thiết kế hệ thống lái cho xe tải misubishi 6,3 tấn

Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

Chơng II
TÝnh to¸n hƯ thèng l¸i cho xe thiÕt kÕ
2.1. Giíi thiệu xe cơ sở có bảng các thông số
2.1.1. Sơ đồ hệ thống lái.
Giới thiệu xe cơ sở: Xe cơ sở là xe MISUBISHI tải, do nhu cầu về sửa chữa
đèn, điện nên xe đà đợc cải tiến lắp thêm cẩu và kéo dài thân để vận chuyển đợc
những cột điện có kích thơc lớn. Khi kéo dài thân xe thì những kích thớc, thông
số của hệ thống lái cũ không phù hợp nữa cho nên ta phải tính và thiết kế lại.
Một số thông số của xe thiết kế
TT

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

17
18
19
20
21
22

Tên danh nghĩa

Ký hiệu

Dung tích xy lanh
Trọng lợng không tải
Trọng lợng toàn tải
Chiều dài toàn thể
Chiều cao toàn thể
Khoảng cách 2 cầu xe
Khoảng cách hai lằn vết xe trớc
Khoảng cách hai lằn vết xe sau
Khoảng sáng gầm xe
Chiều rộng khung
Chiều ngang tòan thể
Phần nhô phía trớc
Phần nhô phía sau
Động cơ diesel 4 máy thẳng
Vận tốc cực đại xe
Hệ số cản lăn
Hệ số bám
Tỷ số truyền cơ cấu lái
Góc nghiêng trụ đứng

Bán kính vành tay lái
Đờng kính trục lái
Chiều dài trục lái

Thiết kế hệ thống lái

- 30 -

Go
Gt
L
L
Bt
Bs

Vmax
f

icc
Rl

Số lợng

Đơn vị đo

3567
2165
6300
7925
2180

5350
1665
1495
200
753
1995
1045
1475

CC
KG
KG
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm

110
0,015
0,85
21
7
200
45

1000

Km/h

độ
mm
mm
mm


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42
CC
3
10

B

4
8
9

8

5

7

6

2

1

1. Vành tay lái

6. Thanh kéo ngang

2. Trụ lái

7. Cầu xe

3. Đòn quay đứng

8. Bánh xe dẫn hớng

4. Thanh kéo dọc

9. Vỏ van phân phối

5. Đòn quay tay

10. Cơ cấu lái liền với xy lanh lực

Xe tham khảo là xe ZIL 130 có lắp bộ trợ lái thuỷ lực.
Bộ trợ lái thuỷ lực đợc thống nhất với cơ cấu lái. ¸p st chÊt láng trong
hƯ thèng trỵ lùc l¸i thủ lực đợc tạo ra nhờ bơm dẫn động bằng động cơ.
Các cánh bơm này đặt giữa phần cố định là Stato và phần động Rôto có
mang cánh bơm.
2.1.2. Cơ cấu lái:

Kiểu trục vít - đai ốc và thanh răng răng rẻ quạt.
- Trục cơ cấu lắp trên vòng bi cầu, đầu có trục vít. Trên vít bắt chặt đai ốc,
lọt vào pittông thanh răng. Khi quay trục cơ cấu lái, pittông thanh răng dịch
chuyển dọc trục pittông thanh răng có răng ở mặt ngoài, nên khi pittông thanh
ThiÕt kÕ hƯ thèng l¸i

- 31 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

răng dịch chuyển sẽ làm quay bánh răng rẻ quạt, răng rẻ quạt này lắp trên trục
của đòn quay đứng. Qua cơ cấu dẫn động lái, đòn quay đứng làm quay bánh xe
dẫn hớng.
Trên đai ốc và trục vít có rÃnh xoắn nửa hình tròn. Các viên bi lăn tự do
trong r·nh Êy. Trong r·nh cã bè trÝ c¸c tÊm dÉn hớng nhằm che kín rÃnh, không
cho các viên bi lăn theo rÃnh. Chúng ra khỏi đai ốc ở phía bên này rồi lại chui
vào ở phía bên kia.
2.1.3. Truyền động lái.
Dùng để truyền lực từ cơ cấu lái đến bánh xe. Cấu tạo của truyền động lái
phải đảm bảo khi lốp quay vòng thì các bánh xe không bị trợt, điều khiển nhẹ
nhàng, mòn lốp ít. Muốn vậy các bánh xe phải đồng tâm. Cấu tạo của hình thang
lái gồm; cầu trớc các đòn bên, thanh kéo ngang.
2.2. Xác định động học hình thang lái.
2.2.1. Tính động học và đồ thị động học hình thang lái.
Nhiệm vụ của tính toán động học dẫn động lái là xác định những thông số
tối u của hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hớng một cách chính xác nhất và động học của đòn quay đứng, khi có biến dạng
của bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của hệ thống

truyền dẫn động lái.
Hình thang lái là một bộ phận quan trọng của truyền động lái đảm bảo cho
các bánh dẫn hớng của ôtô chuyển động theo những cung với bán kính khác nhau
và trong khi quay vòng không sinh hiện tợng trợt để không gây hao
mòn lốp.
Khi quay vòng muốn cho các bánh ôtô không bị trợt cần phải quay các
bánh dẫn hớng ở bên phải và bên trái với những góc , khác nhau và các góc
này đợc liên hệ với nhau theo công thức:

