đồ án khai thác hệ thống lái xe ford ranger

3

MỞ ĐẦU
Ngay từ khi ra đời, ôtô đã chứng tỏ được tầm quan trọng của mình trong
cuộc sống của con người. Sản xuất ôtô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ôtô
trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hoá cho
các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trở thành phương tiện giao thông tư
nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển. Ngay ở nước ta số ôtô cũng đang phát
triển cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, mật độ xe trên đường ngày càng
cao. Từ đó đến nay ngành công nghiệp ôtô không ngừng phát triển về số lượng
cũng như chất lượng nhằm đáp ứng yêu cầu ngày một cao và khắt khe hơn của
người sử dụng. Ngành công nghiệp ôtô đóng vai trò rất quan trọng trong sự tăng
trưởng của nền kinh tế ở các quốc gia, đặc biệt ở một số nước phát triển đã chọn
ngành công nghiệp ôtô là ngành mũi nhọn.
Đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa rất mạnh
mẽ, ngành công nghiệp ôtô Việt Nam mới ra đời còn non trẻ khi mới chỉ dừng
lại ở quy mô lắp ráp, sửa chữa, chế tạo một số chi tiết nhỏ với tỷ lệ nội địa hóa
tăng dần theo thời gian nhưng tương lai hứa hẹn có nhiều khởi sắc. Hiện nay các
loại xe được khai thác sử dụng trong nước bao gồm nhập khẩu từ nước ngoài và
một phần lắp ráp trong nước, các loại xe này có các thông số kỹ thuật phù hợp
với điều kiện địa hình và khí hậu Việt Nam. Do đặc thù khí hậu nước ta là nhiệt
đới gió mùa ẩm, địa hình nhiều đồi núi, độ ẩm cao nên nhìn chung là điều kiện
khai thác tương đối khắc nghiệt. Chính vì vậy việc tìm hiểu, đánh giá và kiểm
nghiệm các hệ thống, các cụm trên xe là việc hết sức cần thiết để đảm bảo khai
thác sử dụng xe có hiệu quả cao góp phần nâng cao tuổi thọ xe cũng như tính
kinh tế.
Hệ thống lái của ôtô là một hệ thống quan trọng dùng để thay đổi hướng
chuyển động hoặc giữ cho ôtô chuyển động theo một quỹ đạo xác định nào đó.
Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng được sử dụng phổ biến trên các xe ôtô du lịch
và xe tải nhỏ, xe SUV và Ford Ranger cũng nằm trong số đó. Nó là một cơ cấu
cơ khí khá đơn giản. Một bánh răng được nối với một ống kim loại, một thanh

răng được gắn trên một ống kim loại, một thanh nối nối với hai đầu mút của
thanh răng
Để góp phần thực hiện công việc trên và cũng là đúc rút lại những kiến
thức sau 5 năm học tập trên ghế giảng đường “Học viện Kỹ thuật Quân sự” em
đã được giao đồ án tốt nghiệp với đề tài:


4

"Khai thác hệ thống lái trên xe Ford Ranger ".
Với đề tài như trên, nội dung đồ án được thể hiện qua các phần sau:
Chương 1: Giới thiệu chung về xe Ford Ranger
Chương 2: Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Ford Ranger
Chương 3: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái xe Ford Ranger
Chương 4: Hướng dẫn khai thác, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái xe
Ford Ranger
Với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Huy Sơn cùng các thầy giáo
bộ môn ôtô quân sự - Khoa Động lực – Học viện Kỹ thuật Quân sự em đã thực
hiện đồ án này. Trong quá trình làm đồ án, mặc dù có nhiều cố gắng nhưng
không khỏi có những chỗ còn thiếu sót, em rất mong được sự đóng góp chỉ bảo
của thầy hướng dẫn cũng như các thầy trong bộ môn để đồ án tốt nghiệp này
hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Duy Ngọc


5

Chương 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE FORD RANGER
1.1 Giới thiệu chung về xe Ford Ranger
Ford Ranger là xe bán tải hai cầu . Dòng xe pick-up (bán tải) đang được
người Việt Nam ưa chuộng bởi tính đa dụng của nó, nó vừa có thể được dùng
làm chiếc xe vận chuyển hàng hóa vừa có thể sử dụng như một chiếc xe du lịch
cho cả gia đình nếu làm một phép tính đơn giản pick-up khá đa dụng và tiện lợi
trong thời buổi bão giá hiện nay. Xe pick-up là dạng xe bán tải kiểu dạng như 1
chiếc xe đa dụng hàng ghế ngồi có 5 chỗ (tính cả ghế lái) nó có thêm 1 thùng
chở hàng phía sau tách biệt hẳn với khoang ghế hành khách có thể chở được
hàng hóa với kích thước quá khổ mà những chiếc xe đa dụng khác không thể
đảm nhiệm, khung gầm tương tự như xe tải thiết kế phù hợp với nhiều địa hình,
vận chuyển hàng hóa trọng lượng vừa phải (500 – 700kg).
Thái Lan là một trong 5 quốc gia sản xuất Ranger sau đó xuất khẩu ra các
thị trường lân cận, trong đó có Việt Nam. Việc nhập khẩu xe từ Thái Lan không
quá xa lạ, với Ranger cũng được nhập nguyên chiếc cách đây 3 năm.
Ford bắt đầu sản xuất mẫu Ranger vào tháng Giêng năm 1982 tại nhà
máy Ford ở Bắc Mỹ và bắt đầu sản xuất bên ngoài lãnh thổ nước Mỹ từ năm
1995. Nhưng đến 6/2001 sau gần 6 năm có mặt tại Việt Nam, nhà máy Ford Việt
Nam tại Hải Dương mới bắt đầu xuất xưởng những chiếc Ford Ranger đầu tiên.
Ranger thích ứng được với mọi loại địa hình, nhờ vào khả năng lội nước vượt
trội đến 800mm và các công nghệ hỗ trợ xuống dốc và leo dốc; khả năng kéo
mạnh mẽ lên nhất trong các xe cùng phân khúc, lên tới hơn 3.350 kg ở một số
các phiên bản động cơ dầu. Với 3 kiểu cabin đơn-mở-kép và 2 loại hệ thống
truyền động 4x2 và 4x4 cùng với hai kiểu chiều cao xe, Ford đã cho ra mắt 5
phiên bản Ranger để phù hợp với các thị trường khác nhau.
Trong vòng 10 năm từ khi là chiếc xe bán tải hai cầu đầu tiên ra mắt,
Ford Ranger đã qua 5 lần thay đổi, với hơn một vạn xe bán ra. Mẫu xe
này chiếm khoảng 25% thị phần bán tải tại Việt Nam với nhiều mục đích sử
dụng, nhưng tập trung chủ yếu trong việc chuyên chở.
Kiểu dáng bên ngoài xe được thể hiện trên hình 1.1

