Tính toán thiết kế hệ thống lái xe tải 5 tấn, đh bkhn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay ngành công nghiệp ô tô ở nước ta đang phát triển mạnh mẽ và ngày
càng khẳng định vai trò to lớn của mình trong các ngành công nghiệp trọng điểm
của quốc gia. Nhận thấy tiềm năng của công nghiệp ô tô nên nước ta đã chủ động
mở cửa cho các nhà đầu tư nước ngoài xây dựng các nhà máy lắp ráp cũng như sản
xuất linh kiện ô tô trong nước góp phần giải quyết vấn đề nhân lực cũng như thúc
đẩy kinh tế, đóng góp không nhỏ vào nguồn thu của chính phủ. Với tốc độ phát
triển mạnh mẽ như vậy càng đòi hỏi nguồn nhân lực trong ngành công nghiệp ô tô
cần phải có trình độ và chuyên môn cao. Điều đó đang được thể hiện bằng việc ra
đời rất nhiều trung tâm chuyên nghiên cứu phát triển công nghệ, thiết kế tính toán,
mô phỏng lắp ráp ô tô… Trong các trường đại học việc khuyến khích sinh viên
nghiên cứu các công nghệ mới trên ô tô hiện đại cũng đang được sinh viên nhiệt
tình tham gia.
Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của ô tô là hệ thống lái. Hệ thống
này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, nó đảm bảo tính năng
ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Trong
quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn của người
1

1


sử dụng, đặc biệt với các loại xe hiện đại có tốc độ cao. Do đó người ta không
ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó.
Là sinh viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trường đại học hàng đầu của cả
nước, việc tìm hiểu ứng dụng các công nghệ tiên tiến trên thế giới để áp dụng vào
thực tế nước ta cần phải được chú trọng đặc biệt. Bởi vậy chúng em đã được giao
nhiệm vụ “Thiết kế tính toán hệ thống lái xe tải 5 tấn”. Với hệ thống lái có trợ
lực cải tiến quá trình điều khiển làm tăng tính năng an toàn chuyển động và giúp

cho người lái giảm mệt mỏi.
Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề còn khá mới mẻ đòi
hỏi phải có thời gian dài nghiên cứu tìm hiểu. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng
với hiểu biết cũng như thời gian tìm hiểu hạn chế nên đồ án của em không tránh
khỏi sai sót cũng như còn nhiều vấn đề chưa được đề cập tới. Em mong các thầy và
các bạn góp ý để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Qua đó cũng mở ra một hướng
nghiên cứu mới đối với thiết kế tính toán các hệ thống trên ô tô song song với tính
toán thiết kế truyền thống.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy: Lương Quý Hiệp đã tận tình chỉ bảo
để em có thể hoàn thành đồ án này. Và em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy
trong bộ môn ô tô và xe chuyên dụng - Viện cơ khí động lực- trường Đại Học
Bách Khoa Hà Nội cùng toàn thể các bạn đã giúp đỡ em trong quá trình nghiên
cứu để hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 27 tháng 12 năm 2015
Xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Trần Văn Trang

2

2


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI
1. Mô tả chung hệ thống lái
1.1. 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

3

3


quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thời
khi quay vòng.
1.2. 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. 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

Ro

Rqv

Ro

Tr¹ng th¸i quay vßng
thiªu: Rqv>Ro

Rqv

động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn.

Tr¹ng th¸i quay vßng
thõa: Rqv
O1

O
O1

4

O

4

Hình 1.1: Các trạng thái quay vòng của xe.
1.3. Phân loại hệ thống lái
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
1.3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng
+ Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS).
+ Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS).
1.3.2. 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.
1.3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
+ Cơ cấu 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.
1.3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái.
+ Bố trí vành lái bên trái (theo luật đi đường bên phải).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).
1.4. 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.
- 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.
5

5


- 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.

2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô.

