tuthienbao com co tro luc xe corola 9798

bộ giáo dục và đào tạo

cộng hoà xà hội chủ nghĩa việt nam

Độc lập -Tự do - Hạnh phúc

trờng đại học bách khoa
hà nội

tuthienbao.com

nhiệm Vụ
thiết kế tốt nghiệp
Họ và tên : NGuyễn Đức Thành
Lớp

Khoá : 46

: ôtô

Ngành

: Cơ Khí - Ôtô

1. Đề tài thiết kế:
Thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch có trợ lực.
2. Các số liệu ban đầu:
Tham khảo xe TOYOTA COROLLA
3. Nội dung công việc:
3.1 Thuyết minh tÝnh to¸n:
3.1.1 Tỉng quan vỊ hƯ thèng l¸i

3.1.2 ThiÕt kÕ tÝnh to¸n hƯ thèng l¸i
3.1.2.1 TÝnh to¸n thiÕt kÕ dẫn động lái
3.1.2.2 Tính toán thiết ké cơ cấu lái
3.1.2.3 Tính toán thiết kế trợ lực lái
3.1.3 Xây dựng qui trình gia công chi tiết điển hình
3.1.4 Xây dựng qui trình lắp ráp, điều chỉnh, bảo dỡng
và sửa chữa hệ thống lái
3.2 Các bản vẽ:
3.2.1 Bản vẽ bố trí chung
3.2.2 Bản vẽ đồ thị động học
3.2.3 Bản vẽ các phơng án cơ cấu lái
3.2.4 Bản vẽ các phơng án bố trÝ trỵ lùc
1


3.2.5 Bản vẽ chi tiết.
3.2.6 Bản vẽ lắp trợ lực lái
3.2.7 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý làm việc của trợ lực lái
3.2.8 Bản vẽ qui trình công ghệ chế tạo chi tiết
4. Cán bộ hớng dẫn

: ThS . Đỗ TiÕn Minh

5. Ngµy giao nhiƯm vơ thiÕt kÕ: Ngµy 20 tháng 02 năm
2006
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ : Ngày 20 tháng 05 năm
2006
Ngày 20 tháng 02 năm
2006
Chủ nhiệm bộ môn

Cán bộ hớng dẫn

thiết kế

2


Lời nói đầu
===

===

Trên nền tảng của đất nớc đang trên đà phát triển lớn
mạnh về kinh tế đó là sự thay da đổi thịt của quá trình
công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc và sự hội nhập của các
nghành công nghiệp, kỹ thuật Ôtô ở nớc ta ngày càng đợc chú
trọng và phát triển. Thể hiện bởi các liên doanh lắp ráp Ôtô
giữa nớc ta với nớc ngoài ngày càng phát triển rộng lớn trên hầu
hết các tỉnh của c¶ níc nh: FORD, TOYOTA, NISAN, DAEWOO,
KIA, ... Mét vÊn đề lớn đặt ra đó là sự hội nhập, tiếp thu
những công nghệ kỹ thuật tiên tiến của các nớc có nền công
nghiệp phát triển vào việc lắp ráp sản xuất cũng nh sử dụng
bảo dỡng trên xe Ôtô.
Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của Ôtô
là hệ thống lái. Hệ thống này có chức năng điều khiển hớng
chuyển động của Ôtô, nó đảm bảo tính năng ổn định
chuỷên động thẳng cũng nh quay vòng của bánh xe dẫn hớng. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hởng
rất lớn đến an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động
của Ôtô, đặc biệt đối với xe có tốc độ cao. Do đó ngời ta

không ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính năng
của nó.

