TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI HAI CẦU DẪNHƯỚNG TRÊN XE TẢI HYUNDAI 27 TẤN

trờng đạI học nông nghiệp Hà Nội

khoa cơ điện
---------------------------

đồ án tốt nghiệp
đề tài:

TNH TON THIT K H THNG LI HAI CU DN
HNG TRấN XE TI HYUNDAI 27 TN.

Giỏo viờn hng dn : ThS. Hn Trung Dng
Sinh viờn thc hin

: Mai Vn Phng

Lp

: CKL K2 Hng c

Hà nội - 2011


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................
MỤC LỤC...................................................................................................
MỤC LỤC...................................................................................................
DANH MỤC BẢNG...................................................................................
DANH MỤC BẢNG...................................................................................
DANH MỤC HÌNH....................................................................................

DANH MỤC HÌNH....................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................
PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.........................................................
PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.........................................................
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ........................................................................................................2
1.1.1. Khái quát chung..............................................................................................2
1.1.2. Nhiệm vụ hệ thống lái....................................................................................3
1.1.3. Các trạng thái quay vòng của xe.....................................................................4
1.1.4. Các góc đặt bánh xe........................................................................................5
1.1.5. Phân loại hệ thống lái.....................................................................................9
1.1.6. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô........................................................................10
1.2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI..................................................................11
1.2.1 Vành tay lái....................................................................................................12
1.2.2. Trục lái..........................................................................................................13
1.2.3. Cơ cấu hấp thụ va đập trục lái......................................................................14
1.2.4. Cơ cấu nghiêng trục lái.................................................................................14
1.2.5. Cơ cấu khoá tay lái.......................................................................................15
1.2.6. Cơ cấu lái......................................................................................................16
1.2.7. Các yêu cầu của cơ cấu lái............................................................................17
1.2.8. Bộ phận lái....................................................................................................18
1.2.9. Dẫn động lái..................................................................................................20
1.2.10. Hệ thống lái có trợ lực................................................................................20
* Vấn đề điều khiển hệ thống trợ lực lái ôtô.............................................................26
Kiểu van ống:.........................................................................................................26

Phần II TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI.................................................
Phần II TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI.................................................
CÁC SỐ LIỆU XE THIẾT KẾ ..................................................................................28
Số liệu tham khảo..................................................................................................28

Xe tải hạng nặng HYUNDAI đời 1994.................................................................28
Yêu cầu thiết kế hệ thống lái.................................................................................29
2.1. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ......................................................................29
2.1.1. Chọn phương án dẫn động lái.......................................................................29
2.1.2. Chọn phương án cơ cấu lái...........................................................................30
2.2. TÍNH TOÁN DẨN ĐỘNG HÌNH THANG LÁI................................................31
2.2.1. Tính toán các thông số hình học của hệ dẫn động lái...................................32
2.2.2 Xác định mômen cản quay vòng...................................................................46
Tính mômen quay vòng cực đại............................................................................46
2.2.3. Xác định góc quay vòng lớn nhất của vô lăng..............................................49
2.2.4. Bán kính quay vòng nhỏ nhất gồm:..............................................................50
2.3. THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI....................................................................................50
2.3.1. Tính chế độ tải trọng.....................................................................................51
2.3.2. Tính bền trục lái...........................................................................................54
2.3.3. Tính trục vít- êcu bi ( theo tài liệu chi tiết máy tập 2 của Nguyễn Trọng
Hiệp – năm2001)....................................................................................................55
2.3.4. Tính bền các đòn dẫn động lái......................................................................64
2.3.4.2. Kiểm tra các đòn dẫn động lái...................................................................68
2.4. Tính toán cường hóa lái.......................................................................................75
2.4.1. Chọn phương án trợ lực lái...........................................................................75
................................................................................................................................77
2.4.2. Nguyên lý hoạt động.....................................................................................77
2.4.3. Xây dung đặc tính cường hoá hệ thống lái hai cầu trước.............................78
2.4.4. Tính cường hoá hệ thống lái.........................................................................79
2.4.5. Xác định năng suất của bơm trợ lực lái........................................................84
2.4.6. Tính hành trình của con trượt.......................................................................85
2.4.7. Tính van tiết lưu...........................................................................................87
2.4.8. Tính lò xo định tâm......................................................................................88

2.4.9. Tính độ bền của xy lanh lực.........................................................................89

PHẦN III BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI...................
PHẦN III BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI...................
3.1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái...........................................................................92
3.2. Sửa chữa hệ thống lái..........................................................................................93
Những hiện tượng hư hỏng chính của hệ thống lái................................................93
3.2.2. Kiểm tra điều chỉnh cơ cấu lái:.....................................................................94
3.2.3. Kiểm tra dẫn động lái và khắc phục khe hở:................................................94
3.2.4. Kiểm tra trợ lực lái:......................................................................................94

KẾT LUẬN...............................................................................................
KẾT LUẬN...............................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................