6

Hình 1.1 Kiểu dáng bên ngoài của xe

Hình 1.2 Kích thước bao của xe Ford Ranger
Có nhiều sự lựa chọn cho dòng xe này:
Ford Ranger hoàn toàn mới có hai loại truyền động một cầu 4x2 và hai
cầu 4x4 với hai khoảng sáng gầm xe Low-rider (thấp) và Hi-Rider (cao), trong
đó mẫu Hi-Rider 4x2 có cùng khung gầm với mẫu 4x4.
Ranger 4x4 XLT MT
Động cơ Turbo Diesel 2.5L
Số tay 5 cấp
Ranger 4x4 XLT MT Canopy
Động cơ Turbo Diesel 2.5L
Số tay 5 cấp
Ranger 4x4 XLT MT Wildtrak
Động cơ Turbo Diesel 2.5L
Số tay 5 cấp
Ranger 4x4 XL MT Canopy
Động cơ Turbo Diesel 2.5L
Số tay 5 cấp
Ranger 4x2 XLT AT
Động cơ Turbo Diesel 2.5L
Tự động 5 cấp
Ranger 4x2 XL MT
Động cơ Turbo Diesel 2.5L
Số tay 5 cấp
Ranger 4x2 XL MT

Động cơ Turbo Diesel 2.5L
Số tay 5 cấp
Ranger 4x2 XLT AT Canopy
Động cơ Turbo Diesel 2.5L
Tự động 5
cấp


7

Ranger 4x2 XL MT Canopy
Động cơ Turbo Diesel 2.5L
Số tay 5 cấp
Điểm nổi bật về công nghệ của FR là được trang bị động cơ Duaratorq
diezel 2.2L TDCi trục cam kép 16 van có làm mát khí nạp Intercooler. FE mang
lại sự hài lòng cho người sử dụng khi vận hành trong các điều kiện đường sá và
địa hình khác nhau nhưng lại rất tiết kiệm nhiên liệu. Một chiếc Ranger 4x4
trung bình tiêu hao khoảng 8 lít nhiên liệu cho 100km đường trường. Hộp số 6
cấp trên phiên bản máy dầu không chỉ tang hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu mà còn
mang lại tính năng lái hoàn hảo. Ngoài những vấn đề về động cơ và hộp số đã
nói ở trên FR còn là một chiếc xe đột phá về công nghệ khi được thiết kế về mặt
khí động học hoàn hảo, lốp xe được cải tiến chống lật và tang độ bám đảm bảo
độ an toàn cho người lái, hệ thống quản lý bình ắc qui, được trang bị nút gài cầu
tự động, bộ vi sai cầu sau khóa điện được khởi động dễ dàng trên bảng điều
khiển đều là những công nghệ mới nổi trội và tiện lợi được ứng dụng vào chiếc
xe FR này.
1.2. Đặc tính kỹ thuật của xe Ford Ranger 2011
Bảng 1.1. Bảng kích thước tiêu chuẩn của xe Ford Ranger [9]
Đặc điểm
Dài x Rộng x Cao (mm)

Thùng xe:
Dài x Rộng x Cao (mm)
Dung
tích
thùng
hàng(m3)
Khoảng sang gầm xe tối
thiểu (mm)
Vệt bánh xe trước (mm)
Vệt bánh xe sau (mm)
Chiều dài cơ sở (mm)
Bán kính vòng quay tối
thiểu (mm)
Trọng lượng toàn bộ xe
tiêu chuẩn (kg)
Trọng lượng không tải
xe tiêu chuẩn (kg)
Tải trọng định mức cả

Ranger 4x4
XLT
5170 x 1804
x 1762
1530 x 1456
x 465

Ranger 4x4 XL Ranger 4x2 XL
5170 x 1804
x 1762
1530 x 1456

x 465

5170 x 1723
x 1632
1530 x 1456
x 465

0.952

0.952

0.952

195

195

152

1445-1475
1440-1470
3000

1445-1475
1440-1470
3000

1445
1450
2985

6300

6300

6000

2890

2890

2716

1803

1803

1629

700

700

700


8

người (kg)
Cỡ lốp

245/70R16
235/75R15
Vành hợp kim
Bánh xe
Vành thép
nhôm đúc
V thùng nhiên liêu (lít)
63 lít
63 lít
Bảng 1.2. Bảng trang thiết bị chính của xe Ford Ranger [9]
Đặc điểm
Túi khí
Trợ lực lái
Trục lái điều chỉnh
được độ nghiêng
Cửa kính điều khiển
điện
Gương điều khiển điện
Điều hòa nhiệt độ
Số chỗ ngồi
Ghế trước
Ghế sau
Vật liệu ghế
Khóa cửa điều khiển từ
xa
Đèn sương mù
Tay nắm cửa mạ Crôme
Gương chiếu hậu
mạ Crôme