Hình 1.2: Sơ đồ kết cấu
1. Vành lái
2. Trục lái
3. Cơ cấu lái

hệ thống lái đơn giản
4. Khung xe
5. Các cơ cấu dẫn
động
i

2.1. 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
Trong đó:
Mvl : Là mô men vành lái
Pl : Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái

6

6


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
0

vượt quá 8 .
2.2. Trục lái.
Trục lái có nhiệm truyền mô men 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.
2.3. 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. Một số loại cơ cấu lái thường dùng:
3.1. Cơ cấu lái trục vít chốt quay

7

7


Hình 1.3: 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.

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 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.
3.2. Cơ cấu lái trục vít con lăn

8

8


A-A

31

21

11

B
Nh×n theo B

A

A

Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít con lăn

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.

3.3. Cơ cấu lái trục vít -êcu bi - thanh răng - cung răng.

9

9


1

2

1000

3

4

5

6

7

8

9

Hình 1.5: Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn
1. Vỏ cơ cấu lái
2. Ổ bi dưới

5. Ổ bi trên
6. Phớt

8. Đai ốc hãm
9. Bánh răng rẻ quạt

3.Trục vít
4. Êcu bi

7. Đai ốc điều chỉnh

10. Bi

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 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).

CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI
1 Các số liệu xe thiết kế
1.1 Các số liệu tham khảo
10

10


Các thông số đầu vào cho tính toán:
T
T
1
2
3
4

5
6

Thông số

kí hiệu

Trọng lượng toàn bộ của
ôtô
Số lượng cầu dẫn hướng
Trọng lượng phân bố lên
cầu dẫn hướng khi ôtô có
tải
Chiều dài cơ sở của ôtô
Chiều rộng cơ sở của ôtô
Bán kính bánh xe dẫn
hướng

G

Giá
trị
5770

n
G1

1
2710

L
B
Mk

3.300
1.800
0.533
4

đơn vị
Kg
Kg
m
m
m

1.2 Yêu cầu thiết kế hệ thống lái.
- Quay vòng ngặt trong thời gian ngắn nhất trên diện tích nhỏ nhất .
- Lực lái nhẹ, tức lực đặt trên vành tay lái phải nhỏ nhưng phải đảm bảo cảm
giác tới người lái.
- Ôtô chuyển động thẳng phải ổn định đặc biệt ở tốc độ cao.
- Động học quay vòng đúng, các bánh xe khi quay vòng phải lăn theo tâm
quay tức thời để đảm bảo các bánh xe lăn không bị trượt trên đường, tránh
mòn lốp nhanh và tiêu hao công suất cho lực ma sát .
- Đặt cơ cấu lái trên phần được treo để kết cấu của hệ thống treo bánh trước
không ảnh hưởng tới động học cơ cấu lái .
1.3. Chọn phương án dẫn động lái
Dẫn động lái gồm tất cả các cơ cấu truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của
các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó được tạo bởi cầu

trước, đòn kéo ngang và các đòn kéo bên. Sự quay vòng của ôtô rất phức tạp, để
đảm bảo mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay

11

11


vòng là một điều khó thực hiện. Hiện nay người ta chỉ đáp ứng gần đúng mối quan
hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo nên hình thang lái.
Với xe thiết kế là xe tải hạng trung, có hệ thống treo phụ thuộc ta chọn phương
án dẫn động lái như hình vẽ với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4 khâu).
1.4. Chọn phương án cơ cấu lái.
Ngày nay trợ lực lái được sử dụng trên hầu hết các xe, cũng như cơ cấu lái
loại trục vít lõm – con lăn được sử dụng phổ biến trên nhiều xe. Do có các ưu
điểm: kết cấu gọn, độ bền và độ chống mòn của trục vít lõm con lăn cao và có
hiệu suất cao. Có khả năng điều chỉnh lại nhiều lần để khắc phục khoảng hở ăn
khớp và khoảng hở trong ổ bi. Với những ưu điểm đó ta lựa chọn hệ thống lái có
kết cấu thiết kế trục vít – êcu bi để tính toán thiết kế cho xe tải hạng trung.
1.5. Chọn phương án trợ lực lái.
* Yêu cầu đối với trợ lực lái .
Mặc dù trợ lực lái là cơ cấu được sử dụng để giảm lực lái nhưng mức độ
giảm phải khác nhau phụ thuộc vào điều kiện chuyển động. Và nó phải đảm bảo
được các yêu cầu sau :
+Khi hệ thống của trợ lực lái có sự cố thì hệ thống lái vẫn có thể làm việc. Nếu
có hư hỏng xảy ra làm ngưng việc cấp dầu từ bơm đến cơ cấu lái thì người lái có
thể lái được xe mà không cần tới trợ lực lái. Người lái vẫn phải đảm bảo điều
khiển được xe nhưng với một lực lái lớn hơn .
+Đảm bảo lực lái thích hợp : Công dụng chính của trợ lực lái là giảm lực lái
đồng thời đó là một cơ cấu an toàn, mức độ giảm lực lái phải phù hợp với từng

điều kiện chuyển động của xe. Nói chung, lực lái lớn khi xe đứng yên hay chay
chậm. ở tốc độ trung bình cần lực lái nhỏ hơn và lực lái giảm dần khi tốc độ tăng.
Chỉ cần lực lái nhỏ khi tốc độ xe cao vì ma sát giữa bánh xe và mặt đường giảm.
Nói cách khác phải đạt được lực lái phù hợp ở bất kỳ dải tốc độ nào và cùng lúc
đó “cảm giác đường “ phải đựơc truyền tới người lái. Để đảm bảo được lực lái
thích hợp, trên các xe hiện đại được trang bị những thiết bị dặc biệt đi kèm với
12

12


trợ lực lái trên bơm hoặc van điện từ như: kiểu cảm biến tốc độ xe, kiểu cảm biến
tốc độ động cơ (RPM).
+ Khắc phục hiện tượng tự cường hoá khi ôtô vượt qua chỗ lõm , đường xấu,
có khả năng cường hoá lúc lốp xe bị hỏng, để khi đó người lái vừa phanh ngặt, vừa
giữ được hướng chuyển động ban đầu của xe .
+ Thời gian cường hoá phải là tối thiểu và chỉ cường hoá khi lực quay vòng
lớn.
Như vậy sử dụng hệ thống trợ lực lái đảm bảo tính năng vận hành của xe, giảm
được lực đánh lái và chọn được tỷ số truyền của hệ thống lái thích hợp hơn.
Nhưng hệ thống lái có trợ lực làm mòn lốp nhanh hơn, kết cấu phức tạp hơn và
khối lượng bảo dưỡng cũng tăng lên so với hệ thống lái không có cường hoá.
Với nhiệm vụ thiết kế ta chọn phương án trợ lực thuỷ lực vì nó có các ưu
điểm sau :
-

Kích thước và khối lượng gọn nhẹ ,dễ bô trí .

-

Có hiệu quả tác động cao đặc biệt là tính tuỳ động (tính chép hình).

-

Tốc độ tác động cao (độ chậm tác dụng khoảng 0,05 giây ).

-

Đóng vai trò giảm chấn, giảm những va đập từ mặt đường ngược lên hệ
thống lái .

-

Hệ thống tuần hoàn kín nên độ an toàn hoạt động cao và ít xảy ra hư hỏng.

2.Tính toán thiết kế hệ thống lái.
2.1 Tính mômen quay vòng cực đại.
Lực tác dụng lên vành tay lái đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ôtô tại chổ.
Lúc đó mômen cản quay vòng trên dọc bánh xe dẫn hướng M c sẻ bằng tổng số
của mômen cản chuyển động M1, mômen cản do các bánh xe trượt lê trên đường
M2, và mômen cần thiết để làm ổn định dẫn hướng M 3 do cánh tay đòn a. Khi xác
địmh giá trị lực cực đại tác dụng lên vành tay lái Pemax ,M3 có thể bỏ qua.
Mômen cản:

M1 = Gbx.f.a.

