thiết kế hệ thống lái có cường hoá cho xe du lịch

Lời nói đầu
=== ===
Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kinh tế quốc dân đòi hỏi cần chuyên
chở khối lợng hàng hoá và hành khách. Tính cơ động cao, tính việt dã và khả
năng hoạt động trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ôtô trở thành một
trong những phơng tiện chủ yếu để chuyên chở những hàng hoá và hành khách.
Cùng với sự phát triển của ngành khoa học và kỹ thuật khác, ngành sản xuất
chế tạo ôtô trên thế giới cũng ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn đáp ứng
khả năng vận chuyển, tốc độ, an toàn cũng nh đạt hiệu quả kinh tế cao. Chủng
loại xe cũng ngày càng phong phú.
Hyundai là một hãng xe lớn của Hàn Quốc họ cho ra đời rất nhiều chủng loại
xe và xuất sang các nớc khác trong đó có Việt Nam. Họ xuất sang ta chủ yếu là
các loại xe tải nhỏ vừa và lớn. Các loại xe này có giá thành thấp và phù hợp với
địa hình nớc ta. Một số loại xe tải lớn đã có thiết kế bộ trợ lực lái tuy nhiên các
loại xe tải nhỏ nh loại 2,5 tấn thì cha có do vậy để giảm bớt nặng nhọc cho ngời
lái thì yêu cầu đề ra là phải thiết kế bộ trợ lực lái cho các loại xe này và đó cũng
chính là nội dung đồ án em đợc giao.
Thiết kế hệ thống lái có cờng hoá cho xe du lịch
Chơng I
Giới thiệu tổng quan về hệ thống lái
1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu
1.1.1. Công dụng
1
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hớng chuyển động nhờ quay các bánh
xe dẫn hớng cũng nh để giữ hớng chuyển động thẳng hay chuyển động cong của
ôtô khi cần thiết.
1.1.2. Phân loại
Theo bố trí bánh lái chia ra hệ thống lái với bánh lái bố trí bên phải hoặc
bên trái (tính theo chiều chuyển động của xe). Bánh lái bố trí bên trái dùng cho
những nớc thừa nhận luật đi đờng theo phía phải nh ở các nớc xã hội chủ nghĩa.
Bánh lái bố trí bên phải dùng cho những nớc thừa nhận luật đi đờng theo phía

bên trái nh ở Anh, Nhật, Thụy Điển
Theo số lợng bánh dẫn hớng chia ra hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở
cầu trớc, ở hai cầu và ở tất cả các cầu.
Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra loại trục vít loại liên hợp (gồm trục
vít, êcu, thanh khía, quạt răng). Loại thanh răng
Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cờng hóa chia ra loại cờng
hóa thuỷ lực, loại cờng hoá khí nén, loại cờng hoá liên hợp (kết hợp cả thuỷ lực
và điện).
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:
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 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.
2
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. Tỷ số truyền hệ thống lái
1.2.1. Tỷ số truyền cơ cấu lái i
c

Tỷ số truyền cơ cấu lái i
c
là tỷ số giữa góc quay các phần tử tơng ứng của bánh
lái và góc quay của đòn quay đứng.
Tỷ số truyền i
c
có thể không đổi hoặc thay
đổi. Cơ cấu lái với tỷ số truyền thay đổi
trong giới hạn rộng đợc dùng trớc hết trong
hệ thống lái không có cờng hóa. Trong trờng
hợp này nên dùng qui luật thay đổi tỷ số
truyền nh trên hình 1.1.
Từ hình vẽ thấy rằng trong phạm vi góc
quay /2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái
có giá trị cực đại điều này đảm bảo chính
xác cao trong khi lái ôtô trên đờng thẳng
với tốc độ cao và làm nhẹ nhàng khi lái vì đa số thời gian lái là quay bánh 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 làm giảm ảnh hởng của những va đập từ
bánh dẫn hớng lên ngời lái.
Khi > /2 thì i
c
giảm rất nhanh ở hai phía rìa của đồ thị thì i
c
hầu nh không
thay đổi. ở đoạn này khi quay bánh lái một góc nhỏ thì có thể làm cho bánh dẫn
hớng quay một góc lớn nghĩa là làm cho khả năng uốn lợn của ôtô tốt hơn.
3
c
d

i
d




= =

(1
1)