3


Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng
khoa học kỹ thuật hiện đại. Em đà đợc giao nhiệm vụ thiết
kế hệ thống lái xe DU LịCH có trợ lực .
Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến quá trình điều khiển
làm tăng tính năng an toàn chuyển động và giúp cho ngời lái
giảm mệt mỏi.
Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều
vấn đề đòi hỏi phải có thời gian dài nghiên cứu và thực
nghiệm. Mặc dù đà có nhiều cố gắng nhng với khả năng và
thời gian hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi sai
sót cũng nh còn nhiều vấn đè không đợc đề cập tới. Em
mong các thầy và các bạn đồng nghiệp góp ý để bản đồ án
đợc hoàn thiện hơn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hớng dẫn :
Đỗ Tiến Minh tận tình chỉ bảo để em có thể hoàn thành
đợc bản đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Ôtô Khoa cơ khí trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng các bạn đÃ
giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án.
Sinh
viên.
Nguyễn Đức
Thành

4

Mục lục
Nhiệm
vụ :............................................................................................
.1
Lời
nói
đầu:..........................................................................................
.3
Chơng
I:
giới
thiệu
tổng
quan
hệ
thống
lái:.........................................7
1.1công
dụng
và
cấu
tạo:............................................................ .......7
1.2Phân
loại:.............................................................................. ......10
1.3Yêu
cầu:................................................................................. .....10
Chơng
II:

Tính
toán
thiết
kế
hệ
thống
lái..........................................22
2.1 Các số liệu tham khảo và lựa chọn các thông
số:.........................22

5


2.2.

Phân

tích

lựa

chọn

phơng

án

thiết

kế:........................................22

2.1.1.Các

thông

số

của

xe

du

lịch

TOYOTA

dẫn

động

COROLLA:............. 22
2.2.1.

Phơng

án

lái:........................................................22
2.2.1.1. Dẫn động lái bốn khâu, (Hình thang lái
Đantô):..........22

2.2.1.2.

Dẫn

động

lái

sáu

khâu:..................................................23
2.2.2
Phơng
án
thiết
lái:.................................................24
2.2.2.1. Kiểu trục

kế

cơ

răng



cấu
thanh

răng:...........................................25

2.2.2.2.

Cơ

cấu

lái

trục

vít

con

lăn:..............................................26
2.2.2.3.

Cơ

cấu

lái

trục

vít

chốt

cấu

lái

trục

vít

cung

quay:..........................................27
2.2.2.4.

Cơ

răng:......................................... 28
2.2.2.5.
Cơ
hợp:..................................................30
2.3
Tính
toán
động

cấu

lái

học

loại

hệ

liên
thống

lái:..................................................31
2.3.1.

Tính

động

học

hình

thang

lái:................................................ 31
a.

Trờng

hợp

xe

đi

thẳng:..............................................................32
b.Trờng

hợp

khi

vòng.......................................................33
6

xe

quay


2.3.2. Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái lý
thuyết:........34
2.3.3. Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái thực
tế:...........35
2.4.
Tính
toán
động
lực
học
hệ
thống
lái: ..........................................37
2.4.1

Xác

định

mômen

cản

quay

vòng:............................................37
2.4.1.1.

Mômen

cản

M1...................................................................37
2.4.1.2. Mômen cản M2 do sự trợt lê của bánh xe trên mặt đờng:38
2.4.1.3.
Mômen
ổn
định
ở
các
bánh
xe:............................................39
2.4.1.4. Hiệu suất dẫn động của trụ đứng và hình thang
lái:........... .39
2.4.2. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay

lái......................... 40
2.4.3. xác định các thông số hình học của dẫn động lái và
cơ

cấu

lái:..............................................................................................
...........40
2.4.3.1.

Chiều

dài

thanh

răng:......................................................... 40
2.4.3.2.

Các

thông

số

của

bộ

truyền

cơ

cấu

lái:............................... 41
2.4.4.

Tính

bền:...................................................................................44
2.4.4.1.

Tính bền cơ cấu lái bánh răng thanh

răng:.......................44

7


2.4.4.2.

Tính

bền

trục

lái:.................................................................47
2.4.4.3.