Trong đó :- Gbx – trọng lượng tác dụng lên 1 bánh xe dẫn hướng.
-f
13

- hệ số cản lăn f=0.015
13


a = 0,05m bán kính quay vòng của bánh xe dẫn hướng
Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe do sự đàn hồi bên của lốp diện tích
tiếp xúc giữa lốp và đường sẽ bị quay tương đối đối với mặt phẳng bánh xe.
Điểm đặt của lực ngang Y sẽ dịch chuyển 1 đoạn x nào đó phía sau đối với trục
bánh xe. Đoạn x được thừa nhận bằng một phần tư chiều dài của bề mặt tiếp xúc
giữa lốp với đường .
Ta có : x = 0,5.

r 2 − rbx

2

Trong đó : r- bán kính tự do của bánh xe(rt)
Nếu thừa nhận rbx = 0,96 rt thì ta có x = 0,14.rt
ϕ

Lúc đó : M 2 = Y .x = 0,14 .Gbx . .rt
ϕ

- hệ số bám ngang ,lấy

ϕ

= 0,8.

Tổng mômen 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:
γ

ϕ

Mc = 2(M1 + M2). = 2.Gbx (f.a + 0,14. .rt).
ϕ

= G1 (f.a + 0,14. .rt).
Trong đó :

γ

1
ηd γ

.

1
ηd γ

.

- hệ số tính đến ảnh hưởng của M 3 gây ra do cầu trước của ôtô

γ

bị nâng lên, = 1,07… 1,15(hệ số tính đến ma sát trong dẩn động lái)
ηd

- hiệu suất của dẩn động lái : = 0,85..0,9
ϕ

Thế các số liệu vào ta được:Mc = G1 (f.a + 0,14. .rt).

=2710(0,015.0,05 + 0,14.0,8.0,5334).1,15.
2.2.

1
0,9

1
ηd γ

.

= 209,466198 (kG.m)

Tỷ số truyền của hệ thống lái.

a). Tỷ số truyền của dẫn động lái Id.
14

14


Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các
cánh tay đòn.
Id=0,85-1,1
Chọn sơ bộ Id=1 ( cho cầu dẫn hướng)

b). Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Iω

.

Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này thường lấy theo kinh nghiệm thiết kế
iω

- tỉ số truyền góc của cơ cấu lái loại vừa từ 20…25 lấy 21
ω

Tỷ số truyền của hệ thống lái bằng tích số của tỷ số truyền cơ cấu lái (i ) và tỷ
số truyền của dẫn động lái (id).
i = iω .id

Tỷ số truyền cho cầu dẫn hướng thứ nhất

i1 = iω .id 1

Trong đó id là tỷ số truyền của dẫn động lái đến bánh xe dẫn hướng.
Giá trị tỷ số truyền đối với cầu dẫn hướng chọn sơ bộ i=1.21=21
Il - là tỷ số của tổng lực cản khi ôtô máy kéo quay vòng (Pc) và lực đặt trên vành
tay lái khi cần thiết để khắc phục được lực cản quay vòng (Pl).
Il =

Pc
Pl

Trong đó:

Mc
c
M
Pl = l
R
Pc =

15

15


α
rbx
c
Với : Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe
Ml - mômen đặt trên vành tay lái.
c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp
đến đường trục đứng kéo dài.
R - bán kính vành tay lái.
2.3.Tính toán các thông số hình học của hệ dẫn động lái.
a) Tính toán hình thang lái.
• 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.
• Xây dựng đường đặc tính ly thuyết của hệ thống lái cầu trước.

