Tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe ôtô điện cỡ nhỏ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN





















Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2013
Giáo viên hướng dẫn:
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2013
Giáo viên phản biện:


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU 3
MỤC LỤC HÌNH VẼ 4
LỜI NÓI ĐẦU 6
PHẦN I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 8
1. Lý do chọn đề tài và lịch sử vấn đề nghiên cứu 8
1.1. Tính cấp thiết của đề tài 8
1.2. Ý nghĩa của đề tài 8
2. Mục tiêu của đề tài 9

3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu 9
3.1. Đối tượng nghiên cứu 9
- Hệ thống lái trên xe điện cỡ nhỏ 4 chỗ ngồi 9
3.2. Khách thể nghiên cứu 9
4. Nhiệm vụ của nghiên cứu 9
5. Phương pháp nghiên cứu 9
5.1. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 9
5.2. Phương pháp nghiên cứu tài liệu 9
PHẦN II: NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 10
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 10
1.1. Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại 10
1.1.1. Nhiệm vụ 10
Hệ thống lái dùng để giữ đúng hướng chuyển động hoặc thay đổi hướng chuyển động
của ô tô khi cần thiết. Có thể thay đổi hướng chuyển động bằng cách: 10
1.1.2. Yêu cầu của hệ thống lái 10
1.1.3. Phân loại hệ thống lái 11
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống lái 12
1.2.1. Cấu tạo 12
1.2.2. Nguyên lý hoạt động 12
1.3. Các bộ phận chính của hệ thống lái 13
1.3.1. Trục lái 13
1.3.2. Cơ cấu lái 13
1.3.2.1. Chức năng 13
1.3.2.2. Một số cơ cấu lái thường dùng 14
1
1.3.3. Dẫn động lái 18
1.4. Các thông số cơ bản của hệ thống lái 21
1.4.1. Tỉ số truyền của hệ thống lái 21
1.4.2. Góc đặt bánh xe 23
1.4.2.1. Góc doãng (góc camper) 23

1.4.2.2. Góc nghiêng dọc (góc caster) 26
1.4.2.3. Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng (góc kingpin) 29
1.4.2.4. Độ chụm đầu 31
1.4.2.5. Góc quay vòng 31
1.5. Hệ thống lái có trợ lực (không có điều khiển điện tử) 33
1.5.1. Khái quát hệ thống lái trợ lực 33
1.5.2. Bộ trợ lực lái loại khí 34
1.5.3. Hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng xoắn - thanh răng 35
1.5.3.1. Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực 35
1.5.3.2. Bộ trợ lực thủy lực 36
1.5.4. Đánh giá về hệ thống lái trợ lực không dùng điều khiển điện tử 37
1.6.2. Sơ đồ và cấu tạo bộ trợ lực lái điều khiển điện tử 39
1.6.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 41
1.6.4. Những ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 42
CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE Ô TÔ ĐIỆN CỠ NHỎ
43
2.1. Thiết kế hệ thống lái cho xe 43
2.1.1. Một số loại xe ô tô điện cỡ nhỏ hiện nay 43
2.1.2. Phân tích phương án thiết kế chọn hệ thống lái cho xe 44
2.1.3. Tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe 44
2.1.3.1. Xác định các thông số cơ bản của hệ thống lái 44
2.1.3.2. Xác định mômen cản quay vòng Mcq 45
2.1.3.3. Xác định các thông số cơ bản của hình thang lái 49
2.1.3.4. Tính toán thiết kế cơ cấu lái 56
CHƯƠNG 3:TÍNH KIỂM NGHIỆM BỀN MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA HỆ THÔNG
LÁI 59
3.1. Tính toán kiểm tra bền các chi tiết 59
3.1.1. Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng – thanh răng 59
2
3.1.2. Kiểm tra độ bền bánh răng, thanh răng 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Quan hệ giữa α và β theo lý thuyết 53
Bảng 2.2. Quan hệ giữa α và β theo thực tế 54
3
MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 1 Các phương pháp quay vòng xe cơ giới 10
Hình 1 Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái 12
1.Vành tay lái (vô lăng) 12
2.Trục lái 12
7.Đòn quay (cam quay) 12
3.Ống bọc trục lái 12
4.Cơ cấu lái 12
9.Khớp 12
5.Tay biên 12
10.Đòn ngang 12
Hình 1 Cấu tạo chung của trục lái 13
Hình 1 Hộp số lái kiểu trục vít - cung răng 14
Hình 1 Hộp số lái kiểu trục vít -con lăn 15
Hình 1 Hộp số lái kiểu trục vít –đòn lắc 16
Hình 1 Hộp số lái kiểu trục vít - êcu - bi - cung răng 16
Hình 1 Hộp số lái bánh răng - thanh răng 17
Hình 1 Cấu tạo hình thang lái điển hình 19
Hình 1 Kết cấu của thanh nối bên 20
Hình 1 Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang 22
Hình 1.12. Các yếu tố góc đặt bánh xe 23
Hình 1.13. Góc camber 24
Hình 1.14. Tác dụng của góc camber dương 25
Hình 1.15. Tác dụng của góc camper âm 26
4