Tính
bền
ngang:.....................................................48
2.4.4.4.
Tính
bền

đòn

kéo

đòn

kéo

thanh

nối

dọc: .........................................................50
2.4.4.5.Tính

bền

bên:....................................................... .51
2.4.4.6.

Tính

bền

khớp

cầu

(Rô

-

tuyn):............................................51
2.5.

Tính

toán

thiết

kế

trợ

lực

lái:.........................................................53
2.5.1. Sự cần thiết của việc trang bị trợ lực cho hệ thống
lái:...............53
2.5.2.
Nguyên
lý

trợ
lực:.......................................................................54
2.5.2.1

Các

phần

tử

cơ

bản

của

trợ

l-

c:..............................................54
2.5.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái khi có trợ
lực:............57
2.5.3.
Phân
tích
lựa
chọn
phơng
án

thiết
kế:......................................59
2.5.3.1. Phân tích lựa chọn phơng án bố trí trợ lực
lái:....................59
2.5.3.2. Phân tích
lực:................................. 62
2.5.4.tính
toán

lựa

chọn
cờng

phơng

án

trợ
hóa

lái:...............................................................67
2.5.4.1. Chọn những thông số làm việc của hệ thống
lái:..................67
2.5.4.2.
Xây
dựng
đặc
tính
cờng

hoá
lái:.........................................68

8


2.5.4.3.

Tính

toán

xilanh

lực:............................................................ 71
2.5.4.4.
Xác
định
năng
suất
của
bơm:................................................72
2.5.4.5. Tính toán các chi tiết của van phân
phối:.............................74
Chơng 3:quy trình công nghệ gia công chi tiết
rotuyl........................77
3.1.

Phân

tích

chi

tiết

gia

công:..........................................................77
3.1.1.
Kết
rotuyl:.......................................................................77
3.1.2.
Điều
kiện
làm
việc

cấu
của

rotuyl:...............................................77
3.1.3. Phân tích kết cấu công nghệ trong kết cấu khớp
cầu: ...........77
3.1.4.
Chọn
phôi:............................................................................78
3.2.
Lập
sơ

đồ
các
nguyên
công:.........................................................78
Chơng IV: lắp ráp và bảo dỡng sửa chữa hệ thống lái của xe
du
lịch:...........................................................................................
............85
4.1. Lắp ráp các cụn chi
tiết:.................................................................85
4.1.1. Lắp ráp các bộ phận của xy lanh
lực:....................................85
4.1.2. Lắp van phân
phối:................................................................85
4.2. Lắp ráp c¸c cơm chi
tiÕt:..............................................................86
9


4.3. Một số h hỏng và sửa
chữa:........................................................86
Kết
luận:..........................................................................................
....89
Tài liệu tham
khảo:..............................................................................90

Chơng I: Giíi thiƯu tỉng quan vỊ hƯ thèng l¸i

10

1.1 Công dụng và cấu tạo:
1.1.1 Công dụng:
Hệ thống lái là một hệ thống an toàn dùng để thay đổi
hớng chuyển động của xe. Nó có thể giữ nguyên hớng
chuyển động thẳng cũng nh quay vòng xe khi cần thiết.
1.1.2 Cấu tạo chung:
Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực . Gồm
có vành tay lái,
trục lái, và dẫn động lái:

Hình1.1- Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1- Vành tay lái.

5- Thanh kéo dọc.

2- Trục lái.

6- Đòn quay đứng.

3- Cơ cấu lái.

7- Hình thang lái.

4- Đòn quay ®øng.