3


4


DANH MỤC BẢNG

MỤC LỤC...................................................................................................
DANH MỤC BẢNG...................................................................................
DANH MỤC HÌNH....................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................
PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.........................................................
1.1.4.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).............................................6

1.1.4.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster).. . .7
1.1.4.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)..................................................8
1.1.4.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng)..............................................................8
1.2.10.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.............................20
1.2.10.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái ..............................................................21
1.2.10.3. Nguyên lý trợ lực lái............................................................................22
a. Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng).............................................23
b. Khi quay vòng...........................................................................................23
1.2.10.4. Các bộ phận chính của cơ cấu trợ lực lái.............................................24
Cơ cấu lái của trợ lực lái................................................................................25
* Vấn đề điều khiển hệ thống trợ lực lái ôtô.............................................................26
Kiểu van ống:.........................................................................................................26

Phần II TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI.................................................
CÁC SỐ LIỆU XE THIẾT KẾ ..................................................................................28
Số liệu tham khảo..................................................................................................28
Xe tải hạng nặng HYUNDAI đời 1994.................................................................28
Yêu cầu thiết kế hệ thống lái.................................................................................29
2.2.1.1. Tính toán hình thang lái.........................................................................32
Bảng 1: Bảng thông số của đường đặc tính lý thuyết của các góc quay cầu thứ
nhất và quan hệ góc quay giữa cầu thứ nhất và cầu thứ hai...........................34
Bảng 2: Cầu thứ hai:......................................................................................34
Bảng 3.Bảng thông số của đường đặc tính thực tế cho cầu thứ nhất..............37
Bảng 4.Bảng thông số của đường đặc tính thực tế cho cầu thứ hai................39
2.2.1.2. Tính toán thông số hình học của dẫn động lái.......................................43
Tính mômen quay vòng cực đại............................................................................46
2.3.3.1 Tính trục vít êcu-bi.................................................................................55
2.3.3.2. Tính bánh răng rẻ quạt và thanh răng....................................................60
2.3.4.1. Tính toán đòn quay đứng.......................................................................64
a. Chọn đường kính của trục đòn quay đứng......................................................64

................................................................................................................................77
2.4.3.1. Đặc tính của hệ thống lái khi chưa có cường hoá..................................78
2.4.3.2. Đặc tính của cường hoá khi có cường hoá lái.......................................78
2.4.4.1. Tính cường hoá đặt tại cơ cấu lái:.........................................................79


2.4.4.2. Tính cường hóa cầu dẫn hướng thứ 2:..................................................81

PHẦN III BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI...................
KẾT LUẬN...............................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................

6


DANH MỤC HÌNH
MỤC LỤC...................................................................................................
DANH MỤC BẢNG...................................................................................
DANH MỤC HÌNH....................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................
PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.........................................................
Hình 1.1 - Các trạng thái quay vòng của xe.................................................5
1.1.4.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).............................................6
Hình 1.2 - Góc CAMBER............................................................................6
1.1.4.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster).. . .7
Hình 1.3 – Caster và khoảng Caster.............................................................7
1.1.4.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)..................................................8
Hình 1.4 - Góc KingPin...............................................................................8
1.1.4.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng)..............................................................8
Hình 1.7-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái........................................................12

Hình 1.8. Trục lái thay đổi được góc nghiêng và trục lái không thay đổi
được góc nghiêng.......................................................................................13
Hình 1.9 - Các bộ phận tay lái nghiêng......................................................15
Hình 1.10 - Giản đồ thể hiện quan hệ giữa tỷ số truyền góc của cơ cấu lái
và góc quay của bánh xe.............................................................................16
H×nh 1.11 C¬ cÊu l¸i kiÓu trục vit-êcu bi-cung răng...............................19
Hình 1.12 - Cơ cấu lái loại trục vít -êcu bi, cung răng (tỷ số truyền không
đổi)..............................................................................................................20
1.2.10.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.............................20
Hình 1.13 - Tổng quan hệ thống lái có trợ lực...........................................21
1.2.10.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái ..............................................................21
1.2.10.3. Nguyên lý trợ lực lái............................................................................22
Hình 1.14 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung.................................23
a. Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng).............................................23
b. Khi quay vòng...........................................................................................23
Hình 1.15 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.............................24
1.2.10.4. Các bộ phận chính của cơ cấu trợ lực lái.............................................24
Hình 1.16- Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cánh gạt..........................25
Cơ cấu lái của trợ lực lái................................................................................25
Hình 1.17 - Cơ cấu lái có hệ thống trợ lực.................................................26
* Vấn đề điều khiển hệ thống trợ lực lái ôtô.............................................................26
Kiểu van ống:.........................................................................................................26