Thiết kế hƯ thèng l¸i

- 32 -


Đồ án tốt nghiệp
Cotg - Cotg =

Chu Minh Hải - Ô tô K42
B
L

: góc quay của bánh xe bên ngoài
: góc quay của bánh xe bên trong
L: Chiều dài cơ sở xe ôtô
B: khoảng cách giữa hai trục đứng.
Hình thang lái đảm bảo động học quay vòng củ các bánh xe dẫn hớng. Nó
bao gồm các khâu đợc nối với nhau bằng các khớp cầu và các đòn bên đợc bố trí
nghiêng một góc so với dầm cầu trớc.
Vì xe thiết kế là xe tải có hệ thống treo phụ thuộc cho nên ta chọn phơng
án hình thang lái 4 khâu. Hình thang lái Đan-tô.

* Trờng hợp xe đi thẳng.



C
B

XL

Thiết kế hệ thống lái

- 33 -

n


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

* Khi xe quay vòng





Khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa
và vẫn đợc giữ nguyên nh công thức trên thì hình thang lái Đan-tô không thể
thoả mÃn hoàn toàn đợc. Xong ta cã thĨ chän mét kÕt cÊu h×nh thang l¸i cho ta
sai lƯch víi quan hƯ lý thut trong giới hạn cho phép.

Theo [2] ta có quan hệ giữa và của hình thang lái Đantô nh sau:
= θ + arctg

m. cos(θ + α )
m − B.sin(θ + α ) − 2m.sin 2 θ + 2 B.sin θ
− arcsin
B − m. sin(θ + α )
m 2 . cos 2 (θ + α ) + [ B − m. sin(θ + α )]2

Theo quan hƯ nµy nÕu biÕt trớc một góc nào đó thì ứng với một giá trị
của ta sẽ có một giá trị của α. NghÜa lµ hµm sè β = f(θ,x) sÏ biĨu thị đờng cong
đặc tính thực tế của hình thang lái. Vấn đề chủ yếu đặt ra là phải chọn đợc các
thông số tối u của hình thang lái để sự sai khác giữa đờng cong đặc tính thực tế
của hình thang lái so với đặc tính lý thuyết là nhỏ nhất. Độ sai khác giữa góc

Thiết kế hệ thống lái

- 34 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

quay thực tế và lý thuyết trong toàn bộ phạm vi làm việc của của bánh xe dẫn hớng không đợc vợt quá 10.
ở đây có nhiều cách để kiểm tra động học của hình thang lái xong để đơn
giản ta dùng phơng pháp đồ thị để kiểm tra sự sai khác của đờng đặc tính hình
thang lái thực tế so víi lý thut theo quan hƯ β = f(θ,x).
a. X¸c định đờng đặc tính lý thuyết.
Trên hệ trục toạ độ đề các o ta xác định đợc đờng cong đặc tÝnh lý

thuyÕt qua quan hÖ β = f(θ,x).
Cotgβ - Cotgα =

B
L

Cotg = Cotg +

B
1565
= Cotg +
L
530

Hay:

ứng với các giá trị của từ 00, 50,...450 lần lợt ta có các giá trị tơng ứng
của . Các giá trị này đợc lập bảng ở bảng I.
Bảng I: Quan hệ giữa và theo lý thuyết.

50
100
150
200
250
300
350
400
450

4,8761
9,5199
13,9564
18,2166
22,3162
26,2964
30,1746
33,9826
37,7445

b. Xác định các đặc tính thực tế.
- Trong thực tế nếu đặt hình thang lái theo góc thì không đo đợc chính
xác góc . Giáo s: Chu -đa -côp thì đà có phơng pháp khác tiện lợi hơn bằng cách

Thiết kế hệ thống lái

- 35 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

đo độ dài của giao điểm kéo dài của hai cánh tay đòn đến dầm cầu trớc. Điểm C
xác định nằm cách dầm cầu trớc một đoạn XL = 0,7.L.
- Cần xác định góc và độ dài đơn bên m và đòn ngang n.
- Quan hệ thực tế giữa và phụ thuộc vào góc và độ dài đơn bên m.
Tính sơ bộ góc ban đầu