11

Vành tay lái:
Vành tay lái có nhiệm vụ tạo ra mô men quay cần
thiết khi ngời lái tác dụng một lực vào vành tay lái. Vành tay
lái có dạng vành tròn, có nan hoa bố trí đều hay không đều
quanh vành trong của vành lái .
Mô men tạo ra trên vành tay lái là tích số của lực lái do ngời lái tác dụng vào và bán kính của vành tay lái .
Vành lái(vô lăng) của bất kỳ hệ thống ô tô nào cũng có
độ dơ nhất định. Khi xe dừng, các bánh dẫn hớng ở vị trí
thẳng, lắc nhẹ vô lăng về phía trớc hoặc phía sau với lực lái
nhẹ bằng ngón tay thì độ dơ cực đại của vô lăng đối với vô
lăng không đợc vợt quá 30 mm.
Bản thân vành lái có thể đợc làm bằng chất dẻo, cao su
nhân tạo hoặc bằng gỗ, và nó có thể đợc bọc bằng da thật
hoặc da nhân tạo.
Trục lái:
Trục lái có nhiệm vụ truyền mô men lái xuống cơ cÊu
l¸i. Trơc l¸i gåm cã : Trơc l¸i chÝnh cã thể truyền chuyển
động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và ống trục lái để cố
định trục lái chính vào thân xe. Đầu phía trên của trục lái
chính đợc gia công ren và then hoa để lắp vô lăng lên đó
và đợc giữ chặt bằng một đai ốc.
Cơ cấu lái:
Cơ cấu lái có tác dụng biến chuyển động quay
truyền đến từ vành lái thành chuyển động lắc. Các loại cơ
cấu lái thờng gặp nhất là: Cơ cấu lái trục vít ê cu bi, Cơ cấu
lái trục răng thanh răng, Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn...
Đòn quay đứng:

12

Đòn quay đứng có tác dụng truyền momen từ trục đồn
quay của cơ cấu lái tới các đòn kéo dọc hoặc kéo ngang đợc
nối với cam quay của ánh xe dẫn hớng.
Đòn kéo:
Đòn kéo đợc dùng để truyền lực từ đòn quay của cơ
cấu lái đến cam quay của bánh xe đẫn hớng. Tuỳ theo phơng
đặt đòn mà ngời ta có thể gọi là đòn kéo dọc hoặc đòn
kéo ngang.
Hình thang lái:
Hình thang lái thực chất là một hình tứ giác gồm 4
khâu: dầm cầu, thanh lái ngang va hai thanh bên. Hình
thang lái sẽ đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe
đẫn hớng nhờ vào các kích thớc của các thanh lái ngang, cánh
bản lề và các góc đặt phải xác định.
1.2. Phân loại:
Theo bố trí bánh l¸i chia ra hƯ thèng l¸i víi b¸nh l¸i bè trí
bên phải hoặc bên trái (tính theo chiều chuyển động của
xe). Bánh lái bố trí bên trái dùng cho những nớc thừa nhận luật
đi đờng theo phía phải nh ở các nớc xà hội chủ nghĩa. Bánh
lái bố trí bên phải dùng cho những nớc thừa nhận luật đi đờng theo phía bên trái nh ở Anh, Nhật, Thụy Điển
Theo số lợng bánh dẫn hớng chia ra hệ thống lái với các bánh
dẫn hớng ở cầu trớc, ở hai cầu và ở tất cả các cầu.
Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra loại trục vít loại liên hợp
(gồm trục vít, êcu, thanh khía, quạt răng). Loại thanh răng
Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cêng hãa chia ra
lo¹i cêng hãa thủ lùc, lo¹i cêng hoá khí nén, loại cờng hoá
liên hợp (kết hợp cả thuỷ lực và điện).
13

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. 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 cờng hoá lái. Để đảm bảo tính êm
dịu chuyển động trên mọi loại đờng từ giải tốc độ thấp tới
giải tốc độ cao, hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu
sau :
Đảm bảo đợc động học quay vòng: các bánh xe lăn không
trợt
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.
Trục lái kết hợp với cơ cấu hấp thụ va đập, cơ cấu này
hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên ngời lái khi có tai nạn. Trục
lái đợc gắn lên thân xe qua một giá đỡ dễ vỡ để trục lái
đễ dàng tụt xuống khi có va đập
Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hớng: các bánh xe dẫn hớng sau khi thực hiện quay vòng cần có khả năng tự động
quay về trạng thái chuyển động thẳng hoặc là để quay
bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng chỉ cần đặt
lực trên vành lái nhỏ hơn khi xe đi đờng vòng.
Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay
vòng trên đờng hẹp ,đờng gấp khóc, hƯ thèng l¸i cã thĨ
14