Phần II TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI.................................................
CÁC SỐ LIỆU XE THIẾT KẾ ..................................................................................28
Số liệu tham khảo..................................................................................................28
Xe tải hạng nặng HYUNDAI đời 1994.................................................................28


Hình 2.1 - Sơ đồ động học khi quay vòng.................................................29

Yêu cầu thiết kế hệ thống lái.................................................................................29
Hình 2.2- Sơ đồ dẫn động lái......................................................................30
Hình 2.2 - Sơ đồ cơ cấu lái loại trục vít-êcu bi, cung răng.........................31
2.2.1.1. Tính toán hình thang lái.........................................................................32
Hình 2.3 Sơ đồ động học khi quay vòng....................................................33
Hình 2.4. Đồ thị quan hệ góc quay vòng của banh xe dẩn hướng thứ nhất
với bánh xe dẩn hướng thứ hai...................................................................35
Hình 2.5. Sơ đồ xác định các kích thước của hình thang lái......................35
Hình vẽ 2.6 - Sơ đồ hình thang lái khi quay vòng......................................36
Hình 2.7. Đồ thị đặc tính góc quay vòng cầu thứ nhất...............................38
Hình 2.8. Đồ thị đường đặc tính góc quay vòng thứ hai...........................41
2.2.1.2. Tính toán thông số hình học của dẫn động lái.......................................43
Hình 2.7 Sơ đồ tính toán dẫn động lái........................................................43
Tính mômen quay vòng cực đại............................................................................46
Hình 2.8 - Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang.......................47
Hình 2.9. Bán kính quay vòng ôtô..............................................................50
Hình 2.10. Cấu tạo trục vít - êcu bi – bánh răng rẻ quạt.............................55
2.3.3.1 Tính trục vít êcu-bi.................................................................................55
2.3.3.2. Tính bánh răng rẻ quạt và thanh răng....................................................60
2.3.4.1. Tính toán đòn quay đứng.......................................................................64
a. Chọn đường kính của trục đòn quay đứng......................................................64
Hình vẽ 2.11 –Sơ đồ tính toán đòn quay đứng...........................................66
Hình vẽ 2.12 –Mặt cắt ngang của đòn quay đứng tại tiết diện nguy hiểm. 67
Hình 2.13. Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.....................................................69
Hình 2.14 – Hình vẽ tính toán dẫn động lái................................................69
................................................................................................................................77
Hình 2.15. Sơ đồ nguyên lý hoạt động.......................................................77
2.4.3.1. Đặc tính của hệ thống lái khi chưa có cường hoá..................................78
Hình vẽ 2.16 - Đường đặc tính khi chưa có cường hoá..............................78
2.4.3.2. Đặc tính của cường hoá khi có cường hoá lái.......................................78

Hình vẽ 2.17 - Đường đặc tính khi chưa có cường hoá..............................79
2.4.4.1. Tính cường hoá đặt tại cơ cấu lái:.........................................................79
2.4.4.2. Tính cường hóa cầu dẫn hướng thứ 2:..................................................81
Hình 2.18. xilanh lực..................................................................................81
Hình 2.19. Van ống (van trượt).................................................................85
Hình 2.20. Van tiết lưu...............................................................................87

PHẦN III BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI...................
KẾT LUẬN...............................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................

8


LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền kinh tế quốc dân hiện nay, vai trò của giao thông ôtô rất
quan trọng trong việc vận chuyển người và hàng hoá. Một trong những nhiệm
vụ quan trọng nhất của ôtô là điều khiển hướng chuyển động, nhiệm vụ này
được đảm bảo bởi hệ thống lái của ôtô.
Nhưng năm gân đây nhu cầu vận tải hàng hoá và nhiên vật liệu phục
vụ cho công việc xây dựng cơ sở hạ tầng và phục vụ cho sản xuất công nông
nghiệp ngày càng cao nên xe tải hạng nặng càng cấp thiết cho sự phát triển
nên kinh tế nước nhà.
Đối với xe tải lớn, do tải trọng phân bố lên cầu trước lớn nên với hệ
thống lái một cầu dẫn hướng, để đảm bảo an toàn, kích thước các chi tiết phải
đủ lớn, do đó việc sửa chữa thay thế khó khăn.
Từ đó em được giao nhiệm vụ: Tính toán thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn
hướng trên xe tải HYUNDAI 27 tấn.
Trong quá trình làm đồ án, được sự hướng dẫn tận tình của thầy
giáo:Th.S. Hàn Trung Dũng và các thầy giáo trong bộ môn, em đã hoàn

