TKMH kết cấu và tính toán ô tô

Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nền kinh tế đang tăng trưởng mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu
về giao thông vận tải ngày càng lớn. Vai trò quan trọng của ô tô ngày càng
được khẳng định vì ô tô có khả năng cơ động cao, vận chuyển được người
và hàng hóa trên nhiều loại địa hình khác nhau.
Với ô tô nói chung và xe khách nói riêng, an toàn chuyển động là chỉ tiêu
hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng của phương
tiện.
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển
động là hệ thống lái đặc biệt là ở tốc độ cao. Với đề tài của mình, em đã cơ
bản hoàn thành việc thiết kế hệ thống lái cho xe khách.
Trong quá trình làm TKMH, được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo
Nguyễn Hồng Quân và các thầy cô giáo trong bộ môn Cơ khí ô tô em đã
hoàn thành bài TKMH của mình. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện, chắc
chắn em không tránh khỏi những thiếu sót, do đó em rất mong nhận được
sự chỉ bảo và góp ý của các thầy và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

1


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
I, NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI
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.
- Thay đổi momen xoắn ở bánh sau chủ động
- Kết hợp cả 2 phương pháp.
Theo quan điểm về an toàn chuyển động thi hệ thống lái là hệ thống
quan trọng nhất.
2, Phân loại
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ô tô :
- Phân loại theo cách bố trí cơ cấu lái :
+ Loại cơ cấu lái đặt bên trái ( dùng cho các nước có luật giao thông
quy định chiều chuyển động là bên phải, đại đa số các nước có luật giao
thông đi bên phải )
+ Loại cơ cấu đăt bên phải ( dùng cho các nước có luật giao thông quy
định chiêu chuyển dộng là bên trái , có rất ít nước thí dụ: Anh Thụy Diển ,
Nhật…)
- Theo kết cấu của cơ cấu lái:
+ Loại trục vít, bánh vít
+ Loại trục vít đòn quay
+ Loại thanh khía
+ Loại liên hợp ( Trục vít – ê cu – cung răng )
- Theo số bánh dẫn hướng :
+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng cầu trước

+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng cầu sau
Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

2


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu
- Theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực lái
+ Loại trợ lực lái thủy lực
+ Loại trợ lực lái loại khí
+ Loại trợ lực lái cơ khí
+ Loại trợ lực lái dùng điện
- Theo kết cấu của bộ phận thủy lực
+ Hệ thống lái với bộ phận chịu lực kiểu van xoay
+ Hệ thống lái với bộ phận chịu lực kiểu van trượt
3, Yêu cầu
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển
động của ô tô là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu
sau :
- Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay
vòng nhanh và ngoặt trong một thời gian ngẳn trên một diện tích rất bé.
- Lực tác động lên vành tay lái nhe, vành tay lái phải nằm ở vị trí tiện
lợi đối với người lái để tạo cảm giác thoải mái cho người lái trong quá
trình điều khiển.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng để trong quá trình quay vòng bánh
xe không bị trượt lết.

- Hệ thống trợ lực phải đảm bảo chính xác, tính chất tuỳ động đảm bảo
phối hợp chặt chẽ của sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của các
bánh xe dẫn hướng.
- Đảm bảo quan hệ tuyến tính giữa góc quay vành tay lái và góc quay
vòng của các bánh xe dẫn hướng.

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

3


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

- Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo
trước không ánh hướng đến tính động học của cơ cấu lái.
- Hệ thống lái phải được bô trí sao cho thuận tiện cho quá trình bảo
dưỡng, sữa chữa
- Không đòi hỏi người lái xe một cường độ lao động quá lớn khi điều
khiển ô tô
- Đặt cơ cấu lái lên phần được treo của ô tô, cấu tạo đơn giản điều khiển
nhẹ nhàng và thuận lợi
II, CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG LÁI
Cấu tạo cơ bản của hệ thống lái bao gồm các phần chính: vành lái, cơ
cấu lái, dẫn động lái.
- Cơ cấu lái là một hộp giảm tốc được bố trí trên khung hoặc vỏ của ô
tô đảm nhận phần lớn tỉ số truyền của hệ thống lái,
- Vành lái là cơ cấu điều khiển nằm trên buồng lái, chịu tác động trực
tiếp của người điều khiển. Nối liền giữa vành lái và cơ cấu lái là trục lái.