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 cho ngời lái khi xảy ra tai nạn. 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 tỷ lệ thuận giữa góc quay vô lăng với góc quay bánh
xe dẫn hớng.
Không đòi hỏi ngời lái xe một cờng độ lao động quá lớn
khi điều khiển ôtô.
Độ tin cậy cao.
Dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dỡng và sửa chữa.

1.3.1. Các góc đặt bánh xe:
Việc bố trí các bánh xe dẫn hớng liên quan trực tiếp tới
tính điều khiển xe, tính ổn định chuyển động của
ôtô. Các yêu cầu chính của việc bố trí là điều khiển
chuyển động nhẹ nhàng, chính xác đảm bảo ổn định
15

khi đi thẳng cũng nh khi quay vòng, kể cả khi có sự cố
ở các hệ thống khác. Đối với xe con yêu cầu này ngày càng
đợc quan tâm và đợc nâng cao hơn vì vận tốc của xe
không ngừng đợc nâng lên.Trên cầu dẫn hớng các bánh xe
dẫn hớng đợc bố trí và quan tâm thích đáng. ở các bánh
xe không dẫn hớng thì việc bố trí cũng đà đợc chú ý,
song bị hạn chế bởi giá thành chế tạo và sự phức tạp của
kết cấu nên việc bố trí vẫn đợc tuân thủ theo các điều
kiện truyền thống.
ô tô có thể chuyển động mọi hớng bằng sự tác động của
ngời lái quanh vô lăng. Tuy nhiên, nếu ôtô ở trạng thái đi thẳng
mà ngời lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe ở
trạng thái chạy thẳng, hay ngời lái phải tác dụng một lực lớn để
quay vòng xe thì sẽ gây sự mệt mỏi và căng thẳng về cả cơ
bắp lẫn tinh thần khi điều khiển xe. Đó là điều không mong
muốn, vì vậy để khắc phục đợc các vấn đề nêu trên thì các
bánh xe đợc lắp vào thân xe với các góc nhất định tuỳ theo
yêu cầu nhất định đối với từng loại xe và tính năng sử dụng
của từng loại. Những góc này đợc gọi chung là góc đặt bánh
xe.
Việc điều khiển xe sẽ trở lên dễ dàng hơn nếu các bánh
xe đợc đặt theo một góc một cách chính xác theo yêu cầu
thiết kế . Các góc đặt bánh xe đúng sẽ ngăn cản việc mài
mòn lốp. nếu nh các góc đặt bánh xe không đúng thì có
thể dẫn đến các hiện tợng sau:
Khó lái.
Tính ổn định lái kém .
Trả lái trên đờng vòng kém .

Tuổi thọ lốp giảm ( mßn nhanh).
16


Góc đặt bánh xe gồm các góc sau :
Góc Camber( góc nghiêng ngang của bánh xe ).
Góc Caster và khoảng Caster(Góc nghiêng dọc của trụ
đứng và chế độ lệch dọc)..
Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng).
Độ chụm và độ mở (góc doÃng).
1.3.1.1. Góc Camber ( góc nghiêng ngang của bánh xe ):
Góc tạo bởi đờng tâm của bánh xe dẫn hớng ở vị trí
thẳng đứng với đờng tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng
đợc gọi là gócCAMBER, và đo bằng độ .Khi bánh xe dẫn hớng nghiêng ra ngoài thì gọi là góc CAMBER dơng, và
ngợc lại gọi là gócCAMBER âm. Bánh xe không nghiêng
thì CAMBER bằng không(bánh xe thẳng đứng ).
(-)