Hình 1.16. Góc caster và khoảng 26
Hình 1.17. Góc caster dương và âm 27
Hình 1.18. Ổn định chạy trên đường thẳng nhờ có khoảng caster 27
+ Làm tăng khả năng quay trở lại của hai bánh xe dẫn hướng: bánh xe có góc caster
dương thì giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng với mặt đường sẽ nằm phía trước
tâm điển tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường. Vì lốp xe được kéo về phía trước nên lực
kéo này sẽ lấn át các lực có xu hướng làm cho bánh xe mất ổn định, giữ cho bánh xe
chạy ổn định theo đường thẳng. 28
Hình 1.19. Hồi vị bánh xe nhờ khoảng caster 28
Hình 1.20. Góc kingpin 29
Hình 1.21. Giảm lực đánh lái 30
Hình 1.22. Giảm phản hồi và kéo lệch sang một phía 30
Hình 1.23: Độ chụm độ choãi 31
Hình 1.24: Góc quay vòng 32
Hình 1.25. Hệ thống lái có trợ lực 33
Hình 1.26. Bộ trợ lực lái loại khí 34
Hình 1.27. Hệ thống lái trợ lực thủy lực 35
Hình 1.28. Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng xoắn - thanh răng 36
Hình 1.29. Cấu tạo bộ trợ lực 37
Hình 1.30. Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 38
Hình 1.31. Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện tử 39
Hình 1.32. Sơ đồ bộ trợ lực lái điều khiển điện tử 39
Hình 1.33. Bộ trợ lực điện 40
Hình 1.34. Các chi tiết của bộ trợ lực lái 41
Hình 2.1. Một số loại xe ô tô điện trên thị trường hiện nay 43
Hình 2.2. Sơ đồ dẫn động lái 44
46
46
Hình 2.3. Sơ đồ tính toán mômen cản quay vòng do tác dụng của lực cản lăn 46
Hình 2.4. Sơ đồ xác định mômen cản quay gây ra do lực ngang 47

Hình 2.5. Sơ đồ quay vòng của ôtô 48
Hình 2.6. Sơ đồ quay vòng của ôtô 50
Hình 2.7. Sơ đồ dẫn động lái khi xe đi thẳng 51
5
Hình 2.9: Đồ thị đặc tính động học hình thang lái 56
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành ô tô chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nói chung và
giao thông vận tải nói riêng, nó quyết định một phần không nhỏ đến sự phát triển của
nền kinh tế của một quốc gia. Ngày nay các phương tiện vận tải ngày càng phát triển
6
hoàn thiện và hiện đại, đặc biệt là ngành ô tô đã có những thành tựu kỹ thuật vượt bậc,
như điều khiển tự động, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật bán dẫn cũng như các phương pháp
tính toán hiện đại đều được áp dụng trong ngành ô tô.
Song song với sự phát triền đó là sự nảy sinh một số vấn đề về năng lượng, môi
trường. Không chỉ riêng ở các nước phát triển mà ngay ở nước ta hiện nay vấn đề ô
nhiễm môi trường và năng lượng cũng rất đang được nhà nước ta quan tâm và coi đó
là tiền đề cho sự phát triển của xã hội. Ngày nay, khi mà các nguồn năng lượng có
nguồn gốc hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, vấn đề ô nhiễm môi trường chở thành
mối quan tâm của cả thế giới.
Chính vì thế việc tìm ra và sử dụng những nguồn năng lượng sạch, ít gây ảnh
hưởng đến môi trường trong các nghành công nghiệp là hết sức quan trọng và cân
thiết. Trong tất cả các nghành công ngiệp nói chung và nghành công nghiệp ô tô nói
riêng thì vấn đề này cũng đang được các hãng xe hết sức quan tâm và đưa nó vào
chính sách phát triển hàng đầu. Mà tiêu biểu cho vấn đề này là sự ra đời của các dòng
xe hoàn toàn mới, sử dụng những nguồn năng lượng hoàn toàn thân thiện với môi
trường. Như xe sừ dụng năng lượng sinh học, xe hybrid. Chúng là những mẫu xe đáp
ứng một cách tốt nhất với những nhu cầu bức thiết đang đặt ra cho vấn đề năng lương
và ô nhiễm môi trường. Đặc biệt phải kể đến những mẫu xe sử dụng động cơ điện,
đang được các hãng xe đưa vào hòa nhập cùng thị trường ô tô.
Trong tập đồ án tốt nghiệp này em được giao đề tài “Tính toán thiết kế hệ