C
B

n

XL

Theo hình vẽ thì:
Tg =

B
2.x.L

Trong đó:
: góc trong của hình thang lái.
B: khoảng cách giữa hai trụ đứng (B = 1565mm)
L: chiều dài cơ sở của xe (L = 5350mm)
Theo giáo trình TTTK Ôtô tập 2 1971 ta chọn x = 0,7
VËy:

B

1565

tgθ = 2.x.L = 2.0,7.5350 = 0,20894526

ThiÕt kÕ hÖ thèng l¸i

- 36 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

T đợc = 11,8. Cho 1 số giá trị xung quanh giá trị đà chọn của thay vào
công thức dới ta đợc qua hệ thực tế (,)
m. cos( + α )
m + 2 B sin θ − 2m sin 2 θ − B sin(θ + α )
− ar sin
β = θ + arctg B − m.sin(θ + α )
m 2 cos 2 (θ + α ) + [ B − m.sin(θ + α )]2

m lÊy theo kinh nghiÖm
m = (0,14 ÷ 0,16B) = (0,14 ÷ 0,16)1565
LÊy m = 250
Theo (2-2) ta xây dựng các đờng đặc tính hình thang lái thực tế ứng với
mỗi giá trị của góc = (00, 50,....,450) ta chọn và đợc một đờng đặc tính.
Bảng quan hệ ,
=100

0
0

50
4,919

100

9,6800

150
14,279

200
18,710

250
22,958

300
27,0035

350
30,819

2



6
50

10

5
150

2

200

1
250

30

7
350

400

450

=110

0

30,418

33,846

36,9195

1

0

0

400
450
34,3725 37,6192

0
3
=120
4
=130

4,911


0

0
50
4,9023

10
9,612

15
14,446

20
18,446

25
22,549

30
26,415

6
2
0
35
400
450
30,0193 33,3242 36,2879

0
0

50
4,893

4
8
100
150
9,5780 14,0540

8
200
18,314

1
250

22,3439

5
300
26,122

350
29,621

400
32,805

4

4

8

0

9,6464 14,2050 18,5788 22,7538 26,7096
0

0

3

0

0

0

0

450
35,6335

* NÕu víi mét gãc θ nào đó mà cho ta sự sai lệch góc max < 10 thì ta
chọn góc đó là góc thiết kế.Ta chọn =110
Khi đà có ta xác định độ dài đòn kéo ngang n.
n = B 2m.sin = 1469,59
LÊy n = 1470(mm).

ThiÕt kÕ hƯ thèng l¸i

- 37 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

Dựa vào các bảng I,II,III,IV,V ta xây dựng đồ thị để chọn góc bên hình
thang lái.
= 100



= 110

45

= 120

40
35

Lý thut

30
25

θ = 130

20
15
10

5

0
5

10

15

20

25

30

35

40

45

α

2.2.2. Tû sè trun cđa hƯ thèng lái.
a. Tỷ số truyền của dẫn động lái Id.
Tỷ số truyền Id của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thớc và quan hệ của
cánh tay đòn. Trong quá trình quay vòng ôtô giá trị các cánh tay đòn sẽ thay đổi.
Trong các kết cấu hiện nay Id thay đổi rÊt Ýt Id = 0,85 ÷ 1,1. Ta chän Id = 1.
b. Tỷ số truyền cơ cấu lái Ic.

Thiết kế hƯ thèng l¸i

- 38 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

Tỷ số truyền cơ cấu lái Ic có thể thay đổi hoặc không thay đổi tuỳ thuộc
vào từng loại kết cấu và từng xe. ở xe tham khảo cơ cấu lái là loại trục vit - êcu
bi có tỷ số truyền không đổi có tỷ số truyền không đổi và b»ng 21. Trong xe

thiÕt kÕ ta chän tû sè truyÒn bằng tỷ số truyền xe cơ sở và bằng 21.
c. Tû sè trun cđa hƯ thèng l¸i Ig.
Tû sè trun theo gãc Ig b»ng tû sè gãc quay vµnh tay l¸i víi gãc quay cđa
b¸nh dÉn híng. Tû sè trun này bằng tích số của tỷ số truyền cơ cấu lái I c và tỷ
số truyền của dẫn động Id.
Ig = Ic.Id.
Víi xe ta thiÕt kÕ tû sè trun gãc nằm trong khoảng từ 16 32. Vì ta
chọn Id = 1 cho nên Ig = 210 tức là khi góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hớng là
350 thì góc quay của vành tay lái là 7350 tức là 2,04 vòng.
Vì ta có (max = bxmax.i)
Thời gian quay vòng tay lái là thời gian mà ngời lái phải quay vành tay lái
từ vị trí tận cùng bên trái sang vị trí tận cùng bên phải tức là phải quay:
2.2,04 = 4,08 vòng
Nếu ngời lái đang lái với vận tốc 1,53v/s thì thời gian quay vòng là:
t=