215/70R15
Vành thép
63 lít

Ranger 4x4 XLT
2 Túi khí phía
trước
Có

Ranger 4x4 XL
2 Túi khí phía
trước
Có

Ranger 4x2 XL
Túi khí dành cho
người lái
Có

Có

Có

Có

Có

Có

Có

Có
Có
5 chỗ
Điều chỉnh được
độ nghiêng và độ
cao của tựa đầu
Ghế băng gập
được có tựa đầu
Nỉ

Có
Có
Có
Có
5 chỗ
5 chỗ
Điều chỉnh được Điều chỉnh được
độ nghiêng và độ độ nghiêng và độ
cao của tựa đầu cao của tựa đầu
Ghế băng gập
Ghế băng gập
được có tựa đầu được có tựa đầu
Vải
Vải

Có

Không

Không

Có
Có

Không
Màu đen

Không
Màu đen

Có

Màu đen

Màu đen

AM/FM, CD 6 đĩa, AM/FM, CD 1
AM/FM, CD 1
MP3, 4 loa
đĩa, MP3, 2 loa
đĩa, MP3, 2 loa
1.3. Đặc tính các cụm và hệ thống chính của xe Ford Ranger 4x2 XL
1.3.1. Động cơ
Ford Ranger 4x2 XL 2011 được trang bị động cơ Turbo diesel 2.5, 4
xilanh, trục cam đơn có hệ thống làm mát khí nạp Intercooler. Dung tích thùng
nhiên liêu lớn với 63 lít cho phép các chuyến đi dài mà không phải dừng lại tiếp
nhiên liệu nhiều lần. Ford Ranger với động cơ làm việc hiệu quả, bền bỉ mang

Hệ thống âm thanh


9

lại sự hài lòng cao nhất khi vận hành trong các điều kiện đường sá và địa hình,
nhưng lại rất tiết kiệm, trung bình tiêu hao khoảng 8 lít diezel/100km.
Hệ thống động cơ kiểu cam đơn SOHC đã được thay thế bằng kiểu trục
cam kép DOHC. Công nghệ phun nhiên liệu đơn đường tăng áp TCDi (Turbo
Direct Common - Rail Injection) chưa được trang bị cho các phiên bản trước đó
nay đã được Ford Việt Nam tích hợp trên phiên bản mới này.
Ford Ranger mới còn được trang bị động cơ diesel mới sử dụng công
nghệ phun nhiên liệu Common - rail. Động cơ 2.5L có công suất 143 mã lực,
mô-men xoắn cực đại 330 Nm ở vòng tua 1800 không chỉ mạnh mẽ hơn so với
các mẫu cùng phân khúc, Ford Ranger tự tin với phiên bản 2.5 có mức tiêu hao
nhiên liệu thấp hơn 22% so với phiên bản cũ và đáp ứng tiêu chuẩn Euro 2.
- Hệ thống làm mát: Có hệ thống làm mát khí nạp Intercooler. Hệ thống
làm mát bằng nước theo phương pháp tuần hoàn cưỡng bức.
- Hệ thống bôi trơn hỗn hợp cưỡng bức: bôi trơn cưỡng bức kết hợp bơm
và vung té, có dung lượng 4,7 lít.
1.3.2. Hệ thống truyền lực
Hệ thống truyền lực của xe bao gồm: ly hợp, hộp số, truyền lực chính và vi sai, các
đăng.
- Ly hợp: Đĩa ma sát đơn, điều khiển bằng thủy lực với lò xo đĩa.
- Hộp số: hộp số sàn 5 cấp Ford MT75.
- Truyền lực chính và vi sai: sử dụng truyền lực chính một cấp bánh
răng trụ răng nghiêng vi sai thường.
- Các đăng: Xe sử dụng các đăng đồng tốc bi kiểu Rơ xép pơ và Tripot
để truyền lực cho bánh xe chủ động ở cầu trước (cầu dẫn hướng).
1.3.3. Hệ thống điều khiển

1.3.3.1. Hệ thống lái
Hệ thống lái xe Ford Ranger bao gồm cơ cấu lái bánh răng - thanh răng,
dẫn động lái và trợ lực lái. Cơ cấu lái loại bố trí trên thanh lái ngang. Dẫn động
lái gồm có: vành tay lái, vỏ trục lái, trục lái, truyền động các đăng, thanh lái
ngang, cam đơn và các khớp nối.
Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng được sử dụng phổ biến trên các xe ôtô
du lịch và xe tải nhỏ, xe đa dụng SUV. Nó là một cơ cấu cơ khí khá đơn giản.
Một bánh răng được nối với một ống kim loại, một thanh răng được gắn trên
một ống kim loại. Một thanh nối (tie rod) nối với hai đầu mút của thanh răng.


