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

Thiết kế hệ thống lái
Những số liệu ban đầu
Đề số: 6
Loại ô tô : xe khách con
Loại cơ cấu lái : trục vít con lăn, tỉ số truyền Ic = 20,5.
Bánh xe có kí hiệu : 8,25 - 20
Tải trọng lên bánh xe dẫn hớng : Z = 1550 ( kG )
Chiều dài cơ sở của ô tô: L = 3700 (mm)
Chiều rộng cơ sở :B = 1630 (m m)
Hệ thống treo phụ thuộc
I.Những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống lái
1. đảm bảo tính năng vận hành cao của ô tô nghĩa là có khả năng quay
vòng nhanh và ngoặt trên nhng đờng có diện tích giới hạn
2. Nhẹ nhàng trong việc điều khiểncả khi quay vòng tại chỗ và khi chuyển
động . lực trên vành tay lái khi quay vòng các bánh xe dẫn hớng tại chỗ trên
mặt đờng bê tông nhựa khô không đợc quá 16 20 KG
3. Phải có động học quay vòng đúng có nghĩa là khi quay vòng tất cả các
bánh xe chỉ lăn mà không bị trợt.
4. Truyền tối thiểu những va đập nghịch đảo lên vành tay lái.
5. Các bánh xe dẫn hớng có khả năng quay về vị trí ban đầuvà giữ đợc
chuyển động đã cho của ô tô.
6 Chính xác về tính chất tuỳ động và động lực học 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.
7 Có độ bền lâu và độ tin cậy cao.
8.Thuận tiện trong sử dụng và bảo dỡng.
9 Không có những khe hở lớn trong hệ thống lái.

Bố trí chung của hệ thống lái

1

1: Vành tay lái
2: Trục lái
3: Cơ cấu lái
4: Đòn quay đứng
5: Thanh kéo
6: Đòn quay ngang
7: Thanh lái
8: Cam quay ( gắn liền với bánh xe dẫn hớng)
9: Trụ đứng ( cố định với dầm cầu dẫn hớng)

II Chọn những thông số chủ yếu và tính động học dẫn

động lái

Nhiệm vụ tính động học dẫn động lái là xác định những thông số tối u
của hình thang lái , động học quay vòng đúng và chọn những giá trị cần thiết
của tỉ số truyền dẫn động lái.
Theo lý thuyết quay vòng để nhận đợc sự lăn không trợt của các bánh xe
dẫn hớng khi quay vongf thìhệ thống lái phải bảo đảm mối quan hệ sau đây
của các góc quay của bánh xe dẫn hớng bên nhoài và bên tróngo với tâm
quay vòng.

2


cotg - cotg = B/L

(1)

B = 163,0 cm : là khoảng cách giữa đờng tâm trụ đứng đo trên mặt phẳng
hình thang lái .
L = 370,0 cm : chiều dài cơ sở của ô tô.
Với = 00 - 450 ta lập đợc đờng cong lý thuyết biểu thị mối quan hệ
= f ()
= arccotg(B/L + cotg)
: góc quay của bánh xe dẫn hớng phía bên trong.
: góc quay của bánh xe dẫn hớng pkía bên ngoài.
Ta chọn sơ bộ thông số của hìnhthang lái:
+ chiều dài đòn bên hình thang lái
m = 0,15 * B = 0,15 * 163,0 = 24,45 (cm)
Từ quan hệ hình học của hình thang lái chúng ta rút ra mối quan hệ giữa
góc quay bánh xe dẫn hơng bên ngoài và bên trong:
= f (,m,)
(2)
= + arctg

m * cos( + )
m + 2 * B * sin 2 * m * sin B * sin( + )
arcsin
B m * sin( + )
B + m 2 * B * sin( + )

với = 900- = 150 - 350
: là góc giữa đòn bên hình thang lái và mặt thẳng dọc của ô tô.
: là góc giữa đòn bên và dầm cầu dẫn hớng.
= 600 - 700
ở biểu thức trên là một tham số , với mỗi gía trị của ta có một đờng
cong nhất định ( theo biểu thức 2).Ta vẽ họ đờng cong này trên cùng một hệ

toạ độ với đờng cong lý thuyết 1.Trong đó có một đờng cong nằm sát đờng
cong lý thuyết 1 mà sai lệch giữa chúng chỉ là 1 0 , ứng với đờng cong trên ta
có = 200
Từ đó ta xác định đợc chiều dài thanh ngang của hình thang lái
n = B 2*m*sin = 163 2*24,45*sin20o = 141,1 (cm)
Với hệ thống treo phụ thuộc ta chọn sơ đồ hình thang lái nh sau:

3


®Æc tÝnh cña h×nh thang l¸i øng víi gãc θ tèi u.
α
β lý thuyÕt β thùc tÕ
0
0
0
5
5,22
5,23
10
11
11
15
16,5
16,2
20
21
22
25
26

26
30
32
39,6
35
40
44
40
56
58
45
65
68

4


III.Tính toán các chi tiết của hệ thống lái.
1.Xác định tỷ số truyền của hệ thống lái.
Tỷ số truyền của hệ thống lái (tỷ số truyền động học)bằng tỷ số góc
quay của trục vành tay lái và góc quay tơng ứng của can quay.Tỷ số truyền
này một mặt cần phải đủ lớn để ứng với một lực nhât định nào đó tác động
vào vành tay lái sẽ làm quay đợc các bánh xe dẫn hớng trong những điều
kiện nặng nhọc nhất, đó là khi quay vòng tại chỗ trên mặt đờng nhựa(hoặc bê
tông)khô và chở đủ tải. Mặt khác tỷ số truyền của hệ thống lái không đợc
quá lớn để không làm ảnh hởng tới tính năng vận hành của ô tô.
Tỷ số truyền của hệ thống lái biểu thị bằng tích số giữa tỷ số truyền của
cơ cấu lái (từ trục lái tới trục đòn quay đứng) và tỷ số truyền của dẫn động
lái(từ trục đòn quay đứng tới các cam quay).
i = ic*id = 20,5*1,17 = 24

Trong đó:
ic = 20,5: là tỷ số truyền của cơ cấu lái
id : là tỷ số truyền của dẫn động lái, đợc xác định bằng tỷ số giữa
chiều dài các đòn nối với thanh kéo dọc
id =

ln
ld

ln= m = 24,45 (cm): chiều dài đòn bên hình thang
ld= 21 (cm): chiều dài đòn quay đứng
2.Xác định chế độ tải trọng
Mô men cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hớng đợc xác định khi ô tô
quay vòngtrên mặt đờng nhựa khô và chở đủ tải. Mô men cản quay vòng đợc
xác định ứng với thời điểm bắt đầu trợt lết của các bánh xe dẫn hớng và trị số
của nó là không đổi theo góc quay bánh xe.Mô men cản bao gồm :
Mô men cản lăn M1
Mô men cản M2 gây ra sự trợt bên của bánh xe dẫn hớng với mặt
đờng
- M3: mô men cản ổn định các bánh xe dẫn hớng
M1= Gbx*f*a (kG*cm)
5


M1: momen cản lăn.
Gbx= Z = 1550(kG): trọng lợmg tác dụnglên một bánh xe dẫn hớng
f = 0,018: hệ số cản lăn
a= 60 (mm): tay đòn của lực cản lăn đối với trụ đứng của hình thang lái
M2=Gbx**x=Gbx**0,14*Rbx (kG*cm)
M2: mô men cản gây ra sự trợt bên của bánh xe dẫn hớng với mặt đờng

= 0,7- 0,8: hệ số bám, chọn = 0,7
x: tay đòn của lực ngang đối với trụ đứng của hình thang lái
Rbx= 50(cm): bán kính động lực học của bánh xe đợc xác định
nh sau:
Lốp có kí hiệu 209,55 - 508 tức là
Chiều rộng lốp B = 20,85 (cm)
R0 = B +

d
(cm)
2

Đờng kính vành bánh xe d = 50,8(cm)
Rbx= *R0 = 50(cm)
= 0,935( lốp có áp suất thấp)
ảnh hởng của mô men cản M3 đợc xác định bằng thực nghiệm và đúc rút
thành một hệ số = 1,07 1,15 , chọn = 1,07
Vậy mô men tổng cộng
M = 2*Gbx(f*a + 0,14*Rbx)* (kG*cm)
=> M = 2*1550*(0,018*6 + 0,14*50)*1,07 = 23577 (kG.cm).
*Lực trên vành tay lái khi quay vòng các bánh xe dẫn hớng( khi không có có
cờng hoá lái
P max =