Thiết kế hệ thống lái

4,08
= 2,67( s) ,vậy thời gian quay vòng đạt yêu cầu.
1,53

- 39 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

2.2.3. Xác định momen cản quay vòng.

Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái:
c

d

B
m
e





n

R

P

Lực tác dụng lên vành tay lái ôtô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ôtô
tại chỗ. Lúc ấy momen cản quay vòng trên däc b¸nh xe dÉn híng Mc sÏ b»ng
tỉng sè momen cản lăn M1, momen cản do các bánh xe trợt lê trên đờng M2 và
momen cản cần thiết để làm ổn định dẫn hớng M3 do các góc đặt bánh xe. Khi
xác định giá trị cực đại tác dụng lên vành tay lái Plmax thì M3 có thể bỏ qua.
Momen cản lăn:

M1 = Gbx.f.c

Trong đó:
Gbx: trọng lợng tác dụng lên mét b¸nh xe dÉn híng.

Gbx =

G1 2300
=
= 1150( KG )
2
2

f: hệ số cản lăn; f = 0,015.
Thiết kế hệ thống l¸i

- 40 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

c: chiều dài cánh tay đòn; c = 50 (mm)
Vậy: M1 = Gbx .f.c = 1150 . 0,015 . 0,05 = 0,8625 (KGm)
Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe, do sự đàn hồi của lốp diện tích
tiếp xúc giữa lốp với đờng sẽ bị quay tơng đối với mặt phẳng bánh xe. Điểm đặt
của lực ngang Y đợc thừa nhận bằng 1/4 chiều dài của bề mặt tiếp xúc giữa lốp
với đờng về phía sau.
Nh vậy theo hình thì:
2
x = 0,5. r 2 rbx

ở đây:
r: bán kính tù do cđa b¸nh xe [r = ( 7 +

16
).25,4 = 381mm]
2

rbx: bán kính làm việc của bánh xe.
Ta thừa nhận : rbx = 0,96.r. Nên x = 0,14.r
Do đó momen cản do các bánh xe trợt lê là:
M2 = Y.x = Gbx..x
Với là hệ số bám ngang. Lấy ϕ = 0,85
VËy:
M2 = Y.x = Gbx.ϕ.x = 1150 . 0,85 . 0,14 . 0,381 = 52,14 (KGm)

r

X

Y

ThiÕt kÕ hÖ thèng l¸i

- 41 -

rbx


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

Để làm ổn định các bánh xe dẫn hớng ngời ta làm các góc đặt bánh xe.
- góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe.
- góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc cđa xe.
δ - gãc lƯch cđa vÕt tiÕp xóc cđa lốp với mặt đờng so với mặt phẳng giữa
của bánh xe.
θ - gãc do·ng cđa c¸c b¸nh xe dÉn híng .
γc – gãc chơm cđa c¸c b¸nh xe dÉn híng.
TÊt cả các góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhng chúng đà làm
xuất hiện các momen cản M3. Trong tính toán giá trị momen cản M 3 ®ỵc kĨ ®Õn
bëi hƯ sè χ.
χ - hƯ sè tÝnh đến ảnh hởng của M3 do đầu trớc của ôtô bị nâng lên:
= 1,1
Nh vậy:
Mc =

2.( M 1 + M 2 ).
1

l: hiệu suất tính đến tiêu hao do ma sát ở cam quay và các khớp nối trong
truyền động lái. Với xe thiết kế do chỉ có cầu tríc dÉn híng nªn chän ηl = 0,65
Mcl =

2.( M 1 + M 2 ).χ 2.(0,8625 + 52,14).1,1
=
= 179,39( KGm)
ηl
0,65

2.3. Tính bền dẫn động lái.
2.3.1. Tính bền đòn kéo ngang.

Đòn kéo ngang đợc tính theo uốn dọc do lực N t¹o ra. Lùc N lín nhÊt khi
ta phanh. Lùc phanh tính theo công thức:
Xp = Gl.mlp.
Trong đó :
Xp: lực phanh tác dụng lên một bánh xe.
Thiết kế hệ thống lái

- 42 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

mlp: hệ số phân bố lại trọng lợng lên cầu dẫn hớng khi phanh.
: hệ số bám giữa lốp với đờng. Lấy = 0,7.
C

