Thiết kế hệ thống lái oto náy kéo (kèm bản vẽ)

Thiết kế Hệ thống lái của ôtô con
SV: Phạm Đình Tảo. Lớp: Cơ khí ôtô K-39.
Đề bài: Thiết kế hệ thống lái của Ôtô
Loại Ôtô

:

xe con với hệ thống treo độc lập

Loại cơ cấu lái

:

Trục vít con lăn

Tỉ số truyền của cơ cấu lái :

ic =16,4

Bánh xe

:

6,45 - 13P

Z(KG)

:

667

L(mm)

:

2424

B(mm)

:

365

1


Thiết kế Hệ thống lái của ôtô con
SV: Phạm Đình Tảo. Lớp: Cơ khí ôtô K-39.
CHƯƠNG I : thiết kế và lập sơ đồ bố trí hệ thống lái
I.1. Công dụng của hệ thống lái:
Hệ thống lái của Ôtô dùng để thay đổi phơng hớng chuyển động của ôtô
hoặc giữ cho ôtô chuyển động đúng hớng nào đó theo yêu cầu của ngời lái.
Hệ thống lái của ôtô bao gồm ba phần chính: Cơ cấu lái, dẫn động lái và
cờng hoá lái (thờng sử dụng trong các Ôtô có trọng tảI vừa và lớn) .Để ôtô quay
vòng đợc cần có mô men quay vòng, mô men này sinh ra nhơ các phản lựcbên
khi quay bánh xe dẫn hớng.
I.2. Yêu cầu cơ bản của hệ thống lái:
Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô, có nghĩa là khả năng quay vòng
nhanh và ngoặt trên những diện tích giới hạn.
Nhẹ nhàng trong việc điều khiển ôtô khi quay vòng tại chỗ và khi chuyển
động. Lực trên vành tay lái không đợc vợt quá 6KG khi ôtô chạy với vận tốc

20Km/h trên đờng bê tông nhựa theo quỹ đạo hình số 8, bán kính vòng tròn
15m và khoảng cách giữa tâm của 2vòng tròn 42m. lực khi quay vòng bánh xe
dần hớng tại chỗ trên mặt đờng bê tông - nhựa khô không đợc vợt quá 16-20
KG.
Động học quay vòng đúng,có nghìa khi quay vòngtất cả các bánh xe lăn
mà không trợt.
Truyền tối thiểu những va đập nghịch đảo lên vành tay lái.
Các bánh xe dẫn hớng có khả năng quay về vị trí ban đầu và giữ đợc hớng
chuyển động đã cho của ôtô.
Chính xác về tính chất tuỳ động( chép hình ) động học và động lực học,
có nghĩa là đảm bảo sự phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và
sự quay vòng của các bánh xe dẫn hớng.
Có độ bền lâu và không bị h hỏng trong toàn bộ thời gian phục vụ của ôtô.
Thuận tiện trong việc sử dụng và bảo dỡng.

2


Thiết kế Hệ thống lái của ôtô con
SV: Phạm Đình Tảo. Lớp: Cơ khí ôtô K-39.
Không có khe hở lớn trong hệ thống lái.
Hệ thống lái cần thiết kế là loại trục vít_con lăn.
I.3.Bố trí chung hệ thống lái.
1. Vành tay lái

5. Hình thang lái

2. Trục lái

6.Đòn quay ngang

3. Cơ cấu lái

7.Bánh xe

4. Thanh kéo dọc
6
5

7
3

4

2
1

3


Thiết kế Hệ thống lái của ôtô con
SV: Phạm Đình Tảo. Lớp: Cơ khí ôtô K-39.
CHƯƠNG II :Tính Động học lái
Nhiệm vụ của tính động học lái là xác định: những thông số tối u của hình
thang lái, động học đúng của đòn quay khi có sự biến dạng của bộ phận đàn hồi
hệ thống treo và trọn những giá trị cần thiết của tỉ số truyền dẫn động lái.
II.1.Động học quay vòng của bánh xe dẫn hớng.
Ta đã biết từ lý thuyết quay vòng để nhận đợc sự lăn tinh của các bánh xe dẫn
hớng khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quan hệ sau đây của các
góc quay của bánh xe dẫn hớng bên ngoài và bên trong so với tâm quay O:

Cotg - Cotg = B/L

(1)

Trong đó :
_ Góc quay của bánh xe dẫn hớng phía trong .
_ Góc quay của bánh xe dẫn hớng phiá ngoài.
L _ Chiều dài cơ sở của ôtô, L = 2424 mm
B _ Là khoảng cách giữa hai tâm trục đứng của cầu dẫn
hớng, B = 1365 mm.
L

B



O

4


Thiết kế Hệ thống lái của ôtô con
SV: Phạm Đình Tảo. Lớp: Cơ khí ôtô K-39.
II.2.Thiết kế hình thang lái.
Từ biẻu thức(1)ta thiết lập đợc mối quan hệ lý tởng - .Trong đó



=(0oữ 450 )
Để thiết kế hình thang lái. Theo kinh nghiệm ta chọn chiều dài đòn bên hình

thang lái:
Lấy

l= (0,14 0,16)B
l = 0,15.B = 0,15.1365 = 205 (mm)

chọn sơ bộ góc giữa đòn bên của hình thang lái với trục dọc của ôtô:
= 350 ( vì L/B =1,78 nằn trong khoảng 1,5 ữ 2,5 )
Thông qua hình thang lái và các bánh xe dẫn hớng bên ngoài và bên trong:
Từ biểu thức:
l. cos( + )
l + 2 B sin + 2l sin 2 B sin( + )
= arctg
arcsin
B l sin( + )
l 2 cos 2 ( + ) + [ B l sin( + )]3

Ta xác định đợc mối quan hệ giữa T T
Ta lập đợc bảng sau:
o

o (lý thuyết)

o (thực tế)

0
5
10
15
20

25
30
35
40
45

0
4,75
9,11
13,11
16,81
2 0,27
23,54
26,67
29,68
32,61

0
5,39
9,29
13,21
17,33
20,78
23,74
27,42
30,17
33,38

Từ bảng trên ta đựng đợc đờng T T trên cùng một đồ thị với đờng
- ta thấy sự sai lệch = o (lý thuyết)- o (thực tế)< 10 nên ta chọn = 35o là tối u.

Tính chiều dài của thanh ngang:
N = B -2lsin =1365 2sin35o = 1130 (mm)

5


Thiết kế Hệ thống lái của ôtô con
SV: Phạm Đình Tảo. Lớp: Cơ khí ôtô K-39.
Vậy ta có sơ đồ hình thang lái nh sau:

350

1130
1365

CHƯƠNG III :Tính toán các chi tiết của hệ thống lái
III.1.Xác định tỉ số truyền của hệ thống lái.
Tỉ số truyền động học bằng tỉ số góc quay của trục vành tay lái và góc quay
tơng ứng cuả cam quay:

6


Thiết kế Hệ thống lái của ôtô con
SV: Phạm Đình Tảo. Lớp: Cơ khí ôtô K-39.
i = ic.id (2)
Trong đó :
ic _là tỉ số truyền của cơ cấu lái(từ trục lái tới dòn quay đứng)
ic= 16,4.

id _ là tỉ số truyền của dẫn động lái (từ trục đòn quay đứng tới các
cam quay)
id =

ln
(là tỉ số giữa chiều dài các đòn nối với thanh kéo dọc)
ld

ln _ chiều dài đòn bên hình thang lái: ln =l = 205 mm
lđ _ chièu dài đòn quay đứng, chọn lđ = 150mm
id =

205
=1,3667
150

thay vào (2) i =16,4*1,3667 = 22,4.
Tỉ số truyền của hệ thống lái không phái là hằng số mà nó luôn thay đổi theo
sự quay vòng của vành tay lái từ vị trí ứng với chuyển động thẳng của ôtô tới vị
trí quay vòng tận cùng bên trái hoặc bên phải do đó giá trị i trên chỉ có giá trị
trung bình để quay vành tay lái từ vị trí tận cùng bên trái với vị trí tận cùng bên
phải.
III.2.Xác định chế độ tải trọng.
Lực tác dụng nên vành tay lái .
Lực tác dụng nên vành tay lái sẽ có giá trị cực đại khi ôtô quay vòng tại
chỗ và đầy tải.Lực này phải tạo ra mô men đủ thắng các mô men cản bao
gồm:
- Mô men cản lăn M1
- Mô men cản M2 gây nên bởi sự trợt của bánh xe dẫn hớng trên mặt
đờng.