M
= 7,1( kG )
Rv * ic * idd *c * dd

Rv: bán kính vành tay lái
Rv = 190 275(mm), chọn Rv= 250(mm)

ic: tỷ số truyền của cơ cấu lái
idd: tỷ số truyền của dẫn động lái
c = 0,85: hiệu suất thuận của cơ cấu lái
dd = 0,65: hiệu suất của dẫn động lái( trục vít con lăn)
3.Tính bền các chi tiết của hệ thống lái
*Lực tác dụng lên đòn quay đứng
N=

P max* Rv * ic * c
= 7,1 * 250 * 20,5 * 0,85 / 21 = 14728(kG )
id

6


*Lực tác dụng lên các thanh của hình thang lái( thanh ngang)
Q=

Pp * a G1 * m1 p * * a 1550 * 1,4 * 0,7 * 6
=
=
= 198,4( KG )
b
2*b
2 * 22,97

Trong đó
Pp: là lực phanh lên cầu
m1p = 1,4: hệ số phân bố lại tải trọng khi phanh
= 0,7: hệ số bám

b = m*cos = 22,97(cm)
G1: trọng lợng tác dụng lên các bánh xe trớc của ô tô ở
trạng thái tĩnh
*Trục lái : là một ống thép rỗng, đợc tính theo xoắn bởi mô men sinh ra
do lực tác dụng của ngời lái lên vành tay lái
=

P max* Rv * D 7,1 * 25,30
=
= 266,2(kG / cm2)
0,2 *10
0,2 * ( D 4 d 4 )

= 266,2(kG/cm2)< [] = 600(kG/cm2)
D: đờng kính ngoài của trục lái, chọn D = 30(mm)
d : đờng kính trong của trục lái, chọn d = 20(mm)
Góc xoắn
=

2 * * L
= 0,04(rad )
D *G

Thoả mãn: = 30<5,50
L: chiều dài trục lái, L=1,0(m). Vật liệu chế tạo trục là thép
Cacbon C45 để tiết kiệm vật liệu ta thay bằng hình vành khăn rỗng với
momen chống xoắn.
G: môđuyn đàn hồi dịch chuyển, G= 8*104(MN/m2)

7

Pf

a

Pf

ln

Y x

b

ld

Lực tác dụng cực đại lên vành tay lái: Pmax= 7,1(kG)
Lực tác dụng lên đòn quay đứng: N = 1472,8(kG)
Lực tác dụng lên các thanh của hình thang lái: Q = 198,4(kG)
Tay đòn cuả lực cản lăn đối với trụ đứng: a = 6(cm)
Tay đòn của lực ngang đối với trụ đứng: x = 7(cm)
Lực ngang: Y
Lực cản lăn: Pf
n = 114,1(cm)
m= 24,45(cm)
b = 22,97(cm)
Chiều dài đòn quay đứng:lđ= 21(cm)
Chiều dài đòn quay ngang:ln= 24,45(cm)
Chiều dài trục lái: 100(cm)
1. *Thanh kéo trung gian ( tính theo nén và uốn dọc)

Các thông số của thanh:
Chiều dài: h = 76 cm
Đờng kính: D = 2,4 cm
Diện tích tiết diện: F = 0,785*D2= 4,52(cm2)
Mô men quán tính của tiết diện: J = 0,049*D4= 1,63(cm4)
Môđuyn đàn hồi khi kéo: E = 2*106(kG/cm2)
ứng suất uốn dọc
ud =

2* E * J
= 613
8,74(kG / cm2)
l2 * F


ứng suất nén
n =

Q
= 264,6(kG / cm2)
F

Độ dự trữ ổn định của thanh kéo trong kết cấu( k = 1,25 ~2,5)
k=

ud
= 2,3
n

k = 2,3: thoả mãn yêu cầu

Các thông số hình học của bộ truyền trục vít con lăn:
- từ tỷ số truyền ic = 20,5. theo bảng 11-11 t chọn khoảng cách trục A là:
A = 100 (mm).
- từ bảng 10-11 và A = 100 (mm) ta chọn đợc đờng kính trong vòng đáy
zen tiết diện trung bình của trục vít là Di1 = 36 (mm).
- đờng kính vòng tròn tính toán d1 tại tiết diện trung bình của trục vít
d1 = Di1 + 2h1
trong đó h1 là chiều cao đầu võng của trục vít
h1 = ( f0 + C0 + )*m
m: modul răng trục vít. Chọn m = 3 (mm).
: Là hệ số dịch dao, chọn = 0.
C0 : là hệ số khe hở hớng tâm. C0 = 0,25.
f0 : là hệ số chiều cao răng. Chọn f0 = 1.

h1 = ( 1 + 0,25 )*3 = 3,75 (mm).

d1 = 36 + 3,75 = 39,75 (mm).
- Đờng kính vòng đỉnh zen trục vít:
Dl1 = d1 + 2h1
h1: chiều cao đầu răng.
h1 = ( f0 + )*m = ( 1 + 0 )*3 = 3 (mm).

