ yếu sử dụng hai loại trợ lực cơ bản là: khí nén và
thuỷ lực. So với trợ lực lái khí nén thì trợ lực lái thuỷ lực có rất nhiều u
điểm. Vì vậy, loại này đang đợc sử dụng rộng rãi trên nhiều loại ô tô.
4.3. Các bộ phận chính của hệ thống lái có trợ lực
- Nguồn năng lợng
Nguồn năng lợng thờng là bơm dầu cùng bình chứa dầu hoặc máy
nén khí và các bình chứa khí nén. Nguồn năng lợng, bảo đảm cung cấp
dầu hoặc khí nén có áp suất cao trong toàn bộ quá trình làm việc của
động cơ. Ngoài ra còn có các bộ phận khác nh bầu lọc, van an toàn
- Bộ phận phân phối, bộ phận này thờng là van phân phối kiểu tuỳ
động nhằm đảm bảo điều kiện cung cấp năng lợng (gồm dầu hoặc khí
nén) tới cơ cấu sinh lực để thực hiện quay các bánh xe dẫn hớng theo góc
quay vành tay lái.
- Cơ cấu sinh lực thờng là xi lanh lực nhằm tạo nên lực cần thiết để
quay các bánh xe dẫn hớng.
Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống lái có trợ lực trên ô tô
11
Nguồn năng l ợng
Bộ phận phân phối Cơ cấu sinh lực
Điều

khiển
Đối t ợng
điều khiển
Liên hệ phản hồi
Chơng II
Kiểm nghiệm hệ thống lái xe IFA - W50
1. Hệ thống lái xe IFA - W50
Để tính toán thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe IFA - W50, trớc
tiên ta tìm hiểu hệ thống lái của xe IFA - W50.
Hình 2.1 Sơ dồ hệ thống lái của xe IFA - W50
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
9. Dầm cầu trớc
10. Bánh xe dẫn hớng
12
1.1. Đặc điểm
Hệ thống lái lắp trên xe IFA - W50 là hệ thống lái cơ khí, không
có cờng hoá lái. Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn 3 răng, tỉ số truyền
i
c
=23,4.
Dẫn động lái gồm: Đòn quay đứng, đòn kéo dọc, đòn quay
ngang.
Hình thang lái gồm có: Dầm cầu trớc, đòn kéo ngang và đòn bên,

các chi tiết liên hệ với nhau thông qua các khớp cầu.
1.2. 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, hoặc trục vít con lăn 2 răng.
- Khe hở giữa trục vít và con lăn nhỏ nhất khi xe đi thẳng nên
khắc phục đợc hiện tợng kẹt răng.
- Hiệu suất của bộ truyền:
t
>
n


t
- Hiệu suất từ vành tay lái tới bánh xe dẫn hớng, = 0,72

n
- Hiệu suất truyền ngợc từ bánh xe dẫn hớng lên vành tay lái,

n
= 0,55.
Do vậy giảm đợc va đập từ mặt đờng lên vành tay 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 đ-
ợc độ rơ vành tay lái.
1.3. 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 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,
vành tay lái bị rung lắc mạnh khi xe đi vào đờng xấu
2. 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 thanh 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
13
tròn đồng tâm. Do đó cơ cấu hình thang lái sẽ giải quyết tốt những yêu
cầu trên.
2.1. Quan hệ lý thuyết của góc quay bánh xe trong và ngoài
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:
cotg - cotg =
L
B
0
(2.1)
Trong đó: - Góc quay bánh xe dẫn hớng bên ngoài
- Góc quay bánh xe dẫn hớng bên trong
B
0
-Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng,
B
0
=1.500mm
L - Chiều dài cơ sở, L = 3.200mm
Cho từ 0
o
ữ 40
o

ta lần lợt tính đợc giá trị

của bánh xe dẫn h-
ớng ngoài.
Giá trị của đợc xác định bởi biểu thức:
14
Hình 2.2 Sơ đồ động học quay vòng của ôtô
có hai bánh dẫn hớng phía trớc.