thành đồ án tốt nghiệp của mình. Do trình độ bản thân và thời gian có hạn nên
đồ án của em không tránh khỏi khiếm khuyết. Em mong được sự chỉ bảo của
các thầy, các cô.
Em xin chân thành cảm ơn
Sinh viên
Mai Văn Phượng

1


PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ.
1.1.1. Khái quát chung.
Như chúng ta đã biết, sự ra đời của chiếc ô tô đầu tiên trên thế giới đã
đánh dấu một bước ngoặt lớn trong đời sống của nhân loại. Ô tô không chỉ
giúp chúng ta di chuyển từ nơi này sang nơi khác một cách nhanh chóng hay
vận chuyển hàng hoá dễ dàng, thuận tiện mà nó còn đóng vai trò như một
thiết bị đảm bảo an toàn cho con người khi tham gia giao thông vận tải. Ngay
từ khi ra đời những chiếc ô tô đã khẳng định được vai trò quan trọng của
mình trong đời sống của con người, cùng với sự phát triển của giao thông vận
tải ngành công nghiệp ô tô cũng theo đó không ngừng thay đổi theo chiều
hướng tích cực nhất. Ngày nay, những chiếc ô tô đã trở nên quen thuộc với
chúng ta hơn bao giờ hết và mỗi chúng ta dù ít, dù nhiều đều được hưởng
những tiện ích mà chúng mang lại. Nhưng song song tồn tại cùng sự phát
triển của ngành giao thông vận tải là những vụ tai nạn cũng ngày càng gia
tăng bởi rất nhiều nguyên nhân và góp mặt trong đó là nguyên nhân về tính
an toàn của các phương tiện tham gia lưu thông trên đường, ô tô cũng là một
trong số các phương tiện đó. Vì vậy, một nhu cầu cấp thiết đặt ra là cần có
các hệ thống, cũng như các phương tiện có tính năng đảm bảo an toàn tối đa

cho con người cũng như hàng hoá tham gia lưu thông trên các cung đường.
Đứng trước nhu cầu đó rất nhiều các hệ thống đã được nghiên cứu
nhằm đảm bảo an toàn, tăng năng suất lao động, giảm cường độ lao động
nặng nhọc. Hầu hết các hãng ô tô trên thế giới đẵ nghiên cứu và tính toán các
hệ thống điều khiển (hệ thống lái) thoả mản các yêu cầu trên.
Hệ thống điều khiển ô tô máy kéo bao gồm hệ thống lái và hệ thống
phanh. Các hệ thống này rất quan trọng đối với các thiết bị tự hành chúng có

2


nhiệm vụ điều khiển hướng chuyển động của xe nhẹ nhàng, làm việc ổn định
đồng thời cho ô tô máy kéo giảm tốc độ hay dừng chuyển một cách nhanh
chóng và tin cậy. Việc hoàn thiện các tính năng điều khiển của hệ thống lái và
hệ thống phanh cho phép tăng tốc độ chuyển động trung bình của xe, tăng
năng suất lao động đồng thời vẫn đảm bảo an toàn chuyển động.
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ
quay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động
thẳng hay chuyển động cong của ôtô khi cần thiết.
Trong quá trình chuyển động trên đường, hệ thống lái có ảnh hưởng
rất lớn đến an toàn chuyển động của xe nhất là ở tốc độ cao, do đó chúng
không ngừng được hoàn thiện.
Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng
(vành lái), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái), cơ cấu
lái (tăng lực quay của vô lăng để truyền mômen lớn hơn tới các thanh dẫn
động lái), và các thanh dẫn động lái (truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các
bánh xe dẫn hướng).
Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng
loại xe.
Để quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một

lực, đồng thời để quay vòng được thì cần có một phản lực sinh ra từ mặt
đường lên bánh xe.
Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng quay trên những đường
tròn đồng tâm với nhau. Đó là tâm quay tức thời khi quay vòng
1.1.2. Nhiệm vụ hệ thống lái.
Cơ cấu lái dùng để duy trì chuyển động của máy kéo và ô tô theo
hướng định trước của người lái, không tự lệch hướng đã chọn do các ngoại
lực ngẫu nhiên, chống lật ngang và trượt ngang củng như trượt lê của lốp trên
đường khi quay vòng, lực tác động lên vành lái nhẹ và khi cần chuyển hướng
phải thực hiện một cách nhanh chóng.