Dl1 = 39,75 + 2.3 = 45,75 (mm).
- Bán kính cong mặt đỉnh zen của trục vít:
Rl1 = A 0,5Dl1 = 100 0,5*45,75 = 77,125 (mm).
- Bán kính cong mặt đáy zen trục vít:
Ri1 = A 0,5*Di1 = 100 0,5*36 = 82 (mm)
- Góc ôm :
2 = 360*(Z2 + 0,5)/Z2
Z2 là số răng của bánh vít.

Ta chọn số mối zen của trục vít là Z1 = 2

Z2 = ic * Z1 = 37

Z2 = 4.

2 = 360*( 4 + 0,5)/37 =43,47o

= 21o53,5
Chiều dàI làm việc của trục vít:
9


L = d2 * sin
d2 : đờng kính vòng tròn tính toán của bảng vít.
d2 = 2A d1 = 2*100 39,75 = 160,25 (mm).

L = 160,25*sin21o53,3 = 59,75 (mm).
- Đờng kính vòng đỉnh của bánh vít:
Dl2 = d2 + h2
h2 = h1 C
với C = C0 = 0,25*3 = 0,75 (mm).
h2 = 3,75 0,75 = 3 (mm).

Dl2 = 160,25 + 2*3 = 166,25 (mm).
- Đờng kính vòng đáy răng trong tiết diện trung bình của bảng vít:
Di2 = d2 2h2
h2 = h1 + C = 3 + 0,75 = 3,75 (mm).
Di2 = d2 2h2 = 160,25 2*3,75 = 152,75 (mm).
- Ta chọn con lăn có 2 răng.

- Do đờng kính con lăn không ảnh hởng đến tỉ số truyền nên ta chọn d cl
= 60 (mm).
* Kiểm tra bền.
- ứng suất chèn dập:
cd = T/F < 700 ữ 800 ().
T: lực dọc trục.
T = 2PVmaxRV/t.
PVmax = 7,1 (kg). Lực cực đại tác dụng lên vành tay lái.
RV Bán kính vành tay lái. RV = 250 (mm).
t = *m bớc của trục vít.
t = 3,14*3 = 9,42 (mm).

T = 2PVmaxRV/.m. = 2*7,1*250/3 = 1183,33 (kg).
F : diện tích tiếp xúc.
F = (1 - sin1 )*r12 + (2 - sin2 )*r22.

Xét EO1O2 ta có O1O2 = A2 + a2
A: khoảng cách giữa trục bánh vít và trục vít: A = 100 (mm).
a: độ lệch tâm: a = 5 (mm).
10


VËy
O1O2 = √1002 + 52 = 100,125 (mm).

Ta cã:
O2E = O1O22 + O2E2 – 2* O1O2 * O2E*cos(ϕ1/2)



O2E = r2 = 100,252 + r12 – 2*r1*cos(ϕ1/2).
r1: b¸n kÝnh vßng ®Ønh trôc vÝt.
r1 = Dl1/2 = 45,75/2 = 22,875 (mm).
r2: b¸n kÝnh vßng ®Ønh b¶ng vÝt.
r2 = Dl2/2 = 166,25/2 = 83,125 (mm).
cos(ϕ1/2) = {(100,1252 + 22,8752 – 83,1252)/2*22,875*100,125}

ϕ1 = 67o42’ = 1,1688 (rad).

sin(ϕ1) = 0,92.
Ta cã r12*(1 - cos(ϕ1)) = r22*(1 - cos(ϕ2)

cos(ϕ2) = 0,957.

ϕ = 17o41’ = 0,296 (rad)

sin(ϕ2) = 0,3.
F = (ϕ1 - sinϕ1 )*r12 + (ϕ2 - sinϕ2 )*r22.

F = 106 (mm2).
VËy σcd = T/F = 1683 (kG/cm2)
= 168,3 (MN/m2) < {σ}cd = 700 – 800 (MN/m2)

11

= 0,82