TÍNH TOÁN và THIẾT kế hệ THỐNG lái CHO ôtô tải HẠNG TRUNG

Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng học viện kỹ thuật
Quân sự

cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam
độc lập - tự do - hạnh phúc

NHIệM Vụ đồ án
Họ và tên : Phạm Hoàng Nam
Khoá .K37
1.Đầu đề thiết kế:
Tính toán và thiết kế hệ thống lái cho ôtô tải hạng trung.
2 . Các số liệu ban đầu:
T Thông số
kí hiệu
Giá trị đơn vị
T
1 Trọng lợng toàn bộ của ôtô G
5770
KG
2 Số lợng cầu dẫn hớng
n
1
3 Trọng lợng phân bố lên cầu G1
2710
KG
dẫn hớng khi ôtô có tải
4 Chiều dài cơ sở của ôtô
L
3.300 m

5 Chiều rộng cơ sở của ôtô
B
1.800 m
6 Bán kính bánh xe dẫn hớng Mk
0.533 m
4
3 . Nội dung các phần thuyết minh và tính toán :
1. Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái.
2. Tính toán hệ thống lái.
3. Kiểm bền hệ thống lái.
4 . Các bản vẽ đồ thị ( ghi rõ các loại bản vẽ về kích thớc các bản vẽ).
5 . Cán bộ hớng dẫn .










6 . Ngày giao nhiệm vụ thiết kế :..
7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ :
Ngày tháng ..năm 2006 .
cán bộ hớng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên )

1

Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com

Nguyễn Văn Trà
Kết quả đánh giá :
- Quá trình thiết kế ..
- Điểm thuyết minh..
- Bản vẽ thiết kế
Ngày .tháng năm 2006

Học viên đã hoàn thành
Ngày thángnăm 200..
(ký tên )

Lời nói đầu
Ngành ôtô giữ một vị trí quang trọng trong nền kinh tế quốc dân góp
phần to lớn vào sự phát triển chung của nền kinh tế . Trong những năm gần
đây những tiến bộ của khoa học kỷ thuật đã đợc ứng dụng vào nền công
nghiệp chế tạo ôtô nhằm tăng tính năng thông qua, tính kinh tế nhiên liệu,
độ tin cậy làm việc..Đối với hệ thống lái cũng vậy, việc bố trí trợ lực lái sẽ
giảm cờng độ lao động cho ngời lái, đảm bảo độ an toàn cho ngời vầ hàng
hoá trên xe
Hiện nay một số loại xe đã và đang sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam, tuy
nhiên phần lớn các xe đang sử dụng tại Việt Nam là nhập từ các nớc. Còn
trong Quân đội phần lớn các xe đợc nhập từ Liên Xô cử nh : ôtô chỉ huy, ôtô
tải và các loại ôtô có lắp vủ khí, khí tài .. .do đó việc khai thác, sử dụng,
đánh giá hiệu quả các phơng tiện có ý nghĩa đặc biệt quang trọng đối với ngời làm công tác kỷ thuật nói chung và những cán bộ quản lý VKTBKT nói
riêng.
Nhiệm vụ của đồ án môn học: TíNH TOáN thiết kế Hệ THốNG
LáI ÔTÔ tải hạng trung gồm các nội dung chính sau:

- Lời nói đầu
- Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái.
- Tính toán thiết kế hệ thống lái..

2


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
- Kết luận
Do hạn chế về thời gian đồ án chỉ tập trung đi vào tính toán cho cơ cấu
lái. Quá trình thực hiện đồ án đã đợc sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy giáo
trong bộ môn và các bạn cùng lớp, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành nội dung
đồ án theo đúng thời gian quy định. Mặc dù vậy do hạn chế về năng lực và
thời gian nên đồ án không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót. Rất mong đợc sự
góp ý của các thầy cô và các bạn để tôi có điều kiện làm tốt hơn ở đồ án tốt
nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Ngời viết:
Phạm Hoàng Nam

Chơng I
Phân tích đặc điểm hệ thống lái

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu.
1.1.1 Công dụng.
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hớng chuyển động của ôtô nhờ
quay vòng các bánh xe dẫn hớng cũng nh để giữ phơng chuyển động thẳng
hay chuyển động cong của ôtô khi cần thiết .
Trong quá trình chuyển động trên đờng, hệ thống lái có ảnh hởng rất
lớn đến an toàn chuyển động của xe nhất là ở tốc độ cao , do đó chúng

không ngừng đợc hoàn thiện .
Việc điều khiển hớng chuyển động của xe đợc thực hiện nhờ vô lăng
(vành lái ), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái ), cơ
cấu lái (tăng lực quay của vô lăng để truyền mômen lớn hơn tới các thanh
dẫn động lái ), và các thanh dẫn động lái (truyền chuyển động từ cơ cấu lái
đến các bánh xe dẫn hớng ).
Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe.
Để quay vòng đợc thì ngời lái cần phi tác dụng vào vô lăng một lực.
Đồng thời để quay vòng đợc thì cần có một phản lực sinh ra từ mặt đờng lên
mặt vuông góc với bánh xe.
Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hớng khi quay vòng phải quay
trên những đờng tròn đồng tâm với nhau. Đó là tâm quay tức thời khi quay
vòng .
Kết cấu hệ thống lái rất phức tạp. Vì vậy để hiểu đợc về trạng thái quay
vòng ta cần phải hiểu sâu về kết cấu của hệ thống lái.
1.1.2 Phân loại.
+ Trục vít bánh vít.
+ Trục vít đòn quay.
+ Cơ cấu lái loại thanh khía.
+ Cơ cấu lái kiểu liên hợp.
1.1.3 Yêu cầu.
An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêu
hàng đầu trong việc đánh giá chất lợng thiết kế và sử dụng phơng tiện này.