10

1.3.3.2. Hệ thống phanh
Hệ thống phanh xe Ford Ranger là hệ thống phanh dẫn động thủy lực, sử
dụng cơ cấu phanh đĩa cầu trước, cơ cấu phanh tang trống cầu sau. Hệ thống
chống bó cứng phanh (ABS) kết hợp hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD
(Electronic Brake Force Distribution) cùng thiết bị cảm biến tải trọng để đảm
bảo tối ưu hóa trên mọi địa hình.
1.3.4. Phần vận hành
Hệ thống treo trên xe:
+ Trước: Hệ thống treo độc lập bằng thanh xoắn kép và ống giảm chấn.
+ Sau: Loại nhíp với ống giảm chấn.
Lốp xe gồm 4 lốp Vành (mâm) đúc hợp kim, cỡ lốp/áp suất lốp( kg/cm 3):
215/70R15.
1.3.5. Hệ thống điện
Thiết bị đo đạc: đồng hồ đa tầng, đồng hồ đo tốc độ, đồng hồ báo mức
nhiên liệu, đồng hồ hiển thị vòng tua động cơ...

Hình 1.3 Đồng hồ hiển thị.

Hệ thống đèn: đèn khu vực chính bên trong, đèn xi nhan, đèn phanh, đèn
báo đi thẳng, đèn sương mù, đèn pha tự động tắt mở...Thiết bị điều hòa phân
vùng khí hậu, máy lọc không khí trong xe.
1.3.6. Thiết bị phụ
Thiết kế nội thất xe điển hình cho dòng xe bán tải nhưng vẫn đầy đủ tính
năng, tiện nghi. Chỗ ngồi được bố trí hợp lý với một hoặc hai dãy ghế tùy vào
điều kiện sử dụng.


11

Hình 1.4 Bố trí nội thất trên xe.
Ford Ranger có bình xăng với dung tích lớn 63 lít, tiện cho chuyến đi dài mà
không phải đổ xăng nhiều lần. Dàn CD 1 đĩa cho xe 4x2 và dàn CD 6 đĩa cho xe 4x4,
Ford Ranger mang lại sự thư giãn qua âm nhạc trên đường xa (hình 1.8).

Hình 1.5 Hệ thống giải trí trên xe.
Các trang thiết bị an toàn cao cấp gồm có: dây đai an toàn, hai túi khí bảo
vệ. Ghế lái được thiết kế với điểm gập phần hông (H-point) bố trí cao, tạo tầm
quan sát tối đa cho người ngồi lái, nhất là ở hai phía trái, phải của đầu xe. Trang
thiết bị của Ford Ranger gồm khoá cửa điều khiển từ xa, gương kính điều khiển
điện, đèn sương mù.
Kính trước được thiết kế hai lớp với một lớp nhựa mỏng ở giữa, không bị
vỡ vụn khi va chạm, giảm tối đa thương tích có thể gây ra cho người ngồi trong
xe. Các vùng biến dạng được thiết kế để hấp thụ lực va chạm, tự biến dạng trong
trường hợp có va chạm mạnh, giảm thiểu ảnh hưởng lên khoang hành khách
nhằm đảm bảo an toàn cho tài xế và người ngồi trong xe.


12

Thiết kế kết cấu thân xe siêu cứng, có thêm các thanh gia cường hai bên
nhằm giảm tối đa những tác động lên người ngồi trong xe. Hai bên thành xe
cũng được gia cường với các thanh siêu cứng bảo vệ khi có va chạm từ hai phía.
Ford Ranger 2011 có 10 màu: Bạc sáng, đen, đỏ hồng, đỏ, ghi, nâu nhạt,
trắng, xanh dương, xanh ngọc, xanh rêu.


13

Chương 2
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI FORD RANGER
2.1. Công dụng, yêu cầu hệ thống lái Ford Ranger
2.1.1. Công dụng
Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe, công dụng của
hệ thống lái là dùng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ cho ôtô duy trì theo một
quỹ đạo xác định nào đó.
2.1.2. Yêu cầu
Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau
- Quay vòng ôtô thật ngoặt trong một thời gian ngắn trên một diện tích bé
- Điều khiển lái phải nhẹ nhàng thuận tiện
- Động học quay vòng phải đúng để các bánh xe không bị trượt khi quay vòng
- Tránh được các va đập từ bánh dẫn hướng truyền lên vành lái
- Giữ được chuyển động thẳng ổn định
2.2. Đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Ford Ranger
2.2.1. Vành tay lái và trục lái
Vành tay lái và trục lái được đặt trong buồng lái.
Trục lái bao gồm trục lái chính truyền chuyển động quay của vô lăng tới cơ cấu
lái và ống đỡ trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe. Đầu phía trên của trục lái
chính được làm thon và xẻ hình răng cưa, vô lăng được xiết vào trục lái bằng một đai

ốc.Trục lái của xe Ford Ranger dạng ống lồng liên kết với cơ cấu lái nhờ khớp các
đăng.
+ Lực trên vành tay lái khi trên đường xấu không quá 20 KG..
+ Hành trình tự do của vành lái 300.
Trên xe Ford Ranger được trang bị hệ thống lái có khả năng thay đổi góc
nghiêng của tay lái. Cấu tạo của hệ thống này như hình 2.1 dưới đây.