: góc quay bánh lái


: góc quay đòn quay đứng
180360
540
720 180 360
540
720
5
10
15
20
25
Hình 1.1
Quy luật thay đổi tỷ số truyền
của cơ cấu lái i
c

thích hợp nhất.
1.2.2. 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 i
d
thay đổi không nhiều lắm.
i
d
= 0,9 ữ 1,2
1.2.3. Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái i
g
Là tỷ số của góc quay vành tay lái và góc quay của bánh xe dẫn hớng. Tỷ số
truyền này bằng tích số giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái i
c
và tỷ số truyền của dẫn
động lái i
d
.
i
g
= i
c
. i
d
(1 - 2)
1.2.4. 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 - 3)

,
c l
c l
M M
p p
c r
= =
(1 - 4)
Trong đó:
M
c
- 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.
M
l
- 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 - 5)
Bán kính vành tay lái ở da số ôtô hiện nay là 200 ữ 250mm và tỷ số truyền góc
i
g
không vợt quá 25 vì vậy i
l
không đợc lớn quá, i
l
hiện nay chọn trong khoảng từ
10 ữ 30.
4
1.2.5. 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.
1.2.6. 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. Đây là một tính chất rất quí của 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 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 đờng tác
dụng lên hệ thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái đợc thiết kế với
một hiệu suất nghịch nhất định.

1.3. Một số loại cơ cấu lái thờng dùng
Hiện nay cơ cấu lái thờng dùng trên ôtô có những loại: trục vít cung răng, trục
vít con lăn, trục vít chốt quay và loại liên hợp.
1.3.1 Cơ cấu lái trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này hiện nay đợc sử dụng rộng rãi nhất. Trên phần lớn các ôtô
Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này.
Trên hình 1.2 trình bày cơ cấu lái loại trục vít con lăn. Cơ cấu lái gồm trục vít
gơbôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba 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.
5
Hình 1.2
Cơ cấu lái trục vít con lăn
A
A
A-A
B
Nhìn theo B
1
1
2
1
3
1

Ưu điểm:
Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy 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 mài mòn.
Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc đợc phân tán tùy theo cỡ ôtô mà
làm con lăn có hai đến bốn vòng ren.
Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay đợc ma sát trợt bằng ma sát lăn.
Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa 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 ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá
trình sử dụng.
Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác
định theo công thức:

2
1
2. .
.
c
r
i
t z

=
(1 - 6)
Trong đó:
r
2

- bán kính vòng tròn ban đầu của hình glô-bô-it của trục vít.
t - bớc của trục vít.
6
z
1
- số đờng ren của truc vít.
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 coi nh tỷ số truyền của loại trục vít con
lăn là không thay đổi. Hiệu suất thuận
th
= 0,65, hiệu suất nghịch
ng
= 0,5.
1.3.2 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.


Ưu điểm:
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. Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay
giữa ngỗng và trục vít hay đòn quay và trục vít phát sinh ma sát trợt. Để tăng
hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt đợc
đặt trong ổ bi.
Nếu bớc của trục vít không đổi thì tỷ số truyền đợc xác định theo công thức:

7
Hình 1.3
Cơ cấu lái trục vít chốt quay

2
2. .
.
c
r
i Cos
t

=
(1 - 7)
Trong đó:
- góc quay của đòn quay đứng.
r
2
- bán kính đòn quay.
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7. Cơ
cấu lái này đợc dùng trớc hết ở hệ thống lái không có cờng hoá nó đợc dùng chủ
yếu cho ôtô tải và ôtô khách.
Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít đợc sử dụng
vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thân chốt có độ
chịu mài mòn kém.
Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay
đứng theo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái.
1.3.3 Cơ cấu lái trục vít cung răng
Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung
răng là hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đờng nên toàn bộ

chiều dài của cung răng đều truyền tải trọng. Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp
xúc, độ mòn của trục vít và cung răng đều giảm. Để đạt độ cứng vững tốt ngời ta
đặt trục đòn quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng.
Khe hở ăn khớp thay đổi từ 0,03mm (ở vị trí trung gian), 0,25 ữ 0,6mm ở vị
trí hai bên rìa. Điều chỉnh khe hở ăn khớp nhờ thay đổi chiều dày của đệm đồng
2. Khắc phục khoảng hở trong các ổ, thanh lăn nhờ giảm bớt các đệm điều chỉnh
1 từ nắp trên của vỏ.
8
Hình 1.4
Cơ cấu lái trục vít cung răng
Ưu điểm:
Cơ cấu lái trục vít cung răng có u điểm là giảm đợc trọng lợng và kích thớc
so với loại trục vít bánh răng. Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của cung răng
nên áp suất trên răng bé, giảm đợc ứng suất tiếp xúc và hao mòn.
Tuy nhiên loại này có nhợc điểm là có hiệu suất thấp.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng đợc xác định theo công thức:

0
2. .
c
r
i
t

=
(1 - 8)
Trong đó:
r
0
- bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng.

t - bớc trục vít.
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. Cơ cấu lái loại này có thể dùng trên
các loại ôtô khác nhau.
1.3.4. Cơ cấu lái loại liên hợp
Loại cơ cấu lái này gần đây đợc sử dụng rộng rãi trên các loại ôtô tải GMC,
không có cờng hoá thuỷ lực và trên ôtô ZIN - 130, ZIN - 131 với cờng hoá thuỷ
lực. Cơ cấu lái loại liên hợp hay dùng nhất là loại trục vít - êcu - 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.

9
Hình 1.5
Cơ cấu lái loại liên hợp
Tỷ số truyền của cơ cấu lái này có giá trị hkông đổi và đợc xác định theo công
thức:

0
2. .
c
r
i
t

=
(1 - 9)
Trong đó:
r
0
- bán kính ban đầu của cung răng.

t - bớc của trục vít.
Hiệu suất thuận vào khoảng 0,7 hiệu suất nghịch vào khoảng 0,85. Do hiệu
suất nghịch 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 ôtô chạy ổn định ở hớng thẳng nếu
vì một nguyên nhân nào đó làm bánh xe phải quay vòng.
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 chủ yếu trên các loại ôtô cỡ lớn.
1.4. Cờng hoá hệ thống lái
1.4.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại
a. Công dụng
Cờng hoá của hệ thống lái có tác dụng làm giảm nhẹ cờng độ lao động cho ng-
ời lái, giảm mệt mỏi khi xe chạy trên đờng dài. Ngoài ra cờng hoá lái còn nhằm
10
nâng cao an toàn chuyển động khi có sự cố lớn ở bánh xe (nổ lốp, hết khí nén
trong lốp ) và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành lái.
b. Yêu cầu
Cờng hoá hệ thống lái phải thoả mãn các yêu cầu sau:
Khi bộ cờng hoá hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc đợc tuy nhiên lái
nặng hơn.
Chỉ gài bộ cờng hoá khi lực cản quay vòng lớn, khi lực cản quay vòng bé
hệ thống lái làm việc nh bình thờng, tức là lúc ấy lực đặt lên vành lái đối với ôtô
du lịch P
1
= 10 ữ 20N, đối với ôtô tải P
1
= 30 ữ 40N.
Bộ cờng hoá phải giữ cho ngời lái có cảm giác sức cản trên mặt đờng khi
quay vòng, thời gian tổn hao để cờng hoá phải là tối thiểu và phải đảm bảo tỷ lệ
giữa lực tác dụng, góc quay trục vô lăng và góc quay bánh dẫn hớng.
Hệ thống lái có cờng hoá phải đảm bảo cho ngời lái giữ đợc hớng chuyển

động khi bánh xe đột ngột có sự cố( rơi vào hố sâu, nổ lốp, hết khí nén trong
lốp )
c. Phân loại
Các loại cờng hoá hệ thống lái hiện nay là:
Cờng hoá hệ thống lái bằng khí nén.
Cờng hoá hệ thống lái bằng thuỷ lực.
Cờng hoá hệ thống lái bằng cơ khí và bằng điện (hiện nay ít đợc sử
dụng).
1.4.2. Phân tích một số loại cờng hoá hệ thống lái
a. Hệ thống cờng hoá bằng khí nén
Loại hệ thống cờng hoá này dùng lực khí nén để tạo ra lực cờng hoá. Loại này
hiện nay trong nghành thiết kế va tính toán ôtô không còn dùng nữa.
b. Hệ thống cờng hoá bằng thuỷ lực
11
Cờng hoá lái loại thuỷ lực hiện nay đợc dùng nhiều trên các ôtô hiện đại vì nó
có những u điểm hơn so với hệ thống lái cờng hoá khí nén:
áp suất chất lỏng của hệ thống thuỷ lực lớn p = 6 ữ 10 MN/cm
2
nên giảm đợc kích thớc và trọng lợng xilanh lực, không ồn khi làm việc.
Tác dụng của bộ cờng hoá nhanh, thời gian chậm tác dụng của bộ
cờng hóa không quá 0,02 ữ 0,045 (s). Nhờ vậy đảm bảo tính năng làm việc tức
thời của bộ cờng hoá.
Giảm đợc va đập trong truyền dẫn thuỷ lực do mặt đờng không
bằng phẳng tác dụng lên vành lái. Hiệu suất làm việc của bộ cờng hoá thuỷ lực
cao.
Hệ thống lái cờng hoá thuỷ lực có bộ ăcqui áp suất
Nguyên lý làm việc:
Thùng chứa dầu 8 luôn thông với bơm dầu 9 qua van nghịch đảo 10 sẽ tạo
ra trên đờng ống 5 một áp suất qui định. áp suất này đợc giữ bởi ắcqui thuỷ lực
6.