Muốn các bánh xe thực hiện quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải thoả mãn
công thức sau :

Cotg õ-Cotg ỏ=

B0
L

Trong đó :
õ: Là góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài của cầu dẫn hướng.
ỏ: Là góc quay của bánh xe dẫn hướng trong của cầu dẫn hướng .
16

16


L : chiều dài cơ sở của hai cầu (trên hình vẽ).
B0 : Khoảng cách giữa hai đường tâm trụ quay đứng .
L

A

C111
B0
D

B

O

Hình 2.1 - Sơ đồ động học khi quay vòng.
Theo hình vẽ : Cotg ỏ=

OD
L

Ta tìm được mối quan hệ của các góc quay bánh xe dẫn hướng với góc ỏ như
sau :
Cotgβ =

Cho

α

B0
+ Cotgα
L

các giá trị khác nhau từ

0 0 ÷ 400

ta xác định được góc

β

tương ứng

theo bảng sau :

17

17


Bảng I: Bảng thông số của đường đặc tính lý thuyết của các góc quay cầu
dẫn hướng .
α

0 5

10

15

20

25

30

35

40

0 4,80

9,24

13,38

17,26

20,93

24,42

27,78

31,043

9

7

7

3

7

5

( )
0

β

( )
0

4

Từ bảng giá trị thu được ta xây dựng được quan hệ :
β = f (α )

α
Hình vẽ 2.2 - Đường đặc tính lý thuyết .
• Xây dựng đường đặc tính thực tế.

Nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế hình thang lái Đantô là xác định đúng góc nghiêng
của các đòn bên
18

θ

khi xe chạy thẳng :
18


B0

m

m

n

θ

θ

Hình vẽ 2.3 - Sơ đồ động học hình thang lái khi xe chạy thẳng.

Cần xác định góc

θ

và độ dài mỗi đòn bên m và đòn ngang n.

Quan hệ thực tế giữa các góc quay

α β

phụ thuộc vào góc

θ

và độ dài m

của đòn bên.
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 =

19

B−n
2m

19


Khi xe quay vòng :

20

20


θ

21

θ

21


Hình vẽ 2.4 - Sơ đồ hình thang lái khi quay vòng.
α
Khi bánh xe dẫn hướng bên trái quay đi một góc
và bên phải quay đi
một góc

β

, lúc này đòn bên phải hợp với phương thẳng ngang một góc

bánh xe bên trái là

θ+α

θ− β

và

.

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

(1.7)

m thường lấy theo kinh nghiệm :
m=

( 0,14 ÷ 0,16) Bo

Chọn sơ bộ theo kinh nghiệm cho cả hai cầu độ dài đòn bên :
m=0,15.Bo=232,5 (mm)

θ

Chọn sơ bộ góc ban đầu theo công thức của E.A.
Cotg (90 0 − θ ) =

Từ đó ta tính được

Bo
2.0,7.L

Theo công thức kinh nghiệm

Cho

θ

θ ≈ 18032' < 350 (

Cho lần lượt

22

α

(1.8)

B0
2.0,7.L

(1.9)

theo kinh nghiệm thiết kế).

θ
các giá trị xung quanh giá trị sơ bộ ( =180) và công thức (1.7) để tìm

quan hệ thực tế của

và

:

θ
Cotg (90 0 − θ ) =

Ta tính được

ΥyδaKob

θ

β

và

α

.

=150,160,170,180,190sẽ tìm được mối quan hệ thực tế giữa

β

theo công thức sau :
22


β = θ + arctg

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

(1.10)