(+)
CAMBER

0

90

Hình 1.2- Góc CAMBER.
Chức năng của góc CAMBER:
Những năm về trớc bánh xe đợc đặt với góc CAMBER dơng để cải thiện độ bền của cầu trớc và để các lốp tiếp
xúc vuông góc với mặt đờng (do träng lỵng cđa xe )nh»m

17


ngăn ngừa sự mòn không đều của lốp trên đờng, do có
phần giữa cao hơn hai bên.
Góc camber còn đảm bảo sự lăn thẳng của các bánh
xe, giảm va đập của mép lốp với

mặt đờng. Khi góc

CAMBER bằng không hoặc gần bằng không có u điểm là
khi đi trên đờng vòng bánh xe

nằm trong vùng có khả

năng truyền lực dọc và lực bên tốt nhất.
Góc CAMBER ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng
theo chiều ngợc lại dới tác động của trọng lợng xe do các khe
hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trục trớc và hệ
thống treo trớc. Đồng thời giảm cánh tay đòn của phản lực
tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen

tác

dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái.
Khi chuyển động trên đờng vòng, do tác dụng của lực ly
tâm thân xe nghiêng theo hớng quay vòng, các bánh xe
ngoài nghiêng vào trong, các bánh xe trong nghiêng ra ngoài
so với thân xe. Để các bánh xe lăn gần vuông góc với mặt
đờng để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao,

hệ treo độc lập thì góc CAMBER thờng âm.
1.3.1.2. Góc Caster và khoảng Caster (Góc nghiêng dọc
của trụ đứng và chế độ lệch dọc ):
Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trớc
hoặc phía sau của trụ đứng .Nó đợc đo bằng độ, và đợc
xác định bằng góc giữa trụ xoay đứng và phơng thẳng
đứng khi nhìn từ cạnh xe. Nếu trụ xoay đứng nghiêng về
phía sau thì gọi là góc nghiêng dơng và ngợc lại gọi là góc
nghiêng âm.

18


Khoảng cách từ giao điểm của đờng tâm trục đứng với
mặt đất đến đờng tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đờng đợc gọi là khoảng Caster c.
Góc Caster và khoảng Caster đợc thể hiện ở hình sau :
(-)
Góc Caster

(+)

V

c
Hình 1.3 Caster và khoảng Caster .
Tác dụng của góc Caster :
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dới tác dụng của lực ly
tâm khi bánh xe vào đờng vòng hoặc lực do gió bên hoặc
thành phần của trọng lợng xe khi xe đi vào đờng nghiêng, ở
khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng sẽ xuất hiện các

phản lực bên Yb.
Khi trụ quay đứng đợc đặt nghiêng về phía sau một góc
nào đó so với chiều tiến của xe (Caster dơng ) thì phản lực
bên Yb của đờng sẽ tạo với tâm tiếp xúc một mô men ổn
định, mô men đó đợc xác định bằng công thức sau:
M=Yb.c
Mômen này có xu hớng làm bánh xe trở lại vị trí trung
gian ban đầu khi nó bị lệch khỏi vị trí này. Nhng khi quay
vòng ngời lái phải tạo ra một lực để khắc phục mô men này.
Vì vậy, góc Caster thờng không lớn. Mômen này phụ thuộc
19


vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hớng. Đối với các xe hiện
đại thì trị số của góc Caster bằng khoảng từ 0 0đến 30.
1.3.1.3 .Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng):
Góc nghiêng ngang của trụ đứng đợc xác định trên mặt
cắt ngang của xe. Góc Kingpin đợc tạo nên bởi hình chiếu
của đờng tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó và phơng
thẳng đứng .
Kingpi
n

()

(+
)