Khi ôtô chuyển động thẳng, mặt đờng bằng, sức cản chuyển động nhỏ lực
đặt lên vành tay lái bé không quá 2,5KG và khi đó vành tay lái chỉ cần dao động
nhỏ quanh vị trí giữa nó làm cho con trợt 12 nằm ở vị trí trung gian và đóng hết
các cửa dầu từ đờng ống 5 vào trong van phân phối do vậy áp suất chất lỏng ở
hai phía của xilanh lực là cân bằng nhau. Lúc đó coi nh bộ cờng hoá không làm
việc.
Sơ đồ nguyên lý:

12
1
B
A
A
B
Hình 1.6
Sơ đồ c'ờng hoá hệ thống lái thuỷ lực có
bộ ắcquy áp suất
Xilanh lực.
Thanh kéo dọc.
Bánh xe dẫn h'ớng.
4,5,7,13,14 - ống dẫn dầu.
6- Bộ ắcqui áp suất.
8- Thùng chứa dầu.
9- Bơm dầu.
10 - Van nghịch đảo.
11- Vành tay lái.
12 - Con tr'ợt.
Khi quay vành lái 11 sang trái, con trợt 12 của cơ cấu phân phối sẽ đi xuống
vừa mở cửa khoang B cho dầu từ bơm dầu 9 đi vào vừa đóng cửa thông khoang
B với ống dẫn 4, mở cửa thông khoang A với bìng chứa 8. Dới áp suất lớn, dầu

từ ống dẫn 5 đi vào trong khoang B đẩy cần piston sinh lực về bên trái, dầu ở
buồng bên trái xilanh sinh lực qua ống dẫn 14 và 7 trở về thùng chứa. Nhờ vậy
bánh xe sẽ quay về bên trái đồng thời kéo thanh kéo 2 (2 làm nhiệm vụ liên hệ
ngợc) làm dịch chuyển vỏ cơ cấu phân phối về vị trí ban đầu so với con trợt do
đó làm dầu ngừng chảy vào xilanh lực 1, muốn quay bánh xe dẫn hớng một góc
lớn hơn cần tiếp tục quay vành lái 11.
Khi quay vành lái 11 sang phải, con trợt 12 của cơ cấu phân phối sẽ đi lên
làm, mở cửa khoang A thông với bơm dầu, đóng cửa thông khoang A với đờng
dẫn dầu 7, mở cửa thông khoang A với đờng dẫn dầu 4. Dới áp suất lớn, dầu từ
bơm 9 đi vào trong khoang A (van phân phối) đến khoang A (xilanh lực) đẩy
cần piston xilanh lực đi sang phải, do đó bánh xe dẫn hớng 3 sẽ quay về bên
phải. Dầu bên trái xilanh lực theo ống dẫn 13 và 4 trở về bình chứa 8.
Hệ thống cờng hoá lái thuỷ lực không có bộ ăcqui áp suất
Sơ đồ nguyên lý:

13
Xilanh lực.
Thanh kéo dọc.
Bánh xe dẫn h'ớng.
Con tr'ợt.
Bơm dầu.
Van đĩa.
Loxo định tâm.
Vành tay lái.
Đ'ờng dầu hồi.
10,11- Đ'ờng dầu.
Hình 1.7
Sơ đồ c'ờng hoá hệ thống lái thuỷ lực không
có bộ ắcquy áp suất
A