Bảng II.Bảng thông số của đường đặc tính thực tế cho cầu dẫn hướng.
α

θ1

=
150

θ2

=

160
θ3

=
170
θ4

=

180
θ5

=
0

19

0 5

10

15

20

25

30

35

9.24
9
9.51

13.38
7
13.90
6
0.519

17.26
7
18.05
6
0.79

20.93
3
21.94
8
1.015

24.42
7
25.56
1.134

27.78
5

28.86
6
1.08

13.82
9
0.442

17.92
2
0.655

21.74
3
0.81

25.26
9
0.843

28.47
5
0.69

13.75
1
0.363

17.78
7

0.52

21.53
6
0.603

24.97
8
0.551

28.08
5
0.3

13.67
2
0.285

17.65
1
0.384

21.32
9
0.396

24.68
6
0.259

27.69
5
-0.09

13.59
2
0.205

17.51
4
0.247

21.12
1
0.187

24.39 27.30
3
6
-0.034 -0.48

0

()
β0 (0) 0 4.80
4
0
β1 ( ) 0 4.87
6
0

∆β1( ) 0 0.07
2
0
β2 ( ) 0 4.86
7
0
∆β2( ) 0 0.06
3
0
β3 ( ) 0 4.85
7
0
∆β3( ) 0 0.05
4
0
β4 ( ) 0 4.84
8
0
∆β4( ) 0 0.04
4
0
β5 ( ) 0 4.83
8
0
∆β5( ) 0 0.03
5

Trong đó

0.26

1
9.47
5
0.22
6
9.43
9
0.19
9.40
3
0.15
4
9.36
6
0.11
7

∆β1i = β1i − β10

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

23

α

và

β

α

và

β

thực tế trên

theo lý thuyết.

23


Theo bảng giá trị trên ta chọn góc
thuyết

∆β

θ

sao cho sự sai lệch so với đường lý

nhỏ nhất và nhỏ hơn 10, ta chọn được

lớn nhất của bánh xe dẫn hướng
Độ dài thanh kéo ngang n=

α max = 35 0

và

θ

=170, ứng với góc quay vòng

β max = 28,085 0

B 0 − 2.m. sin θ = 1414.047( mm)

b) Xác định góc quay vòng lớn nhất của vô lăng.

α

=

max

α

.i

1max

Trong đó :
α
max :gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng.
α
0
1max :góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng cầu trước.(35 ).
I1

α

:gọi là tỷ số truyền hệ thống lái (i1 =21)

lớn nhất từ
từ

1,0 ÷ 1,75
2,0 ÷ 2,5

vòng đối với xe du lịch

vòng đối với xe tải lớn .

Thay những thông số tính được vào công thức trên ta tìm được góc quay vô lăng
lớn nhất :
α max = 21.35 0 = 735 0 ≈ 2,041

(vòng) thoả mãn kinh nghiệm thiết kế.

3. Thiết kế trục vít – êcu bi
Khi đánh lái trục vít bị xoay tạo ra lực vuông góc từ bề mặt rãnh vít qua các viên
bi tác dụng vào bề mặt rãnh bi trên ê cu. Lực này được phân ra thành 2 thành phần:
lực vòng Pv, lực dọc trục Pd. Lực Pd chính là lực tác dụng làm quay cung răng.

24

24

Dtb
Dt

Fa

D
Dtb
Dt
d

rl

rl

db

c

B

rl

/2

c

c

/2
rl

d1

d1

Hình 2.5: Các thông số của trục vít - êcu bi
Lực Pd có giá trị như sau:
M × l ×η
Pd = c d th
Rcr × ln
Mc = 209.5 Nm
ld = ln = 180 mm

ηth

= 0.65
Rcr bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt chọn 50.
209.5 × 0.18 × 0.65
Pd =
= 2723.5
0.050 × 0.18
N
Chọn vật liệu chế tạo trục vít là thép CT35, êcu bi và thanh răng là một chi tiết và
được làm bằng thép CT45.
Xác định đường kính trong ren trục vít theo độ bền kéo:
4 × 1.3 × Pd
d1 ≥
π × [σ k ]

[σ k ]

giới hạn kéo của vật liệu vít.

[σ k ]=

Với thép đã chọn có
25

σ ch

σ ch
3

[σ k ]=
= 400 MPa nên

400
= 133
3

Mpa
25