9
0

Hình 1.4 - Góc KingPin
Tác dụng của góc KingPin :
Giảm lực đánh lái :Khi bánh xe quay sang phải hoặc
quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm là bán kính r 0,
r0 là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng, nó
là khoảng cách đo trên bề mặt của đờng cong mặt
phẳng nằm ngang của bánh xe giữa đờng kéo dài ®êng
t©m trơ quay ®øng víi t©m cđa vÕt tiÕp xóc của bánh
xe với mặt đờng. Nếu r0 lớn sẽ sinh ra mô men lớn quanh
trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp , vì vậy làm tăng
lực đánh lái. Do vậy giá trị của r0 có thể đợc giảm ®Ó
20


giảm lực đánh lái, phơng pháp để giảm r0 là tạo CAMBER
dơng và làm nghiêng trụ quay đứng tức là tạo góc
KingPin .
Giảm sự đẩy ngợc và kéo lệch sang một phía : Nếu
khoảng cách lệch r0 quá lớn, phản lực tác dụng lên các
bánh xe khi chuyển động thẳng hay khi phanh sẽ sinh ra
một mômen quay

quanh trụ đứng, do vậy sẽ làm các

bánh xe bị kéo sang một phía có phản lực lớn hơn. Các
va đập từ mặt đờng tác dụng lên các bánh xe làm cho
vô lăng dao động mạnh và bị đẩy ngợc.
Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng : Góc KingPin
sẽ làm cho các bánh xe tự động quay về vị trí chạy

thẳng sau khi quay vòng. Tức là khi quay vòng, quay vô
lăng để quay vòng xe, ngời lái phải tăng lực đánh lái,
nếu bỏ lực tác dụng lên vô lăng thì bánh xe tự trả về vị
trí trung gian (vị tri đi thẳng ). Để giữ cho xe quay
vòng thì cần thiết phải giữ vành lái với một lực nhất
định nào đó. Vấn đề trở về vị trí thẳng sau khi quay
vòng là do có mômen phản lực (gọi là mômen ngợc) tác
dụng từ mặt đờng lên bánh xe. Giá trị của mômen ngợc
phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin.
1.3.1.4. Độ chụm và độ mở (góc doÃng):
Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm
của 2 bánh xe dẫn hớng (hoặc hai bánh xe trên cùng một
cầu xe),góc chụm là góc xác định trên một mặt phẳng
đi qua tâm trục nối hai bánh xe và song song với mặt
phẳng đờng tạo bởi hình chiếu mặt phẳng đối xứng
dọc trục của hai bánh xe lên mặt phẳng đó và híng
chun ®éng cđa xe .
21


Thông thờng độ chụm đợc biểu diễn bằng khoảng
cách B-A. Kích thớc B, A đợc đo ở mép ngoài của vành lốp
ở trạng thái không tải khi xe đi thẳng. Độ chụm là dơng
nếu B-A>0, là âm nếu B-A<0.
Độ chụm có ảnh hởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn
định của vành tay lái . Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất
trong trờng hợp hai bánh xe lăn phẳng hoàn toàn.
Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện
lực cản lăn Pf ngợc chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp
xúc của bánh xe với mặt đờng. Lực Pf này đặt cách trụ

quay đứng một đoạn R0 và tạo nên một mômen quay với
tâm trụ quay đứng . Mômen này tác dụng vào hai bánh
xe và ép hai bánh xe về phía sau. Để lăn phẳng thì các
bánh xe đặt với độ chụm =B-A dơng. Với góc nh thế
thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức
là ổn định vành tay lái.

v
a
b
Hình 1.5 - Độ chụm bánh xe
ở cầu dÉn híng, lùc kÐo cïng chiỊu víi chiỊu chun
®éng sÏ ép bánh xe về phía trớc. Bởi vậy góc
giảm.Trong trờng hợp này, để giảm ảnh hởng của lực cản
22


lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột
ngột (phanh bằng động cơ ), thì bố trí các bánh xe với
góc đặt có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng không.
Trên xe con độ chụm thờng có giá trị từ 2 ữ 3 mm.
1.3.1.5. Bán kính quay vòng (góc bánh xe , bán kính
quay vòng ):