R
s




L
B
0
= arctg
L
B
gcot
1
0
+

(2.2)
Từ đó ta lập đợc bảng đặc tính lý thuyết sau:
(độ)
0 5 10 15 20 25 30 35 40
(độ)
0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,941 24,436 27,797 31,06
2.2. Xây dựng đờng đặc tính thực tế và tính toán hình thang lái
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 2.3 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:
= + arctg









++
++

+
+
)sin( 2
)sin(sin2sin2
arcsin
)sin(.
)cos(
0
22
0
0
2
0
0




mBmB
BmBm
mB
m
(2.3)
Trong đó:
- Góc quay của bánh xe dẫn hớng phía ngoài
- Góc quay bánh xe dẫn hớng phía trong
- góc nghiêng đòn bên của hình thang lái
m- Chiều dài đòn bên

B
0
- Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng
* Các bớc tiến hành xây dựng đờng đặc tính thực tế
15
L
B
m
n


Chọn sơ bộ chiều dài đòn bên hình thang lái: m = 200mm, m th-
ờng chọn theo kinh nghiệm: m = (0,11 ữ 0,16)B
0
với m = 0,135B
0
. Nh
vậy là thoả mãn điều kiện trên.
Tính sơ bộ theo công thức:
cotg (90
o
- ) =
0
0
L.X.2
B
(2.4)
với X = 0,7
= 90
o

- arctg [1,4
L
B
0
]
Thay giá trị vào công thức ta có:
= 90
o
- arctg [1,4
3200
1500
] = 19
o
Chọn trong khoảng 17
o
ữ 20
o
vào công thức (2.3). Nh vậy cứ
ứng với một giá trị của ta tìm đợc một loạt giá trị tơng ứng của theo
chọn trớc. Từ đó ta có bảng giá trị sau:
Bảng 1: ứng với
1
= 17
o
(độ)
0 5 10 15 20 25 30 35 40

lt
(độ)
0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,942 24,436 27,797 31,06

t
(độ)
0 4,8597 9,445 13,764 17,811 21,5732 25,0328 28,1633 30,9336
(
lt
-
t
)
0 - 0,0557 - 0,23 - 0,373 - 0,538 - 0,6312 - 0,5968 - 0,3663 0,1264
Bảng 2: ứng với
2
= 18
o
(độ)
0 5 10 15 20 25 30 35 40

lt
(độ)
0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,942 24,436 27,797 31,06

t
(độ)
0 4,8495 9,4092 13,686 17,677 21,3702 24,7468 27,782 30,4454
(
lt
-
t
)
0 - 0,0455 - 0,1942 - 0,295 - 0,44 - 0,4282 - 0,3108 0,015 0,6146

Bảng 3: ứng với
3
= 19
o
(độ)
0 5 10 15 20 25 30 35 40

lt
(độ)
0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,942 24,436 27,797 31,06

t
(độ)
0 4,8401 9,3731 13,608 17,5427 21,166 24,461 27,4012 29,959
(
lt
-
t
)
0 - 0,0361 - 0,1221 - 0,217 - 0,2697 - 0,224 - 0,025 0,3958 1,101
Bảng 4: ứng với
4
= 20
o
16
(độ)
0 5 10 15 20 25 30 35 40

lt
(độ)

0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,942 24,436 27,797 31,06

t
(độ)
0 4,83046 9,3366 13,4352 17,407 20,9613 24,1735 27,021 29,475
(
lt
-
t
)
0 -0,02646
- 0,0856 - 0,0442 - 0,137 - 0,0193 0,2625 0,776 1,585
Từ công thức (2.2) 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. Đồ thị đặc tính động học hình thang lái
17
Từ bảng số liệu và đồ thị ta có nhận xét sau:
Ta thấy ứng với = 18
o
thì giá trị
t
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
-
t
) 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.
* Tính chiều dài đòn kéo ngang hình thang lái:
Từ công thức: = arcsin