3


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển
động của ôtô là hệ thống lái. Để giảm nhẹ lao động cho ngời lái cũng nh

tăng thêm độ an toàn cho ôtô, ngày nay trên ôtô thờng sử dụng trợ lực lái.
Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động trên mọi loại đờng từ dải tốc độ thấp
tới dải tốc độ cao, hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau :
+ Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an toàn.
Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hớng và quan hệ hình học của hệ
thống lái phải đảm bảo không gây lên các dao động và va đập trong hệ
thống lái.
+ Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hớng khi chuyển động thẳng.
+ Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng trên đờng
hẹp ,đờng gấp khúc, hệ thống lái có thể quay ngặt các bánh xe trớc một
cách dễ dàng. Quay vòng ngặt là trạng thái quay vòng với thời gian
quay vòng ngắn và bán kính quay vòng nhỏ.
+ Đảm bảo lực lái thích hợp: Lực ngời lái đặt lên vành lái khi quay vòng
phải nhỏ, lực lái cần thiết sẽ lớn khi xe đứng yên và sẽ giảm khi tốc độ
xe tăng. Vì vậy cần phải đảm bảo lực lái nhỏ nhng vẫn gây đợc cảm
giác về trạng thái mặt đờng.
+ Hệ thống lái không đợc có độ dơ lớn: Với xe có vận tốc lớn nhất trên
100Km/h, thì độ dơ vành lái không vợt quá 180, với xe có vận tốc lớn
nhất từ 25 km/h đến 100km/h thì độ dơ vành lái không vợt quá 270.
+ Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây tổn thơng lớn cho
ngời lái. Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch để
giảm tác động từ mặt đờng qua kết cấu lái lên vô lăng.
+ đảm bảo tính tùy động.
1.2 Kết cấu một số cơ cấu lái điển hình.
1.2.1 Cơ cấu lái kiểu trục vít- cung răng.
Cơ cấu lái loại này gồm có: trục vít và cung răng đặt ở giữa, trục vít cung
răng đặt ở cạnh bên trục vít.
Cả hai loại cơ cấu lái này đều có u điểm hơn các cơ cấu lái trục vít- bánh vít là
kết cấu nhỏ gọn hơn, giảm đợc áp suất lên bề mặt tiếp xúc của các răng(do có
thể bố trí 1 đến 3 răng)

Nhợc điểm cơ bản của chúng là hiệu suất thấp nên chỉ sử dụng cho các ôtô tải
có tải trọng lớn.
1.2.2 Cơ cấu lái loại trục vít- êcu- cung răng.
Cơ cấu lái loại này hiện nay đang đợc sử dụng rộng rãi trên các xe ôtô tải. Đây
là loại cơ cấu lái liên hợp, trong cơ cấu lái này ma sát trợt đợc thay thế bằng
ma sát lăn(giữa bi và êcu, bi và trục vít) vì vậy đảm bảo tỉ số truyền của cơ cấu
lái lớn và cơ cấu lái có tính chấttrả tay lái khi quay vòng.
Ư điểm lớn nhất của cơ cấu lái này là nhỏ gọn và có hiệu suất cao.
1.2.3 Cơ cấu lái trục vít lõm- con lăn.
- Vỏ cơ cấu lái làm bằng gang và đợc bắc chặt với dầm dọc bên trái
khung. Trục vít lõm, con lăn đợc làm bằng thép.
- Trục vít đợc ép vào đầu dới của trục lái và quay trên hai ổ côn, trục trên
đợc nối với trục lái bằng then bán nguyệt. Điều chỉch dịch chuyển bằng đệm
giữa vỏ cơ cấu lái và nắp dới của cơ cấu lái.

4


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
- Con lăn đợc đặc trên 2 ổ thanh lăn kim ở trục đòn quay đứng, trục đòn
quay đứng gối lên 2 bạc đồng và ổ con lăn trục ở nắp bên cạnh cơ cấu
lái,trên trục đòn quay đứng có ren bắc đai ốc lắp đòn quay đứng, đầu còn lại
có kết cấu điều chỉnh khe hở ăn khớp của cơ cấu lái.
Ưu điểm:
- Cơ cấu lái loại trục vít lõm- con lăn có 3 răng có kết cáu gọn, độ bền
cao, lực tác dụng phân ra 3 răng nên áp lực tác dụng lên bề mặt răng nhỏ, ma
sát trợt đợc thay bằng ma sát lăn nên có hiệu suất cao, loại ổ bi của trục vít
con lăn có khả năng điều chỉnh đợc nhiều lần độ ăn khớp do khoảng hở
trong ổ bi.

Chơng II
Tính toán hệ thống lái
2.1 các số liệu xe thiết kế.