- Mô men cản M3 gây nên bởi việc làm ổn định các bánh xe dẫn hớng.

7


Thiết kế Hệ thống lái của ôtô con
SV: Phạm Đình Tảo. Lớp: Cơ khí ôtô K-39.
+Ta có:

M1 =Gbx *f*a

trong đó :
Gbx _ trọng lợng tác dụng nên một bánh xe dẫn hớng.
Gbx = Z1 / 2 = 667/2 = 333,5 (KG)
f _ hệ số cản lăn : chọn f = 0,018
a _ tay đòn lực cản lăn đối với trụ đứng của hệ thống lái,
chọn a =20 mm.
Vậy M1 = 333,5*0,018*20 = 1200,6 (KGmm)
+Ta có:

M2 =Y.X = Gbx**0,14*rbx

trong đó :
_ hệ số bám : chọn = 0,7
X _ tay đòn của lực ngang đối với trục đứng của hệ thống
lái, thừa nhận X = 0,14*rbx
Bánh xe có kí hiệu 6,45 - 13P =B - d
B _ chiều rộng của lốp
d _ đờng kính trong của lốp
rbx =(B + d/2).25,4 = (6,45 + 6,5).25,4 =328,93 (mm)

Vậy M2 = 333,5*0,7*0,14*328,93 = 10750,4 (KGmm)
+ ảnh hởng của mô men cản M3 đợc xác định bằng thực nghiệm
thành một hệ số : = 1,07 1,15, lấy = 1,1
Vậy mô men cản tổng cộng :
M = (M1 + M2)* = (1200,6 + 10750,4)*1,1 = 13146 (KGmm)
Lực tác dụng nên vành tay lái:
M

Pmax = R.i .


Trong đó :

8


Thiết kế Hệ thống lái của ôtô con
SV: Phạm Đình Tảo. Lớp: Cơ khí ôtô K-39.
R _ bán kính vành tay lái : chọn R = 200 mm
i _ tỉ số truyền tổng cộng từ vành tay lái đến bánh xe
dẫn hớng i = 22,4
= th.cam
th _ hiệu suất thuạn của cơ cấu lái, chọn th = 0,9
cam _ hiệu xuất tính đến sự ma sát của dẫn động lái
cam = 0,5
Vậy :
Pmax =

13146
= 6,52( KG )

200 * 22,4 * 0,9 * 0,5

III.3.Tính bền của các chi tiết hệ thống lái.
a.Trục lái: Trục lái đợc làm bằng ống thép rỗng chọn mác thép 45 có ứng
suất cho phép về xoắn là [] = 800(KG/cm2)
Chọn đờng kính ngoài của trục lái : D = 25 mm
Vậy từ công thức tính ứng suất xoắn :
=

Pmã .R.D
[ ]
0,2.(D 4 d 4 )

Trong đó:
Pm là lực tác dụng lên vành tay lái
R là bán kính vành tay lái
D,d là đờng kính ngoài và trong vành tay lái
d4
d4

0,2.[ ].D 4 Pm ã .R.D
0,2.[ ]

0,2 * 800 * 2,5 4 6,52 * 20 * 2,5
= 2,45(cm)
0,2 * 800

chọn d = 20 mm
Tính lại ứng suất xoắn :

9


Thiết kế Hệ thống lái của ôtô con
SV: Phạm Đình Tảo. Lớp: Cơ khí ôtô K-39.
=

Pmã .R.D
6,52.20.2,5
=
= 70,68( KG / cm 2 )
4
4
4
4
0,2.(D d ) 0,2.(2,5 2 )

Nh vậy < [] =800(KG/cm2), điều kiện bền xoắn đợc thoả mãn
Kiểm tra góc xoắn :
=

2. .L
D.G

trong đó :
L _ chiều dàI trục láI lấy L = 700 mm
G_mô đun đàn hồi dịch chuyển,G=8.104(MN/m2)
G=8.105(KG/cm2)
Thay số ta có:
=

