ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

x
0
r
bx
r
Y
ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1.1 .Vai trò và nhiệm vụ của hệ thống lái
Hệ thống lái được sử dụng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ
cho ô tô chuyển động theo một hướng nhất định tùy theo tác động của người
lái.
1.2 .Kết cấu hệ thống lái
Hình 1.1 - Hệ thống lái
Hệ thống lái có nhiều loại khác nhau nhưng hầu hết đều có các bộ phận
như hình vẽ 1-1, bao gồm:
1- Vô lăng
2- Trục lái
3- Cơ cấu lái
4- Đòn quay đứng
5- Đòn kéo dọc
6- Hình thang lái
7- Đòn ngang
8- Cam quay
9- Bánh xe dẫn hướng
1.3 .Phân loại
a, Theo bố trí bánh lái
Theo bố trí bánh lái chia ra hệ thống lái với bánh lái bố trí bên phải
hoặc bên trái. Tùy thuộc vào điều kiện địa lý và luật pháp của từng quốc gia.
b,Theo số lượng bánh dẫn hướng

Theo số lượng bánh dẫn hướng chia ra hệ thống lái với các bánh dẫn
hướng ở cầu trước,cầu sau ở hai cầu và ở các cầu.
Hình 1.2 – Phân loại hệ thống lái theo số bánh dẫn hướng
Đặc điểm và phạm vi sử dụng :
- Cầu trước dẫn hướng (a) là loại dẫn hướng thông dụng, dễ thiết kế, được
sử dụng trên các loại xe con,xe tải nhẹ
- Cầu sau dẫn hướng (b) có tính cơ động cao trong diện tích chật hẹp, loại
cơ cấu này thường được dùng trên các xe nâng
- Hai cầu dẫn hướng (c) được dùng trên các xe chuyên dụng hoặc xe địa
hình,xe có khả năng cơ động cao với bán kính quay vòng nhỏ
- Nhiều cầu dẫn hướng (d) sử dụng trên các xe tải nặng, với các yêu cầu về
việc phân bố tải trọng trên các bánh xe không vượt quá giới hạn cho phép
c,Theo kết cấu của cơ cấu lái
Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra loại bánh răng-thanh răng, trục vít-
cung răng, trục vít-con lăn, trục vít-êcu bi-thanh răng-cung răng.
• Cơ cấu lái trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng . Trên phần lớn các ôtô
loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này. Cơ cấu lái
gồm trục vít glôbôit 1 ăn khớp với con lăn 2 đặt trên các ổ bi kim của trục 3
của đòn quay đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là
một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.
Hình 1.3 - Cơ cấu lái trục vít – con lăn
1 -Trục vít 2 -Con lăn 3 - Ổ bi kim
Ưu điểm:
- Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn
nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa
là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn.
- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô
mà làm con lăn có hai đến bốn vòng ren.
- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn.

- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng. Đường
trục của con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn ∆ = 5 ÷ 7mm,
điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong
quá trình sử dụng.
• Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi- thanh răng- cung răng.
Gồm một trục vít, cả hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít
và êcu có rãnh tròn có chứa các viên bi,các viên bi lăn trong rãnh và truyền
lực. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đường hồi bi quay trở lại vị trí ban
đầu.
Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động
này làm quay răng rẻ quạt .Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng.
Khi bánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn
động làm quay bánh xe dẫn hướng.
10
9
8
3
2
1
7
6
5
4

.
Hình 1.4 - Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi-thanh răng cung răng
1. Vỏ cơ cấu lái 6. Phớt
2.Bi dưới 7. Đai ốc điều chỉnh
3.Trục vít 8. Đai ốc hãm
4.Êcu bi 9.Bánh răng rẻ quạt

5.Ổ bi trên 10.Bi
Ưu điểm:
Cơ cấu lái kiểu trục vít-êcu bi –cung răng có những ưu điểm sau:
- Ma sát giữa trục vít và ê cu là ma sát lăn thông qua các viên bi, bởi
vậy mà hiệu suất truyền lực cao, giảm được sự mòn trong cơ cấu lái
- Tỉ số truyền của cơ cấu lái có thể thay đổi nếu bán kính vòng chia của
cung răng và bước thanh răng thay đổi
- Hiệu suất thận và nghịch gần bằng nhau và đạt được
0,85 0,70
η
= ÷
có khả năng điều chỉnh khe hở giữa thanh răng và bánh răng rẻ quạt
Ta có thể giảm nhẹ lực đánh lái khi xe chạy chậm hoặc đang đỗ bằng cách
thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu lái.Tuy nhiên khi tăng tỷ số truyền của cơ cấu
lái thì làm giảm độ nhạy của cơ hệ thống lái. Trên các xe có trợ lực lái ta
dùng cơ cấu lái có tỷ số truyền không thay đổi được.
Đặc điểm của loại cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi là các bán kính ăn
khớp của các răng rẻ quạt C
1
,C
2
,C
3
là bằng nhau và các bán kính ăn khớp
D
1
,D
2
,D
3

của các răng đai ốc bi cũng bằng nhau. Do vậy tỷ số truyền của mỗi
răng là không đổi ở bất kỳ góc quay nào của trục răng rẻ quạt và bằng tỷ số
sau :
C
D
c=c=c
d=d=d
C
C
D
D
Hình 1.5 - Cơ cấu lái loại trục vít -êcu bi cung răng
• Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng
Cơ cấu lái kiểu bánh răng -thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái
chính ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng được lắp trên các ổ bi.Thanh
răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía
giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn. Khi vô lăng quay, bánh răng quay
làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc
trượt.Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên qua các đầu
thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xuay đứng.
11
10
9
8
7
6
5
4
3
12

