Tính toán thiết kế bộ trợ lực lái cho xe tải huyndai 2,5 tấn, đh cngtvt

Lời nói đầu
Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kinh tế quốc dân đòi hỏi cần chuyên chở
khối lượng hàng hoá và hành khách. Tính cơ động cao, tính việt dã và khả năng hoạt động
trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ôtô trở thành một trong những phương tiện chủ
yếu để chuyên chở những hàng hoá và hành khách.
Cùng với sự phát triển của ngành khoa học và kỹ thuật khác, ngành sản xuất chế
tạo ôtô trên thế giới cũng ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn đáp ứng khả năng vận
chuyển, tốc độ, an toàn cũng như đạt hiệu quả kinh tế cao. Chủng loại xe cũng ngày càng
phong phú.
Hyundai là một hãng xe lớn của Hàn Quốc họ cho ra đời rất nhiều chủng loại xe và
xuất sang các nước khác trong đó có Việt Nam. Họ xuất sang ta chủ yếu là các loại xe tải
nhỏ vừa và lớn. Các loại xe này có giá thành thấp và phù hợp với địa hình nước ta. Một số
loại xe tải lớn đã có thiết kế bộ trợ lực lái tuy nhiên các loại xe tải nhỏ như loại 2,5 tấn thì
chưa có do vậy để giảm bớt nặng nhọc cho người lái thì yêu cầu đề ra là phải thiết kế bộ trợ
lực lái cho các loại xe này và đó cũng chính là nội dung đồ án em được giao.
Trong quá trình tính toán và thiết kế đồ án này em đã cố gắng tìm hiểu và vận dụng
các kiến thức đã học. Nhưng do thời gian có hạn, kinh nghiệm bản thân còn thiếu, nên
không tránh được những sai sót trong quá trình làm đồ án.
Em rất mong được các thầy và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án của em được
hoàn thiện, đầy đủ.
Sinh viên
Trần Công Toàn

1


MỤC LỤC
Lời nói đầu............................................................................................................1
MỤC LỤC..............................................................................................................2
Chương I: Tổng quan Hệ thống lái....................................................................2
I. Mô tả chung hệ thống lái.........................................................................2

1. Tổng quan...............................................................................................2
3. Phân loại hệ thống lái...........................................................................4
4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô..............................................................4
II. các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô.............................................5
1. Vành lái...................................................................................................5
2. Trục lái....................................................................................................6
3. Cơ cấu lái................................................................................................6
5. Các góc đặt bánh xe............................................................................26
6. Hệ thống lái có trợ lực.......................................................................29
2. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết.............35
6. Xác định góc quay vành lái và bán kính quay vòng ôtô:..............45
3. 5. Tính bền đòn bên..........................................................................60
3. 6. Tính bền khớp cầu (Rotuyl).........................................................62

Chương I: Tổng quan Hệ thống lái
I. Mô tả chung hệ thống lái.
1. Tổng quan.
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 .
Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vành lái tiếp nhận
lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen từ vô lăng tới
cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới các thanh dẫn động lái, 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 cần
có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh xe. Để quay vòng đúng
thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay vòng.
2. Các trạng thái quay vòng của xe.

2


Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá trình phức
tạp. Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vị trí góc quay
của vành tay lái nhất định θvl xe sẽ quay vòng với một bán kính quay vòng R0 tương ứng.
Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (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 người lái phải tăng
góc quay vành lái một lượng θvl. Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vòng xe theo bán
kính R0 người lái phải giảm góc quay vành lái một lượng θvl.
Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm, làm
mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì chúng 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 yêu cầu người
lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt. Vấn đề chất tải, độ đàn hồi của lốp cũng có ảnh hưởng tới
tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc
lớn .

3


Rqv

Ro

Ro

Rqv

Tr¹ng th¸i quay vßng
thiªu: Rqv>Ro

Tr¹ng th¸i quay vßng
thõa: Rqv
O1

O

O

O1

Hình 1.1-Các trạng thái quay vòng của xe.
3. Phân loại hệ thống lái.
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng.
+Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS).
+Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS).
3.2. 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.
3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
+Cơ cáu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.
3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái.

+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đường bên phải).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).
4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô 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
ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé.