3


1.1.3. Các trạng thái quay vòng của xe.
Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là
quá trình phức tạp. Nếu cho xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp
thì ứng với mỗi vị trí góc quay của vành tay lái nhất định β vl, thì xe sẽ quay
vòng với một bán kính quay vòng R 0 tương ứng. Trạng thái quay vòng này có
thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh và được gọi là quay vòng đủ.
Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình
quay vòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng
thái quay vòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi
tốc độ chuyển động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo.
Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R 0 thì
người lái phải tăng góc quay vành lái một lượng ∆β vl và khi quay vòng thừa,
để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R0 thì người lái phải giảm góc quay
vành lái một lượng ∆βvl.
Trạng thái quay vòng thừa và trạng thái quay vòng thiếu là những trạng
thái quay vòng nguy hiểm. Chúng làm mất tính ổn định và tính điều khiển

của xe vì nó làm gia tăng lực ly tâm (vận tốc quay vòng của xe tăng kéo theo
lực ly tâm khi quay vòng tăng), ở những trạng thái này đòi hỏi người lái phải
có kinh nghiệm xử lý tốt.
Vấn đề chất tải, độ đàn hồi của lốp có ảnh hưởng ở mức độ nhất định
tới tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển động của xe ôtô và máy kéo
bánh bơm, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn.

4


Trạng thái quay vòng
"thừa"
O
Rqv
O

Rqv
R0

Trạng thái quay
vòng "thiếu " R
>R0
O qv
R0

O

Rqv
.

Hình 1.1 - Các trạng thái quay vòng của xe.
Trạng thái quay vòng là một khái niệm lý thuyết song nó gắn chặt với
tính an toàn chuyển động và tính điều khiển của xe. Do vậy cần thiết phải
hiểu rõ kết cấu của hệ thống lái.
Các bộ phận chính của hệ thống lái.
Các bộ phận chính của hệ thống lái gồm: vành lái cùng với trục truyền
động cacđăng, cơ cấu lái, truyền động lái và cơ cấu hình thang lái. Cơ cấu lái
gồm bộ phận lái và cơ cấu truyền động. Truyền động lái có thể ứng dụng
truyền động cơ học, thuỷ lực hay phối hợp cơ - thuỷ lực.
Truyền động lái bao gồm một số các thanh kéo, tay đòn liên hệ tới
hình thang lái, các thanh kéo và tay đòn này thường có liên kết khớp cầu với
nhau, và có các bulông dùng để thay đổi chiều dài khi cần điều khiển.
1.1.4. Các góc đặt bánh xe.
Để tránh trường hợp người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để
giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hoặc người lái phải tác dụng một lực lớn để quay
vòng xe, các bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định. Những góc
này được gọi chung là góc đặt bánh xe. Nếu các góc đặt bánh xe không đúng
thì có thể dẫn đến các hiện tượng sau:

5


+ Khó lái.
+ Tính ổn định lái kém.
+ Trả lái trên đường vòng kém.
+ Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh).
1.1.4.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với
đường tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc Camber, và đo bằng

độ.
(-)

(+)
CAMBE
R

0

90

Hình 1.2 - Góc CAMBER.
Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược
lại dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các
chi tiết của trục trước và hệ thống treo trước. Đồng thời giảm cánh tay đòn
của phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên
dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái.
Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe
nghiêng theo hướng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các
bánh xe trong nghiêng ra ngoài so với thân xe. Để các bánh xe lăn gần vuông
góc với mặt đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo
độc lập thì góc Camber thường âm.

6


1.1.4.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster).
Góc nghiêng dọc của trụ đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa trụ
xoay đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Khoảng cách từ giao
điểm của đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm vùng tiếp xúc giữa

lốp và mặt đường được gọi là khoảng Caster c.
(-)
Góc Caster

(+)

V

c

Hình 1.3 – Caster và khoảng Caster.
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi
bánh xe vào đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng
lượng xe khi xe đi vào đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với
mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb.
Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó
so với chiều tiến của xe (Caster dương) thì phản lực bên Y b của đường sẽ
tạo với tâm tiếp xúc một mô men ổn định, mô men đó được xác định bằng
công thức sau:
M=Y b.c

(1.1)

Mômen này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu
khi nó bị lệch khỏi vị trí này. Nhưng khi quay vòng người lái phải tạo ra một
lực để khắc phục mô men này. Vì vậy, góc Caster thường không lớn. Mômen
này phụ thuộc vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Đối với các xe
hiện đại thì trị số của góc Caster bằng khoảng từ 0 0 đến 30.