thống lái cho xe ôtô điện cỡ nhỏ”. Nội dung của đề tài này giúp em hệ thống được
những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ôtô nói chung và hệ thống
lái của ôtô nói riêng, từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về chuyên môn.
Nội dung chuyên đề được chia làm 3 chương sau:
- Chương 1: Tổng quan về hệ thống lái
- Chương 2: Tính toán thiêt kế hệ thống lái xe ôtô điện cỡ nhỏ
- Chương 3: Tính kiểm nghiệm bền một số chi tiết của hệ thống lái
Em xin chân thành cả ơn thầy giáo hướng dẫn: Đỗ Văn Cường và các thầy giáo bộ
môn, đã hết sức tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành tốt nội dung đề tài của
mình.
7
PHẦN I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
1. Lý do chọn đề tài và lịch sử vấn đề nghiên cứu
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng cho hành khách
và hàng hoá đối với các ngành kinh tế nước nhà, đồng thời đã trở thành phương tiện
giao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển.
Hiện nay do vấn đề ô nhiễm môi trường nên các hãng xe đã đi vào nghiên cứu
và cho ra đời các dòng xe chạy bằng điện và đưa vào hòa nhập vào thị trường ô tô, mật
độ ô tô lưu thông ngày càng nhiều. Song song với sự gia tăng số lượng ô tô thì số vụ
tai nạn giao thông đường bộ do ô tô gây ra cũng tăng với những con số báo động.
Trong các nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông đường bộ do hư hỏng máy móc, trục
trặc kỹ thuật thì nguyên nhân do mất an toàn hệ thống lái chiếm tỷ lệ lớn. Hiện nay, hệ
thống lái trang bị trên ô tô ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử
dụng hệ thống lái ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ.
Vì vậy viêc tính toán thiết kế hệ thống lái mang ý nghĩa quan trọng không thể
thiếu nhằm cải tiến hệ thống lái, đồng thời tìm ra các phương án thiết kế để tăng hiệu
quả lái, tăng tính ổn định và tăng dẫn hướng khi lái, tăng độ tin cậy làm việc với mục
đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ô tô.
Với mục đích đó, em chọn đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe ôtô

điện cỡ nhỏ”. Trong đề tài này em tập trung vào vấn đề tính toán thiết kế hệ thống lái,
kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe điện cỡ nhỏ 4 chỗ ngồi.
Mặc dù đã cố gắng, nhưng do kiến thức có hạn và thời gian ngắn, thiếu kinh
nghiệm thực tế nên trong khuôn khổ đồ án này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.
Em rất mong các thầy góp ý, chỉ bảo tận tâm để kiến thức của em được hoàn thiện
hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, thầy giáo duyệt đề tài, các thầy
giáo bộ môn đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành tốt nội dung đề tài của
mình.
1.2. Ý nghĩa của đề tài
- Đề tài giúp cho những sinh viên năm cuối củng cố lại kiến thức để chuẩn bị cho sinh
viên khi ra trường để đáp ứng được phần nào nhu cầu của công việc. Đề tài nghiên cứu
về “Tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe ôtô điện cỡ nhỏ” giúp cho chúng em hiểu
rõ hơn nữa và bổ trợ thêm kiến thức mới về hệ thống này.
- Nội dung và kết quả của đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho học sinh, sinh viên
các khoá.
- Kết quả đạt được sẽ làm cơ sở để phát triển đề tài ở mức cao hơn.
8
2. Mục tiêu của đề tài
- Tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe điện cỡ nhỏ loại 4 chỗ ngồi.
- Kiểm nghiệm bền một số chi tiết trong hệ thống lái trên xe điện cỡ nhỏ.
3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Hệ thống lái trên xe điện cỡ nhỏ 4 chỗ ngồi.
3.2. Khách thể nghiên cứu
- Hệ thống lái trên xe điện cỡ nhỏ 4 chỗ ngồi.
4. Nhiệm vụ của nghiên cứu
- Tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe ô tô điện cỡ nhỏ 4 chỗ ngồi.
- Kiểm bền một số chi tiết trong hệ thống lái.
- Tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước để hoàn thiện thành đề tài của mình.
5. Phương pháp nghiên cứu