B
1
b
a
Trong trờng hợp này phần giữa của trụ phân phối 4 đợc giữ ở vị trí trung gian
nhờ sự tuần hoàn tự do của dòng chất lỏng. ở bộ phận phân phối thờng đặt loxo
15 cờng hoá chỉ bắt đầu làm việc khi nào lực tác dụng lên vành tay lái 8 đủ
thắng lực loxo 15. Khi tăng lực cản do quay vòng thì lực tác dụng lên bánh lái sẽ
không thay đổi. Để đảm bảo sự nhạy cảm đối với mặt đờng trong kết cấu có đặt
van đĩa 6 và buồng phản ứng nằm ngay sau van. Khi dịch chuyển trụ phân phối
4 về phía này hoặc về phía khác tơng đối với vỏ thì trụ phân phối phải thắng đợc
lực loxo 7 và áp lực của chất lỏng ở buồng phản ứng nằm sau van đĩa số 6.
Nguyên lý làm việc:
Khi đi thẳng con trợt ở vị trí trung gian nhờ sự tuần hoàn tự do của dòng chất
lỏng do vậy chất lỏng ở các khoang a và b thông nhau. Dầu từ bơm dầu 5 đi vào
trong khoang a và b. Một đờng dầu đi theo đờng dầu 10, 11 đến các khoang A,
B, áp suất trong cáckhoang và các đờng ống dẫn bằng nhau do đó hệ thống
không đợc cờng hoá.
Khi quay vòng sang phải con trợt 4 đi xuống, ở khoang a đờng dầu nạp đợc
mở, đờng dầu hồi thì đóng lại. Còn trong khoang b thì đờng ống nạp đóng lại, đ-
14
ờng dầu hồi đợc mở ra. Khi đó dầu từ bơm dầu 5 đi khoang a theo 10 đến buồng
A của xilanh sinh lực làm piston dịch chuyển sang phải, thông qua cơ cấu hình
thang lái làm cho bánh xe dẫn hớng phía bên phải quay về phía bên phải. Piston
đẩy dầu từ buồng B của cơ cấu xialnh sinh lực đi vào 11 vào khoang b trở về
bơm dầu 5.
Khi dừng đánh tay lái, con trợt 4 đứng yên nhng khi đó dầu vẫn tiếp tục đi vào
buồng A, kéo bánh xe dẫn hớng 3 tiếp tục đi sang phải, thông qua đòn liên kết 2
làm cho vỏ cơ cấu phân phối đi xuống, con trợt trở về vị trí trung gian kết thúc
quá trình cờng hoá. Đây là nguyên lý tuỳ động của hệ thống cờng hoá.

Khi quay vòng sang trái, con trợt 4 đi lên, ở khoang a đờng dầu ống nạp đóng
lại còn đờng dầu hồi đợc mở ra. Trong khoang b đờng dầu nạp đợc mở ra còn đ-
ờng dầu hồi đợc đóng lại. Dầu tờ bơm 5 đi vào khoang b theo 11 đi vào khoang
B của xilanh sinh lực làm cho piston dịch chuyển sang trái đẩy bánh xe dẫn h-
ớng 3 quay về bên trái, đồng thời thông qua hẹ thống hình thang lái sẽ kéo bánh
xe bên phải quay về phía bên trái. Piston đẩy dàu từ khoang A theo 10 trở về
khoang a theo đờng dầu hồi trở về bơm 5.
Khi dừng đánh tay lái, con trợt 4 đứng yên nhng khi đó dầu vẫn tiếp tục đi
vào buồng b, kéo bánh xe dẫn hớng 3 tiếp tục đi sang trái, thông qua đòn liên
kết 2 làm cho vỏ cơ cấu phân phối đi lên, con trợt sẽ trở về vị trí trung gian kết
thúc quá trình cờng hoá.
1.5. Tính ổn định của bánh xe dẫn hớng
Tính ổn định của các bánh xe dẫn hớng đợc hiểu là khả năng của chúng giữ đ-
ợc vị trí ban đầu ứng với vị trí khi xe chuyển động thẳng và tự quay trở về vị trí
này sau khi bị lệch. Nhờ có tính ổn định mà khả năng dao động của các bánh xe
dẫn hớng và tải trọng tác dụng lên hệ thống lái giảm đi đáng kể.
Tính ổn định của các bánh xe dẫn hớng đợc duy trì dới tác dụng của các thành
phần phản lực: thẳng đứng, bên và tiếp tuyến tác dụng lên chúng khi xe chuyển
động.
15
Để có đợc các lực nh vậy là do các yếu tố kết cấu và cụ thể là do các yếu tố
sau đây:
Độ nghiêng ngang của trụ đứng cam quay.
Độ nghiêng dọc của trụ đứng cam quay.
Độ đàn hồi của lốp theo hớng ngang.
1.5.1. Độ nghiêng ngang của trụ đứng cam quay
Khi trụ đứng đợc đặt nghiêng ngang thì phản lực thẳng đứng của đất tác dụng
lên trục trớc sẽ đợc sử dụng để đảm bảo tính ổn định của các bánh xe dẫn hớng,
bởi vì trên mặt đờng cứng khi các bánh xe dẫn hớng bị lệch khỏi vị trí trung gian
của chúng thì trục trớc của bánh xe sẽ đợc nâng lên.