1.1.1 Số liệu tham khảo.
các thông số đầu vào cho tính toán:
T
T
1
2
3
4
5
6

Thông số

kí hiệu

Giá trị đơn vị

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

G

n
G1

5770
1
2710

Kg

L
B
Mk

3.300
1.800
0.533
4

m
m
m

Kg

1.1.2 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 nhng phải đảm
bảo cảm giác tới ngời 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 trợt trên đờng,
tránh mòn lốp nhanh và tiêu hao công suất cho lực ma sát .
Đặt cơ cấu lái trên phần đợc treo để kết cấu của hệ thống treo bánh
trớc không ảnh hởng tới động học cơ cấu lái .
1.1.3 Chọn phơng 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 hớng khi quay vòng.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó đợc tạo
bởi cầu trớc, 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 vòng là một điều khó thực hiện. Hiện nay ngời 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
phơng án dẫn động lái nh hình vẽ với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4
khâu).

5


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
1.1.4 Chọn phơng án cơ cấu lái.
Ngày nay trợ lực lái đợc sử dụng trên hầu hết các xe, cũng nh cơ cấu lái
loại trục vít lõm con lăn đợc sử dụng phổ biến trên nhiều xe. Do có các u
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 u điểm đó ta lựa chọn hệ
thống lái có kết cấu trục vít lõm con lăn để tính toán thiết kế cho xe
tải hạng trung.
1.1.5 Chọn phơng án trợ lực lái.

* Yêu cầu đối với trợ lực lái .
Mặc dù trợ lực lái là cơ cấu đợc sử dụng để giảm lực lái nhng mức độ
giảm phải khác nhau phụ thuộc vào điều kiện chuyển động. Và nó phải đảm
bảo đợc 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 h hỏng xảy ra làm ngng việc cấp dầu từ bơm đến cơ cấu lái thì ngời
lái có thể lái đợc xe mà không cần tới trợ lực lái. Ngời lái vẫn phải đảm bảo
điều khiển đợc xe nhng 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 đờng giảm. Nói cách khác phải đạt đợc lực lái phù hợp ở bất kỳ dải
tốc độ nào và cùng lúc đó cảm giác đờng phải đựơc truyền tới ngời lái. Để
đảm bảo đợc lực lái thích hợp, trên các xe hiện đại đợc trang bị những thiết
bị dặc biệt đi kèm với trợ lực lái trên bơm hoặc van điện từ nh: kiểu cảm biến
tốc độ xe, kiểu cảm biến tốc độ động cơ (RPM) .
+ Khắc phục hiện tợng tự cờng hoá khi ôtô vợt qua chỗ lõm , đờng xấu, có
khả năng cờng hoá lúc lốp xe bị hỏng, để khi đó ngời lái vừa phanh ngặt, vừa
giữ đợc hớng chuyển động ban đầu của xe .
+ Thời gian cờng hoá phải là tối thiểu và chỉ cờng hoá khi lực quay vòng
lớn.
Nh vậy sử dụng hệ thống trợ lực lái đảm bảo tính năng vận hành của xe,
giảm đợc lực đánh lái và chọn đợc tỷ số truyền của hệ thống lái thích hợp
hơn. Nhng hệ thống lái có trợ lực làm mòn lốp nhanh hơn, kết cấu phức tạp
hơn và khối lợng bảo dỡng cũng tăng lên so với hệ thống lái không có cờng
hoá.
Với nhiệm vụ thiết kế ta chọn phơng án trợ lực thuỷ lực vì nó có các u
điểm sau :

- Kích thớc và khối lợng 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 đờng ngợc lên hệ
thống lái .
- Hệ thống tuần hoàn kín nên độ an toàn hoạt động cao và ít xảy ra h
hỏng.
2.2 Tính toán thiết kế hệ thống lái.
2.1.1 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 hớng Mc sẻ bằng

6


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
tổng số của mômen cản chuyển động M 1, mômen cản do các bánh xe trợt lê
trên đờng M2, và mômen cần thiết để làm ổn định dẫn hớng M3 do cánh tay
đòn a. Khi xác địmh giá trị lực cực đại tác dụng lên vành tay lái P emax ,M3 có
thể bỏ qua.
Mômen cản:
M1 = Gbx.f.a.
Trong đó :- Gbx trọng lợng tác dụng lên 1 bánh xe dẫn hớng.
- f - hệ số cản lăn f=0.015
a = 0,05m bán kính quay vòng của bánh xe dẫn hớng
Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe do sự đàn hồi bên của lốp
diện tích tiếp xúc giữa lốp và đờng sẽ bị quay tơng 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 đợc thừa nhận bằng một phần t chiều dài của bề
mặt tiếp xúc giữa lốp với đờng .

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
Lúc đó : M 2 = Y .x = 0,14 .Gbx . .rt
- hệ số bám ngang ,lấy = 0,8.
Tổng mômen cản quay ở cả 2 bánh dẫn hớng tác dụng lên cam quay và
từ cam quay qua đòn dọc của dẫn động lái là:
Mc = 2(M1 + M2). = 2.Gbx (f.a + 0,14. .rt).
= G1 (f.a + 0,14. .rt).