4


Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái.
Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khi quay
vòng.
Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác
động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái
Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không ảnh
hưởng đến động học cơ cấu lái.
Giữ chuyển động thẳng ổn định.
Hệ thống lái phải bố trí thụân tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.
II. các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô.
7

9

8

A

B
6

3
5
4

2
1

Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1.Vành lái

6.Hình thang lái

2.Trục lái

7.Đòn quay ngang

3.Cơ cấu lái

8.Trụ xoay đứng

4.Đòn quay đứng

9.Bánh xe

5.Đòn kéo dọc
1. Vành lái.
Vành lái có dạng vành tròn. Lực của người lái tác dụng lên vành lái tạo ra mô men

quay để hệ thống lái làm việc. Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người lái trên
vành tay lái với bán kính của vành lái.
Mvl=Pl.rvl.

5


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, với xe con không được vượt
quá 8 0 .
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 truc lái
để cố định trục lái vào thân xe. 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.
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.
Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể 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 .
3. 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. Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18 đến 20 đối với xe con và bằng từ
21 đến 25 đối với xe tải .
3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái.

Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
+Có thể quayđược cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.
+Có hiệu suất cao để lái nhẹ.
+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.

6


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 hệ thống lái phụ thuộc vào độ đàn hồi của các phần tử như cơ cấu lái, các
đòn dẫn động
3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái:
Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn
quay đứng.

ic =

dθ
ω
= θ
d Ω ωΩ

(1 –1)

ωθ : góc quay bánh lái
ωΩ : góc quay đòn quay đứng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh xe dẫn
hướng. 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
25
450 từ vị trí trung gian trở đi. Quy luật thay đổi tỷ
số
truyền thích hợp nhất được thể hiện trên giản đồ
20
bên:
15
Trong phạm vi góc quay θ ≤ π/2 thì tỷ số
truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại đảm bảo
chính xác cao trong khi lái ôtô trên đường thẳng
với tốc độ cao và giúp lái nhẹ nhàng vì đa số thời
gian lái là quay vành lái một góc nhỏ quanh vị trí
trung gian. Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số
truyền thay đổi theo qui luật như thế sẽ giảm ảnh
hưởng của những va đập từ bánh dẫn hướng lên
vành lái.

10
5

720 540 360 180

180 360 540 720

Hình 1.3: Quy luật thay đổi
tỷ số truyền ic của cơ cấu
lái

7


Khi θ > π/2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu như không thay đổi. Ở
đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hướng quay một góc lớn giúp khả
năng quay vòng của ôtô tốt hơn.
3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái id
Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn. Trong
quá trình bánh xe dẫn hướng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay đổi. Trong các
kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9 ÷ 1,2
3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái il.
Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và lực đặt lên
vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng.

il =
pc =

pc
pl

(1 - 2)

Mc

c

, pl =

Ml
r

(1 - 3)

Trong đó:
Mc - 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.
Ml - mômen lái đặt trên vành lái.
r - bán kính vành tay lái.
Như vậy ta có:

il =

Mc r
.
c Ml

(1 - 4)

Bán kính vành tay lái ở da số ôtô hiện nay là 200 ÷ 250mm và tỷ số truyền góc ig
không vượt quá 25 vì vậy il không được lớn quá, il hiện nay chọn trong khoảng từ 10 ÷ 30.
3.5. Hiệu suất thuận.
Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống. Hiệu suất thuận
càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất thuận cao.

3.6. Hiệu suất nghịch.

8


Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trục lái. Nếu
hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyển động của ôtô sẽ
không truyền đến bánh lái được vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái. Nhưng
không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì khi đó bánh lái xẽ không tự trả lại được
về vị trí ban đầu dưới tác dụng của mômen ổn định. Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả
bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ đường tác dụng lên
hệ thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái được thiết kế với một hiệu suất nghịch
nhất định.
3.7 Một số loại cơ cấu lái thường dùng:
3.7. 1. Cơ cấu lái trục vít chốt quay.
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.

Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Ưu điểm:
Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trước.
Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt
quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian.
Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt
trong ổ bi.
3.7. 2. Cơ cấu lái trục vít con lăn.

9

Loại cơ cấu lái này được sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít glôbôit 1 ăn
khớp với con lăn 2 (có ba tầng ren) 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.
A-A

3
1

1
1
B
Nh×n theo B

A

A

Hình 1.5
Cơ cấu lái trục vít con lăn
3.7.3.Cơ cấu lái trục vít -êcu bi - thanh răng - cung răng.
Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít và êcu có rãnh tròn
có chứa các viên bi lăn trong rãnh. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đường hồi bi quay
6 7
1 2 3 4
5
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.
Cơ cấu lái kiểu trục vít- êcu bi – cung răng có ưu điểm lực cản nhỏ, ma sát giữa trục
vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn).