Sơ đồ của bánh xe dẫn hớng có trụ quay đứng đặt nghiêng ngang một góc đ-
ợc biểu thị trên hình 1.9. Nếu xem nh bánh xe không có góc doãng thì ta có thể
phân phản lực thẳng đứng của đất Z
b
làm hai thành phần: Z
b
.cos song song với
đờng tâm trụ quay đứng và Z
b
.sin vuông góc với nó.
Trên hình 1.8 biểu thị các lực tác dụng lên bánh xe trong mặt phẳng đứng. Giả
sử rằng bánh xe đợc quay đi một góc , khi đó lực Z
b
.sin có thể chia thành hai
lực thành phần: Z
b
.sin.cos tác dụng trong mặt phẳng đi qua đờng tâm của cam
quay và Z
b
.sin.sin tác dụng trong mặt phẳng giữa của bánh xe.

16
Z
b

Z
b
.sin
Z
b

.cos
Hình 1.9
Góc nghiêng của trục quay
đứng trong mặt phẳng ngang của xe.
Hình 1.8
Sơ đồ phân tích phản lực
của đ'ờng tạo nên mômen ổn định.
Z
b
.sin.cos
Z
b
.sin
Z
b
.sin.sin
l


Từ đó ta tìm đợc mômen ổn định tạo nên bởi tác động của phản lực thẳng
đứng của đất lên bánh xe và độ nghiêng bên của trụ đứng:

Z b
M =Z .l.sin.sin
(1 - 10)
Nh trên hình vẽ, l là khoảng cách từ tâm bề mặt tựa của bánh xe tới tâm của
trụ đứng. Khi góc quay của bánh xe dẫn hớng nhỏ, M
Z

không lớn, ảnh hởng của

nó tới tính ổn định không lớn, mômen này có ý nghĩa chủ yếu làm cho các bánh
xe dẫn hớng tự động quay về vị trí trung gian sau khi thực hiện quay vòng.
Khi quay vòng M
Z

sẽ chống lại sự quay vòng, vì vậy cần phải tăng thêm lực
tác động lên vành lái. Mặt khác nhờ độ nghiêng ngang của trụ đứng mà mômen
phản lực tiếp tuyến của đất tác dụng lên bánh xe sẽ giảm xuống, vì cánh tay đòn
của nó đợc giảm đi. Trị số của góc nghiêng ngang của trụ đứng ở các ôtô hiện
nay thờng dao động trong giới hạn từ 0
0
đến 8
0
. Góc thiết kế là = 6
0
.
1.5.2. Độ nghiêng dọc của trụ đứng cam quay
Ngoài góc nghiêng ngang trụ đứng còn đợc đặt nghiêng về phía sau so với
chiều chuyển động tiến của xe. Dới tác động của lực ly tâm khi xe tiến vào đờng
vòng, lực gió bên hoặc thành phần bên của trọng lực khi xe chạy trên mặt đờng
nghiêng ở khu vực tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đờng sẽ xuất hiện các phản lực
bên Y
b
.
17
0
r
b

