đồ án thiết kế hệ thống lái xe tải vừa

Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô
MỤC LỤC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI................................................2
1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu......................................................................................2
1.2 Trình tự thiết kế.............................................................................................................3
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI.................................................4
2.1 Các thông số và phương án cho trước...........................................................................4
2.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái..................................................................................4
2.3 Phân tích, lựa chọn kết cấu một số phần tử cơ bản của hệ thống lái.............................5
2.4 Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống lái.............................................................6
2.5 Kiểm tra khả năng làm việc của các chi tiết dẫn động lái...........................................16
CHƯƠNG III: THIẾT LẬP BẢN VẼ KẾT CẤU.............................................................23
3.1. Cơ sở thiết lập bản vẽ kết cấu hệ thống lái.................................................................23
3.2 Thiết lập bản vẽ tổng thể theo số liệu tính toán...........................................................23
3.3 Thiết lập bản vẽ chi tiết...............................................................................................24


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô
LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay ô tô đã trở thành một phương tiện rất phổ biến trong xã hội, vì vậy yêu cầu
đặt ra với sự an toàn và tiện nghi của oto ngày càng cao hơn. Hệ thống lái là một phần
quan trọng của bất cứ chiếc oto nào vì thế em được giao đề tài thiết kế hệ thống lái xe tải
với cơ cấu lái trục vít – con lăn.
Mục đích của thiết kế môn học là thiết kế ra một hệ thống lái hoàn chỉnh, chính xác,
có khả năng áp dụng vào thực tiễn và phù hợp với loại xe được yêu cầu, đảm bảo an toàn
chính xác khi chuyển hướng, lái nhẹ nhàng êm dịu tạo cảm giác thoải mái cho người lái.
Sau đây là thiết kế môn học hệ thống lái xe tải với cơ cấu lái trục vít - con lăn. Phần thiết
kế còn nhiều thiếu sót nên em mong thầy cô tư vấn chỉnh sửa giúp em để em hoàn thành
thiết kế môn học của mình một cách hoàn thiện.
Nhân cơ hội này, em cũng xin được gửi lờn cảm ơn chân thành đến thấy Đào Mạnh
Hùng đã nhiệt tình giúp đỡ em, để em có thể hoàn thành thiết kế môn học này một cách
tốt nhất.
Hà nội, ngày 24 tháng 12 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Dương Văn Tú

SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 1


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ 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 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 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 hướng).
Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe
1.1.2 Phân loại
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ô tô :
- Theo kết cấu của cơ cấu lái:
+ Loại trục vít, bánh vít
+ Loại trục vít đòn quay
+ Loại thanh khía
+ Loại liên hợp ( Trục vít – ê cu – cung răng )
- Theo số bánh dẫn hướng :
+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng cầu trước
+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng cầu sau
+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu
- Theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực lái
+ Loại trợ lực lái thủy lực
+ Loại trợ lực lái loại khí
+ Loại trợ lực lái cơ khí
+ Loại trợ lực lái dùng điện
1.1.3 Yêu cầu.
Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an toàn. Các cơ cấu
điều khiển bánh xe dẫn hướng 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 hướng khi chuyển động thẳng.

Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng trên đường hẹp
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 2


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

,đường gấp khúc, hệ thống lái có thể quay ngặt các bánh xe trước 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 người 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 nhưng vẫn gây được cảm giác về trạng thái mặt đường.
Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây tổn thương lớn cho người lái.
Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch để giảm tác động từ mặt đường
qua kết cấu lái lên vô lăng.
Hình 1.1 Tổng thành thiết kế

1.2 Trình tự thiết kế
Các thông số và phương án cho trước
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái
Phân tích lựa chọn một số phần tử cơ bản của hệ thống lái
Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống lái
Kiểm tra khả năng làm việc của một số chi tiết
Thiết lập bản vẽ kết cấu gồm bản vẽ tổng thể và bản vẽ chi tiết

SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 3

Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI
2.1 Các thông số và phương án cho trước
Bảng 2.1 các số liệu cho trước
TT
Thông số
1
Trọng lượng cầu trước