10
10

9

8


Hình 1.6- Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.
1. Vỏ cơ cấu lái

6. Phớt

2. ổ bi dưới

7. Đai ốc điều chỉnh

3.Trục vít

8. Đai ôc hãm

4. Êcu bi

9. Bánh răng rẻ quạt

5. Ổ bi trên

10.Bi

4. Dẫn động lái.
Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của bánh xe.
Dẫn động lái phải đảm bảo các chức năng sau:
Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiện tượng trượt
bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và
đòn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng một góc thì các bánh xe dẫn hướng sẽ
quay đi một góc nhất định. Hình thang lái có thể bố trí trước hoặc sau cầu dẫn hướng tùy
theo bố trí chung.
Quan hệ hình học ACKERMAN.
Quan hệ hình học ACKERMAN biểu thị quan hệ góc quay của các bánh xe dẫn hướng
quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe nằm trên đường kéo dài của tâm
trục cầu sau .

11


L

H
ì
n
h
α
2.
1

O
B
1
S
ơ
đ
Hình 1.7-ồQuan hệ hình học của ACKERMAN.
bi
Để thực hiện quay vòng đúng ể
thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu) phải
u
quay theo các góc α, β khác nhau và quan
hệ hình học được xác định theo biểu thức sau :
di
B
Cotg β − Cotgα = ễ 0
(1- 5)
nL
c
Trong đó :
á
L : chiều dài cơ sở của xe. c
k
B0 : khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng trong mặt phẳng đi qua tâm
í
trục bánh xe và song song cvới mặt đường .
h dẫn hướng phía trong và phía ngoài
α, β : Góc quay của bánh xe
th
Để đảm bảo điểu kiện (1), trênưxe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi là hình

thang lái Đantô. Hình thang lái Đantôớchỉ áp dụng gần đúng điều kiện trên, song do kết cấu
c
đơn giản nên được dùng rất phổ biến. Mỗi một chủng loại xe, có kích thước và vị trí đòn
c
của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong
ủ quan hệ hình học của cơ cấu lái 4 khâu với quan
hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ởagóc quay bánh xe dẫn hướng lớn. Giá trị sai lệch so
với lý thuyết từ 0030’ đến 10 khi bánh đxe dẫn hướng ở vùng quay vòng gấp.
ò
Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo
n phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh lái Đantô như
q
sau:
u
Dầm cầu đứng đóng vai trò là một
a khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các bánh xe,
đòn ngang liên kết với các đòn bên ybằng những khớp cầu (rotuyl lái). Các đòn bên quay
quanh đường tâm trụ đứng (hình 1.8) đ
ứ
n
12
g.
β

β

Rs


v

v
DÇm cÇu liÒn

§ßn kÐo ngang

a)

b)

Hình 1.8 - Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền.
a.

Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền.

b.

Đòn kéo ngang nằm trước dầm cầu.

Trên hệ thống treo độc lập, số lượng các đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảo
các bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau.
Số lượng các đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố trí cơ cấu
lái, dẫn động lái và hệ thống treo…nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình học ACKERMAN,
tức gần đúng với hình thang lái Đantô. Hai phương pháp bố trí dẫn động lái điển hình ở
hệ thống treo độc lập được trình bày theo hình 1.9:

Hình1.9 - Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập
a.

Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu.

b.

Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu.

Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn hướng
và hai hình thang lái 4 khâu Đantô.

25


Hình 1.10 Bố trí hai cầu trước dẫn hướng
Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thường nằm trong
khoảng từ 0,85 đến 1,1.
5. 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. 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:
+ Khó lái.
+ Tính ổn định lái kém.
+ Trả lái trên đường vòng kém.
+ Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh).
5.1 .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.
Hình 1.11- Góc nghiêng ngag của bánh xe.
(-)

(+)

CAMBE
R

9
00

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.

26


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.
5.2.Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster).

(-)
Góc
Caster

(+)

V

c
Hình 1.12 - Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc

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.
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=Yb.c

(1- 6)

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
00đến 30.
5.3 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.
Tác dụng:

27


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 r 0 là tạo
Camber dương và làm nghiêng trụ quay đứng (tạo góc KingPin) .
Kingpin

(+)

(-)

90
°

Hình 1.13 - Góc nghiêng ngang trụ đứng
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.
5.4. 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.
A

B

Hình 1.14 Độ chụm
Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn Pf ngược chiều

chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Lực Pf này đặt cách trụ
quay đứng một đoạn R0 và tạo nên một mômen quay với tâm trụ quay đứng. Mômen

28


này tác dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe về phía sau. Để lăn phẳng thì các
bánh xe đặt với độ chụm ∆ =B-A dương.
Với góc ∆ như thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn
định vành tay lái.
P
f

P
f

V

R
0

R
0

Hình 1.15 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.
Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe về
phía trước. Bởi vậy góc ∆ giảm.Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng của lực
cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột (phanh bằng động
cơ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt ∆ có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng không.
6. Hệ thống lái có trợ lực.