5.1. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
- Quan sát, tìm hiểu các thông số kết cấu (thông số bên ngoài), tính năng kỹ thuật.
- Đề suất cải tiến hệ thống lái.
5.2. Phương pháp nghiên cứu tài liệu
- Phương pháp được thực hiện khi chúng ta đã thu thập một số lượng tài liệu tham
khảo cũng như những đề tài có liên quan và được thực hiện trước đó.
* Mục đích:
Nghiên cứu, tham khảo, tìm hiểu các thông tin khoa học trên cơ sở nghiên cứu
các văn bản, tài liệu, sách báo đã có sẵn bằng tư duy logic để rút ra kết luận cần thiết.
* Tài liệu nghiên cứu:
Tài liệu thứ cấp: Là tài liệu có nguồn gốc từ tài liệu sơ cấp đã được phân tích,
thảo luận và diễn giải như: Sách giáo khoa, báo chí và các giáo trình. Các tài liệu này
đã được giải thích và phân tích dựa trên thực tiễn và lý thuyết một cách chính xác.
* Các bước thực hiện:
- Bước 1: Thu thập tìm hiểu các tài liệu viết về hệ thống lái trên ô tô.
- Bước 2: Sắp xếp các tài liệu khoa học thành một hệ thống logic, chặt chẽ theo từng
bước, từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cơ sở và bản chất nhất định.
- Bước 3: Tính toán thiết kế hệ thống lái trên xe điện dựa trên các thông số ban đầu
của đề tài, kiểm bền đảm bảo hệ thống làm việc an toàn.
9
PHẦN II: NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1.1. Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại
1.1.1. Nhiệm vụ
Hệ thống lái dùng để giữ đúng hướng chuyển động hoặc thay đổi hướng chuyển
động của ô tô khi cần thiết. Có thể thay đổi hướng chuyển động bằng cách:
+ Thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng (hình1.1.(a))
+ Thay đổi mô men xoắn ở bánh sau chủ động (hình1.1.(b))
+ Kết hợp đồng thời cả hai phương pháp trên.
Phương pháp quay các bánh xe dẫn hướng để quay vòng xe cơ giới được sử dụng

phổ biến nhất hiện nay. Phương pháp thay đổi hướng mômen ở các bánh xe chủ động
thường áp dụng cho các loại xe cơ giới bánh xích. Đối với xe bánh xích, có thể kết hợp
việc truyền momen khác nhau đến các bánh chủ động ở hai bên của xe với việc hãm
các bánh xe phía gần tâm quay vòng để quay vòng trên diện tích rất nhỏ, thậm chí có
thể quay vòng xe tại chỗ.
Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì hệ thống lái là hệ thống quan trọng
nhất.

Hình 1 Các phương pháp quay vòng xe cơ giới
1.1.2. Yêu cầu của hệ thống lái
Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Đảm bảo cho xe quay vòng ngoặt, trong thời gian ngắn, trên diện tích bé.
+ Đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng tránh trượt lê gây
mòn lốp.
+ Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạng thái
chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng thì cần
đặt lực lên vành tay lái nhỏ hơn khi xe đi vào đường vòng.
+ Hệ thống lái phải có khả năng ngăn được các va đập của các bánh xe dẫn hướng lên
các vành tay lái.
10
+ Hệ thống lái không được có độ dơ lớn. Với xe có tốc độ lớn hơn 100Km/h độ dơ
vành tay lái cho phép không vượt quá 18 độ. Với xe có tốc độ lớn nhất nằm trong
khoảng (25 – 100) Km/h độ dơ vành tay lái cho phép không vượt quá 27
0
.
+ Giữ cho xe chuyển động thẳng ổn định.
+ Đặt cơ cấu lái lên phần được treo của ô tô (để kết cấu của hệ thống treo không ảnh
hưởng đến cơ cấu lái), cấu tạo đơn giản điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi.
+ Với hệ thống lái có trợ lực: Khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn có thể điều
khiển được xe. Đảm bảo an toàn bị động của xe, không gây nên tổn thương cho người