V

N

e

N

Xp

Xp

Theo hình trên thì N đợc tính theo:
N=

X p .c
e

=

G1 .m1 p .c.
2.e

Trong đó:
c và e là các kích thớc nh trên hình vẽ.
c = 50 (mm)
cos =

e
→ e = m. cos θ = 250. cos 110 = 245(mm)
m

G1 = 2300(kg): tải trọng tác dụng lên cầu tríc.
mlp = 1,4
VËy:
N=

G1 .m lp .c.ϕ
2.e

=

2300.1,4.0,05.0,7
= 230( KG )
2.0,245

KiĨm tra theo điều kiện ổn định
Pth =

2 .E.J
( àn) 2

Chọn sơ bộ đờng kính đòn kéo ngang theo xe tham khảo:d=30(mm)
E: môđun đàn hồi của thép; E 2.106KG/cm2
J: momen quán tính của tiết diện tròn có d = 3cm
J = 0,049d4 = 0,049.34 = 0,3969(cm4)
n: chiỊu dµi thanh kÐo ngang; n = 1470 (mm)
ThiÕt kÕ hƯ thèng l¸i

- 43 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

à: hệ số liên kết thanh (liên kết cầu à = 1)
 Pth =

3,14 2 .2.10 6 .0,3969
= 362,2( KG )
1.147 2

Do Pth>N nên đòn kéo ngang đủ bền theo ®iỊu kiƯn ỉn ®Þnh
TÝnh theo bỊn:
N

øng st nÐn:

бn = f

f: tiÕt diÖn thanh; f = 0,785.32 = 7,065 (cm2)
230

2
 бn = 7,065 = 32,55( KG / cm )

øng suÊt uèn däc nguy hiÓm
π 2 .E.J 3,14 2 .2.10 6 .0,3969
=
= 51,26( KG / cm 2 )
бud = 2
2
n .f
147 .7,065

HÖ sè dù tr÷ bỊn:

K=

σ ud 51,26
=

= 1,57 ∈ 1,2 ÷ 2,5
n 32,55

Đòn kéo ngang đủ bền
2.3.2. Tính đòn bên.
Sơ đồ


N.sin


N.cos N

Thiết kế hệ thống lái

- 44 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

Theo sơ đồ ta có:
Mu = mNcos = 250.230.cos110 = 56443,56(KG.mm)
= 5644,356(KG.cm)
Đòn bên chịu uốn và kéo nên
M

u
td = u + σk = W +

u

N sin θ
F

5644,356 230.sin 110
+
= 2136,66( KG / cm 2 )
.32
td = .33
32
4

Đòn bên lµm b»ng thÐp 45: [σ] = 3600KG/cm2)
 σtd < [σ] đòn bên đủ bền.
2.3.3. Tính bền đòn quay ngang, thanh kéo dọc và đòn quay đứng, mối
ghép then tam giác.
a. Tính bền đòn quay ngang, đòn quay đứng.
Vì ta lÊy tû sè trun cđa hƯ thèng l¸i b»ng 1 cho nên chiều dài của đòn
quay đứng và đòn quay ngang bằng nhau. Ta lấy chiều dài đòn quay đứng và
quay ngang là bằng nhau và bằng 200(mm). Sơ đồ tính toán nh hình dới.

Thiết kế hệ thống lái

- 45 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

Đòn quay đứng chịu tác dụng lực từ vành lái và phản lực từ bánh xe dẫn hớng tới vành tay l¸i. Khi ta bè trÝ xylanh cđa cêng ho¸ l¸i ở hình thang lái thì đòn
quay đứng chỉ truyền lực đủ để mở van phân phối ,còn những phản lực lớn sẽ đợc hấp thụ bởi xi lanh lực nhng nếu cờng hoá lái hỏng đột ngột thì đòn quay đứng
sẽ truyền cả hai. Để đảm bảo an toàn thì khi ta tính toán thiết kế sẽ tính cho trờng
hợp cờng hoá lái hỏng.
Đòn quay đứng nối với dẫn động lái nhờ một khớp cầu (rotuyn) và nối với
cơ cấu lái bằng then tam giác. Kích thớc cơ bản của đòn quay đứng đợc xác định
theo giá trị lực truyền từ các bánh xe dẫn hớng qua đòn quay đứng là
lớn nhất.
Tơng tự nh đòn quay đứng, đòn quay ngang cũng đợc tính toán
tơng tự.
Lực Q tác dụng lên đòn quay đứng lấy giá trị lớn nhất trong 2 giá trị
sau đây:
Q = 0,5.G1 = 0,5 . 2300 = 1150(KG)
Và:

Q, =

Pmax .R.i c .η t
La

Pmax =
 Q, =

Mc
lùc l¸i lín nhÊt khi quay vßng.
R.i.η t

M c .R.i c .η t
M c 179,39

= L = 0,20 = 717,56( KG )
R.i.η t .L a
a

Momen lớn nhất nằm tại tiết diện qua tâm trục và có giá trị chính bằng Mc.
Chọn tiết diện theo xe tham kh¶o a = 50mm
b = 25mm
Q.L a
b.a 2 20.50 2
=
= 10416,7(mm3 )
σ = W mµ Wu =
6
6
n

a vµ b lÊy theo thiÕt kÕ
1150.25
2
 σ = 10,417 = 27,6 KG / cm

ThiÕt kÕ hƯ thèng l¸i

- 46 -

b
a


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

Momen xoắn gây ra trên đòn quay đứng:
Mx = Q.c = 1150.100 = 1150.102 (KG.mm) = 115.102(KG.cm)
ứng suất xoắn gây ra trên đòn quay đứng:
Mx

= W trong đó Woj momen cản xoắn của tiết diện đòn quay đứng.
oj
Woj = .b.a2
a
= 2 → α = 0,241
b
115.10 2
= 763, ( KG / cm 2 )

0,214.2,5.5 2

Vật liệu chế tạo đòn quay đứng là thép hợp kim
40XH có b = 800MPa
[u] = 0,35.u + 100 = 380MPa
[τ] = 0,58 [σu] = 220 MP
øng suất tơng đơng của đòn quay đứng
u = 2 + 3τ 2 = 27,62 + 3.76,352 = 306MPa < [u]
Vậy đòn quay đứng đủ bền để làm việc ở mọi điều kiện.
b. Tính bền then hoa tam giác.
Với then hoa ta tÝnh bỊn theo øng st dËp trªn bỊ mặt làm việc của
then. Với giả thiết chỉ có 75% số lợng then truyền momen xoắn.
Mx

= 0,75.Z .F .R
tb
Trong đó:
Mx: momen xoắn trên trục. Tính cho momen cản quay vßng lín nhÊt
Mx = Mc = 115 (KG.m) = 1150(KG.cm)
Z: sè then lµm viƯc, Z = 30
F: diƯn tÝch bỊ mặt làm việc.Theo (4):
F = b.h.
Thiết kế hệ thống lái

- 47 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

b: bÒ réng then, b = 40mm = 4(cm)
h: chiÒu cao then, h = 3mm = 0,3(cm)
 F = 4.0,3 = 1,2(cm2)
Rtb: đờng kính trung bình của trục, Rtb = 1,95 (cm)
M

11500

2
2
x
σ = 0,75.Z .F .R = 0,75.30.1,2.1,95 = 21,84( KG / cm ) = 2,184( N / mm )

tb

VËt liÖu là thép 30.
ứng suất dập cho phép đối với mối ghép then hoa là:
[d] = 40(N/mm2)
Vậy mối ghép then đủ bền trong trờng hợp làm việc nặng nhọc nhất.
c. Tính bỊn thanh kÐo däc.
Thanh kÐo däc tÝnh víi lùc nÐn dọc Q nh với đòn quay đứng:
Q = 1150(KG)
Lực tới hạn của thanh kéo dọc:
2 .E.J
Pth =
( à .l ) 2

Trong đó:
E: môđun đàn hồi của thép, E = 2.106KG/cm2
J: mômen quán tính của tiết tròn có d = 3cm
J = 0,049.d4 = 0,049.34 = 0,3969(cm4)
l: chiỊu dµi thanh kÐo däc, l = 60(cm)
µ=1
Pth =

3,142.2.106.0,3969
= 2174( KG )
602

Pth>Q=1150(KG)
VËy thanh kéo dọc đủ bền theo điều kiện ổn định
ứng suất nÐn:

ThiÕt kÕ hƯ thèng l¸i

Q

4.Q

4.110

2
σn = f = π .d 2 = 3,14.3 2 = 162,8( KG / cm )

- 48 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

ứng suÊt uèn däc nguy hiÓm.
π 2. .E.J 3,14 2 .2.10 6 .0,3969
KG
=
= 307,72( 2 )
σud = 2
2
l .f
60 .7,065
cm