- Dẫn động lái gồm các kết cấu dẫn động nối từ cơ cấu lái tới các bánh
xe dẫn hướng và các liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng. Bao gồm: hai
đòn bên, đòn ngang, trục quay bánh xe.

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

4


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

Hình 1. Hệ thống lái đơn giản.
1 - Vành tay lái

2 - Trục lái

Bánh vít
6,11,10 - Hình thang lái

3 - Trục vít

4-

5 - Cam quay bên trái
7 - Đòn quay ngang

9 - Cam quay bên phải

13 - Đòn quay đứng.
III, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Phương án được giao là : “ Thiết kế hệ thống lái loại trục vít con lăn,
trợ lực thủy lực, với loại hệ thống treo trước sau phụ thuộc nhip.” . Cơ
cấu lái loại trục vít – con lăn, có những ưu điểm sau:
- Trục vít có dạng glôbôit nên mặc dù chều dài của trục vít lớn nhưng sự
tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn, do giảm được ứng suất khi tiếp
xúc và tính chống mài mòn tốt.
- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán, hoặc 2 vòng ren.
- Ít tổn thất do ma sát ( do thay thế má sát trượt bằng ma sát lăn)

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

5


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

- Có khả năng điều chỉnh được sự ăn khớp của răng. Dường trục của
con lăn lệch với đường trục của trục vít một đoạn (= 5-7 )mm điều này cho
phép triệt tiêu sự hao mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá
trình sử dụng
1, Cấu tạo

Hình 1 : Cấu tạo cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn.
1- Trục chủ động.
2 - Vỏ cơ cấu lái.

4 - Đệm điều chỉnh. 7 - Con lăn.
5 - Nắp dưới.

11 - Ốc đổ dầu.

8, 10 - Trục bị động. 12 - Nắp.

3, 13 - Trục vít lõm. 6 - Trục con lăn. 9 - Bạc trục bị động. 14 - Đòn quay.
Kiểu cơ cấu lái này sử dụng cặp ăn khớp trục vít, con lăn để thực hiện
quá trình điều khiển xe chuyển hướng hay quay vòng.
Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu tạo được thể hiện trên hình 19, bao gồm trục
vít lõm (3) được ghép căng với trục chủ động (trục lái) (1) và quay trên
hai ổ đỡ cầu. Con lăn (7) quay trên trục (6) và ăn khớp với trục vít lõm.
Giữa con lăn và trục (6) có ổ bi kim, trục (6) được gá trên nạng (8) đây
Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

6


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

cũng là trục bị động, trục bị động quay trên bạc tựa dài (9) và được cố
định theo phương dọc trục bằng các đai ốc. Đầu ngoài của trục bị động (8)
có lắp đòn quay đứng (14) và được hãm chặt bằng đệm vênh và êcu.

Hình 2 : các chi tiết tháo rời của cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn.
Khi trục chủ động (1) quay làm trục vít lõm (3) quay theo. Do trục vít
lõm (3) ăn khớp với con lăn (7) nên làm nó quay theo làm toàn bộ nạng

(8) quay về hai phía tuỳ theo chiều quay của trục lái (1). Trục bị động (8)
quay làm làm đòn quay đứng (14) quay theo và tác động vào cơ cấu dẫn
động lái.