2
1
Hình 1.6 - Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng
1.Trục lái. 7.Đai ốc .
2.Chụp nhựa. 8.Đai ốc điều chỉnh .
3.Đai ốc điều chỉnh. 9.Lò xo.
4. Ổ bi trên. 10.Thanh răng.
5.Vỏ cơ cấu lái. 11.Trục răng.
6. Dẫn hướng thanh răng . 12. Ổ bi dưới.
Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng
nghiêng, trục răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng
nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn,do đó làm việc êm và phù hợp với việc
bố trí vành lái trên xe.
Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng có các ưu điểm sau:
- Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh
răng tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo
ngang như các cơ cấu lái khác.
- Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp.Sức cản trượt,
cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ.
- Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải chăm sóc bảo dưỡng
d,Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của cường hóa
- Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cường hóa chia ra loại cơ
khí, cường hóa thủy lực, loại cường hóa khí nén, dẫn động thủy lực
cường hóa khí nén
1.4 .Chọn cơ cấu lái
Dựa vào đặc điểm kết cấu và ưu nhược điểm của từng loại cơ cấu lái
giới thiệu trên em lựa chọn phương án thiết kế hệ thống lái với cơ cấu lái đơn
giản là bánh răng thanh răng, với cơ cấu lái này thanh răng được lấy luôn là 1
khâu của hình thang lái. Đồng thời ta có thể bố trí trợ lực lái nếu muốn có
được tỉ số truyền thay đổi.

1.5 Phương án lựa chọn dẫn động lái
Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng
quay của tất cả các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó được tạo bởi cầu
trước, đòn kéo ngang và các đòn bên. Sự quay vòng của ôtô là rất phức tạp, để
đảm bảo đúng mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài
khi quay vòng là một điều khó thực hiện vì phải cần tới dẫn động lái 18 khâu.
Hiện nay người ta chỉ đáp ứng điều kiện gần đúng của mối quan hệ động học
đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo lên hình thang lái.
- Dẫn động lái bốn khâu.
Hình thang lái bốn khâu đơn giản dễ chế tạo đảm bảo được động học và động
lực học quay vòng các bánh xe. Nhưng cơ cấu này chỉ dùng trên xe có hệ
thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng). Do đó chỉ được áp dụng
cho các xe tải và những xe có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên xe du lịch
ngày nay có hệ thống treo độc lập thì không dùng được.
V
Hình 1.7 - Dẫn động lái 4 khâu.
- Dẫn động lái sáu khâu:
Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệ thống
treo độc lập lắp trên cầu dẫn hướng. Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu là dễ
lắp đặt cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc, bố trí cường hoá lái thuận
tiện ngay trên dẫn động lái, Hiện nay dẫn động lái sáu khâu được dùng rất
thông dụng trên các loại xe du lịch như : Toyota, Nisan, Mercedes,Kia ….
Với đề tài thiết kế hệ thống lái cho kia morning, hệ thống treo độc lập do đó ta
chọn dẫn động lái sáu khâu. Đặc điểm của dẫn động lái sáu khâu là có thêm
thanh nối nên ngăn ngừa được ảnh hưởng sự dịch chuyển của bánh xe dẫn
hướng này lên bánh xe dẫn hướng khác.
Hình 1.8 - Dẫn động lái sáu khâu.

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN SƠ BỘ HỆ THỐNG LÁI
Thông số kĩ thuật tham khảo của XE KIA MORNING
Dài-rộng-cao tổng thể (mm)
3495-1595-1480
Chiều dài cơ sở(mm)
2370
Chiều rộng cơ sở trước/sau (mm)
1400/1385
Hộp số sàn
5 số
Cỡ lốp
165/60/R14
Bán kính quay vòng tối thiểu (m)
4,6
Trọng lượng không tải (N)
8500
Trọng lượng toàn tải (N)
13500
Trọng lượng cầu trước G
1
(N)
7400
Trọng lượng cầu sau G
2
(N)
6100
Vận tốc cực đại(km/h)
160
2.1 Tính toán động học hệ thống lái
2.1.1 Xây dựng đường cong lý thuyết

Để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng cần thỏa
mãn
B
Cotg Cotg
L
α − β =
(2.1)


Trong ®ã:
α : Góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên ngoài.
β : Góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên trong.
B : Chiều rộng cơ sở.
L : Chiều dài cơ sở.
Để thỏa mãn một cách chính xác biểu thức trên thì dẫn động lái phải có
18 khâu và có cấu tạo phức tạp. Vì vậy , trong thực tế người ta thường sử
dụng các cơ cấu dẫn động đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo được gần đúng công
thức trên , trong đó cơ cấu được sử dụng phổ biến hơn cả là hình thang lái
Đan tô. Kinh nghiệm cho thấy, nếu lựa chọn các thông số của hình thang lái
một cách hợp lý thì có thể thỏa mãn được công thức 2.1
Hình 2-1 : Sơ đồ động học quay vòng.