HÖ sè dù tr÷ bỊn: K =

σ ud 307,72
=
= 1,89 ∈ 1,25 ữ 2,5
n
162,8

Vậy thanh kéo dọc đủ bền khi làm việc.
2.3.4. Tính bền khớp cầu (Rotuyl)
Vật liệu chế tạo khớp cầu là thép 20XH có cơ tính:
(Theo sách tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí)
[d] =50 (MPa) = 500(KG/cm2)
Giíi h¹n mái n: [σu] = 0,35σb + 100(MPa)
[σb] = 800(MPa)  [σu] = 0,35.800 + 100 = 380(MPa)
Giíi h¹n mái xo¾n: [ιx] = 0,58.[σu] = 0,58 . 380 = 220(MPa) =
2200(KG/cm2). (Với điều kiện là khớp làm việc ở tải trọng động và chịu va đập).
Khớp cầu đợc kiểm nghiệm bền theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc
và kiểm tra độ bền cắt tại vị trí cã tiÕt diƯn nguy hiĨm.
a. Khíp cÇu á thanh kÐo ngang.
Nh phần tính bền thanh kéo ngang lực tác dụng lên khớp cầu cũng chính là
lực tác dụng lên thanh kÐo ngang khi phanh:
N = 230(KG)
* TÝnh øng suÊt chÌn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu.
d =

N
F

(2.49)

F: là diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rôtuyl. Trong thực tế làm việc
diện tích làm việc chiếm 2/3 bề mặt của khớp cầu. Nên bề mặt chịu lực tiếp xúc
chiếm 1/2.2/3 = 1/3 bề mặt khớp cầu.
Ta cã: F =

π .D 2
3

ThiÕt kÕ hƯ thèng l¸i

- 49 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

D: ®êng kÝnh khíp cÇu: D = 35(mm) = 3,5(cm)
Suy ra:

3.N

3.230

2
σd = π .D 2 = π .3,5 2 = 17,94 KG / cm

LÊy hƯ sè an toµn lµ 2  [σd] = 250(KG/cm2)
VËy σcd = 17,94(KG/cm2) < [σd] = 250(KG/cm2) nên thoả mÃn điều kiện
chèn dập tại bề mặt làm viƯc cđa khíp cÇu ë thanh kÐo ngang.

* TÝnh theo điều kiện cắt.
Kiểm tra cắt khớp cầu tại vị trí có tiết diện nguy hiểm nhất.
ứng suất cắt đợc tính theo công thức:
N

c = F
c
Trong đó:
Fc: là tiết diện của Rotuyl tại vị trí có tiết diện nguy hiểm nhất nh hình mô
tả ở trên:
.d 4
4

(d = 15cm)

4.N

Fc =

4.230

Suy ra:
2
ιc = π .d 2 = 3,14.1,5 2 = 130,22(kg / cm )

ιc = 130,22(KG/cm2) < [ιc] = 2200(KG/cm2), nªn khớp cầu ở thanh kéo
ngang thoả mÃn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm.
b. Khớp cầu ở thanh kéo dọc.
Nh phần tính bền thanh kéo dọc lực tác dụng lên khớp cầu cũng chính là
lực tác dụng lên thanh keó dọc khi momen cản quay vòng lớn nhất và không có

cờng hoá.
Q = 1150(KG)
* Tính ứng suất chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu.

Thiết kế hệ thèng l¸i

- 50 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42
d =

Q
F

(2.49)

F: là diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rôtuyl. Trong thực tế làm việc
diện tích làm việc chiếm 2/3 bề mặt của khớp cầu. Nên bề mặt chịu lực tiếp xúc
chiếm 1/2.2/3 = 1/3 bề mặt khớp cầu.
Ta có:F =

.D 2
3

D: là đờng kính khớp cầu, D = 35(mm) = 3,5(cm)
Suy ra:

3.Q

3.1150

2
σd = π .D 2 = 3,14.3, 2 = 89,7 KG / cm

LÊy hÖ sè an toµn lµ 2  [σd] = 250(KG/cm2)
VËy σcd = 89,7(KG/cm2) < [d] = 250(KG/cm2) nên thoả mÃn điều kiện
chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu ở thanh kéo dọc.
* Tính theo điều kiện cắt.
Kiểm tra độ bền cắt khớp cầu tại vị trí có tiết diện nguy hiểm nhất.
ứng suất cắt đợc tính theo công thức:
Q

c = F
c

(2.50)

Trong đó:
Fc: là tiết diện của Rotuyl tại vị tria có tiết diện nguy hiểm nhất nh hình mô
tả ë trªn.
Fc =

π .d 2
4

(d = 15cm)

Suy ra:
ιC =

4.Q 4.1150
=
= 651( KG / cm 2 )
2
3,14.1,
π .d

ιc = 651(KG/cm2) < [c] = 2200(KG/cm2), nên khớp cầu tại thanh kéo dọc
thoả mÃn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm.
2.3.5. Kiểm tra trơc l¸i
ThiÕt kÕ hƯ thèng l¸i