Kí hiệu
Ga1

Giá trị
14230

Đơn vị
N

2

Trọng lượng cầu sau

Ga2

24220

N

3

Chiều dài cơ sở

L

2760

mm

4

Chiều rộng cơ sở

B

1470

mm

5

Kí hiệu bánh xe

6

Bán kính quay vòng nhỏ nhất

5.50-13

Rngmin

5500

mm

Theo thông số đã cho, chọn xe mẫu là xe tải Xe Tải VINAXUKI 4 Tấn - 4000TL

Hình 2.1 Xe tải VINAXUKI
2.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái
Cấu tạo cơ bản của hệ thống lái bao gồm các phần chính: vành lái, cơ cấu lái, dẫn
động lái.
- Cơ cấu lái là một hộp giảm tốc được bố trí trên khung hoặc vỏ của ô tô đảm nhận
phần lớn tỉ số truyền của hệ thống lái,
- Vành lái là cơ cấu điều khiển nằm trên buồng lái, chịu tác động trực tiếp của
người điều khiển. Nối liền giữa vành lái và cơ cấu lái là trục lái.
- Dẫn động lái gồm các kết cấu dẫn động nối từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng
và các liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng. Bao gồm: hai đòn bên, đòn ngang, trục quay
bánh xe.

SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 4


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái

1 - Vành tay lái; 2 - Trục lái; 3 - Trục vít; 4-Bánh vít; 5- Cam
quay bên trái

6,11,10 - Hình thang lái; 7 - Đòn quay ngang; 9 - Cam quay bên
phải
12 – Thanh kéo dọc; 13 - Đòn quay đứng.
2.3 Phân tích, lựa chọn kết cấu một số phần tử cơ bản của hệ thống lái
2.3.1 Chọn phương án dẫn động lái
- Với xe thiết kế được giao, có hệ thống treo cầu trước là treo phụ thuộc nhíp đơn ta
chọn phương án dẫn động lái như hình vẽ với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4
khâu).
- Chọn hình thang lái Đanto với đáy nhỏ nằm về phía sau trục cầu trước.

2.3.2 Chọn phương án cơ cấu lái.
Ngày nay 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 Trục vít lõm con lăn để tính toán thiết kế cho đề tài của mình.

SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 5


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

Hình 2.3 Cơ cấu lái trục vít lõm – con lăn
1-nắp đậy;2-vỏ cơ cấu lái;3-ốc đổ dầu;4-trục vít;5-trục bị động;6-ổ bi đỡ;7-trục con lăn;
8-con lăn;9-trục bị động;10-giá đỡ.
2.4 Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống lái
2.4.1 Tính toán và phân phối tỷ số truyền
2.4.1.1 Xác định góc quay lớn nhất của các bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng

Hình 2.4 Sơ đồ động học khi quay vòng
Ta có:
 max

�
�
L
�
�
 arctg �
�
2
Rng min  a   L2  B �

�
�
�

Trong đó: L - chiều dài cơ sở, L = 2760 mm;
B - khoảng cách tâm 2 trụ đứng, B = 1470 mm;

a - tay đòn của lực cản lăn đối với trụ đứng, đối với xe tải nhẹ, chọn a = 90mm;
Rngmin - bán kính quay vòng nhỏ nhất của bánh xe ngoài, Rngmin = 5.5 m
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 6


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

Góc quay lớn nhất của các bánh xe dẫn hướng phía trong quanh trụ đứng được tính
theo công thức :
cot g  max  cot g max 

B
L

B�
1470 �
�
�
o
�  max  arccotg �
cotg  max x  � arccotg �
cotg 40,92o 
� 30,54
L�
2760 �
�
�
2.4.1.2 . Xác định tỉ số truyền của hệ thống lái, của cơ cấu lái và của dẫn động lái
Trong đó:
o

720 với xe tải nhỏ
Tỉ số truyền của dẫn động lái: với xe tải idd = 0,85 ÷1,1. Chọn idd = 1,1
il : tỉ số truyền của hệ thống lái
2.4.2 Tính lực tác dụng lên vành lái
2.4.2.1 Xác định mô men cản quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng

Lực tác dụng lên vành tay lái của ô tô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ô tô tại
chỗ. Lúc ấy mô men cản quay vòng dọc bánh xe dẫn hướng Mc sẽ băng tổng số của
momen cản lăn chuyển động M1, mômen cản do các bánh xe trượt lê trên đường M2 và
mômen cản cần thiết để làm ổn định dẫn hướng M3 do cánh tay đòn a gây ra. Khi xác định
giá trị lực cực đại tác dụng lên vành lái Pmax còn M3 có thể bỏ
+ Mô men cản lăn M1
+ Mô men cản trượt M2
+ Mô men cản M3 gây lên bởi việc làm ổn định các bánh xe dẫn hướng
Tính mô men M1
M1 được xác định theo công thức : M1 = Z1. f . a ( N.m)

(1)

Trong đó: Z1 – Trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng
f – hệ số cản lăn:

f = 0,02

a – cánh tay đòn của lực cản lăn đối với chốt chuyển hướng của hệ thống lái
(xác định bằng thực nghiệm : lấy bằng 90 mm)
Thay các giá trị trên vào công thức (1) ta được
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 7


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

M1 = Z1 . f . a= 7115*0.02*0.09 = 12,8 (N.m)



Rb
x

Y
a

a

Pf

Hình 2.5 Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang
Tính mô men M2
M2 được xác định theo công thức :
M2 = Y.x = Z1.  . 0,14 . Rbx
Với  - hệ số bám, chọn  = 0.7;
x - tay đòn của lực ngang Y đối với chốt chuyển hướng của hệ thống lái, thừa nhận
x = 0,14 .

Rbx

Ảnh hưởng của M3 được xác định bằng thực nghiệm và đúc rút thành hệ số ảnh
hưởng:
x = 1,07 – 1,15, Chọn x = 1,1
Rbx là bán kính làm việc trung bình của bánh xe, Rbx =  .ro
Trong đó :

 - hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, và được chọn tùy thuộc vào loại lốp. Với lốp
có áp suất thấp ta có  = 0,93 ÷ 0,935. Chọn  = 0,935

r - bán kính thiết kế của bánh xe dẫn hướng
B – chiều rộng của lốp ( H = B) mm
H- chiều cao lốp
d – đường kính vành bánh xe (inch)
Với bánh xe có kí hiệu : 5,5-13 ta xác định được :
H = B = 5,5 inch= 5,5 , d = 13 (inch)
Từ đó ta tính được : Rbx = 0,935. ≈ 285 (mm)
=> Tổng mô men cản quay ở cả 2 bánh dẫn hướng tác dụng lên cam quay và từ cam
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 8


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

quay qua đòn dọc của dẫn động lái là:
 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của momen ổn định.  = 1.1

Vậy mô men cản quay vòng tại cầu dẫn hướng là :
1
2.4.2.2 Xác định lực lớn nhất tác dụng lên vô lăng Qmax
Qmax 

M cq
R �il �thl

Trong đó:
R là bán kính vô lăng, với oto tải nhẹ chọn R = 200 mm = 0,2 m
: Hiệu suất thuận của cơ cấu lái
Chọn

thl = 0,67
Qmax 

466
 172,58  N 
0, 2 �20,15 �0, 67

2.4.3 Thiết kế cơ cấu lái
2.4.3.1 Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu lái
Tham số cơ bản của trục vít
Bán kính vòng tròn ban đầu của hình glôboit của trục vít ,chọn R1 = 100mm
Số đường ren của trục vít Z1 = 2
Từ công thức tính tỉ số truyền của cơ cấu trục vít con lăn
 Bước ren của trục vít
Mô đun dọc trục vít

m

t 17,5

 5, 4mm
 3,14
chọn m = 5

Theo tiêu chuẩn hóa m = 5  Hệ số đường kính trục q = 8
Đường kính mặt trụ chia của trục vít: d1 = q.m = 8 . 5 = 40 mm
Đường kính vòng đỉnh của trục vít
da1 =d1 +2m = 40 + 2 . 5 = 50 mm
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 9

Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

Đường kính vòng đáy của trục vít
df1 = d1 2,4m = 40 – 2,4. 4,64 = 28,8 (mm)
Chiều cao đầu ren
ha1 = m = 5(mm)
Chiều cao chân ren
hf1 = 1,2m = 6(mm)
Góc vít của đường xoắn ốc
tg = Z1/q = 2/8   = 140
Tham số cơ bản của con lăn
Chọn con lăn có số đường ren bằng 3
Do đường kính của con lăn không ảnh hưởng tới tỉ số truyền nên ta chọn:
dcl = 60 mm
Khoảng cách trục :
A

d1  d cl 40  60

 50mm
2
2

2.4.3.2 Tính bền cơ cấu lái
Kiểm tra theo ứng suất chèn dập cơ cấu lái:
Trong đó

F - Diện tích tiếp xúc F = (1 - sin1) ra12 + (2 - sin2)r22
ra1 - Bán kính đường tròn trục vít ra1 = da1 /2 = 25 mm
r2 _ Bán kính đỉnh con lăn r2 = 30mm
1 = 1,12rad ; 2 = 0,7 rad
Vậy diện tích tiếp xúc:

T- Lực dọc trục:

T

2 .Qmax .R
t

Trong đó:
Qmax

là lực cực đại tác dụng lên vành tay lái

R - là bán kính vành tay lái
t - là bước trục vít t = π.m = 3,14.5 = 15,7
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 10


Trường ĐH GTVT

→

T

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

2 �Qmax· �R 2 �3,14 �172,58 �200

 13806(N)
t
15, 7

Vậy ứng suất chèn dập
 cd 

T 13806.106

 0, 738 �104  MN / mm 2 
F
187

cd = 73,8 (MN/m2) < 700  800 (MN/m2)
Vậy cơ cấu thỏa mãn điều kiện bền.
2.4.4 Thiết kế dẫn động lái
2.4.4.1 Thiết kế hình thang lái
2.4.4.1.1 Xây dựng
thuyết của hình thang
Muốn các bánh
đúng thì quan hệ giữa
công thức
B – khoảng cách
đứng trong mặt phẳng
và song song với mặt
 +
Cho  các giá

00 �450 ta lần lượt
tương ứng:
Bảng 2.2 : Bảng thông
lý thuyết:

Object 6



0.00

0.00

2.00

1.96

4.00

3.86

6.00

5.68

8.00

7.45

10.00

9.16

12.00

10.81

14.00

12.41

16.00

13.97

20.00

16.95

22.00

18.39

24.00

19.79

26.00

21.16

28.00

22.51

30.00

23.82

32.00

25.12

34.00

26.39

36.00

27.65

38.00

28.89

40.00

30.11

42.00

31.32

SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 11

44.00

32.53

45.00

33.12

đường đặc tính lý
lái
xe thực hiện quay vòng
chúng phải thỏa mãn
của 2 đường tâm trụ
đi qua tâm trục bánh xe
đường cotg  = cotg
trị khác nhau từ

xác định được góc 
số của đường đặc tính


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

Đường đặc tính lý thuyết
40
30
20
10
0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

α◦

Hình 2.6 Đường đặc tính lý thuyết
2.4.4.1.3 Xây dựng đường đặc tính thực tế của hình thang lái
Nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế hình thang lái Đan tô là xác định đúng góc nghiêng
của các đòn bên khi xe chạy thẳng:
Sơ đồ hình thang lái:

Hình 2.7 Sơ đồ xác định các kích thước của hình thang lái
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 và m,n.
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 12


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

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:
sin  

Bn
2m

Khi xe quay vòng:
Khi bánh xe dẫn hướng bên trái quay đi một góc và bánh xe bên phải quay đi 1 góc
Lúc này hai đòn bên phải hợp với đường 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

m.cos(   )
m  B.sin(   )  2m.sin 2   2 B.sin 
 arcsin
2
B  m.sin(   )
m 2 .cos 2 (   )   B  m.sin(   ) 

Trong đó: m thường lấy theo kinh nghiệm m = (0,11÷0,16) . B
Chọn sơ bộ theo kinh nghiệm
m = 0,14 . B = 0,14.1470=205,8 ( mm)
Chọn sơ bộ góc ban đầu theo công thức của Chuđakop
Cotg  90o    