sử dụng khi bị đâm chính diện.
1.1.3. Phân loại hệ thống lái
a) Phân loại theo cách bố trí cơ cấu lái
+ Loại cơ cấu lái đặt bên trái (dùng cho các nước có luật giao thông qui định chiều
chuyển động là bên phải, đại đa số các nước có luật giao thông đi bên phải).
+ Loại cơ cấu lái đặt bên phải (dùng cho các nước có luật giao thông qui định chiều
chuyển động là bên trái).
b) Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái
+ Loại trục vít- bánh vít (với cung răng con lăn và trục vít).
+ Loại trục vít đòn lắc.
+ Loại liên hợp (trục vít - ê cu - cung răng).
+ Loại bánh răng - thanh răng.
c) Theo số bánh dẫn hướng
+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước.
+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu sau.
+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu.
d) Theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực lái
+ Loại trợ lực lái thủy lực.
+ Loại trợ lực lái loại khí (khí nén hoặc chân không).
+ Loại trợ lực lái cơ khí.
+ Loại trợ lực lái dùng điện.
Ngoài ra hệ thống lái còn được phân ra: Hệ thống lái có trợ lực và hệ thống lái không
trợ lực. Trong hệ thống lái có trợ lực lại được phân ra hệ thống lái trợ lực không có
điều khiển và hệ thống lái trợ lực có điều khiển điện tử.
11
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống lái
1.2.1. Cấu tạo
Hình 1 Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái
1.Vành tay lái (vô lăng) 6.Trụ đứng(chốt chuyển hướng)
2.Trục lái 7.Đòn quay (cam quay)

3.Ống bọc trục lái 8.Thanh bên của hình thang lái
4.Cơ cấu lái 9.Khớp
5.Tay biên 10.Đòn ngang
11.Đòn kéo dọc
1.2.2. Nguyên lý hoạt động
Vành tay lái có dạng hình tròn, lực của người lái tác dụng lên vành tay lái tạo ra
mô men quay để hệ thống lái làm việc. Trục lái thường là một đòn dài (rỗng hoặc đặc)
để truyền mô men quay từ vành tay lái tới cơ cấu lái. Cơ cấu lái có nhiệm vụ biến
chuyển động quay tròn của vành tay lái thành chuyển động lắc của tay biên trong mặt
phẳng thẳng đứng và đảm bảo tỉ số truyền theo yêu cầu cần thiết. Cơ cấu lái được bắt
chặt lên xà dọc (phần được treo của ô tô). Dẫn động lái (gồm: 11, 7, 8, 9, 10) có nhiệm
vụ truyền chuyển động từ cơ cấu lái xuống bánh xe dẫn hướng đảm bảo tỷ số truyền
nhất định và chủ yếu giữ được động học quay vòng đúng của ôtô.
Khi người lái quay vô lăng (1) để điều khiển xe, qua cơ cấu lái (4) làm cho tay biên (5)
12
quay một góc thông qua đòn kéo dọc (11) và đòn quay cam (7) làm bánh xe dẫn hướng
bên trái dịch chuyển qua các đòn (8, 10) của hình thang lái làm cho bánh xe dẫn hướng
bên kia cũng dịch chuyển quanh trụ đứng, lệch phương chuyển động theo ý muốn của
người lái.
1.3. Các bộ phận chính của hệ thống lái
1.3.1. Trục lái
Hình 1 Cấu tạo chung của trục lái
Trục lái bao gồm trục lái chính truyền chuyển động quay của vô lăng tới cơ cấu
lái và ống đỡ trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe. Đầu phía trên của trục lái
chính được làm thon và xẻ hình răng cưa. Vô lăng được xiết vào trục lái bằng một đai
ốc. Trong trục lái có một cơ cấu hấp thụ va đập. Cơ cấu này sẽ hấp thụ lực đẩy tác
dụng lên người truyền chấn động lái khi xe bị tai nạn. Trục lái được gá với thân xe qua
một giá đỡ kiểu dễ vỡ do vậy khi xe bị đâm trục lái có thể dễ dàng bị phá sập. Đầu
dưới của trục lái chính nối với cơ cấu lái bằng khớp mềm hoặc khớp các đăng để giảm
thiểu việc từ mặt đường qua cơ cấu lái lên vô lăng. Cùng với cơ cấu hấp thụ va đập,