14

Hình 2.1. Bố trí trục lái loại điểm tựa dưới.
Cấu tạo cơ bản của cơ cấu này bao gồm một cặp cữ chặn nghiêng, bulông khoá
nghiêng, giá đỡ kiểu dễ vỡ, cần nghiêng v.v...Các cữ chặn nghiêng xoay đồng thời với
cần nghiêng. Khi cần nghiêng ở vị trí khoá, đỉnh của các cữ chặn nghiêng được nâng
lên và đẩy sát vào giá đỡ dễ vỡ và gá nghiêng, khoá chặt giá đỡ dễ vỡ và bộ gá
nghiêng. Mặt khác, khi cần gạt nghiêng được chuyển sang vị trí tự do thì sẽ loại bỏ sự
chệnh lệch độ cao của các cữ chặn nghiêng và có thể điều chỉnh trục lái theo hướng
thẳng đứng.
2.2.2. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái sử dụng trên xe Ford Ranger là loại bánh răng trụ - thanh răng. Cơ
cấu lái bánh răng trụ - thanh răng sử dụng chủ yếu trên các xe công suất bé. Vỏ của cơ
cấu lái được làm bằng gang, trong vỏ có các bộ phận làm việc của cơ cấu lái, gồm trục
răng ở phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng, vỏ của cơ cấu lái bánh răng trụ
- thanh răng kết hợp làm luôn chức năng của thanh lái ngang trong hình thang lái.


15

Trục răng được chế tạo bằng thép, trục răng quay trơn nhờ 2 ổ bi đặt trong vỏ
của cơ cấu lái. Điều chỉnh các ổ này dùng một êcu lớn ép chặt các ổ bi, trên vỏ êcu có

phớt che bụi. Để đảm bảo trục răng quay nhẹ nhàng thanh răng có cấu tạo răng
nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía trái, phần thanh còn lại có tiết diện
tròn. Khi vô lăng quay, trục 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 xuống
thanh cam quay qua các đầu thanh răng và đầu thanh lái. Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe, để
tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng thì trục răng đặt nghiêng ngược chiều
nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn, làm việc êm.

Hình 2.2. Cơ cấu lái bánh răng trụ- thanh răng.
1.
Bạc lệch tâm; 2. Ổ bi đỡ; 3. Trục răng; 4. Vít điều chỉnh; 5. Dẫn hướng
thanh răng; 6. Lò xo nén; 7. Thanh răng; 8. Vỏ thanh răng; 9. Kẹp; 10.
Bạc lót; 11.Cao su chắn bụi; 12. Đầu thanh răng; 13. Thanh nối.
Khi quay vành tay lái thông qua trục lái thì trục răng 3 sẽ làm dịch chuyển
thanh răng 7 qua trái hoặc phải. Hai đầu thanh răng được nối với bánh xe dẫn hướng
qua các khớp cầu và thanh nối sẽ làm quay bánh xe dẫn hướng tương ứng với góc
đánh vành tay lái. Dẫn hướng thanh răng 5 giúp giữ thanh răng không bị quay trong
vỏ cơ cấu lái. Bạc lệch tâm 1 để điều chỉnh ăn khớp giữa trục vít và thanh răng, còn vít
điều chỉnh 4 để điều chỉnh khoảng hở mặt bên.
Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng có các ưu điểm và nhược điểm so với
các cơ cấu lái khác như sau:


16

*Ưu điểm
+ Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng có tác
dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các thanh ngang như ở các cơ cấu lái
khác.
+ Ăn khớp răng trực tiếp nên độ nhạy cao.

+ Ma sát trượt và lăn nhỏ kết hợp với sự truyền mômen tốt nên lực điều khiển
trên vành lái nhẹ.
+ Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải bảo dưỡng.
* Nhược điểm
+ Chế tạo phức tạp nên giá thành cao.
+ Sử dụng cho xe có tải trọng bé.
Cơ cấu lái kiểu này thì tỉ số truyền có thể thay đổi được. Bước răng (khoảng
cách giữa các răng) giảm từ từ về hai phía đầu của thanh răng và độ sâu bước ăn khớp
mà tại đó răng của trục răng ăn khớp với răng của thanh răng trở nên lớn hơn. Vì vậy
đường kính ăn khớp thực tế của trục răng giảm khi nó tiến gần tới hai đầu của thanh
răng. Điều đó có nghĩa là, cùng với một góc quay của vô lăng như nhau, ở phần giữa
của thanh răng, nó sẽ di chuyển thoải mái hơn so với hai đầu của thanh răng.
2.2.3. Hình thang lái
Hình thang lái được bố trí phía sau đường tâm trục cầu trước. Hình thang lái
truyền động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng với tỉ số truyền là 0,984. Bộ phận
chính của hình thang lái là cơ cấu hình thang lái, đó là cơ cấu 6 khâu bao gồm: hai
thanh kéo bên, thanh răng, hai đòn quay bên (cam quay) và dầm cầu là đường thẳng
tưởng tượng nằm trên đường tâm trục cầu trước vì hệ thống treo trước của xe là hệ
thống treo độc lập.

Hình 2.3. Sơ đồ bố trí hình thang lái xe Ford Ranger
1- Khớp cầu; 2- Thanh răng; 3- Thanh kéo bên; 4- Cam quay.


17

Các thanh kéo bên nối với thanh răng qua các khớp cầu, ở đầu thanh kéo bên có
ren để nối với đầu thanh lái, trên đầu thanh lái có khớp cầu để nối với cam quay. Các
thanh kéo bên có độ dài như nhau, chúng có cơ cấu điều chỉnh chiều dài để thay đổi độ
chụm của hai bánh xe dẫn hướng, cơ cấu điều chỉnh chiều dài thanh kéo bên thường