Cotg  90o    

Thay số :

B
2 �0,7 �L

1470
 0,38
2 �0, 7 �2760

o
o
Ta tính được  �20,82  35 ( theo kinh nghiệm thiết kế)

Cho các giá trị xung quanh giá trị sơ bộ (1=210 ).
Cho = 190 ,200,210,220,230 ,sẽ tìm được mối quan hệ thực tế giữa, theo công thức:

    arctg

m.cos(   )
m  B.sin(   )  2m.sin 2   2 B.sin 
 arcsin
2
B  m.sin(   )
m 2 .cos 2 (   )   B  m.sin(   ) 

Bảng 2.3 : Bảng thông số của đường đặc tính thực tế:

0

0

2

1.96

0
1.97

0

0

0

0

0

0

0

0

0

-0.01

1.97

-0.01

1.97

0.01

1.97

-0.01

1.97

0.00

SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 13


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

-0.04

3.89

-0.03

3.88

0.03

3.88

-0.02

3.87

-0.01

-0.09

5.76

-0.07

5.74

0.06

5.73

-0.04

5.71

-0.03

-0.14

7.57

-0.12

7.55

0.10

7.52

-0.07

7.50

-0.05

-0.21

9.33

-0.18

9.30

0.14

9.26

-0.10

9.22

-0.06

-0.29

11.05

-0.24

10.99

0.18

10.94

-0.13

10.89

-0.08

-0.37

12.71

-0.30

12.64

0.23

12.57

-0.15

12.49

-0.08

-0.44

14.32

-0.35

14.23

0.26

14.14

-0.17

14.05

-0.08

-0.51

15.88

-0.40

15.77

0.29

15.66

-0.17

15.54

-0.06

-0.58

17.39

-0.44

17.26

0.30

17.12

-0.16

16.98

-0.02

-0.63

18.85

-0.46

18.69

0.30

18.52

-0.13

18.36

0.03

-0.66

20.26

-0.47

20.07

0.27

19.87

-0.08

19.68

0.12

-0.67

21.61

-0.45

21.39

0.22

21.16

0.00

20.94

0.23

-0.65

22.91

-0.40

22.65

0.14

22.39

0.12

22.13

0.37

-0.61

24.14

-0.32

23.85

0.03

23.56

0.26

23.27

0.56

25.65

-0.53

25.32

-0.20

25.00

0.12

24.67

0.45

24.34

0.78

26.39

26.81

-0.41

26.44

-0.05

26.08

0.31

25.71

0.68

25.35

1.05

36

27.65

27.90

-0.26

27.50

0.15

27.10

0.55

26.69

0.96

26.29

1.36

38

28.89

28.94

-0.05

28.49

0.39

28.05

0.84

27.60

1.28

27.16

1.73

40

30.11 29.91

0.20

29.42

0.69

28.93 1.18

28.44 1.67

27.96

2.15

42

31.32 30.81

0.51

30.28

1.05

29.74 1.58

29.21 2.11

28.68

2.64

44

32.53 31.64

0.88

31.06

1.46

30.49 2.04

29.91 2.61

29.34

3.19

4

3.86

6

5.68

8

7.45

10

9.16

12

10.81

14

12.41

16

13.97

18

15.48

20

16.95

22

18.39

24

19.79

26

21.16

28

22.51

30

23.82

32

25.12

34

3.90
5.77
7.59
9.37
11.10
12.78
14.41
16.00
17.53
19.02
20.45
21.83
23.16
24.43

SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 14


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô
Đường đặc tính thực tế

35
30
Lý thuyết
19 độ
20 độ
21 độ
22 độ
23 độ

Beta

25
20
15
10
5
0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Alpha

Hình 2.8 Biểu đồ đường đặc tính thực tế
Từ bảng giá trị thu được ta xây dựng đồ thị quan hệ Alpha và Beta

thực tế trên cùng đồ thị quan hệ  và  lý thuyết

Theo bảng giá trị trên ta chọn sao cho sự sai lệch so với đường lý thuyết nhỏ nhất
và nhỏ hơn 10, ta chọn được = 190
Các kích thước cơ bản của hình thang lái là :
- Ta có = 190