- 51 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

ứng suất xoắn của trục lái
Pmax .R.D

= 0,2( D 4 − d 4 )
Pmax =

Mc
R.i.η t

M .R.D

M .D

c
c
 ι = 0,2( D 4 − d 4 ).R.i.η = 0,2( D 4 − d 4 ).i.η
t
t

i = id.ic = 21.1 = 21: tû sè trun cđa hƯ thèng l¸i
ηt = 0,7: hiệu suất truyền lực thuận.
D, d: đờng kính ngoài và trong cđa trơc l¸i.
D = 40mm
d = 30mm
ι=

179,39.0,04.10 3
= 0,83KG / mm 2 < [ι] = .8KG/mm2
4
4
0,2(0,04 − 0,03 ).21.0,7

VËy < []
Góc xoắn trục lái.
=

2 .L
D.G

G: môđun đàn hồi, G = 8.104MN/m2
L: chiều dài trục lái (L = 1m)
2.0,83.1000
= 0,005rad = 0,287 0
5
 θ = 40.8.10 4. 10
10 6

[θ] = 5,50 ữ 7,50
Vậy < []
2.4. Tính toán cơ cấu lái
2.4.1. Tính bánh răng quạt.

Thiết kế hệ thống lái

- 52 -


Đồ án tốt nghiệp

Chu Minh Hải - Ô tô K42

Khi tính toán răng ta coi nh hệ thống lái không có cờng hoá lái để đảm bảo
khi xe đang chạy mà cờng hoá hỏng thì vẫn đảm bảo an toàn cho ngời và hàng
hoá. Lúc đó tay lái sẽ nặng lên nhiều nhng vẫn có thể lái đợc, bánh răng vẫn có
thể chịu đợc.
Tỷ số truyền của hệ thống dẫn động là 1 cho nên góc quay của bánh xe
dẫn hớng khi quay vòng lớn nhất là 350 thì bánh răng cũng phải quay đợc 350 kể
từ vị trí trung gian.

Ta chọn trớc bán kính vòng chia của bánh răng là R = 60mm. Giả sử bánh
răng chứ không phải cung răng thì số răng đợc tính nh sau.
dc =

m n .Z
cos

(2.25)

Trong đó:
dc: là đờng kính vòng chi: dc = 2.R = 2.60 = 120(mm)
mn: là môđun pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn: m = 5.
: là góc nghiêng của bánh răng. Ta dùng răng thẳng cho nên = 0
Ta suy ra số răng của bánh răng:
Z=

d c . cos 120. cos 0 0
=
= 25
m
5

Khi bánh răng quay một vòng tức là 3600 thì số răng ăn khớp là 25. Ta cần
quay 35.2,04= 700 thì cần số răng là:
Z=

70.25
= 4,86 răng
360

Ta lấy số răng là 5 răng.
Momen ở trục bánh răng là momen ở trục của đòn quay đứng và chính là
momen quay lớn nhất của xe.Mc = 179,39(KG.m) = 1793,9(N.m)
a. Tính răng về độ bền uốn.
Để đảm bảo về độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng
không đợc vợt qúa một giá trị cho phép.

Thiết kế hệ thống l¸i

- 53 -


Đồ án tốt nghiệp
F =

Chu Minh Hải - Ô tô K42
2.M c .K F .Yε .Yβ .YF

(2.4.1)

bw .d w .m

Trong ®ã:
Yε: hƯ sè kĨ ®Õn sù trïng khíp ngang.
1

Yε = ε
α
1

1

1

1

εα = 1,88 – 3,2. ( Z + Z ). cos β = 1,88 − 3,2.( 25 + 25 ).1 = 1,624
1
2
( cung răng là một phần của bánh răng có số răng là 25)
1

1

Y = = 1,624 = 0,616

Y: hệ số kể đến sự nghiêng của răng, với răng thẳng ta có Y = 1
YF1: hệ số kể đến dạng bánh răng 1, tra bảng ta có YF = 3,90
KF: hƯ sè t¶i träng khi tÝnh vỊ n
KF = KFB . KFα . KFV

(2.4.2)

KFB: hƯ sè kĨ đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng răng. Tra
bảng ta có: KFB = 1,23.
KF: hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng
thời ăn khớp. Tra bảng ta có: KF = 1 (răng là răng thẳng)
KFV: hệ số kể đến tải trọng xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tÝnh theo uèn
kFV = 1 +

V F .b¦W .d ¦W
2.M C .K FB .K Fα

Trong ®ã:
VF = δ F . g0 . v

aw
i

F : hệ số kể đến ảnh hởng của sai số ăn khớp, tra bảng ta có:
F = 0,011
g0: hệ số kể đến ảnh hởng của sai lệnh bớc răng . g0 = 3
Thiết kế hệ thống lái

- 54 -