trục lái chính trên một số xe còn có thể có một số kết cấu dùng để khống chế và điều
chỉnh hệ thống lái: ví dụ cơ cấu khóa tay lái nghiêng, cơ cấu trượt tay lái.
1.3.2. Cơ cấu lái
1.3.2.1. Chức năng
Cơ cấu lái hay còn gọi là hộp số lái có chức năng:
+ Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động ngang của dẫn động lái.
13
+ Tăng lực tác động của người lái lên vành tay lái để thực hiện quay vòng xe nhẹ
nhàng hơn.
Cơ cấu lái hoạt động tương tự như một hộp số với hai bộ phận cơ bản được gọi
quy ước là trục quay của cơ cấu lái và trục lắc của cơ cấu lái.
Trục quay là đầu vào của cơ cấu lái, nó trực tiếp liên kết với đầu dưới của trục
lái và thực hiện chuyển động quay theo chuyển động của trục lái. Trục lắc là đầu ra
của hộp số lái nó liên kết với đòn lắc chuyển hướng của dẫn động lái.
1.3.2.2. Một số cơ cấu lái thường dùng
Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cặp truyền động trục
quay – trục lắc có thể phân biệt các kiểu cơ cấu lái sau:
* Cơ cấu lái trục vít - cung răng
Hình 1 Hộp số lái kiểu trục vít - cung răng
1-Trục vít , 2-Cung răng, 3- Trục lắc
Loại cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là: Giảm trọng lượng và kích
thước so với trục vít - bánh răng.
* Cơ cấu lái kiểu trục vít – con lăn
Trục quay (liên kết với trục lái) của hộp số lái kiểu trục vít - con lăn có cấu tạo
giống một trục vít vô tận.
Trên trục lắc của hộp số lái có một bộ phận gọi là con lăn. Con lăn giống một
bánh xe có ren phía ngoài. Các ren của con lăn ăn khớp với các ren của trục vít. Khi
trục vít quay, con lăn sẽ quay quanh trục của nó đồng thời chuyển động dịch chuyển
dọc theo trục của trục vít. Kết quả của các chuyển động đó là chuyển động xoay của
trục lắc.

14
Hình 1 Hộp số lái kiểu trục vít -con lăn
1- Trục vít, 2- Con lăn, 3- Đòn chuyển hướng của dẫn động lái
Hộp số lái kiểu trục vít- con lăn được sử dụng khá phổ biến hiện nay.
Ưu điểm của hộp số lái kiểu này là có kết cấu gọn, trục vít và con lăn có độ bền
cao do ma sát giữa chúng là ma sát lăn và ứng suất nhỏ nhờ có nhiều ren của con lăn
và trục vít tiếp xúc với nhau, hiệu suất cao, dễ điều chỉnh khe hở giữa các bộ phận liên
kết trong hộp số lái.
* Cơ cấu lái kiểu trục vít – đòn lắc
Hộp số lái kiểu trục vít-đòn lắc có trục quay của nó hoạt động tương tự như một trục
vít nhưng có mặt cắt ngang giống một trục cam do các rãnh có độ sâu thay đổi theo
chu vi, bởi vậy hộp số lái kiểu này còn gọi là kiểu cam đòn lắc. Trên trục lắc của hộp
số lái có gắn chi tiết gọi là đòn lắc, trên đòn lắc có các chốt. Trục quay và trục lắc liên
kết với nhau thông qua các chốt. Khi trục vít quay theo trục lái, các chốt sẽ trượt lên,
xuống trong rãnh của trục vít và làm cho đòn lắc xoay trái, phải.
15
Hình 1 Hộp số lái kiểu trục vít –đòn lắc
1-Trục vít, 2-Đòn lắc, 3-Chốt
4- Trục lắc, 5- Đòn lắc chuyển hướng
Cơ cấu lái kiểu trục vít- đòn quay cho phép dễ dàng thay đổi tỷ số truyền theo
yêu cầu, nhưng có hiệu suất thấp và các chốt của kiểu hộp số lái này thường mòn
nhanh. Kiểu hộp số lái này ngày càng ít được sử dụng trên các loại ôtô đời mới.
* Cơ cấu lái kiểu trục vít - êcu - bi - cung răng
Hình 1 Hộp số lái kiểu trục vít - êcu - bi - cung răng
1- Trục vít, 2- Êcu, 3- Cung răng, 4- Trục lắc
5- Bi, 6- Đòn lắc chuyển hướng
Hộp số lái kiểu trục vít- êcu- bi - cung răng có trục quay là một trục vít, còn
trục lắc tương tự như trục lắc của hộp số lái kiểu trục vít- cung răng, nhưng cung răng
16
không ăn khớp với trục vít mà nhận chuyển động từ trục vít thông qua êcu và các viên