1
.
d

1
.
d

Trong đó : - hệ số tính đến ảnh hởng của M3 gây ra do cầu trớc của ôtô
bị nâng lên, = 1,07 1,15(hệ số tính đến ma sát trong dẩn động lái)
d - hiệu suất của dẩn động lái : = 0,85..0,9
Thế các số liệu vào ta đợc:Mc = G1 (f.a + 0,14. .rt).
=2710(0,015.0,05 + 0,14.0,8.0,5334).1,15.

1
.
d

1
= 209,466198 (kG.m)

0,9

2.2.2 Tỷ số truyền của hệ thống lái.
a) Tỷ số truyền của dẫn động lái Id.
Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thớcvà quan hệ của các cánh
tay đòn.
Id=0,85-1,1
Chọn sơ bộ Id=1 ( cho cầu dẫn hớng)
b) Tỷ số truyền của cơ cấu lái I .
Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này thờng lấy theo kinh nghiệm thiết kế
i - tỉ số truyền góc của cơ cấu lái loại vừa từ 20..25 lấy 21
c) Tỷ số truyền của hệ thống lái.
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 = i .i d

7


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
Tỷ số truyền cho cầu dẫn hớng thứ nhất i1 = i .id 1
Trong đó id là tỷ số truyền của dẫn động lái đến bánh xe dẫn hớng.
Giá trị tỷ số truyền đối với cầu dẫn hớng chọn sơ bộ i=1.21=21
d) Tỷ số truyền lực của hệ thống lái.
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 đợc lực cản quay vòng(Pl).
Il =

Pc
Pl

Trong đó:

Mc
c
M
Pl = l
R
Pc =



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 đờng trục đứng kéo dài.
R - bán kính vành tay lái.
2.2.3 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
hớng. Khi đó các bánh xe dẫn hớng không có sự trợt khi xe chuyển động.
- Đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe dẫn hớng bên trái và bên
phải sao cho các bánh xe lăn trên các đờng tròn khác nhau nhng đồng tâm.
Xây dựng đờng đặc tính ly thuyết của hệ thống lái cầu trớc.
Muốn các bánh xe thực hiện quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải thoả
mãn công thức sau :
Cotg -Cotg =

B0
L

Trong đó :
: Là góc quay của bánh xe dẫn hớng ngoài của cầu dẫn hớng.

8


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
: Là góc quay của bánh xe dẫn hớng trong của cầu dẫn hớng .
L : chiều dài cơ sở của hai cầu (trên hình vẽ).
B0 : Khoảng cách giữa hai đờng tâm trụ quay đứng .
L

A

C
1
1
1

B0

D

B

O

Hình 2.4 - Sơ đồ động học khi quay vòng.
Theo hình vẽ : Cotg =

OD
L

Ta tìm đợc mối quan hệ của các góc quay bánh xe dẫn hớng với góc
nh sau :
Cotg =

B0
+ Cotg
L

Cho các giá trị khác nhau từ 0 0 ữ 40 0 ta xác định đợc góc tơng
ứng theo bảng sau :

( )
( )



0
0

Bảng I: Bảng thông số của đờng đặc tính lý thuyết của các góc quay cầu
dẫn hớng .
0 5
10

15
20
25
30
35
40
0 4,804 9,249 13,387 17,267 20,933 24,427 27,785 31,043
Từ bảng giá trị thu đợc ta xây dựng đợc quan hệ :
= f ( )

9


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com



Hình vẽ 2.5 - Đờng đặc tính lý thuyết .
Xây dựng đờng 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 khi xe chạy thẳng :

B0
m

m

n

Hình vẽ 2.5 - Sơ đồ động học hình thang lái khi xe chạy thẳng.
Cần xác định góc và độ dài mỗi đòn bên m và đòn ngang n.
Quan hệ thực tế giữa các góc quay phụ thuộc vào góc và độ dài
m của đòn bên.
Khi xe chạy thẳng:
Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình ta có thể tính đợc mối quan hệ
giữa các thông số theo biểu thức sau:
Bn
sin =
2m

10


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com

Khi xe quay vòng :

B
0

m

m

n

Hình vẽ 2.6 - Sơ đồ hình thang lái khi quay vòng.
Khi bánh xe dẫn hớng bên trái quay đi một góc và bên phải quay
đi một góc , lúc này đòn bên phải hợp với phơng thẳng ngang một góc
và bánh xe bên trái là + .
Từ sơ đồ dẫn động trên hình trên ta có mối quan hệ của các thông số
theo quan hệ sau :
= + arctg

Bo. cos( + )
m Bo. sin( + ) 2m. sin 2 + 2 Bo. sin
arcsin
(1.7)
2
Bo m. sin( + )
m 2 . cos 2 ( + ) + [ Bo m. sin( + )]

m thờng lấy theo kinh nghiệm :
m= ( 0,14 ữ 0,16) Bo
Chọn sơ bộ theo kinh nghiệm cho cả hai cầu độ dài đòn bên :
m=0,15.Bo=232,5 (mm)
Chọn sơ bộ góc ban đầu theo công thức của E.A. yaKob :
Cotg (90 0 ) =

Từ đó ta tính đợc

Bo

2.0,7.L

Theo công thức kinh nghiệm Cotg (90 0 ) =

(1.8)
B0
2.0,7.L

(1.9)