C

Y
b
0
Hình 1.10
Góc nghiêng của trục quay
đứng trong mặt phẳng dọc của xe.
Khi trụ quay đứng đặt nghiêng về phía sau một góc so với chiều tiến của xe
thì phản lực bên Y
b
của đờng sẽ sạo với tâm tiếp xúc 0 một mômen ổn định:

y b
M = Y .C
(1 - 11)
Mômen này có xu hớng làm quay bánh xe trở về vị trí trung gian ban đầu khi
nó bị lệch khỏi vị trí này. Do
b
C = r .sin
nên mômen ổn định có thể viết dới dạng
sau:

y b b
M = Y .r .sin
(1 - 12)
Khi quay vòng ngời lái phải tạo ra một lực để khắc phục mômen này, vì vậy
góc thờng không lớn. Trị số của góc đối với ôtô hiện nay là khoảng từ 0
0
đến
3
0

. Góc trên xe thiết kế là 2
0
.

1.5.3. Độ đàn hồi của lốp theo hớng ngang
Đối với các bánh xe lắp lốp đàn hồi, dới tác động của các phản lực bên, bánh
xe sẽ bị lệch bên và vết tiếp xúc của lốp với mặt đờng sẽ bị lệch so với mặt
phẳng giữa của bánh xe một góc .
18

a
b
c
d
o
o
1
Y
b
Chiều lăn
Hình 1.11
Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng
d'ới tác động của lực bên.
Phần trớc của vết tiếp xúc, lốp chịu biến dạng không lớn và độ biến dạng này
tăng dần cho tới mép sau cùng của vết. Các phản lực riêng phần bên đợc phân bố
tơng ứng với khoảng biến dạng nói trên. Biểu đồ phân bố các phản lực riêng
phần theo chiều dài của vết có dạng hình tam giác, do đó điểm đặt 0
1
của hợp
lực sẽ lùi về phía sau so với tâm tiếp xúc 0 của vết và nằm ở khoảng cách chừng

một phần ba chiều dài của vết tính từ mép sau cùng của nó.
Nh vậy, do độ đàn hồi bên của lốp, mômen ổn định đợc tạo nên ở bánh xe là:

y b
M = Y . S
(1 - 13)
Trong đó: S là khoảng cách 0 0
1
.
Mômen này sẽ tăng lên cùng với sự tăng độ đàn hồi bên của lốp. Vì vậy với
những lốp có độ đàn hồi lớn ta có thể giảm bớt góc nghiêng dọc của trụ đứng.
Tác dụng ổn định của góc nghiêng ngang của trụ đứng lớn hơn nhiều làn tác
dụng ổn định của góc nghiêng dọc trụ đứng. Sự ổn định do góc nghiêng ngang
1
0
tạo ra cũng bằng góc nghiêng dọc 5 ữ 6
0
.
1.6. Các góc đặt bánh xe dẫn hớng
Bản thân các bánh xe dẫn hớng của ôtô cũng có những góc đặt gọi là góc
doãng và góc chụm.
1.6.1. Góc doãng
Trên hình 1.12 biểu thị góc doãng của bánh
xe dẫn hớng trớc. Góc nàycó công dụng sau:
Ngăn ngừa khả năng bánh xe bị
nghiêng theo theo chiều ngợc lại dới tác động
của trọng lợng xe do các khe hở và sự biến
19
c

Hình 1.12
Sơ đồ xác định góc doãng của
bánh xe dẫn h'ớng.
dạng trong các chi tiết của trục trớc và hệ
thống treo trớc.
Tạo nên thành phần lực chiều trục
từ trọng lực xe chống lại lực Z
b
.sin.cos do
góc nghiêng trụ đứng tạo ra.
Làm giảm cánh tay đòn C của phản lực tiếp tuyến đối với trục trụ
đứng, để làm giảm tải trọng tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay
lái.
Khi bánh xe bị đặt nghiêng, nó có xu hớng lăn theo một cung tròn với tâm
quay là giao điểm của đờng tâm bánh xe và mặt đờng. Điều này dẫn đến làm nảy
sinh ở vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng phản lực bên hớng về phía
nghiêng của bánh xe. Nh vậy lực cản lăn đối với bánh xe nghiêng và độ mài mòn
lốp sẽ tăng lên.
1.6.2. Góc chụm
Ngoài góc doãng, các bánh xe dẫn hớng thờng có góc chụm trong mặt phẳng
ngang. Góc chụm
c
là góc đợc tạo nên bởi hình chiếu lên mặt phẳng lên mặt
phẳng ngang của đờng kính hai bánh dẫn hớng. Độ chụm cũng đợc đặc trng
bằng hiệu số của hai khoảng cách A và B, đo đợc giữa các mép trong của lốp
trong mặt phẳng ngang đi qua tâm của hai bánh xe khi chúng nằm ở vị trí trung
gian. Góc chụm có công dụng sau:
Ngăn ngừa khả năng gây ra độ
chụm âm do tác động của lực cản lăn khi
xuất hiện những khe hở và đàn hồi trong