- Độ dài đòn bên m = 205,8 mm
- Độ dài thanh kéo ngang :
n = B - 2 . m . sin =1470 – 2 . 205,8 . sin 190=1335,99(mm)
→Lấy n = 1336 mm
Các thông số của hình thang lái:
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 15


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

B = 1470 (mm); n = 1336 (mm); m = 205,8 (mm);  = 190
2.5 Kiểm tra khả năng làm việc của các chi tiết dẫn động lái
2.5.1 Đòn quay đứng
Đòn quay đứng của cơ cấu lái dùng để truyền chuyển động từ trục bị động của cơ
cấu lái đến thanh dọc của dẫn động lái.
Thực nghiệm chứng tỏ rằng lực cực đại tác dụng lên đòn quay đứng thường không
quá 0,5.G1(G1 - trọng lượng tác dụng lên các bánh xe trước của ô tô ở trạng thái tính).

N  0, 5 �G1  0, 5 �
14230  7115  N 
Ứng suất uốn tác dụng lên đòn quay đứng:
 u = < [  u ]=15002000(K G/cm)
Lấy [ u ]=1800(K G/cm 2 )
l – chiều dài đòn quay đứng. Tra bảng 4 HDTKMH, l = 141mm
Mặt khác ta có: W u =
 =1800(K G/cm 2 )
(d: đường kính trục của đòn quay đứng)
�d 

3

32 �711, 5 �
14,1
 3,84  cm 
3,14 �
1800

Hình 2.10 Đòn quay đứng
 W u = 5,56 (cm 4 )

� u 

711, 5 �
14,1
 1804, 34  KG / cm 2 
5,56

Ứng suất xoắn tác dụng lên đòn quay đứng:
Chọn vật liệu chế tạo là thép 40X nên ta có:
x 

   = 1500KG/cm

2

N �d
 1500  KG / cm 2 
Wo

Trong đó: mô men chống xoắn :

 �d 3 3,14 �3,843
W0 

 11,11 cm 4 
16
16
� x 

711, 5 �3,84
 245,92  KG / cm 2 

11,11
< 

Vậy Kết quả tính được thỏa mãn điều kiện bền
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 16


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

2.5.2 Thanh kéo
Trên thanh dọc sẽ có một lực N = 7115 (N)tác dụng. Đối với thanh ngang, lực tác
dụng tính theo trường hợp nguy hiểm của cầu dẫn hướng :
Trong đó:
G1 : trọng lượng tác dụng lên các bánh xe trước của ôtô ở trạng thái tĩnh

m1p: hệ số phân bố trọng lượng lên cầu dẫn hướng khi phanh, lấy m1p = 1,4
: hệ số bám, chọn = 0,7
a : được chọn sơ bộ theo phần tính toán trước, a = 90 mm

Q

14230 �
1, 4 �0, 7 �90
 3225,12  N 
2 �194, 58

Ứng suất nén của thanh dọc:

 nd 

N
   n   25 �52  KG / mm 2 
Fd

Trong đó:
[n ]- ứng suất nén cho phép, chọn [n ] =25(KG/mm2)
Fd - tiết diện của thanh dọc :
( Do d = 0,8D)
(D,d- đường kính ngoài, đường kính trong của thanh kéo dọc)
0,2826 . D2. 25 > 711,5
 D > 1,01(cm)
Chọn D = 2cm

 d = 0,8 * 2 = 1,6 (cm)
� Fd  0, 2826 �202  113, 04  mm 2 

Vậy ta có:
 nd 



711, 5
 6, 29 KG/ mm 2
113, 04

Ứng suất nén của thanh ngang:

 nn 

Q 322,51

 2,85  KG/ mm 2 
Fn 113, 04

(Chọn Fn=Fd=113,04(mm2))
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 17




Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô
k

Hệ số dự trữ bền:

 nd 6, 29

 2, 2
 nn 2,85

Vậy thanh đủ bền ( vì k = 1,25 3,5)
2.5.3 Rotuyn lái
Chọn vật liệu chế tạo khớp cầu là thép 20XH có , khớp cầu được kiểm nghiệm theo
ứng suất chốn dập tại vị trí làm việc và kiểm tra độ bền cắt tại vị trí ngàm.
Lực tác dụng lên khớp cầu chính là lực tác dụng lên đòn quay đứng, PD=N=7115N
Kiểm tra ứng suất chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu:
Trong đó:
F – diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rotuyn. Trong thực tế làm việc, diện tích
làm việc chiếm 2/3 bề mặt của khớp cầu. Nên bề mặt chịu lực tiếp xúc chiếm 1/2. 2/3 =
1/3 bề mặt khớp cầu. Ta có:
D – đường kính khớp cầu, chọn theo bảng D = 27 mm

�  cd 

7115
1
.3,14.27 2
3

 9,32 N / mm 2    cd 

Thỏa mãn điều kiện chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu.
Kiểm tra theo độ bền cắt

Kiểm tra khớp cầu tại vị trí nguy hiểm nhất (vị trí ngàm), với ứng suất cắt cho phép
là:
Ứng suất cắt được tính theo công thức sau:

Trong đó:

Fc 

 D 2 3,14.27 2

 572, 27(mm 2 )
4
4

�c 

PD
7115

 12, 43 N / mm 2    c 
Fc 572, 27

Thỏa mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm nhất.
Vậy khớp cầu đủ bền trong quá trình làm việc
2.6 Tính toán cường hóa lái
2.6.1 Xác định đường kính của xilanh thủy lực
Chọn phương án cường hóa lái đặt trong thanh kéo dọc như hình
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 18

Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

Hình 2.11 Cường hóa lái đặt trong thanh kéo dọc
Đường kính trong của xilanh trợ lực được tính theo công thức :

D

xl

=

4.Px
d
 .Pmax

Trong đó :
- Dxl: Đường kính trong của xilanh.
- Pmax: Áp suất cực đại trong hệ thống cường hóa (Pmax < 300 kG/cm2), với xe tham
khảo lấy Pmax = 172,58 kG/cm2
- d: Đường kính cần đẩy piston. Nó chính là đường kính của thanh kéo dọc,
d = 20mm
- Px: Lực tác dụng lên đầu cần đẩy, được tính theo công thức:

Px  P.ic .o
Với:
- P = Pvlmax – Pvlo = 172,58 – 110 = 62,58 N
- ic: Tỉ số truyền của cơ cấu lái. ic = 15,5
- : Hiệu suất của cơ cấu lái. = 0,67

→ Px = 62,58 . 15,5 . 0,67 = 649,9 N

Thay vào biểu thức trên ta được: Dxl =

4.649,9
2
3,14.172,58
= 4,2 cm

2.6.2 Chọn đường kính ngoài và kiểm tra bền xilanh lực.
Chọn chiều dày của thành xilanh là 8 mm thì đường kính ngoài của xilanh lực là :
Dn = 42 + 2.8 = 58 mm = 5,8 cmỨng suất tác dụng lên thành xilanh là:
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 19


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô
Dn2  Dxl2
 2
.Pmax  Pmax 
Dn  Dxl2
725,7 N/cm2

2
Vật liệu làm xilanh là thép C45 có     6000 N / cm

Vậy: < → Xilanh thỏa mãn điều kiện bền.
2.6.3 Xác định năng suất của bơm.
Lưu lượng bơm xác định từ điều kiện làm thế nào để xilanh của trợ lực phải kịp làm

quay các bánh xe dẫn hướng nhanh hơn sự quay vòng của vành tay lái do người lái gây ra,
nếu không trợ lực sẽ không có tác dụng.
Để thỏa mãn điều kiện trên ta cần có :

ds
dt , m3/s

Qb  b (1   ) �F .
Trong đó:
- Qb: Năng suất của bơm.