Ta tính đợc 18032' < 350 ( theo kinh nghiệm thiết kế).
Cho các giá trị xung quanh giá trị sơ bộ ( =180) và công thức (1.7)
để tìm quan hệ thực tế của và .
Cho lần lợt =150,160,170,180,190sẽ tìm đợc mối quan hệ thực tế giữa
và theo công thức sau :
= + arctg

Bo. cos( + )
m Bo. sin( + ) 2m. sin 2 + 2 Bo. sin
arcsin
(1.10)
2
Bo m. sin( + )
m 2 . cos 2 ( + ) + [ Bo m. sin( + )]

Bảng II.Bảng thông số của đờng đặc tính thực tế cho cầu dẫn hớng.

11

Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
1 =150



(0) 0 5

10

15

20

25

17.26
7
18.05
6
0.79
17.922

20.93 24.427 27.785
3
21.948 25.56 28.866

0 (0)

0 4.804

9.249

1 (0)

0 4.876

9.51

2 =160

1(0)
2 (0)

0 0.072
0 4.867

0.261
9.475

3 =17

2(0)
3 (0)

0 0.063
0 4.857

0.226
9.439

4 =180

3(0)
4 (0)

0 0.054
0 4.848

0.19
9.403

5 =19

4(0)
5 (0)

0 0.044
0 4.838

0.154
9.366

13.38
7
13.90
6
0.519
13.82
9
0.442

13.75
1
0.363
13.67
2
0.285
13.592

5(0)

0 0.035

0.117

0.205

0

0

0.655
17.78
7
0.52
17.65
1
0.384
17.51
4
0.247

1.015
21.74
3
0.81
21.53
6
0.603
21.329
0.396
21.12
1
0.187

30

35

1.134 1.08
25.269 28.475
0.843 0.69
24.978 28.085
0.551
24.68
6
0.259
24.39
3
-0.034

0.3
27.695
-0.09
27.306
-0.48

Trong đó 1i = 1i 10
Từ bảng giá trị thu đợc ta xây dựng đồ thị quan hệ và thực tế trên
cùng đồ thị quan hệ và theo lý thuyết.
Theo bảng giá trị trên ta chọn góc sao cho sự sai lệch so với đờng lý
thuyết nhỏ nhất và nhỏ hơn 10, ta chọn đợc =170, ứng với góc quay
vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hớng max = 35 0 và max = 28,085 0
Độ dài thanh kéo ngang n= B0 2.m. sin = 1414.047(mm)
b) Xác định góc quay vòng lớn nhất của vô lăng.
max= 1max.i
Trong đó :
max :gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng.
1max :góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hớng cầu trớc.
(350).
I1
:gọi là tỷ số truyền hệ thống lái (i1 =21)
lớn nhất từ 1,0 ữ 1,75 vòng đối với xe du lịch
từ 2,0 ữ 2,5 vòng đối với xe tải lớn .
Thay những thông số tính đợc vào công thức trên ta tìm đợc góc quay vô lăng
lớn nhất :
max = 21.35 0 = 735 0 2,041 (vòng) thoả mãn kinh nghiệm thiết kế.
2.2.4 Tính toán cơ cấu lái trục vít globoít con lăn.
a) xác định các thông số cơ bản của bộ truyền cơ cấu lái.
Khi xác định các thông số cơ bản của cơ cấu trục vít- lõm con lăn chúng
ta dựa trên cơ sở của bộ truyền trục vít lõm bánh vít.

xác định khoảng cách trục của bộ truyền cơ cấu lái.
Căn cứ vào kết cấu của cơ cấu lái hiện có ta chọn khoảng cách trục

12


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
A0=68.25mm
Sau đây ta tiến hành kiểm tra điều kiện đảm bảo cơ cấu lái truyền hết công
suất:
- Công suất lớn nhất mà cơ cấu lái phải truyền xác định theo
công thức:
Nmax=

1
.Mmax. max
75

(1)

Trong đó Nmax công suất lớn nhất mà cơ cấu lái phải truyền.
max- tốc độ góc lớn nhất của trục vành tay lái.
.n max
max=
(rad/s)
30

nmax- số vòng quay lớn nhất của trục vành tay lái, ta chọn
nmax=60vòng/phút
Mmax=pmax.R(KG.m)

Với Mmax- mômen xoắn lớn nhất trên trục vành tay lái.
Thay các giá trị vào (1) ta tính đợc:
Nmax=

1
3,14
1
.Mmax. max= .44,817.0,214.60.
=0,803 ml
75
75
30

Mặt khác công suất lớn nhất cơ cấu lái có thể truyền đợc xác định theo công
thức:
Nmax=

K 1 .K 2 .K 3 H
.
0.736.I J

(2)

+ Nmax- công suất lớn nhất mà cơ cấu lái có thể truyền mà không sảy ra
hiện tợng kẹt răng.
+ K1- hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo bộ truyền K1=1 đến 0.8
+ K2- hệ số phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo
Nếu bộ truyền chế tạo chính xác cấp 2 thì K2 =1
Nếu bộ truyền chế tạo chính xác cấp 3 thì K2=0.8
+ K3- hệ số phụ thuộc vào chế độ làm việc