hệ thống trục trớc và dẫn động lái.
Làm giảm ứng suất trong vùng
xúc của bánh xe với mặt đờng do góc
doãng của bánh xe dẫn hớng gây nên .
ứng suất nhỏ nhất trong vùng tiếp xúc
20
B
A

c
Hình 1.13
Góc chụm (độ chụm) của
các bánh xe dẫn h'ớng phía tr'ớc.
đạt khi góc chụm bằng 0,15 ữ 0,2 góc
doãng.
Tóm lại ôtô có độ ổn định tốt là các bánh xe dẫn hớng phải tự động giữ đợc
chuyển động thẳng theo hớng đã cho mà không tiêu hao lực ngời lái và các bánh
xe dẫn hớng phải tự quay về vị trí trung gian khi chúng bị lệch khỏi vị trí này do
độ nhấp nhô của mặt đờng gây nên.
Kết cấu của các góc đặt của trụ đứng và các xe dẫn hớng cần đợc đảm bảo
nghiêng ngặt, nếu không sẽ làm xấu tính năng ổn định của xe và làm tăng độ
mòn của lốp.
1.7. Quan hệ động học của góc quay trong và ngoài bánh xe dẫn hớng.
Để thực hiện quay vòng ôtô ngời ta có thể quay vòng các bánh xe dẫn hớng
phía trớc hoặc quay vòng đồng thời cả các bánh xe dẫn hớng phía trớc và phía
sau, tuy nhiên biện pháp quay vòng hai bánh xe dẫn hớng phía trớc đợc dùng
phổ biến hơn do nó có hệ thống lái đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo đợc động học
quay vòng của ôtô.
Khi xe vào đờng vòng, để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hớng không bị trợt
21

B
L
R
s
0


Hình 1.14
Sơ đồ động học quay vòng của ôtô có hai bánh dẫn h'ớng phía tr'ớc.
lết hoặc trợt quay thì đờng vuông góc với các véc tơ vận tốc chuyển động của tất
cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó chính là tâm quay tức thời
của xe (điểm 0 trên hình 1.14).
Từ sơ đồ trên ta rút ra đợc biểu thức về mối quan hệ giữa các góc quay vòng
của hai bánh xe dẫn hớng để đảm bảo cho chúng khôngbị trợt lết khi xe vào đ-
ờng vòng:

-
B
Cotg Cotg
L
=
(1 - 14)
Trong đó:
- Góc quay của trục bánh xe dẫn hớng bên ngoài so với tâm quay.
- Góc quay của trục bánh xe dẫn hớng bên trong so với tâm quay.
B - Khoảng cách giữa hai trụ đứng của cầu dẫn hớng.
L - Chiều dài cơ sở của xe.
Trong thực tế, để duy trì đợc mối quan hệ động học quay vòng giữa các bánh

xe dẫn hớng, trên ôtô hiện nay ngời ta thờng phải sử dụng một hệ thống các
khâu khớp tạo nên hình thang lái. Hình thang lái đơn giản về mặt kết cấu nhng
không đảm bảo đợc mối quan hệ chính xác giữa những góc quay vòng của các
bánh xe dẫn hớng nh nêu trong biểu thức (1 - 14). Mức đọ sai khác này phụ
thuộc vào việc chọn lựa các khâu tạo nên hình thang lái. Độ sai lệch giữa góc
quay vòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn, nhng
cũng không đợc vợt quá 1,5
0
. Bán kính quay vòng R của ôtô đợc xác định theo
bánh xe dẫn hớng bên ngoài phụ thuộc vào góc quay vòng và chiều dài cơ sở
L.
22

2
L B
R
Sin
=

(1 - 15)
Nh vậy bán kính quay vòng càng nhỏ khi chiều dài cơ sở L càng nhỏ hoặc góc
càng lớn, trị số góc quay vòng của bánh xe dẫn hớng đạt đến 28
0
ữ 38
0
.

23