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

7


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI
I. CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC.
Loại xe
Ký hiệu lốp
Trọng lượng phân bố cho cầu trước
Trọng lượng phân bố cho cầu sau
Chiều dài cơ sở
Khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng
trong mặt phẳng chứa hình thang
lái
Bán kính quay vòng nhỏ nhất của
bánh xe ngoài phía trước
Loại cơ cấu lái
Loại hệ thống treo

Xe khách
8,25 - 20

Ga1 = 2610 (KG) = 26100 (N)
Ga2 = 5450 (KG) = 54500 (N)
L = 3612 (mm)
B = 1895 (mm)
Rngoài min = 9,0 (m)
Ic = 20,5
Trước sau phụ thuộc nhíp

II. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG LÁI
1. Xác định mô men cản quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng
Lực tác dụng lên vành tay lái của ô tô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay
vòng ô tô tại chỗ. Lúc ấy mô men cản quay vòng dọc bánh xe dẫn hướng M c
sẽ băng tổng số của momen cản lăn chuyển động M 1, mômen cản do các
bánh xe trượt lê trên đường M2 và mômen cản cần thiết để làm ổn định dẫn
hướng M3 do cánh tay đòn a gây ra. Khi xác định giá trị lực cực đại tác
dụng lên vành lái Pmax còn M3 có thể bỏ qua.
+ Mô men cản lăn M1
+ Mô men cản trượt M2
+ Mô men cản M3 gây lên bởi việc làm ổn định các bánh xe dẫn hướng
* Tính mô men M1
Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

8


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

Theo tài liệu hướng dẫn thiết kế :

M1 được xác định theo công thức : M1 = Z . f . a ( N.m)

(1)

Trong đó : Z1 – Trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng,

Z1 =

Ga1 26100
=
= 13050( N )
2
2

f – hệ số cản lăn,

f = 0,015

a – cánh tay đòn của lực cản lăn đối với chốt chuyển hướng của hệ thống lái
Với ô tô khách lớn thì a = (60 – 100) mm
Theo trên chọn a = 65 mm
Thay các giá trị trên vào công thức (1) ta được

α

Rbx
Y
a

a

Pf

Hình 3. Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngan
* Tính mô men M2
Theo tài liệu hướng dẫn thiết kế :
M2 được xác định theo công thức :
ϕ

M2 = Y.x = Z . . 0,14 . Rbx
Với ϕ - hệ số bám, chọn ϕ = 0,7
x - tay đòn của lực ngang Y đối với chốt chuyển hướng của
hệ thống lái.
thừa nhận x = 0,14.R b x
Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

9


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

Ảnh hưởng của M 3 được xác định bằng thực nghiệm và đúc
rút thành hệ số ảnh hưởng x= 1,07 – 1,15.
Chọn x = 1,1
Rbx là bán kính làm việc trung bình của bánh xe
λ

Rbx = .ro

λ

Trong đó : - hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, và được chọn tùy thuộc vào
loại lốp. Với lốp có áp suất thấp ta có

λ

λ

= 0,93 ÷ 0,935. Chọn = 0,935

r - bán kính thiết kế của bánh xe dẫn hướng

d

ro =  B +  × 25,4
2


(mm)

B – chiều rộng của lốp ( B = H) (inch)
H- chiều cao lốp
d – đường kính vành bánh xe (inch)
Với bánh xe có kí hiệu : 8,25 – 20 ta xác định được :
B = H = 8,25 (inch)
d = 20 (inch)

20 


⇒ r =  8,25 +
 × 25,4 = 463,55(mm)
2 

Từ đó ta tính được : Rbx = 0,935. 463,55 = 433,419 (mm)
Tổng mô men cản quay ở cả 2 bánh dẫn hướng tác dụng lên cam quay
và từ cam quay qua đòn dọc của dẫn động lái là:

M cq1 = ( M 1 + M 2 ) × 2 = 2 Z ( f .a + 0,14rbx ) × x
Với ƞt hiệu suất tính đến tiêu hao do ma sát ở cam quay và các khớp nối
trong truyền động lái . Với ô tô chi có cầu trước dẫn hướng ƞ t = 0,5 – 0,7
Chọn ƞt = 0,6
Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

10


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

Vậy mô men cản quay vòng tại cầu dẫn hướng là :

M cq1 = 2 × 13050 × ( 0,015 × 0,065 + 0,14 × 0,433419) × 1,05
= 1689,619 (N.m) = 1,690 (KN.m)