Làm việc không có va đập K3=1
Làm việc có va đập K3=0.85
J- hệ số phụ thuộc vào tỉ số truyền tra tài liệu(11) chọn J=
H- thông số công suất KW phụ thuộc vào khoảng cách trục A0 và nvmax tra
trong tài liệu (11) đợc H=
Thay các thông số vào (2) ta có kết quả:
Nmax=

K 1 .K 2 .K 3 H 0.9.1.0.85
. =
.=0.0495.h/j Vậy h/j=16.223
0.736.I J
0.736.21

Nh vậy ta thấy Nmax< Nmax khoảng cách trục đã chọn là đảm bảo.
Để đảm bảo khe hở ăn khớp giữa các ren của trục vít và con lăn thay đổi theo
quy luật: có giá trị nhỏ nhất ở vị trí trung gian, sau đó tăng dần và đạt giá trị
lớn nhất ở vị trí hai đầu trục vít, tâm quay của trục đòn lái cũng phải bố trí
không trùng với tâm quay của dao cắt trục vít. Tâm quay của trục đòn lái đứng
phải dịch theo phơng vuông góc của đòn lái đứng một khoảng bằng n có giá
trị từ 2,5 đến 5,0mm
Vậy chọn n=3 thì ta có:
A=A0-3=68,25-3=65,25mm
xác định các thông số cơ bản của trục vít lõm.

13


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
- Môđun trục vít lõm:

đợc xác định theo công thức sau:
m=
sau:

2 A0
với Zb- số răng của bánh vít có thể xác định theo công thức
Zb + e

Zb=Zv.i
Zv số mối ren của trục vít lõm chọn là 1 để đảm bảo cho cơ cấu nhỏ
nhẹ.
i - tỉ số truyền góc của cơ cấu lái.
e chiều dày tơng đối của trục vít, chọn theo bảng 3 trang 18 sách hớng
dẫn đồ án môn học.
Thay các giá trị vào công thức(3) ta đợc:
m=

2 A0
2.68,25
=
=4,403 mm
Z b + e 1.21 + 8

- Đờng kính tính toán của trục vít lõm tại tiết diện trung bình:
dv=m.e=4,403.8=35,224 mm
- Chiều cao của ren trục vít:
hv=(1,6 ữ 1,8 ).mn ta lấy hv= 1,6. 4,369 =7 mm
- chiều cao đỉnh ren:
hv=(0,5 ữ 0,6 )hv ta lấy hv = 0,6. 7 = 4,2 mm
- Chiều cao chân ren:

hv=hv-hv=7 - 4,2 = 2,8 mm
- khe hở hớng kính:
c=(0,15 đến 0,25.mn( mm).
Ta chọn c=0,2mn=0,2. 4,369=0,8738 mm
- Đờng kính chân ren trục vít lõm tại tiết diện trung bình:
di v =dv-2hv=35,224 -2. 2,8 =29,624 mm
- Đờng kính đỉnh ren trục vít lõm tại tiết diện trung bình:
de v =dv+2hv=35,224 +2. 4,2 =43,624 mm
- Bán kính vòng tròn đỉnh ren trục vít lõm:
d ev

43,624

d iv

29,624

Re v =A0- 2 =68,25- 2 =46,438 mm
- Bán kính vòng tròn chân ren trục vít lõm:
Ri v =A0- 2 =68,25- 2
- Góc dẫn ren của trục vít lõm:
tgv =

=53,438 mm

Zv 1
= =0,125 v=78
e 8

- Moduyn pháp tuyến mn

mn = m.cos=4.403.cos(78)=4.369 mm
Xác định các thông số cơ bản của con lăn.
a. Bán kính ăn khớp lý thuyết R0
Ro=A0-

dv
2

=68,25-

35,224

b. Bán kính ăn khớp R1

14

2

=50,638 mm


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com

R1=A-

dv
2

=65,25-

35,224
2

=47,638 mm

c. Bán kính ăn khớp không khe hở R2
R2= R 2 0 + n 2 2n cos
Trong đó :
- góc quay của trục đòn lái đứng từ vị trí trung gian. Góc
quay có thể xác định theo công thức sau:


= i
- góc quay của vành tay lái, ta tính đợc 2,041

vòng tay lái từ vị trí trung gian.


900

= i =
=35
21

R2= 50,638 2 + 32 2.3 cos 35 =50.6834 mm
d. Bán kính đỉnh ren con lăn
rel=A-(

d iv
2

+c)=65,25-(

e. Bán kính chân ren con lăn
ril=A-(

d ev
2

29,624
+0,8738)=49,5642 mm
2

+c)= 65,25-(

43,624
+0,8738)=42,5642 mm
2

b) tính toán các chi tiết cơ bản của cơ cấu lái trục vít- lõm con lăn.
Tính bền cho các ren của trục vít- lõm con lăn.
Bộ truyền trục vít lõm con lăn đảm bảo cho các ren có độ bền uốn và
độ cứng vững cao. Bởi vậy ta cần tính toán độ bền mòn và độ bền tiếp
xúc.
Độ bền mòn và độ bền tiếp xúc đợc đánh giá thông qua ứng suất chèn
dập ren:
=

Qv
[ d ]

F

kG/cm2

Trong đó Qv lực chiều trục tác dụng lên ren trục vít lõm tại vị trí ăn
khớp.
Qv =

Pv
[ kG ]
tgv

Với: Pv Lực vòng tác dụng lên ren trục vít lõm tại vị trí ăn khớp.
Pv= 2.