dùng ống ren, có đai ốc hãm. Đặc điểm của khớp cầu trên đầu thanh lái là loại khớp
cầu chỉ bôi trơn một lần, trong quá trình sử dụng không cần phải bảo dưỡng. Khi quay
vành tay lái, thanh răng dịch chuyển kéo hai thanh kéo bên tác động đến các cam
quay làm cam quay quay xung quanh đường tâm của trụ đứng và xoay hai bánh xe
dẫn hướng.
2.2.4. Trợ lực lái
Xe sử dụng trợ lực lái thủy lực với van phân phối kiểu van xoay. Van phân phối
được bố trí kết hợp với cơ cấu lái cùng với trục bánh răng trụ xoắn, xi lanh lực được
bố trí kết hợp với thanh răng có nghĩa là kết hợp nằm trên thanh lái ngang. Việc bố trí
chung một khối các bộ phận như trên có các ưu điểm sau:
+ Do xi lanh lực và van phân phối đặt trong cơ cấu lái nên kết cấu của bộ trợ
lực lái rất nhỏ gọn làm tăng không gian bố trí các bộ phận khác trên xe rất phù hợp với
xe có cầu trước chủ động dẫn hướng, động cơ đặt trước.
+ Do xi lanh lực đồng thời cũng chính là vỏ thanh răng, pít tông được lắp kết
hợp luôn với thanh răng, van phân phối kết hợp trên trục bánh răng trụ răng xoắn nên
khối lượng công việc thiết kế các chi tiết này sẽ giảm đi nhiều.
+ Đặt các chi tiết trong cùng một khối như vậy sẽ đảm bảo hệ thống trợ lực lái
tác động nhanh tức thì do pít tông, xi lanh đặt trực tiếp trên cơ cấu lái và giảm quãng
đường dịch chuyển của dầu cao áp tránh tổn hao áp suất dầu.
Các bộ phận chính của trợ lực lái gồm có xi lanh lực, bơm thủy lực và van phân
phối.
2.2.4.1 . Xi lanh lực
Cụm xi lanh lực được bố trí kết hợp với thanh răng, nó biến đổi năng lượng
chất lỏng thành năng lượng cơ khí được tiêu hao cho việc giảm nhẹ quay vòng bánh
xe. Đặc điểm kết cấu của cụm xi lanh lực thể hiện trên hình 2.4.
Xi lanh lực đồng thời cũng chính là vỏ thanh răng, trên xi lanh có khoan các lỗ
để bắt với các đường ống cao áp từ van phân phối xuống. Pít tông được đặt trên thanh
răng, và thanh răng dịch chuyển do áp suất dầu tạo ra từ bơm trợ lực lái tác động lên
pít tông theo cả hai hướng. Một phớt dầu đặt trên pít tông có tác dụng như vòng găng để

18

ngăn dầu khỏi lọt giữa hai bên của khoan công tác làm giảm hiệu suất của trợ lực lái. Ngoài
ra, ở hai đầu xi lanh có lắp thêm 2 phớt làm kín (1), (3) để ngăn dầu rò rỉ ra ngoài.

Hình 2.4. Đặc điểm kết cấu của xi lanh lực.
1, 3- Phớt làm kín; 2- Pít tông; 4- Trục van điều khiển.
2.2.4.2. Bơm thủy lực
a/ Cấu tạo
Bơm dầu trợ lực lái là bơm kiểu cánh gạt dẫn động bằng đai từ trục khuỷu động
cơ. Bơm thủy lực là nguồn cung cấp năng lượng cho bộ phận trợ lực lái. Trên xe sử
dụng bơm thuỷ lực là loại bơm kiểu rôto cánh gạt và được dẫn động bằng dây đai từ
puly trục khuỷu (Hình 2.5).

Hình 2.5. Đặc điểm kết cấu bơm trợ lực.
1- Cánh gạt; 2- Rô to; 3- Trục bơm; 4- Stato;5- Van điều chỉnh lưu lượng.


19

Bình chứa dầu lắp tách biệt với bơm được nối với bơm bằng hai ống mềm, một
đường ống cung cấp dầu cho bơm, một đường ống dầu hồi về bình chứa. Trên thành
bình có ghi các vạch giới hạn mức dầu, nếu mức dầu trong bình chứa giảm dưới mức
chuẩn thì bơm sẽ hút không khí vào gây ra lỗi trong vận hành. Vì vậy phải định kỳ
kiểm tra mức dầu trợ lực lái, nếu thấp hơn mức cho phép phải bổ xung ngay bằng loại
dầu thích hợp.
Van điều chỉnh lưu lượng điều chỉnh lượng dòng chảy dầu từ bơm tới van phân
phối, duy trì lưu lượng dầu không đổi cung cấp cho van phân phối mà không phụ
thuộc tốc độ bơm (v/ph). Bởi vì lưu lượng của bơm tỷ lệ với tốc độ động cơ, khi tốc độ

bơm tăng thì lưu lượng dầu tăng lên, cấp nhiều trợ lực hơn cho cơ cấu lái và người lái
cần tác động ít lực đánh lái hơn và ngược lại. Hay nói cách khác, lực đánh lái thay đổi
theo sự thay đổi tốc độ, khi lái ta có cảm giác không đều tay khi quay vô lăng. Do vậy,
việc duy trì lưu lượng dầu từ bơm không đổi và không phụ thuộc tốc độ xe là một yêu
cầu cần thiết và van điều chỉnh lưu lượng đảm nhiệm yêu cầu này.
b/ Nguyên lý làm việc của bơm trợ lực
Khi động cơ làm việc, trục bơm được dẫn động và kéo rô to cùng các cánh gạt
quay. Lực ly tâm tác động cho các cánh gạt văng ra tỳ sát vào bề mặt ôval của stato.
Cánh gạt quay làm thể tích của khoang chứa dầu thay đổi. Khi thể tích tăng tạo ra sức
hút dầu nạp vào khoang, khi thể tích giảm dầu bị ép đẩy ra ngoài. Mỗi vòng quay của
rôto cánh gạt có hai lần nạp và hai lần ép do bơm dầu có hai cửa cùng tác dụng là hai
cửa bơm và hai cửa hút.
2.2.4.3. Van phân phối
Đặc điểm kết cấu của van phân phối thể hiện trên hình 2.6. Van phân phối được
bố trí trong cơ cấu lái cùng với trục bánh răng trụ răng xoắn, trên hình 2.6.a cho thấy
trục van phân phối (trục van điều khiển) và trục bánh răng trụ răng xoắn được nối với
nhau bằng một thanh xoắn. Vỏ van phân phối (van quay) được nối với trục bánh răng
trụ răng xoắn bằng một chốt cố định, có nghĩa là van quay và trục bánh răng trụ răng
xoắn luôn chuyển động cùng với nhau.