- : Hiệu suất của bơm. = 0,750,85, chọn = 0,85.
- δ: Độ hụt dầu trong hệ thống. δ = 0,05

0,1, chọn δ = 0,08.

ds
- dt (m/s): Tốc độ pistong xi lanh lực.
Đối với cường hóa có xi lanh trong thanh kéo dọc ta có:

ds  nvld
dt = 30ic
Trong đó:
- ld chiều dài đón quay đứng. ld = 0,141 m
- nv số vòng quay cực đại của vành tay lái (theo số liệu thực nghiệm ta có

nv = 60-70 v/p)
Chọn nv = 60 v/p
- ic tỷ số truyền của cơ cấu lái ic =15,5

ds
=> dt = 0,0571 m3/s
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 20


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

- F: Diện tích của xilanh lực, được tính theo công thức :
2
2
�
�Dxl � �Dtr ��
F   .�
� � � ��
�2 � �2 ��
�

Với: - Dtr: Đường kính cần đẩy piston. Dtr = 2 cm = 0,02 m
- Dxl: Đường kính làm việc của xilanh công tác của trợ lực. Dxl = 0,042 m.
=> F = 0,0107 m2
Vậy năng suất của bơm là:

Qb 61,07 cm3/s

Thực tế thì lưu lượng bơm còn phải lớn hơn như vậy để bù vào sự rò rỉ của van phân
phối. Lưu lượng rò rỉ là = (0,05 0,1).Q, chọn = 0,05.Q
→ Qtt = Q + = 61,07 + 61,07 . 0,08 = 65,9 cm3/s
*Chọn bơm cường hóa:

Bơm cường hóa là cụm phức tạp và chịu tải lớn nhất của hệ thống cường hóa thủy
lực. Điều kiện làm việc của bơm gây nên bởi chế độ tải trọng thay đổi lớn, ứng suất nhiệt
cao và sự ảnh hưởng của môi trường xung quanh.
Bơm được sử dụng cho cường hóa có nhiều loại như bơm piston, bơm trục vít, bơm
bánh răng, bơm cánh gạt. Hiện nay trên các xe hiên đại người ta sử dụng chủ yếu hai loại
bơm là bơm bánh răng và bơm cánh gạt.
Qua phân tích các yêu cầu và điều kiện làm việc của bơm ta chọn loại bơm cánh gạt
vì loại bơm này có kết cấu nhỏ gọn, áp suất có thể đạt 100 KG/.
Căn cứ vào lưu lượng thực tế của bơm ta đã tính toán ở trên ta chọn loại bơm cánh
gạt có lưu lượng riêng là 65,9/s.

SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 21


Trường ĐH GTVT

TKMH Kết cấu tính toán ô tô

CHƯƠNG III: THIẾT LẬP BẢN VẼ KẾT CẤU
3.1. Cơ sở thiết lập bản vẽ kết cấu hệ thống lái
Các loại nét vẽ và tiêu chuẩn của nó được thể hiện qua bảng sau:
Bảng 3.1: Các loại nét vẽ và ứng dụng

Trong đó, chiều rộng nét vẽ được ký hiệu là b (mm) và được chọn theo các quy định
sau: 0,18; 0,25; 0,35; 0,5; 0,7; 1; 1,4 ....
Trên các bản vẽ A3 hoặc A1 nên chọn b = 0,5.
- Các nét trên cùng một bản vẽ sau khi tô đậm phải đạt được sự đồng đều về chiều
rộng, độ đen và về cách vẽ (chiều dài nét gạch, khoảng cách giữa các gạch ..)
- Khi hai hay nhiều nét vẽ trùng nhau thì vẽ theo thứ tự ưu tiên sau:
Nét liền đậm (Đường bao thấy, cạnh thấy)

Nét đứt (Đường bao khuất, cạnh khuất)
Nét chấm gạch mảnh (Giới hạn mặt phẳng cắt có hai nét đậm ở hai đầu)
Nét chấm gạch mảnh (Đường tâm, trục đối xứng)
Nét liền mảnh (Đường kích thước)
- Trong mọi trường hợp, tâm đường tròn phải được xác định bằng giao điểm của hai
đoạn gạch của nét chấm gạch; các nét đứt, nét chấm gạch phải giao nhau bằng các gạch.
3.2 Thiết lập bản vẽ tổng thể theo số liệu tính toán
Bản vẽ cơ cấu lái trục vít lõm - con lăn có các thông số tính toán như sau:
Bước ren của trục vít t = 17,5
SV: DƯƠNG VĂN TÚ – LỚP CƠ KHÍ Ô TÔ I – K55 22