M e max
dv

(kG)

Memax Mô men xoắn lớn nhất trên trục vành tay lái .Đợc tính:
Memax = Pvlmax .R =44,817.0,214= 9,591 (kG.m)
dv -Đờng kính tính toán của trục vít tại tiết diện trung bình:
dv=35,224 mm

15


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
M e max

9,591

= 2. 0,035224 = 544,572 (kG)

Pv= 2. d
v
Pv

544,527

Qv = tg [ kG ] = 0,125 = 4356,216[ kG ]
v
F Diện tích tiếp xúc giữa trục vít và con lăn cm 2 .Nếu coi tất cả tải
trọng đặt lên 1 đờng ren của con lăn thì:
F = .[( v sin v ).d ev 2 + ( l sin l ).D 2 ]
1
8

Trong đó: v , l ,dev,D nh trên hình vẽ:
v = 690 = (69.3,14/180) = 1,2036(Rad)
l = 750 = ( 75.3,14/180) = 1,3083(Rad)
- Chọn đờng kính con lăn: Để đảm bảo độ bền tơng đơng của bộ truyền, đờng kính con lăn có thể lấy bằng đờng kính trục vít tại chỗ nhỏ nhất:
dev = 43,624 mm ; ta chọn D = 41 mm
2
F = .[( v sin v ).d ev + ( l sin l ).D 2 ]

[(

1

8

)

(

)

]

[

1
. 1,2036 sin 69 0 .4,3624 2 + 1,3083 sin 75 0 .4,12 = 1,749 cm 2
8
QV 4356,216
2
= F = 1,749 = 2490,689 kG/cm
Trong khi đó : [ ] = 7000 8000 kG / cm 2
< [ d ] . Nh vậy ren đủ bền.

=

[

]

]

[

]

Trục đòn lái đứng.
Trong cơ cấu lái thì trục đòn lái đứng là cơ cấu chịu tải trọng lớn nhất
khi ô tô quay vòng. Bởi vậy khi thiết kế cơ cấu lái một trong những kích
thớc quan trọng có tính chất quyết định đến khả năng làm việc lâu bền
của cơ cấu là đờng kính trục đòn lái đứng.
Ban đầu ta xác định sơ bộ đờng kính trục đòn lái đứng theo (bảng 4) tài
liệu hớng dẫn thiết kế đồ án môn học.
Đờng kính của trục đòn quay đứng đợc xác định theo công thức sau:
d=

ở đây:

3

k .M c
0, 2.t0,

Mc mômen cản quay vòng,
Chọn vật liệu là thép 45 tôi khi đó b =850Mpa
Khi đó giới hạn bền xoắn
t0 1 =0,436.0,58. b
=214,948MPa=2149,48KG/cm2
t0 giới hạn bền xoắn (t0 = 2149,48KG/cm2).
k hệ số dự trữ độ bền (chọn k = 1,1)
thay vào công thức ta đợc d=38 mm
- Trục đòn lái đứng chịu tải trọng hớng kính từ vị trí ăn khớp giữa các
ren của trục vít lõm con lăn.

16


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com
p .tg

-

xoắn

544,572.tg 20

Rv= v
=
=1592.45 KG
sin
sin 7 08'
Rv- lực hớng kính tác dụng lên trục đòn lái đứng từ vị trí ăn khớp giữa
các ren của trục vít lõm con lăn.
- góc ăn khớp giữa các ren của trục vít lõm và con lăn lấy 20.
Ngoài lực hớng kính, trục đòn lái đứng còn chịu sự tác dụng của mô men
Md= Qv.R1
KGcm
Md= 4356,216. 47,638=207,521 KGcm

Trong đó :
Md- mômen xoắn tác dụng lên trục đòn lái đứng.
Qv- lực chiều trục. KG
R1- Bán kính ăn khớp. Cm

Lực hớng kính Rv làm cho trục bị uốn, mômen Md làm cho trục bị xoắn.
Sử dụng tải trọng này kiểm tra bền cho trục theo ứng suất uốn và ứng suất
xoắn.(do điều kiện có hạn nên không thực hiện)
ổ đỡ trục vít lõm.
ổ đỡ trục vít lom ta chọn ổ thanh lăn côn. Các ổ này không có vòng
trong, vì vậy các thanh lăn của ổ đợc lăn trực tiếp trên trục vít lõm.
Chọn theo tài liệu thiết kế chi tiết máy.
Trục vành tay lái.
Chọn vật liệu chế tạo là thép ống, thép các bon 40
Tính bằng ứng suất xoắn do lực tác dụng lên vành tay lái.
P1 max .R.D
0,2( D 4 d 4 )

=

<= [ ] MN/m2

D,d - đờng kính ngoài và đờng kính trong của trục lái:
D = 22mm;d = 16mm
- ứng suất tiếp xúc cho phép [ ] = 5080 MN/m2