2.2. Xác định lực lớn nhất tác dụng lên vô lăng

Qmax =

Qmax

M cq
R × il × ηΣ

Trong đó: - R là bán kính vô lăng, với ô tô khách,tải R = 0,25 m
-

η tl

: Hiệu suất thuận của cơ cấu lái

ηthl = 0,67 ÷ 0,72

-

Chọn

ηthl

= 0,7

ηΣ = ηtl × ηcam = 0,7 × 0,65 = 0,455
ηcam

: Hiệu suất tính đến ma sát của dẫn động lái

ηcam = 0,5 ÷ 0,7

chọn

ηcam = 0,65

- il : tỉ số truyền của hệ thống lái,

il = ic × id = 20,5 × 1.5 = 30,75
Tỉ số truyềncủa dấn động lái : với ô tô khách

Qmax =

1689 ,619
= 483,050( N )
0,25 × 30,75 × 0,455

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

11

idd = 1,3 − 1,5

chọn idd = 1,5


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

Ta thấy Qmax < 500N nên thỏa mãn
2.3 Xác định tỷ số truyền của hệ thống lái i L , của cơ cấu lái icc, của
đãn động lái idd

Tỷ số truyền của cơ cấu lái được xác định theo công thức

icc =

il
idd

(1)

Trong đó: - icc : Tỷ số truyền cơ cấu lái. Đầu bài cho icc = 20,5
- il : Tỷ số truyền hệ thống lái
- idd : Tỷ số truyền dẫn động lái.Với ô tô tải i dd = 1,3 – 1,5
Chọn i dd = 1,5
thay các giá trị trên vào công thức 1 ta được
il = icc * idd =

20,5 × 1.5 = 30,75

3. THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI
3.1 Tính toán trục vít
Chọn khoảng cách trục a w, số răng z2 của bánh vít, số mối ren z 1. Trên cơ
sở tỉ số truyền đã cho và dựa vào thiết kế CTM ta có : ic = 20,5
Chọn số mối ren trục vít z1= 2
⇒ Số răng của bánh vít:

z2 = 2 × 20,5 = 41

Chọn số răng bánh vít là z2= 42
Từ công thức tính tỉ số truyền của cơ cấu lái trục vít – con lăn SGT kết
cấu và tính toán ôtô trang 147

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

12


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

ic =

2 × π × r2
t × z1

Trong đó: - r2 : bán kính vòng tròn ban đầu của hình glôbôit của trục vít
Chọn r2 = 50mm
- z1 : số đầu mối ren
- t : bước ren của trục vít

t=

2 × π × r2 2 × 3,14 × 50
=
= 7,659mm
ic1 × Z1
20,5 × 2

Môđun dọc của trục vít:
m=

t 7,659
=
= 2,439mm
π
3,14

. Chọn m = 2,5

Theo bảng (7.3) Tính toán hệ dẫn động cơ khí với m = 2,5 chọn hệ số
đường kính trục q =10
Khoảng cách trục:
aw =

m × ( Z 2 + q + x ) 2,5 × ( 42 + 10 + 0 )
=
= 65( mm)
2
2

Lấy aw = 65
- Hệ số dịch chỉnh x, chọn x= 0
- Đường kính vòng chia: d c 1 , Theo bảng (7.9) tính toán
thiết kế hệ dẫn động cơ khí (T 155) :
d c 1 = q.m = 10.2,5 =25 (mm)
Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

13

Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô
d c 2 = m.z 2 = 2,5.42 = 105(mm)

- Đường kính vòng đỉnh:
d a 1 = d c 1 + 2m = 25 + 2. 2,5 = 30(mm)
-Xác định đường kính vòng đáy ren trong tiết diện trung
bình của trục vít d f 1 :
×

d f 1 = m(q – 2,4)= 2,5 (10 – 2,4)= 19(mm)
- Với m: mô đun dọc trục vít
q: Hệ số đường kính
x: Hệ số dịch chỉnh
- Đường kính ngoài của bánh vít
d aw2 ≤ d a 2 + 1,5m = 110 + 1,5 × 2,5 = 113,75
mm
Chọn d a w 2 = 113 mm
- Chiều rộng bánh vít
b2 ≤ 0,75d a1 = 0,75 × 30 = 22,5( mm)
Chọn b 2 = 22(mm)
Góc vít của đường xoắn ốc:
Z
2
tgγ = 1 =
= 0,2
q
10