bi.
Êcu có các răng thẳng phía ngoài và các rãnh phía trong tương ứng với các rãnh
trên trục vít.
Các viên bi nằm trong rãnh giữa êcu và trục vít và trong ống dẫn bao quanh
êcu. Khi trục vít quay các viên bi trong rãnh giữa trục vít và êcu sẽ đẩy nhau và luân
chuyển trong ống dẫn để quay trở lại rãnh, đồng thời làm cho êcu dịch chuyển dọc
theo trục vít.
Thông qua các răng của êcu và cung răng, chuyển động tĩnh tiến của êcu được
biến đổi thành chuyển động xoay của trục lắc.
Như trên hình vẽ đã thể hiện, chiếc êcu ăn khớp với trục vít nhờ các viên bi
tròn. Các bi này có hai tác dụng: một là nó giảm ma sát giữa các chi tiết nên hiệu suất
cao.
Thứ hai, nó làm giảm độ dơ của cơ cấu. Độ dơ xuất hiện khi đổi chiều tay lái,
nếu không có các viên bi, các răng sẽ rời nhau ra trong chốc lát gây nên độ dơ của tay
lái.
* Kiểu bánh răng - thanh răng
Hình 1 Hộp số lái bánh răng - thanh răng
Hộp số lái kiểu bánh răng - thanh răng có trục quay (đầu vào) được chế tạo
giống một bánh răng trên đoạn trục liên kết trục lắc (đầu ra).
17
Trục lắc là một thanh răng thẳng. Hai đầu của thanh răng liên kết với hai thanh
nối bên của dẫn động lái thông qua các khớp cầu.
Các răng trên bánh răng và thanh răng liên kết với nhau. Khi bánh răng quay,
thanh răng sẽ chuyển động tịnh tiến trên mặt phẳng ngang sang trái hoặc phải tuỳ theo
chiều quay của vành tay lái.
Trong dẫn động lái với hộp số lái kiểu bánh răng - thanh răng không có đòn lắc
chuyển hướng mà thanh răng trực tiếp truyền chuyển động ngang cho các thanh nối.
1.3.3. Dẫn động lái
Dẫn động lái gồm hệ thống các đòn, các thanh liên kết với nhau để truyền lực từ
cơ cấu lái đến các bánh xe điều khiển, 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, có nhiệm vụ đảm bảo
động học các bánh xe dẫn hướng của ô tô làm cho lốp xe không bị trượt, lê khi lái,
giảm mòn lốp.
Kết cấu của hình thang lái phải phù hợp với bộ phận dẫn hướng của hệ thống
treo để khi bánh xe dao động thẳng đứng thì không ảnh hưởng đến động học của dẫn
động lái.
Cấu tạo hình thang lái điển hình(Hình 1.9)
+ Đòn lắc chuyển hướng: là chi tiết liên kết với trục lắc của hộp số lái và truyền
chuyển động của trục lắc đến phần còn lại của dẫn động lái.
Thông thường một đầu của đòn lắc chuyển hướng liên kết với trục lắc của hộp
số lái bằng then hoa, đầu còn lại liên kết với một đầu của thanh nối giữa bằng khớp
cầu
18

Hình 1 Cấu tạo hình thang lái điển hình
1,4 - Đòn lắc chuyển hướng, 2 - Thanh nối giữa, 3 - Thanh nối bên,
5 - Đòn lắc phụ, 6- Khớp cầu, 7- Vú mỡ, 8 - Vòng đệm
+ Đòn lắc phụ: cũng có một đầu liên kết với một đầu của thanh nối giữa bằng khớp
nối cầu, đầu còn lại được lắp trên khung ôtô thông qua trục. Đòn lắc phụ cũng thực
hiện chuyển động lắc hoàn toàn giống chuyển động của đòn lắc chuyển hướng nhưng
không truyền chuyển động đó cho bất cứ bộ phận nào. Nó có chức năng đỡ thanh nối
giữa ở độ cao như tại đòn lắc chuyển hướng để đảm bảo động học của hệ thống lái.
+ Thanh nối giữa: có chức năng liên kết tất cả các bộ phận khác của dẫn động lái với
nhau. Hai đầu của thanh nối giữa là hai ổ đỡ chốt cầu để liên kết với đòn lắc chuyển
hướng và đòn lắc phụ. Phía giữa thanh nối giữa có hai lỗ để liên kết với hai thanh nối
bên bằng các khớp cầu.
+ Thanh nối bên: là bộ phận trực tiếp truyền chuyển động cho đòn chuyển hướng trên
ngỗng quay của bánh xe dẫn hướng. Thông thường mỗi cơ cấu dẫn động lái có hai
thanh nối bên, mỗi thanh nối bên được cấu thành từ ba đoạn được gọi là đầu trong, đầu