6.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái.
Trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố
ở bánh xe và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái. Ngoài ra để cải thiện tính
êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bản rộng, áp suất thấp để
tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường. Kết quả là cần một lực lái lớn hơn.
Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái nhỏ, phải có một
vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái.
6.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái.
Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:
Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến
Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh
Dựa vào vị trí của van phân phối và xi lanh lực:
Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ cấu lái.
Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng .
Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong đòn kéo

29


Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phân phối, xy
lanh lực và cơ cấu lái đặt chung. Còn nguồn năng lượng là một bơm cánh gạt được dẫn
động từ động cơ của xe nhờ dây đai.
6.3 . Nguyên lý trợ lực lái.
Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảm nhẹ lực
lái. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm trong xy lanh lực.
Piston trợ giúp cho việc chuyển động của thanh răng. Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ
lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston. Vì vậy nếu cần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp
suất dầu.
6.3.1. Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng).

Dầu từ bơm được đẩy lên van điều khiển. Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả dầu sẽ
chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm. Vì áp suất dầu bên trái và bên phải piston là như
nhau nên piston không chuyển động về hướng

Khối van điều khiển

Xy lanh lực

Bơm

Piston

Hình 1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian

30


6.3.2. Khi quay vòng .
Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hướng nào, giả sử quay sang phải thì van điều
khiển cung di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộng hơn. Vì vậy làm
thay đổi lượng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu được tạo ra. Như vậy tạo ra sự
trênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải của piston. Sự trênh lệch áp suất đó làm
piston dịch chuyển về phía có áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ được đẩy qua van
điều khiển về bơm.

Khối van điều
khiển

Xy lanh lực

Bơm

Piston

Hình 1.17 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.

31


CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI
THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN XE: HYUNDAI 2,5 TẤN
TT

Tên danh nghĩa

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị đo

1

Tải trọng xe

G

2500

KG

2

Trọng lượng bản thân xe

G0

2750

KG

3

Trọng lượng toàn bộ xe

GT

5415

KG

4

Phân cho cầu trước

G1

1350

KG

5

Phân cho cầu sau

G2

3900

KG

6

Ký hiệu lốp

B×d

7 ×16

inch

7

Chiều dài cơ sở

L

3350

mm

B0

1450

mm

8

Khoảng cách 2 trục đứng
cầu dẫn hướng

9

Chiều rộng vết trước

BT

1630

mm

10

Chiều rộng vết sau

BS

1435

mm

11

Chiều cao của xe

h

2210

mm

12

Chiều dài toàn bộ

ΣL

6183

mm

13

Chiều dài trục lái

lTl

720

mm

14

Bán kính vành tay lái

R1

200

mm

15

Đường kính trục lái

15

mm

16

Chiều rộng toàn bộ

2010

mm

17

Đường kính lốp

406,4

mm

18

Bán kính quay vòng min

6500

mm

19

Vận tốc max

106

Km/h

20

Góc nghiêng trụ đứng

6

độ

21

Góc thoát sau xe

45

độ

22

Góc thoát trước xe

20,5

độ

23

Tỷ số truyền cơ cấu lái

ΣB

Vmax

iω

20,5

I. Tính toán động học của hệ thống lái.
1. Tính toán động học hình thang lái.

Nhiệm vụ của tính toán động học dẫn động lái là xác định những thông số tối ưu
của hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng một cách

32


chính xác nhất và động học đúng của đòn quay đứng khi có sự biến dạng của bộ phận đàn
hồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của hệ thống truyền dẫn động lái.
Từ lý thuyết quay vòng ta thấy để nhận được sự lăn tinh của các bánh xe dẫn hướng
khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quay hệ sau đây của của góc quay bánh
xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng. Theo giáo trình thiết kế và
tính toán ôtô máy kéo mối quan hệ đó được thể hiện ở công thức sau:
Cotg β − Cotgα =

B0
L

(2 - 1)

Trong đó:
β : là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài.
α : là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong.
B0 : là khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng.
L : là chiều dài cơ sở của ôtô.
Từ biểu thức trên để bánh xe dẫn hướng lăn tinh mà không bị trượt lết trong quá
trình quay vòng thì hiệu số cotg góc quay của bánh xe bên ngoài và bên trong phải luôn là
một hằng số và bằng B/L.
Hình thang lái phải đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng. Nó
bao gồm các khâu được nối với nhau bằng các khớp cầu và các đòn bên được bố trí
nghiêng một góc so với dầm cầu trước.