γ = 111835

vậy góc vít của đường xoắn ốc
Góc ôm
δ = arcsin[ ba / ( d a1−0,5m ) ]

22


= arcsin
= 495535

 30 − 0,5 × 2,5 

- Bán kính răng của mặt đỉnh răng trục vít R e 1
R e 1 = a w - 0,5. d a 1
R e 1 =65 - 0,5.30 = 50 (mm)
- Xác định chiều dài làm việc của trục vít :
Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

14


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

L = dc1 × sin δ = 25 × sin 495535 = 19,131( mm)
Trong đó: d c 1 – đường kính vòng chia bánh vít
3,2 Tính toán bánh vít

Theo bảng 7.9 tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (T
155): ta xác định được các thông số như sau:
- Đường kính vòng chia của bánh vít:
d c 2 = m.z 2 = 2,5. 42 = 105 (mm)
- Đường kính vòng đỉnh bánh vít:
d a 2 = m(z 2 +c2+2x) = 2,5.(42+ 2+ 2.0) = 110
- Đường kính vòng đáy răng:

d f 2 = m( z 2 − 2.4 + 2 × x )

=

2.5 × ( 42 − 2.4 + 2 × 0 ) = 99( mm)

Từ các thông số đã cho ta xác định được chiều dài làm việc
của trục vít :

L2 = d c 2 × sin δ = 105 × sin 495535 = 80 ,348( mm)
Theo bảng (7.10) Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí
chiều dài phần cắt ren của trục vít là:
L 3 ≥ (11+0,06. z 2 )m = 33,8. Chọn L 3 = 35 mm

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

15


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

Các thông số của bộ truyền trục vít – bánh vít
Thông số
Khoảng cách trục
Hệ số dịch chỉnh
Đường kính vòng chia

Giá trị
a w = 65 mm
x= 0
d c 1 =25 mm
d c 2 = 105 mm
d a 1 = 30 mm
d a 2 = 110 mm
d f 1 = 19 mm
d f 2 = 99 mm
d a w 2 = 113mm
b 2 = 22mm
δ = 495535

Đường kính vòng đỉnh
Đường kính vòng đáy
Đường kính ngoài của bánh vít
Chiều rộng bánh vít
Góc ôm
Góc vít

γ=

111835

4, THIẾT KẾ HÌNH THANG LÁI
4,1 Công dụng của hình thang lái
- Hình thang lái có tác dụng đảm bảo sự quay vòng đúng
của các bánh xe dẫn hướng. Khi đó các bánh xe dẫn hướng
không có sự trượt khi xe chuyển động.
- Đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe dẫn hướng
bên trái và bên phải sao cho các bánh xe lăn trên các đường
tròn khác nhau nhưng đồng tâm.
4.2. Xây dựng đường đặc tính lý thuyết của hình thang lái
Muốn các bánh xe thực hiện quay vòng đúng thì quan hệ
giữa chúng phải thỏa mãn công thức sau:

cotg
Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

β

-cotg
16

α

=

B
L


Trường ĐH GTVT

Trong đó:

β

α

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

- góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong

- góc quay của bánh xe dẫn hướng phía ngoài

L- chiều dài cơ sở của ô tô
B – khoảng cách của 2 đường tâm trụ đứng trong mặt phẳng đi
qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đường

Hình 4: Sơ đồ động học khi quay vòng

cotg
Cho
góc

β

α

β

= cotg

các giá trị khác nhau từ

α

+

B
L

00 ÷ 450

ta lần lượt xác định được

tương ứng:
Bảng 1: Bảng thông số của đường đặc tính lý thuyết
α

β

(°)
0

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

(°)
0

17

Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

2

1,947

4

3,833

6

5,654

8

7,407

10

9,09

12

10,703

14

12,243

16

13,712

18

15,163

20

16,489

22

17,849

24

19,086

26

20,305

28

21,504

30

22,636

32

23,749

34

24,797

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

18


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

36

25,827

38

26,839

40

27,789

42

28,767

44

29,683

45

30,114

Đường đặc tính lý thuyết
4.3. Xây dựng đường đặc tính thực tế của hình thang lái
- Nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế hình thang lái Đan tô là xác định đúng
góc nghiêng của các đòn bên khi xe chạy thẳng:

Hình 5.Sơ đồ xác định các kích thước của hình thang lái

- Cần xác định góc và độ dài mỗi đòn bên m và đòn ngang n.
- Quan hệ thực tế giữa các góc quay
Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

α, β

19

phụ thuộc vào và m,n.


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

- Khi xe chạy thẳng:
- Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình ta có thể tính được mối quan hệ giữa
các thông số theo biểu thức sau:

sinθ =

B−n
2m

- Khi xe quay vòng:

Hình 6.Sơ đồ quay vòng của hình thang lái

Khi bánh xe dẫn hướng bên trái quay đi một góc
quay đi 1 góc
góc

θ− β

β

α

và bánh xe bên phải

, lúc này hai đòn bên phải hợp với đường thẳng ngang một

và bánh xe bên trái là

θ+α

Từ sơ đồ dẫn động trên hình trên ta có mối quan hệ của các thông số
theo quan hệ sau:
m.cos(θ + α )
m − B.sin(θ + α ) − 2m.sin 2 θ + 2 B.sin θ
β = θ + arctg
− arcsin
2
B − m.sin(θ + α )
m 2 .cos 2 (θ + α ) + [ B − m.sin(θ + α ) ]

Trong đó: m thường lấy theo kinh nghiệm m/B= 0,12 ; 0,14 ; 0,16.
Chọn sơ bộ theo kinh nghiệm m = 0,12 * B = 227,4 ( mm)
Chọn sơ bộ góc ban đầu theo công thức của Chuđakop
Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

20


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

Cotg ( 90 − θ ) =

(

)

Cotg 90 − θ =

Thay số :
Ta tính được

θ ≈ 21  35

B
2 × 0,7 × L

1895
= 0,3747
2 × 0,7 × 3612

( theo kinh nghiệm thiết kế)

θ
Cho các giá trị xung quanh giá trị sơ bộ ( 1=210 ).
θ

Cho = 19 ,20 ,21 ,22 ,23 ,sẽ tìm được mối quan hệ thực tế giữa
0

0

0

0

0

α β

,

theo công thức sau:
β = θ + arctg

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

Bảng 2: Bảng thông số của đường đặc tính thực tế:
θ= 19

θ= 20

θ= 21

θ= 22

θ= 23

1

2

3

4

5

0

0

0

0

0

0

2

1,947

1,947

1,947

1,947

1,947

4

3,891

3,890

3,890

3,890

3,890

6

5,767

5,711

5,711

5,711

5,711

8

7,576

7,520

7,520

7,463

7,463

10

9,314

9,258

9,202

9,202

9,146

12

10,979

10,924

10,869

10,813

10,758

14

12,571

12,517

12,462

12,407

12,298

16

14,144

14,036

13,982

13,874

13,820

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

21


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

18

15,642

15,536

15,430

15,323

15,216

20

17,014

16,909

16,804

16,647

16,541

22

18,418

18,263

18,108

17,952

17,797

24

19,697

19,494

19,341

19,188

19,034

26

20,907

20,707

20,506

20,355

20,153

28

22,048

21,851

21,653

21,405

21,206

30

23,171

22,928

22,685

22,441

22,195

32

24,181

23,941

23,653

23,364

23,122

34

25,174

24,844

24,560

24,275

23,989

36

26,059

25,734

25,408

25,080

24,797

38

26,885

26,565

26,197

25,873

25,501

40

27,699

27,294

26,931

26,565

26,197

42

28,413

28,013

27,610

27,203

26,794

44

29,074

28,635

28,191

27,744

27,339

45

29,380

28,899

28,458

28,013

27,565

Từ bảng giá trị thu được ta xây dựng đồ thị quan hệ
β

thực tế trên cùng đồ thị quan hệ

α

Theo bảng giá trị trên ta chọn

và
θ

β

và

lý thuyết.