m2
nB
0
Với : n - Chiều dài đòn kéo ngang hình thang lái

Vậy n = B
0
- 2m . sin
Trong đó: = 18
o
; B
0
= 1500mm; m = 200mm
Ta có: n = 1500 - 2.200.sin 18
o
= 1376,4mm
Vậy ta lấy chiều dài đòn kéo ngang hình thang lái: n = 1376mm.
3. kiểm nghiệm Động lực học
Việc tính toán động lực học là nhằm mục đích phân phối tỉ số
truyền của cơ cấu lái, làm tăng độ tin cậy cho ôtô khi tham gia giao
thông đồng thời làm phù hợp với tốc độ của ôtô.
3.1. Tính mô men 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. Mô men cản quay vòng lớn
nhất khi xe chạy trên đờng xấu, mặt đờng nghiêng hoặc xe quay vòng
tại chỗ.
Mô men cản quay vòng đợc xác định theo công thức:
M
c
= (M
1
+ M
2
+ M
3

)

1
(2.4)
Trong đó: M
C
- Mômen cản quay vòng tổng cộng
M
1
- Mômen cản quay vòng do lực cản lăn gây ra
M
2
- Mô men cản quay vòng khi có lực ngang Y
M
3
- Mômen ổ định gây lên bởi độ nghiêng ngang
18
của trụ quay đứng.
3.1.1. 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 lên 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 trí số nó đợc xác định bằng công thức sau:
M
1
= G

bx
. f . e (2.5)
Trong đó:
G
bx
- tải trọng thẳng đứng tác dụng lên 1 bánh xe dẫn
hớng
G
bx
=
2
3400
2
1
=
G
= 1.700KG
f- hệ số cản lăn, chọn f = 0,02
e- Cánh tay đòn lăn của bánh xe dẫn hớng,
e = 130mm = 0,13m
Vậy ta có: M
1
= 1.700 . 0,02 . 0,13 = 4,42 KGm
3.1.2. Xác định mô men 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 x thừa nhận bằng 1/4 chiều dài vết tiếp xúc.
Vậy ta có công thức sau:

x = 0,5
2
bx
2
Rr
(2.6)
Trong đó:
19
Hình 2.5
Sơ đồ đặt bánh xe dẫn h ớng


r
a
B
B
t
r - bán kính tự do của bánh xe, r = 466mm
R
bx
- bán kính làm việc của bánh xe
R
bx
= . R
0
Với : - Hệ số biến dạng lốp, chọn = 0,93
R
0
- Với lốp áp suất thấp
R

0
=






+
2
d
B
Vậy ta có:
R
bx
= 0,93
4,25.
2
20
9






+
= 449mm = 0,449m
Thay các giá trị vào công thức (2.6) ta có:
X = 0,5 .

22
449466
= 62,3 mm
Vậy mômen cản M
2
dobánh xe trợt lê đợc tính theo công thức:
M
2
= G
bx
.
Y
. x (2.7)
Trong đó:

Y
- Hệ số bám ngang, chọn
Y
= 0,7
Vậy ta có:
M
2
= 1700 . 0,7 . 0,0623 = 74,14 KGm
Để làm ổn định các bánh xe dẫn hớng ngời ta làm các góc đặt bánh xe:
20
x
0
r
bx
r

Y
Hình 2.6
Sơ đồ lực ngang tác dụng
lên bánh xe khi xe quay vòng.
- Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe.
- Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe.
- Góc chụm của bánh xe dẫn hớng.
- Góc nghiêng của bánh xe dẫn hớng.
Tất cả các góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhng chúng làm
xuất hiện mômen cản M
3
. Trong tính toán giá trị mômen cản M
3
đợc kể
đến bởi hệ số .
Nh vậy, tổng mô men quay vòng của bánh xe dẫn hớng đợc xác
định bằng công thức:
M
c
=


).(2
21
MM +
(2.8)
Trong đó:
- hệ số tính đến ảnh hởng của M
3
do đầu trớc của ôtô bị nâng lên

khi lái, = 1,07 ữ 1,15. Ta chọn = 1,08
- Hiệu suất tính đến tiêu hao do ma sát ở cam quay và các khớp
nối trong chuyển động lái, với xe thiết kế có một cầu dẫn hớng ở phía
trớc, = 0,05 ữ 0,70. Ta chọn = 0,70.
Thay toàn bộ các giá trị trên vào công thức (2.8) tacó:
M
c
=
70,0
08,1).17,7442,4(2
+
= 242,2 KGm
Vậy M
c
= 242,2 KGm.
3.2. Tính mô men cản quy dẫn tới vành tay lái
M
CVL
=