ngoài, và đoạn điều chỉnh. Đầu ngoài liên kết với đòn chuyển hướng. Đầu trong liên
kết với thanh nối giữa, thanh răng hoặc một bộ phận khác của ôtô tuỳ thuộc vào kiểu
19
dẫn động lái. Đoạn điều chỉnh dùng để thay đổi chiều dài toàn bộ của thanh nối bên để
điều chỉnh hình học lái trong quá trình kiểm tra, bảo trì gầm ôtô mà không cần phải
tháo rời dẫn động lái.
Hình 1 Kết cấu của thanh nối bên
1- Đầu ngoài của thanh nối bên, 2- Kẹp đàn hồi,
3 - Đầu trong của thanh nối bên, 4- Ống điều chỉnh, 5 - Bulông điều chỉnh
a) Kiểu ống, b) Kiểu bulông
Với hình (H1.10.a.), ống điều chỉnh có ren, các đầu của đầu trong và đầu ngoài
của thanh nối bên cũng có ren, trong đó có một đầu ren trái, còn đầu kia có ren phải.
Khi cả hai đầu đã được vặn vào ống điều chỉnh, nếu xoay ống điều chỉnh sẽ làm cho
chiều dài toàn bộ của thanh nối bên tăng lên hoặc giảm đi tuỳ theo chiều xoay của ốc
điều chỉnh. Các kẹp đàn hồi có tác dụng ngăn không cho ống điều chỉnh tự xoay trong
quá trình ôtô vận hành.
Với hình (H1.10.b) bulông điều chỉnh có ren, các đầu trong và đấu ngoài của
thanh nối bên cũng có ren, trong đó có một ren trái và một đầu có ren phải. Xoay
bulông điều chỉnh sẽ làm thay đổi chiều dài toàn bộ thanh nối bên.
20
1.4. Các thông số cơ bản của hệ thống lái
1.4.1. Tỉ số truyền của hệ thống lái
Trong hệ thống lái có các tỉ số truyền sau:
+ Tỉ số truyền của cơ cấu lái i
ω
+ Tỉ số truyền của dẫn động lái i
d
.
+ Tỉ số truyền theo góc của hệ thống lái i
g.

+ Tỉ số truyền lực của hệ thống lái i
l
.
Tỉ số truyền của cơ cấu lái i
ω
Tỉ số của góc quay của vô lăng chia cho góc quay của đòn lắc chuyển hướng.
Tùy theo cơ cấu lái i
ω
có thể không đổi hoặc thay đổi. Ở loại cơ cấu lái có tỉ số truyền
thay đổi, tỉ số truyền có thể tăng hay giảm khi quay vành tay lái ra khỏi vị trí trung
gian.
Loại cơ cấu lái có tỉ số truyền thay đổi theo xu hướng giảm khi quay vành tay
lái ra khỏi vị trí trung gian được sử dụng phổ biến.
Tỉ số truyền này có giá trị cực đại khi vành tay lái ở vị trí trung gian. Như vậy
đảm bảo được ô tô chuyển động thẳng ở vận tốc cao an toàn hơn, tránh quay vòng
ngẫu nhiên. Vì khi vành tay lái quay đi một góc bé sẽ làm cho bánh dẫn hướng quay ít.
Đồng thời cũng làm giảm ảnh hưởng của những va đập từ bánh xe dẫn hướng lên vành
tay lái.
Khi quay vành tay lái ra xa vị trí trung gian thì tỉ số truyền giảm nhanh, lúc này
quay vành tay lái một góc nhỏ cũng có thể làm cho bánh xe dẫn hướng quay một góc
tương đối lớn do đó xe có thể quay vòng linh hoạt.
Đối với hệ thống lái trang bị trợ lực lái thì tỉ số truyền không là vấn đề quan
trọng. Vì thao tác cơ cấu lái ở đây chủ yếu dùng để đóng mở các van của bộ trợ lực lái
khiến nó làm việc.
Để đề phòng hỏng bộ trợ lực lái thì tỉ số truyền vẫn phải chọn đủ lớn để người
lái vẫn đủ sức lái xe
Tỉ số truyền của dẫn động lái i
d
.
Nó phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn. Trong quá trình

bánh dẫn hướng quay vòng giá trị cánh tay đòn của các đòn dẫn động sẽ thay đổi.
Trong các kết cấu hiện nay i
d
thay đổi không nhiều lắm.
i
d
= 0,85 ÷ 1,1
Tỉ số truyền theo góc của hệ thống lái i
g
.
Tỷ số của góc quay vành tay lái lên góc quay của bánh dẫn hướng. Tỉ số truyền
này bằng tích số của tỉ số truyền của cơ cấu lái i
ω
với tỉ số truyền của dẫn động lái.
i
g
= i
ω
. i
d
21
Tỉ số truyền lực của hệ thống lái i
Hình 1 Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang
Tỷ số của tổng lực cản khi ô tô quay vòng chia cho lực đặt trên vành tay lái cần
thiết để khắc phục được lực cản quay vòng.
Ở 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
đường trục đứng kéo dài.

M
l
: mômen lái đặt trên vành tay lái.
r: bán kính vành tay lái.
Như vậy:
Bỏ qua các lực ma sát ta có : và do đó
Bán kính vành tay lái ở đa số ô tô hiện nay là 200 ÷ 250mm và tỉ số truyền góc
i
g
không vượt quá 25 vì vậy i
l
không được chọn lớn quá. Cánh tay đòn c cũng không
22