20

Hình 2.6. Đặc điểm kết cấu van phân phối.
1- Thanh xoắn; 2- Trục van điều khiển; 3- Vỏ van điều khiển; 4- Van quay; 5Cửa đến buồng phải xi lanh(cửa B); 6- Cửa đến buồng trái xi lanh(cửa C); 7- Trục
bánh răng trụ răng xoắn; 8- Chốt cố định; 9- Cửa dầu vào(cửa A) ; 10- Cửa dầu hồi
(cửa D);11- Miếng hãm (trục bánh răng trụ răng xoắn).
Qua hình 2.6 cho thấy trục van phân phối và trục bánh răng trụ răng xoắn ngoài
việc ghép bằng thanh xoắn còn được khớp với nhau bởi miếng hãm nhưng có khe hở.
Trên hình 2.6.b cho ta thấy kết cấu và vị trí tương đối giữa các cửa van được tạo bởi

trục van điều khiển và van quay. Trên trục van điều khiển có mặt vát, trên mặt vát có
lỗ xuyên tâm để dẫn dầu vào lõi trục van điều khiển, dầu từ cửa vào qua các lỗ hướng
tâm trên van quay thông với lõi trục van điều khiển qua các mặt vát này. Trên trục van
điều khiển cũng có lỗ xuyên tâm để dẫn dầu ra cửa hồi (10) về bình chứa. Ngoài ra


21

trên trục van điều khiển và van quay còn có các vòng găng cao su để ngăn cách dầu
giữa các cửa.
Van điều khiển kiểu quay trong cơ cấu lái quyết định dầu từ bơm sẽ đi đến
buồng nào của xy lanh lực. Thanh xoắn có tiết diện nhỏ và dài nên đóng vai trò phần
tử đàn hồi. Khi quay vành tay lái, sức cản quay vòng của bánh xe làm thanh xoắn biến
dạng, trục van điều khiển xoay tương đối so với van quay gây ra sự trùng các mặt vát
của trục van điều khiển với các lỗ hướng tâm của van quay để đóng mở các đường
dầu.
2.3. Nguyên lý làm việc trợ lực lái xe Ford Ranger
2.3.1. Trường hợp xe đi thẳng
Khi xe đi thẳng thì trục van phân phối sẽ không quay mà nó sẽ nằm ở vị trí
trung gian so với van quay. Dầu do bơm cung cấp quay trở lại bình chứa qua cổng "D"
và buồng "D". Các buồng trái và phải của xi lanh bị nén nhẹ nhưng do không có sự
chênh lệch áp suất nên không có lực trợ lái.

Hình 2.7. Nguyên lý hoạt động van phân phối ở vị trí trung gian.


22

2.3.2. Trường hợp xe rẽ phải

Hình 2.8. Nguyên lý hoạt động van phân phối quay vòng sang phải.
Khi xe quay vòng sang phải, thanh xoắn bị xoắn và trục van phân phối theo đó
quay sang phải. Các lỗ X và Y hạn chế dầu từ bơm để ngăn dòng chảy vào các cổng
"C"và cổng "D". Kết quả là dầu chảy từ cổng"B" tới ống nối "B" và sau đó tới buồng
xi lanh phải, làm thanh răng dịch chuyển sang trái và tạo lực trợ lái. Lúc này, dầu trong
buồng xi lanh trái chảy về bình chứa qua ống nối "C" → cổng "C" → cổng "D" →
buồng "D".


23

2.3.3. Trường hợp xe rẽ trái

Hình 2.9. Nguyên lý hoạt động van phân phối quay vòng sang trái.
Khi xe quay vòng sang trái thanh xoắn bị xoắn và trục van phân phối cũng
quay sang trái. Các lỗ X' và Y' hạn chế dầu từ bơm để chặn dòng chảy dầu vào các
cổng "B" và"C". Do vậy, dầu chảy từ cổng "C" tới ống nối "C" và sau đó tới buồng xi
lanh trái làm thanh răng dịch chuyển sang phải và tạo lực trợ lái. Lúc này, dầu trong
buồng xi lanh phải chảy về bình chứa qua ống nối "B"→ cổng " B"→ cổng "D"→
buồng "D".
2.3.4. Cảm giác mặt đường và tính tùy động
2.3.4.1. Cảm giác mặt đường
Trong quá trình quay vòng, áp suất trong khoang làm việc của xi lanh lực tăng
tỉ lệ với momen cản quay vòng bánh xe và sự dịch chuyển tương đối giữa trục van
điều khiển và van quay, hay nói cách khác là độ biến dạng của thanh xoắn. Khi
momen cản quay vòng tăng đòi hỏi áp suất trong khoang làm việc của xi lanh lực cũng
phải tăng và độ biến dạng của thanh xoắn ngày càng lớn. Chính độ biến dạng của thanh
xoắn sẽ tác động lên vành tay lái của người điều khiển tạo cảm giác cho người lái.