2 * 800 * 70
= 0,056rad
2,5 * 8 * 10 5

= 0,056 rad = 3,210
thoả mãn b.Tính đòn quay đứng .
Lực tác dụng nên đòn quay đứng :
N=

Pmax * R * ic * th
ld

6,52 * 20 * 16,4 * 0,9
70
N = 27,5( KG )
N=

Vậy N < 0,5Z1 = 0,5*667 = 333,5(KG), phù hợp với kết quả thực
nghiệm.
c.Lực tác dụng nên thanh kéo ngang.
Q=

Z 1 .m1 p . .a
2b

trong đó:
m1p _ hệ số phân bố tải trọng lên cầu dẫn hớng lấy m1p =1,4

10


Thiết kế Hệ thống lái của ôtô con
SV: Phạm Đình Tảo. Lớp: Cơ khí ôtô K-39.
_ hệ số bám, = 0,7
a = 20 mm
b = l*cos =205*cos350 = 168 mm
Vậy:
Q=

667 * 1,4 * 0,7 * 20
= 38,91( KG )
2 * 168

d.Cơ cấu trục vít - con lăn.
*) Xác định các tham số cơ bản.
+Tham số cơ bản của trục vít.
Bán kính vòng tròn ban đầu của hình glôbôit của trục vít
r2 = 50 mm
Số đờng ren trục vít

Z1 = 2

Từ công thức tính tỉ số truyền của cơ cấu trục vít con lăn:
ic =

2. .r2
t.Z 1
2 .r

2.3,14.50

2
=
= 8,2mm
Bớc ren trục vít : t = i
19,1.2
c.Z
1

Mô đun dọc trục vít :
m=

t
8,2
=
= 2,6mm chọn m = 2,5
3,14

Theo tiêu chuẩn hoá m = 2,5 hệ số đờng kính trục q = 12,5
Đờng kính mặt trụ chia của trục vít:
d1 = q.m = 12,5. 2,5 = 31,25 mm
Đờng kính vòng đỉnh của trục vít:
da1 =d1 +2m = 31,25 + 2.2 = 35,25 mm
Góc vít của đờng xoắn ốc:
tg = Z1/q = 2/12,5 = 9,10
+Tham số cơ bản của con lăn.

11

Thiết kế Hệ thống lái của ôtô con
SV: Phạm Đình Tảo. Lớp: Cơ khí ôtô K-39.
Chọn con lăn có số vòng ren bằng 2
Do đờng kính của con lăn không ảnh hởng tới tỉ số truyền nên ta chọn
dcl = 40 mm
+Khoảng cách trục:
A=

d1 + d cl 31,25 + 40
=
= 35,63mm
2
2

*)Kiểm tra bền.
Kiểm tra theo ứng suất chèn dập :
cd =

T
(700 ữ 800) MN / m 2
F

trong đó:
F _ diện tích tiếp xúc
F = (1 - sin1) ra12 + (2 - sin2)r22
ra1 _ bán kính đờng tròn trục vít ra1 = da1 /2 = 17,625 mm
r2 _ bán kính đỉnh con lăn r2=25mm
1 = 1,12rad ; 2 = 0,7 rad

Vậy diện tích tiếp xúc:
F = (1,12 sin 1,12) * 17,6252 + (0,7 sin 0,7) * 252 = 103,2(mm 2 )

T _ lực dọc trục:
T=

2 .Pmaxã .R 2 * 3,14 * 6,52 * 200
=
= 999,18( KG )
t
8,2

Vậy ứng suất chèn dập :
cd =

T 999,18
=
= 9,68( KG / mm 2 )
F 103,2

cd = 96,8 (MN/m2) <700 ữ 800 (MN/m2)
Vậy cơ cấu lái thoả mãn điều kiện bền.

12


ThiÕt kÕ HÖ thèng l¸i cña «t« con
SV: Ph¹m §×nh T¶o. Líp: C¬ khÝ «t« K-39.

trôc vÝt

con l¨n

13