a. Trường hợp xe đi thẳng.
Các đòn bên tạo với phương dọc một góc θ.
Khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa α và β
vẫn được giữ nguyên như công thức trên thì hình thang lái Đan - Tô không thể thoả mãn
hoàn toàn được.
Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho sai lệch với quan hệ lý
thuyết trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lý thuyết
cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn, nhưng cũng không được vượt quá 1,5 0.
θ

C

n

B

m
XL

L

Hình 2.1
Sơ đồ động học hình thang lái khi xe đi thẳng.

33


b.Trường hợp khi xe quay vòng.
Trong trường hợp khi xe vào đường vòng để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng
không bị trượt lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với các véc tơ vận tốc chuyển

động của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó là tâm quay vòng tức
thời của xe (điểm 0 trên hình 2.2).
β
α

L

β

α

0

B
Rs

Hình 2.2
Sơ đồ động học quay vòng của ôtô có hai bánh dẫn hướng phía
Theo giáo trình thiết kế và tính toán ôtô ta có quan hệ giữa β và α như sau:
m.cos(θ + α )
m + 2 B sin θ − 2 m sin 2 θ − m.sin(θ + α )
β = θ + arctg
− arcsin
2
B − m.sin(θ + α )
m 2 cos 2 (θ + α ) + [ B − m.sin(θ + α ) ]

(2 - 2)

Theo quan hệ này khi biết trước một góc θ nào đó thì ứng với mỗi giá trị của góc α

ta sẽ có một giá trị của β. Nghĩa là hàm số β = f(θ,α) sẽ biểu thị được đường cong đặc
tính thực tế của hình thang lái. Vấn đề đặt ra là phải chọn các thông số hình thang lái sao
cho hợp lý để sự sai khác giữa đường cong đặc tính của hình thang lái so với đường đặc
tính lý thuyết là nhỏ nhất.

34


Trên thực tế có nhiều phương pháp để kiểm tra động học của hình thang lái xong để
đơn giản ta dùng phương pháp đồ thị để kiểm tra sự sai khác của đường đặc tính hình
thang lái thực tế so với lý thuyết theo quan hệ β = f(θ,α).
2. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết
Trên hệ trục toạ độ đề các α0β ta xác định được đường cong đặc tính lý
thuyết qua quan hệ β = f(θ,α).
Theo công thức (2 - 1) ta có:
Cotg β − Cotgα =

B0
L

Hay:
Cotg β = Cotgα +

B0
1450
= Cotgα +
L
3350

(2 - 3)

Ứng với các giá trị của góc α từ 00, 50, ... , 450 ta lần lượt có các giá trị tương
ứng của góc β. Các giá trị này được lập trong bảng 1 dưới đây:
Bảng 1: Quan hệ giữa β và α theo lý thuyết
α

β

10

0,9740

30

2,920

50

4,8020

70

6,6730

100

9,3140

150

13,4960

200

17,4320

250

21,2060

300

24,7970

350

28,2360

400

31,5920

450

34,9150

35


3. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế.

Để xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế ta phải xây dựng được
đường cong biểu thị hàm số β = f(θ,α). Theo mối quan hệ này thì nếu biết trước một góc
θ nào đó ứng với một giá trị của góc α thì ta có một giá trị của góc β. Mối quan hệ giữa
các góc θ, α và β theo giáo trình thiết kế tính toán ôtô được thể hiện như sau:
β = θ + arctg

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

(2 - 4)

θ

n

B

m

L

Trong đó:
β - góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên ngoài.
α - góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên trong.
L - chiều dài cơ sở của xe L = 3350 (mm).
B0 - khoảng cách giữa hai trục đứng của cầu dẫn hướng B 0 = 1450 (mm).

θ - góc tạo bởi đòn bên hình thang lái và phương dọc.

36


m - chiều dài đòn bên hình thang lái m = 152 (mm).
n - chiều dài đòn ngang hình thang lái n = 1290 (mm).
Dựa vào công thức (2 - 4) ta xây dựng các đường đặc tính hình thang lái thực tế ứng
với mỗi giá trị của góc α = (00, 50, ... , 450) ta lấy góc θ theo xe thiết kế
θ = 160. Đồng thời ta lấy thêm một vài giá trị lân cận với góc θ để so sánh. Các giá
trị tương ứng được thể hiện trong bảng dưới đây:

37