O

O'

Hình 1.6 -Sự trợt bên khi quay vòng .
Khi vào đờng cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hớng

không bị trợt nết hoặc trợt quay thì đờng vuông góc với
véctơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe phải
gặp nhau tại một điểm, điểm đó gọi là tâm quay tức
thời của xe.
Để đạt đợc góc lái chính xác của bánh dẫn hớng bên
phải và bên trái thì các thanh dẫn động lái thực hiện
chức năng này cũng đồng thời đạt đợc bán kính quay
vòng mong muốn .

23


O

Hình 1.7- Sơ đồ quay vòng
Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu
hớng bắt xe quay với bán kính lớn hơn bán kính dự định
của ngời lái trừ khi xe có thể sinh ra một lực ngợc lại đủ lớn
để cân bằng với lực ly tâm. Lực này là lực hớng tâm. Lực hớng tâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trợt bên của lốp do ma
sát giữa lốp và mặt đờng, lực này là lực quay vòng và làm
ổn định xe khi quay vòng.
1.3.1.6. Độ đàn hồi của lốp theo hớng ngang:
Đối với các bánh xe lắp lốp đàn hồi, dới tác động của các
phản lực bên, bánh xe sẽ bị lệch bên và vết tiếp xúc của lốp
với mặt đờng sẽ bị lệch so với mặt phẳng giữa của bánh xe
một góc .

Yb

Chiều lăn

a
b
d

o1 o

c

Hình 1.8
Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị
biến dạng
dới tác động của lực bên.
24




Phần trớc của vết tiếp xúc, lốp chịu biến dạng không lớn và
độ biến dạng này tăng dần cho tới mép sau cùng của vết. Các
phản lực riêng phần bên đợc phân bố tơng ứng với khoảng
biến dạng nói trên. Biểu đồ phân bố các phản lực riêng phần
theo chiều dài của vết có dạng hình tam giác, do đó điểm
đặt 01 của hợp lực sẽ lùi về phía sau so với tâm tiếp xúc 0 của
vết và nằm ở khoảng cách chừng một phần ba chiều dài của
vết tính từ mép sau cùng của nó.
Nh vậy, do độ đàn hồi bên của lốp, mômen ổn định đợc
tạo nên ở bánh xe là:
M y = Yb .S

Trong đó: S là khoảng cách 0 01.
Mômen này sẽ tăng lên cùng với sự tăng độ đàn hồi bên của
lốp. Vì vậy với những lốp có độ đàn hồi lớn ta có thể giảm
bớt góc nghiêng dọc của trụ đứng. Tác dụng ổn định của góc
nghiêng ngang của trụ đứng lớn hơn nhiều làn tác dụng ổn
định của góc nghiêng dọc trụ đứng. Sự ổn định do góc
0
0
nghiêng ngang
1 tạo ra cũng bằng góc nghiêng dọc 5 ữ 6 .


1.3.1.7. Quan hệ động
học của góc quay trong và

ngoài bánh xe dẫn hớng:
Để thực hiện quay vòng ôtô ngời ta có thể quay vòng các
bánh xe dẫn hớng phía trớc hoặc quay vòng đồng thời cả các
bánh xe dẫn hớng phía trớc và phía sau, tuy nhiên biện pháp
L

quay vòng hai bánh xe dẫn hớng phía trớc đợc dùng phổ biến
hơn do nó có hệ thống lái đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo
đợc động học quay vòng của ôtô.



Khi xe vào đờng vòng, để đảm bảo cho các bánh xe0dẫn
B

Rs thì đờng vuông góc với
hớng không bị trợt lết hoặc trợt quay
25

Hình 1.9
Sơ đồ động học quay vòng của ôtô cã hai b¸nh dÉn h