sao cho sự sai lệch so với đường lý

thuyết nhỏ nhất và nhỏ hơn 10, ta chọn được

θ

= 190

Các kích thước cơ bản của hình thang lái là :
Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

α

22


Trường ĐH GTVT
- ta có:

θ

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô
= 190

- Độ dài đòn bên m = 227,4 mm
- Độ dài thanh kéo ngang :

n = B − 2 × m × sin θ = 1746,932( mm)
- Góc quay lớn nhất của các bánh xe dẫn hướng phía ngoài quanh trụ
đứng được tính theo công thức :
β max



= arctg 





2
( Rng min − a ) − L2 − B 
L

Trong đó : - L : chiều dài cơ sở, L = 3612 mm
- B : tâm vết bánh xe, B = 1895 mm
- a: tay đòn của lực cản lăn đối với trụ đứng, đối với xe tải nhẹ
÷

a= 30 60 mm. Chọn a = 60 mm
Rng min

-

: bán kính quay vòng nhỏ nhất của bánh xe ngoài,

Rng min = 9( m )

Thay số vào ta được :

β max = arctg 




 = 29 53 40
2
2
( 9000 − 60) − 3612 − 1895 
3612

- Góc quay lớn nhất của các bánh xe dẫn hướng phía trong quanh trụ
đứng được tính theo công thức :

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

23


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô
cot g β max − cot gα max =

B
L

B
1895 



⇒ α max = ar cot g  cot gβ max x −  = arc cot g  cot g 29,53 −
 = 38,52

L
3612 


3.

THIẾT KẾ TRỤC LÁI
Trục lái làm bằng thép rỗng được tính theo ứng suất xoắn do lực tác

dụng trên vành lái:
Theo giáo trình kết cấu và tính toán ô tô ứng suất xoắn được xác
đinh theo công thức:
τ =

Ql max .R.D
< [τ ] ( MN / m 2 )
4
4
0,2.( D − d )

(2)

Trong đó: - Qmax : lực lái lớn nhất tác dụng lên vô lăng
- D, d : đường kính trong và đường kính ngoài của trục lái
-R

:bán kính vành tay lái, R = 0,25m

Chọn vật liệu chế tạo trục lái là thép C40 không nhiệt luyện, phôi chế

tạo là phôi thép ống có ứng suất tiếp xúc cho phép
τ < [τ ] = 50 ÷ 80 ( MN / m2 )

Do đó ta có
Giả sử d = 0,8D

[τ ] = 50 ÷ 80 MN / m 2

[τ ] = 65( MN / m 2 )

Chọn

Qmax × R × D
= 65
0,2 × ( D 4 − d 4 )

(1)

Thay vào công thức (1) ta được

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

24

.


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

483,050 × 250 = 7,6752 D 3

D = 25,058 mm . Chọn D = 25 mm
Do đó d = 0,8D = 20 mm
Thay D, d vào công thức (2) ta được
τ=

483,050 × 0,25 × 0,025
= 65453929,54( N / m 2 ) = 65,454( MN / m 2 )
4
4
0,2 × ( 0,025 − 0,020 )

τ = 65,454( MN / m 2 ) < [τ ]

Vạy thỏa mãn điều kiện

6, KIỂM TRA BỀN CƠ CẤU LÁI
Truyền động loại trục vít con lăn cần đảm bảo cho các răng có độ bền
uốn,bởi thế trong tính toán cần chú ý đến độ chống mòn và độ bền tiếp xúc.

σ chd =

T =

Với

T
≤ 700 ÷ 800 ( MN / m 2 )
F

2π .Qmax .R
t

- Kiểm tra theo ứng suất chèn dập`

Trong đó: T – lực dọc trục vít

- t : bước trục vít: t=πm
- m : Mô đun dọc trục
- P m a x : lực tác dụng lớn nhất lên vô lăng
-R

: bán kính vô lăng, R = 0,25 m

Lớp Cơ khí Ô tô Pháp – K50

25