7

1.1.4.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin).
Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của
xe. Góc Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên
mặt cắt ngang đó và phương thẳng đứng.
Kingpin

(+)

(-)

90
°

Hình 1.4 - Góc KingPin
Tác dụng:
Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng lệch
tâm là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r 0. Nếu r0 lớn sẽ sinh
ra mô men lớn quanh trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực
đánh lái. Do vậy giá trị của r0 có thể được giảm để giảm lực đánh lái, phương
pháp để giảm r0 là tạo Camber dương và làm nghiêng trụ quay đứng (tạo góc
Kingpin).
Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc Kingpin sẽ làm cho các
bánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do có mômen
phản lực (gọi là mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe. Giá trị
của mômen ngược phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin.
1.1.4.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng).
Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trước của các bánh xe gần nhau hơn
phía sau thì gọi là độ chụm. Nếu bố trí ngược lại là độ mở.

Độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích thước B, A
được đo ở mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đi thẳng. Độ
chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành lái.

8


A

B

Hình 1.5 Độ chụm.
Quá trình lăn của banh xe gắn liền với sự suất hiện của lực cản lăn P f
ngược chiều chuyển động đặt tại chổ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.
Lực Pf đặt cách lực quay đứng một đoạn R0 và tạo bởi một mô men quay với
tâm trục quay đứng. Mô men này tác dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe
về phía sau. Để làm phẳng thì các bánh xe đặt với độ chụm ∆= B - A dương.
Với độ chụm ∆ như thế thì tạo nên sự ổn định chuyển động thẳng của
xe tức là ổn định vành tay lái.
P
f
Hình

V

1.6 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.

P
f

Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh
xe về phía trước. Bởi vậy độ chụm ∆ giảm. Trong trường hợp này, để giảm
ảnh hưởng của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm
R tốc độ động cơ đột
R0

0

ngột (phanh bằng động cơ), thì bố trí các bánh xe với độ chụm ∆ có giá trị
nhỏ hơn hoặc bằng không.
1.1.5. Phân loại hệ thống lái.
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
a . Phân loại theo phương pháp chuyển hướng.
+ Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2SW). “ SW là steering
wheel”
+ Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4SW).
b . Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực.
+Hệ thống lái cơ khí.
+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén.

9


c. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít lõm- con lăn.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít -đai ốc .
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít -thanh răng.
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh khía .
+ Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.
d. Phân loại theo bố trí vành lái.

+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đường bên trái).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên phải).
e. Phân loại theo kết cấu đòn dẫn động.
- Lái một dàn (dẫn động lái một cầu).
- Lái hai dàn (dẫn động lái hai cầu).
Hiện nay sử dụng phổ biến nhất là kiểu trục vít – răng rẻ quạt và trục
vít - đai ốc.
1.1.6. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.
An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêu hàng
đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng phương tiện này. Một
trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của
ôtô là hệ thống lái. Để giảm nhẹ lao động cho người lái cũng như tăng thêm
độ an toàn cho ôtô, ngày nay trên ôtô thường sử dụng cường hoá lái. Để đảm
bảo tính êm dịu chuyển động trên mọi loại đường từ giải tốc độ thấp tới giải
tốc độ cao, hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an
toàn. Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ
thống lái phải đảm bảo không gây lên các dao động và va đập trong hệ
thống lái.
+ Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng: các bánh xe dẫn hướng sau khi
thực hiện quay vòng cần có khả năng tự động quay về trạng thái chuyển động

10


thẳng hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng chỉ cần đặt
lực trên vành lái nhỏ hơn khi xe đi đường vòng.
+ Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng trên
đường hẹp, đường gấp khúc, hệ thống lái có thể quay ngặt các bánh xe trước
một cách dễ dàng. Quay vòng ngặt là trạng thái quay vòng với thời gian quay

vòng ngắn và bán kính quay vòng nhỏ.
+ Đảm bảo lực lái thích hợp: Lực người lái đặt lên vành lái khi quay
vòng phải nhỏ, lực lái cần thiết sẽ lớn khi xe đứng yên và sẽ giảm khi tốc độ
xe tăng. Vì vậy cần phải đảm bảo lực lái nhỏ nhưng vẫn gây được cảm giác
về trạng thái mặt đường.
+ Hệ thống lái không được có độ dơ lớn: Với xe có vận tốc lớn nhất trên
100Km/h, thì độ dơ vành lái không vượt quá 18 0, với xe có vận tốc lớn nhất
từ 25 km/h đến 100km/h thì độ dơ vành lái không vượt quá 27 0.
+ Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây tổn thương lớn
cho người lái. Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch để
giảm tác động từ mặt đường qua kết cấu lái lên vô lăng.
+ Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa góc quay vô lăng với góc quay bánh xe dẫn
hướng.
+ Không đòi hỏi người lái xe một cường độ lao động quá lớn khi điều
khiển ôtô.
1.2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI.
Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực gồm có vành tay lái,
trục lái, cơ cấu lái và dẫn động lái.