=

P1 max .R.D
=
0,2( D 4 d 4 )

45.9,81.214.27
= 75.5896( N / mm 2 ) = 75.5896( MN / m 2 < [ ] )
4
4
0,2 22 16

(

)

Nh vậy trục lái đủ bền.
Vậy ta chọn kích thớc sơ bộ là kích thớc thiết kế.
Với trục lái xe thiết kế, dựa trên số liệu thực tế ta chọn chiều dài của trục
lái L=1000 (mm).
Ta cần tính toán trục lái theo độ cứng vững (góc xoắn trục) theo công
thức sau:
=

2. .L
D.G

(rad)

Trong đó:
L - chiều dài của trục lái (m)
G - mô đuyn đàn hồi dịch chuyển (đối với thép G=8.104MN/m2)
max đổi ra không đợc vợt quá( (5,5 0 ữ 7,5 0 ) / 1m .
Thay số vào ta đợc:

17

Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com

=

Suy ra:
=

2.75,5896.1
= 0,0859 (rad)
0,022.8.10 4
0,0859.180 0
= 4,924 0 / 1m , thoả mãn điều kiện cho phép.
3,14

kết luận
Qua quá trình làm đồ án môn học Kết Cấu Tính Toán Ôtô Quân
Sự tuy thời gian không nhiều, song với sự nổ lực của bản thân cùng vơi
sự giúp đở tận tình của các thầy giáo trong bộ môn Xe Quân Sự , đặc biệt
là giáo viên hớng dẩn Nguyển Văn Trà ,đồ án môn học đã đợc hoàn
thành đámg thời gian và đảm bảo chất lợng. Đồ án tập trung đi sâu vào
phân tích kết cấu các cụm chi tiết của hệ thống lái , tính toán thiết kế
động học hình thang lái , và tính toán thiết kế cơ cấu lái .
Qúa trình tính toán các chi tiết đều đảm bảo nằm trong giới hạn cho
phép,độ tin cậy cao. Tuy nhiên đồ án mới dừng lại ở tinh toán cơ cấu lái
và động học hình thang lái mà cha có điều kiện tính toán cụ thể và sâu
hơn vào các cụm và chi tiết khác của hệ thống lái ví dụ nh trợ lực lái, dẫn
động lái và cácv.v..Và đó là hớng phát triển của đồ án.

18


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com

Chơng I
Phân tích đặc điểm hệ thống lái

trang

1.3 Công dụng, phân loại, yêu cầu 4
1.3.1 Công dụng... 4
1.3.2 Phân loại.. 4
1.3.3 Yêu cầu.... 4
1.4 Kết cấu một số cơ cấu lái điển hình 5
1.4.1 Cơ cấu lái kiểu thanh răng- cung răng
1.4.2 Cơ cấu lái loại trục vít- êcu- cung răng...
1.4.3 Cơ cấu lái trục vít lõm- con lăn 5

Chơng II
Tính toán hệ thống lái

3.1 các số liệu xe thiết kế

1.1.6 Số liệu tham khảo..
1.1.7 Yêu cầu thiết kế hệ thống lái
1.1.8 Chọn phơng án dẫn động lái..
1.1.9 Chọn phơng án cơ cấu lái...
1.1.10Chọn phơng án trợ lực lái...
3.2 Tính toán thiết kế hệ thống lái.

2.1.1 Tính mômen quay vòng cực đại...
2.2.2 Tỷ số truyền của hệ thống lái...
e) Tỷ số truyền của dẫn động lái Id..

6
6

f) Tỷ số truyền của cơ cấu lái I .

9

7
7
8
8
9
9

5
5
6
6

7

g) Tỷ số truyền của hệ thống lái..
9
h) Tỷ số truyền lực của hệ thống lái
9
2.2.5 Tính toán các thông số hình học của hệ dẫn động lái.

10
c) Tính toán hình thang lái..
10
d) Xác định góc quay vòng lớn nhất của vô lăng..
14
2.2.6 Tính toán cơ cấu lái trục vít globoít con lăn..
15
c) xác định các thông số cơ bản của bộ truyền cơ cấu lái
15
d) tính toán các chi tiết cơ bản của cơ cấu lái trục vít- lõm con lăn.
17
Kết luận 21
Phụ lục.. 22
Tài liệu tham khảo 23

19


Kho ti liu min phớ ca din n Ketnooi.com

Tài liệu tham khảo
[1] Hớng dẫn thiết kế môn học KCTT ô tô quân sự
- Nguyễn Phúc Hiểu HVKTQS 1986
[2] Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo ( tập 2 )
- Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên
NXB Đại học và trung học CN 1971
[3] Lý thuyết ô tô quân sự
- Nguyễn Phúc Hiểu, Vũ Đức Lập
HVKTQS 2002
[4] Dao động ôtô

- Vũ Đức Lập
HVKTQS 1994
[5] Cấu tạo ô tô quân sự (tập hai)
- Vũ Đức Lập, Phạm Đình Vy
HVKTQS 1995
[6] Tập hình vẽ cấu tạo ô tô quân sự
- Vũ Đức Lập, Phạm Đình Vy
HVKTQS 1996
[7] Lý thuyết ô tô máy kéo
- D Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái
NXB Khoa học và kỹ thuật

20