24

2.3.4.2. Tính tùy động
Khi đang đánh tay lái, người lái xe dừng lại (không quay tiếp tục) xu hướng của
momen cản đang gia tăng sẽ tác động lên pít tông của cụm xi lanh lực theo chiều
ngược lại với chiều điều khiển của người lái. Đồng thời khi người lái không đánh tay
lái nữa cũng có nghĩa là áp suất dầu trong khoang xi lanh lực sẽ không tăng lên nữa và
thanh xoắn được giữ ở một góc xoắn nhất định. Khi đó lực do momen cản sinh ra sẽ
cân bằng với lực do áp suất dầu sinh ra làm cho pit tông được giữ ở một vị trí cố định
theo góc quay của người lái đồng thời độ biến dạng của thanh xoắn sẽ tạo cảm giác
cho người lái là phải giữ một lực nào đó khi đang quay vòng.
Trong trường hợp một bánh dẫn hướng bị nổ lốp, lúc này có sự dịch chuyển
lệch bên của bánh xe về phía bánh bị nổ lốp. Sự chuyển động lệch bên nguy hiểm của
ôtô sẽ tránh được nếu người lái không buông lỏng tay lái. Vì sự lệch bên ban đầu tác
dụng vào van phân phối tạo nên sự dịch chuyển tương đối giữa trục van điều khiển và
van quay.
Van sẽ hướng dầu chảy vào khoang của một bên xy lanh lực mà ở đó áp suất
thuỷ lực tạo lên sẽ tác dụng lên pit tông chống lại sự lệch bên của bánh xe.


25

Chương 3
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI XE FORD RANGER
3.1. Mục đích tính toán kiểm nghiệm
Như chúng ta đã biết, hệ thống lái có nhiệm vụ giữ xe chuyển động ổn
định theo yêu cầu của người lái, đảm bảo an toàn cho người và hàng hóa trên xe
trong quá trình vận chuyển. Vì vậy để đảm bảo điều kiện động học, kiểm tra khả
năng quay vòng đúng của hệ thống lái ta tiến hành tính toán kiểm nghiệm các
cụm, cơ cấu của hệ thống. Tuy nhiên do vấn đề hạn hẹp về thời gian cũng như

kinh nghiệm thực tế có rất nhiều hạn chế cho nên trong đồ án tốt nghiệp này em
tập trung kiểm nghiệm động học hình thang lái và tính bền các cụm điển hình.
3.2. Các thông số đầu vào
Bảng 3.1. Các thông số đầu vào tính toán kiểm nghiệm
Thông số đầu vào

Giá trị

Đơn vị

Chiều dài cơ sở xe (L).
Khoảng cách giữa hai đường tâm trụ
đứng (B).
Tải trọng phân bố lên cầu trước dẫn
hướng (G1).
Tỉ số truyền của cơ cấu lái (iω).
Tỉ số truyền của dẫn động lái (id).
Kích thước lốp xe.
Đường kính vành tay lái.
Chiều dài thanh kéo bên (m).
Chiều dài đòn bên (cam quay) (p).

2860

mm

1250

mm

921

kg

18
0.984
215/70R15
360
250
170

mm
mm
mm

16

độ

Góc hợp bởi đòn bên hình thang lái
và đường tâm cầu trước (θ).


26

3.3. Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái
3.3.1. Kiểm nghiệm động học hình thang lái
3.3.1.1. Điều kiện quay vòng đúng

α

L

Rs

β

O

B
Hình 3.1. Sự quay vòng ôtô.

Để ôtô quay vòng mà không bị trượt bên thì điều kiện quay vòng lý tưởng là:
Cotgβ − Cotgα =

B
L

(3.1)

Trong đó:
αi: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong (độ).
βi: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài (độ).
B: là khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng (mm).
L : là chiều dài cơ sở của ôtô (mm).
Như vậy, ta có thể thấy để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng lăn không
trượt khi vào đường cong thì hiệu cotg các góc quay vòng bánh xe dẫn hướng
bên trong và bên ngoài phải luôn luôn bằng một hằng số B0/L.
Thay số vào ta được:
Cotgα i − Cotgβ i =

1250
= 0.437
2860

3.3.1.2. Động học hình thang lái 6 khâu
a/ Khi xe đi thẳng


27

y

γ

θ

x
B

m
p

Hình 3.2. Sơ đồ hình thang lái khi xe chạy thẳng.
Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình 3.2 ta có thể tính được mối quan hệ giữa
các thông số theo các biểu thức sau:
X = B − 2.( m. cos θ + p. cos γ )

(3.2)

Trong đó:
sin γ = ( y − m. sin θ ) / p

(3.3)

Mặt khác:
sin 2 γ + cos 2 γ = 1
⇒ cos γ = 1 − sin 2 γ =

1
2
. p 2 − ( y − m. sin θ )
p

(3.4)

Thay (3.4) vào (3.2) ta được:
cos γ = 1 − sin 2 γ =

1
2
. p 2 − ( y − m. sin θ )
p

(3.5)

Các đòn bên tạo với phương ngang một góc θ.
b/ Khi xe quay vòng
Khi bánh xe bên trái quay đi một góc α và bên phải quay đi một góc β,
lúc này đòn bên của bánh xe bên phải hợp với phương ngang một góc (θ-β) và

bánh xe bên trái là (θ +α).

α A

D

θ−β

ϕ

ψ

γ

B
C

β

X

Hình 3.3. Sơ đồ hình thang lái khi xe quay vòng.