11


6
7

5
4

3
2

1

Hình 1.7-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1.Vành tay lái

5.Thanh kéo dọc

2.Trục lái.

6.Đòn quay ngang

3.Cơ cấu lái.

7.Hình thang lái

4.Đòn quay đứng.
1.2.1 Vành tay lái.
Để tạo ra mô men quay vòng thì người lái cần phải tác dụng một lực lên
vô lăng. Vô lăng có dạng vành tròn, có nan hoa bố trí đều hay không đều
quanh vành trong của vành tay lái.
Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người lái trên vành tay lái
với bán kính của vành lái.
M vl=Pl.rvl.

(1.2)

Trong đó:
Mvl : Là mô men vành lái
Pl : Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái
rvl : Là bán kính vành lái.

Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định. Độ dơ vành lái
được xác định bằng cách sau:
Khi dừng xe, các bánh dẫn hướng ở vị trí thẳng, lắc nhẹ vô lăng về phía
trước và phía sau với lực lái nhẹ bằng ngón tay thì ta xác định được độ dơ cực
đại của vô lăng, với xe con không được vượt quá 30mm.

12


Bản thân vành lái có thể được làm bằng chất dẻo, cao su nhân tạo hoặc
bằng gỗ và nó có thể được bọc bằng da thật hoặc da nhân tạo.
1.2.2. Trục lái
Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có
trục lái chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng
xuống cơ cấu lái và ống trục lái để cố định trục lái vào thân xe. Đầu phía trên
của trục lái chính được gia công ren và then hoa để lắp vô lăng lên đó và
được giữ chặt bằng một đai ốc.
Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp thụ va đập. Cơ cấu này hấp thụ lực
dọc trục tác dụng lên người lái khi có va đập mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra.
Đầu phía dưới của trục lái chính được gia công ren và then hoa để dễ dàng tụt
xuống khi có va đập.
Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi được góc
nghiêng và loại trục lái không thay đổi được góc nghiêng.

Hình 1.8. Trục lái thay đổi được góc nghiêng và trục lái không thay đổi
được góc nghiêng.
Đầu dưới của trục lái chính được nối với cơ cấu lái, thông thường là
một khớp nối mềm hay khớp các đăng để giảm thiểu sự truyền va đập của
mặt đường lên vô lăng.

13


Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thêm một số cơ cấu
điều khiển như: cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái
để có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người
lái, hệ thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và
đạt được vị trí ngồi lái tốt nhất cho người lái.
1.2.3. Cơ cấu hấp thụ va đập trục lái.
Cơ cấu này nhằm giảm thiểu những va đập cho người lái khi xe bi tai
nạn hay nói một cách khác đó là cơ cấu an toàn cho người lái. Cơ cấu này
giúp người lái tránh được những thương tích khi xe bị tai nạn, theo hai cách:
bẻ gẫy trục lái tại thời điểm va đập và giảm va đập thứ cấp lên vô lăng do lực
quán tính. Do vậy sau mỗi lần xe bi tai nạn nặng thì cần thiết phải thay trục
lái mới. Khi bảo dưỡng sửa chữa cũng cần phải chú ý, phải sử dụng những
thiết bị chuyên dùng để tháo trục lái tuyệt đối tránh những tác động manh như
dùng búa đập vào trục lái trong quá trình tháo lắp.
Trục lái hấp thụ va đập được phân thành các kiểu sau:
1. Kiểu giá đỡ uốn cong.
2. Kiểu bi.
3. Kiểu cao su silicôn.
4. Kiểu ăn khớp.
5. Kiểu ống xếp.
1.2.4. Cơ cấu nghiêng trục lái.
Vấn đề tạo tư thế ngồi thoải mái cho người lái đang rất được quan tâm,
do kích thước số đo của mỗi người khác nhau nên để tạo tư thế lái phù hợp
cho tất cả mọi người thì người ta dùng cơ cấu nghiêng trục lái, cơ cấu này cho
phép chọn vị trí vô lăng (theo phương thẳng đứng) phù hợp với tư thế lái của
người điều khiển.
Dựa vào vị trí của điểm tựa nghiêng, cơ cấu nghiêng trục lái được phân

thành các kiểu sau:
+ Kiểu điểm tựa dưới.