.i
M
i
C
(2.9)
Trong đó:
M
CVL
- Mômen cản lớn nhất quy dẫn về vành tay lái
i

i
- Tỷ số truyền của dẫn động lái
i
i
= i
cc
. i
d
Với : i
cc
- Tỷ số truyền cơ cấu lái, i
cc
= 23,4
i
d
- Tỷ số truyền của dẫn động lái
21
i
d
=
210
220
L
L
n
d
=
= 0,95
L
đ

- Chiều dài đòn quay đứng, L
đ
= 210mm
L
n
- Chiều dài đòn quay ngang, L
n
= 220mm
- Hiệu suất truyền của cơ cấu lái: chọn = 0,72 .
Thay giá trị vào công thức (2.9), ta có:
M
CVL
=
72,0.95,0.4,23
2,242
.i.i
M
dcc
C
=

= 15,13 KGm
Vậy M
CVL
= 15,13 KGm
* Lực tác dụng lớn nhất của ngời lái lên vành tay lái khi cha có c-
ờng hoá:
P
VLmax
=

VL
CVL
R
M
(2.10)
Với: R
VL
- Bán kính vành tay lái: R
VL
= 0,25m
M
CVL
= 15,13 KGm
Vậy ta có: P
VLmax
=
25,0
13,15
=
VL
CVL
R
M
= 60,52 KG
Nh vậy lực của ngời lái tác dụng lên vành tay lái để điều khiển xe
là rất lớn, sẽ gây mệt mỏi cho ngời lái. Vì vậy để khắc phục nhợc điểm
trên cần thiết phải cải tiến hệ thống lái cơ khí thành hệ thống lái có c-
ờng hoá. Nhằm mục đích để giảm sức lao động nặng nhọc cho ngời lái
xe, đồng thời tăng sức cơ động của ô tô đảm bảo an toàn khi chuyển
động.

4. Kiểm tra bền hệ thống lái
Hệ thống lái của xe IFA-W50 sau khi đã đợc cải tiến có trợ lực do
đó lực tác dụng lên vành tay lái sẽ nhỏ. Tải trọng tác dụng lên cơ cấu
lái cũng giảm. Song khi kiểm tra bền hệ thống lái ta vẫn xét trong trờng
hợp khi cờng hoá không làm việc.
Do cờng hoá lái không làm việc nên lực tác dụng trên vành tay lái
(P
VL
) khi quay vòng lớn nhất là 60,52KG. Ngoài ra, còn có lực ma sát
giữa piston và vỏ xi lanh lực, lực ép dầu trong hai khoang của xi lanh
lực. Do có thêm các lực này, nên lực tác dụng lên vành tay lái sẽ tăng
lên.
P
*
VL
= P
VL
+ P'
VL
= P
VL
(2.11)
22
Trong đó:
P
*
VL
-Lực tác dụng lên vành tay lái khi cờng hóa không làm việc.
P
VL

- Lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cờng hoá
P'
VL
- Lực để thắng cản ma sát và lực ép dầu tuần hoàn trong 2
khoang của xi lanh lực.
- Hệ số tăng tải của hệ thống lái khi cờng hoá không làm việc,
chọn = 1,05.
Khi đó ta có: P
*
VL
= 1,05 . 60,52 = 63,55 KG
Nh vậy, khi kiểm tra bền hệ thống lái ta lấy lực cực đại tác dụng
lên vành tay lái là P
VL
= 63, 55KG.
4.1. Kiểm bền cơ cấu lái
Cơ cấu lái xe IFA - W50 là cơ cấu lái loại trục vít - con lăn 2
răng, khi làm việc các răng của trục vít và con lăn tiếp xúc với nhau. Vì
vậy ta kiểm nghiệm bền cơ cấu lái theo:
- ứng suất chèn dập răng trục vít và răng con lăn.
- ứng suất uốn răng trục vít
4.1.1. Tính ứng suất chèn dập răng trục vít và con lăn
Hình 2.7 Sơ đồ tính diện tích tiếp xúc
của cơ cấu lái trục vít con lăn
ứng suất chèn dập răng trục vít đợc tính theo công thức:

chd
=
F
T

(2.12)
Trong đó:
T- Lực chiều trục tác dụng lên răng trục vít, xác định theo công
thức: T =

tg.r
R.P
1
VLVL
(2.13)
23
2
1


2
1
r
2
r
1
Với:
P
VL
- Lực tác dụng lớn nhất lên vành tay lái P
vl
= 63,55 KG
R
VL
- Bán kính vành tay lái R

VL
= 250mm
r
1
- Bán kính vòng chia trục vít r
1
= 32,4mm
- Góc nâng của đờng ren trục vít r
1
= 32,4mm
= arctg(
1
1
q
Z
) (2.14)
Với:
Z
1
- Mối ren của của trục vít Z
1
= 1
q
1
- Hệ số đờng kính trục vít
q =
m
d
1
d

1
- Đờng kính trung bình của trục vít d
1
= 67,3mm
m - Môđun răng trục vít m = 6,3
q =
3,6
3,67
m
d
1
=
= 10,68
ở đây q đợc lấy theo tiêu chuẩn hoá và lấy theo m. Tra bảng có
q= 10.
Do đó ta có: = arctg






10
1
= 5
o
71'
Thay số vào biểu thức (2.13) ta có:
T =
'715tg.4,32

250.55,63
o
= 4904 KG
F - Diện tích tiếp xúc giữa trục vít với con lăn, coi nh tải trọng
tác dụng lên một đờng ren con lăn. Ta có công thức tính nh sau:
F = (
1
- sin
1
)r
1
2
+ (
2
- sin
2
)r
2
2
(2.14)
Trong đó:

1
- Góc của cung tiếp xúc giữa trục vít và con lăn.

1
= 70
o
= 1,22 rad

2
- Góc nâng của cung tiếp xúc giữa con lăn và trục vít

2
= 84
o
= 1,47 rad
r
1
, r
2
- Bán kính vòng chia của răng trục vít và con lăn
24
r
1
= 32,4mm r
2
= 27,6mm
Thay số vào biểu thức (2.14) ta có:
F = (1,22 - sin 70
o
) 32,4
2
+ (1,47 - sin 84
o
) 27,6
2
= 656,5 mm
2
F = 656,5mm

2
= 6,656cm
2
Thay số vào biểu thức (2.12) ta có:

chd
=
F
T
=
565,6
4904
= 746,99 KG/cm
2
Con lăn đợc chế tạo bằng thép 30XH3A, 20XH, 12 XNA. Trục
vít đợc chế tạo bằng thép 30X, 35XH có ứng suất chèn dập cho phép
là:
[
chd
] = 700 - 800 KG/cm
2
Nh vậy kết quả ta tính đợc:
chd
= 746,99 Kg/cm
2
< [
chd
]
Do đó trục vít và con lăn đủ bền.
4.1.2. Tính ứng suất uốn con lăn

ứng suất uốn con lăn đợc xác định theo công thức:

u
=
k
2
H2
Y.m.q.3,1
K.P
(2.15)
Trong đó:
P
2
- Lực vòng sinh ra trên con lăn
P
2
=
2
ccVLVL
2
2
d
i.R.P.2
d
M2
=
(2.16)
Với : d
2
- đờng kính vòng chia con lăn, d

2
= 52,8mm
Thay số vào công thức (2.16) ta có-
P
2
=
8,52
4,23.250.55,63.2
= 14082 KG
K
H
- Hệ số tải trọng
K
H
= K
H

. K
HV
(2.17)
Với :
K
H

- Hệ số phân bố tải trọng không đều trên chiều rộng vành
răng:
K
H

= 1 +















max2
m2
3
2
T
T
1.
Z

(2.18)
25