14


+ Kiểu điểm tựa trên.
+ Kiểu chỉ nghiêng.
+ Kiểu nghiêng và nhớ vị trí.
+ Kiểu nghiêng và có khoá ở vị trí cao nhất.
+ Kiểu nghiêng và tự động trả lại vị trí.
+ Kiểu điểm tựa trên loại chỉ nghiêng.
Thông thường khớp trục lái chính được đặt bên trong vỏ trục lái, chính
khớp này là điểm tựa cho sự điều chỉnh lên xuống của góc nghiêng trục lái.
Độ nghiêng có thể được lựa chọn tuỳ ý phù hợp với từng người lái nhờ sự ăn
khớp của một bánh cóc. Góc nghiêng lên cực đại là 9 0 so với vị trí chung
gian, vì vậy người lái có thể ra vào xe một cách dễ dàng.

Hình 1.9 - Các bộ phận tay lái nghiêng.
1.2.5. Cơ cấu khoá tay lái.
Để bảo vệ xe khỏi bị mất cắp khi người lái rời khỏi xe thỡ cần phải có
cơ cấu khoá tay lái. Cơ cấu này khoá trục lái chính vào ống trục lái khi khoá
điện rút ra khỏi ổ khoá. Vỡ vậy vụ lăng không thể quay được (không lái
được) ngay cả khi khởi động được động cơ mà không cần khoá điện.
Để tránh cho vô lăng không bị khoá cứng đột ngột khi xe đang chạy, thì
khoá điện được thiết kế sao cho đầu tiên phải nhấn nút nhả khoá.

15

Đối với xe có hộp số tự động có cơ cấu khoá cần số thì sẽ không có cơ
cấu khoá tay số.
Hiện nay có hai kiểu khoá tay lái đang được sử dụng rất phổ biến là:
+ Ống khoá điện kiểu nút.
+ Ống khoá điện kiểu ấn.
1.2.6. Cơ cấu lái.
Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người
lái đến các bánh xe dẫn hướng tức chúng có chức năng giảm lực đánh lái
bằng cách tăng mô men đẩu ra, tỷ số giảm tốc được gọi là tỷ số truyền
của cơ cấu lái và thường bằng 12 đến 20 đối với xe con và bằng từ 16 đến
32 đối với xe tải.
Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái phải quay vô lăng
nhiều hơn khi quay vòng.
Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng
quay của vô lăng thì bánh xe phải quay được tối đa từ 35 0 đến 450 từ vị trí
chung gian trở đi. Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất được thể hiện
trên giản đồ sau:
iω = góc quay của vô lăng/góc quay của bánh trước (đối với cơ cấu lái
trục răng- thanh răng).
iω

Hình 1.10 - Giản đồ thể hiện quan hệ giữa tỷ số truyền góc của cơ cấu lái
và góc quay của bánh xe.

16


Phân tích đồ thị: Từ đồ thị ta thấy trên đoạn trung bình không lớn lắm,
có giá trị lớn nhất. Điều này đảm bảo độ chính xác cao khi điều khiển ôtô trên
các đoạn đường thẳng và ở tốc độ cao, đồng thời đảm bảo lái nhẹ vì không

cần quay vô lăng ra xa vị trí chung gian, giảm được các va đập lên vành lái.
Nếu vượt quá gía trị sẽ giảm nhanh chóng rồi sẽ giữ giá trị không đổi, ở
giá trị của thì với một góc quay rất nhỏ của vô lăng thì bánh xe quay đi một
góc rất lớn. Điều này gây nguy hiểm cho việc điều khiển xe ở tốc độ cao.
1.2.7. Các yêu cầu của cơ cấu lái.
Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo. Vì vậy
cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
- Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết
của xe.
- Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn
hơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở
cơ cấu lái.
- Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết.
- Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái.
- Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất.
- Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao.
- Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp.
Lực dùng để quay vô lăng được gọi là lực lái, giá trị của lực này đạt giá
trị max khi xe đứng yên tại chỗ, và giảm dần khi tốc độ của xe tăng lên và đạt
nhỏ nhất khi tốc độ của xe lớn nhất.
Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ
măt đường lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng
càng ít, nhưng nếu độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển
động của xe. Độ đàn hồi của hệ thống lái được xác định bằng tỷ số góc quay
đàn hồi tính trên vành lái vô lăng và mô men đặt trên vành lái. Độ đàn hồi của

17