Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe hyundai 2,5 tấn

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................. 3
CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE HYUNDAI 2,5 TẤN............4
1.1. Thông số xe hyundai 2,5 T.....................................................................................4
1.2. Công dụng, phân loai, yêu cầu..............................................................................6
1.2.1. Công dụng.........................................................................................................6
1.2.2. Phân loại............................................................................................................6
1.2.2.1. Phân loại theo cơ cấu lái.................................................................................6
1.2.2.2. Phân loại theo trợ lực lái.................................................................................7
1.2.3. Yêu cầu.............................................................................................................. 7
1.3. Các bộ phận chính của hệ thống lái......................................................................8
1.4. Kiểm tra động lực học quay vòng của hình thang lái..........................................9
1.4.1. Tính động học hình thang lái.............................................................................9
1.4.2. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái.................................................10
1.5. Tỷ số truyền hệ thống lái.....................................................................................13
1.5.1. Tỷ số truyền cơ cấu lái.....................................................................................13
1.5.2. Tỷ số truyền dẫn động lái................................................................................14
1.5.3. Tỷ số truyền của cả hệ thống lái......................................................................14
1.5.4. Hiệu suất thuận................................................................................................14
1.5.5. Hiệu suất nghịch..............................................................................................15
1.6. Kiểm tra bền chệ thống lái cũ của xe hyundai 2,5 tấn......................................15
1.6.1. Xác định chế độ tải trọng Plmax.........................................................................15
1.6.2. Kiểm tra bền trục lái........................................................................................18
1.6.3. Kiểm tra bền cơ cấu lái trục vít – con lăn........................................................18
1.6.4. Kiểm tra đòn quay đứng..................................................................................20
1.6.5. Kiểm tra bền các thanh kéo.............................................................................21
1.6.6. Kiểm tra đòn bên.............................................................................................24
1.6.7. Kiểm tra bền rotuyn.........................................................................................26
1.7. Lựa chọn phương án cải tiến...............................................................................27
1.7.1. Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống lái cũ....................................................27
1.7.2. Hướng cải tiến.................................................................................................28

1.7.3. Các phương án cải tiến....................................................................................28
1.7.4. Phân tích các phương án lựa chọn...................................................................29
1.7.4.1. Các yêu cầu của trợ lực.................................................................................29
1.7.4.2. Chọn loại trợ lực...........................................................................................29
1.7.4.3. Chọn phương án bố trí trợ lực.......................................................................30
1


1.7.4.4. Chọn van phân phối......................................................................................34
1.7.4.5. Lựa chọn cơ cấu lái cải tiến..........................................................................35
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CẢI TIẾN HỆ THỐNG......................................................39
2.1. Thiết kế bộ truyền trục vít – êcubi......................................................................39
2.1.1. Chọn vật liệu...................................................................................................39
2.1.2. Xác định sơ bộ đường kính trong của ren........................................................40
2.1.3 Kiểm nghiệm bền.............................................................................................43
2.2 . Thiết kế bộ truyền thanh răng – cung răng......................................................43
2.2.1. Chọn vật liệu...................................................................................................44
2.2.2. Xác định các thông số của bộ truyền..............................................................44
2.3. Thiết kế bộ trợ lực lái..........................................................................................48
2.3.1. Xi lanh lực.......................................................................................................48
2.3.2. Xác định hành trình và thể tích làm việc của xi lanh lực.................................49
2.3.3. Lưu lượng thể tích bơm dầu............................................................................50
2.3.4. Van phân phối..................................................................................................51
CHƯƠNG 3 : KIỂM TRA, BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI.............53
3.1. Chẩn đoán, bảo dưỡng hệ thống lái xe hyundai 2,5 tấn....................................54
3.1.1. Các hư hỏng thường gặp..................................................................................54
3.1.2. Chẩn đoán và bảo dưỡng hệ thống lái..............................................................56
3.1.2.1. Quy trình chẩn đoán.....................................................................................56
3.1.2.2. Kiểm tra hành trình tự do của vô lăng và kiểm tra góc lái............................57
3.1.2.3. Thay dầu trợ lực lái.......................................................................................58

3.1.2.4. Kiểm tra áp suất bơm dầu.............................................................................59
3.2. Sửa chữa hệ thống lái..........................................................................................60
3.2.1. Bơm dầu trợ lực lái..........................................................................................60
3.2.2. Kiểm tra sửa chữa trục lái................................................................................64
3.2.3. Kiểm tra và sửa chữa thanh kéo.......................................................................64
3.2.4. Kiểm tra sửa chữa thanh nối............................................................................65
3.2.5. Kiểm tra sửa chữa cơ cấu lái............................................................................65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................67
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................68

2


LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền kinh tế đang tăng trưởng mạnh mẽ ở nước ta, nhu cầu về giao
thông vận tải ngày càng lớn. Vai trò quan tr ọng của ô tô ngày càng được kh ẳng đ ịnh
vì ô tô có khả năng cơ động cao, vận chuyển được người và hàng hóa trên nhi ều
loại địa hình khác nhau
Những năm gần đây, lượng xe ô tô tải nhỏ và trung bình có xu h ướng tăng lên,
đặc biệt là các loại xe ô tô tải dạng nhỏ với ưu đi ểm về khả năng cơ động cũng như
về tính kinh tế thích hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau.
Với ô tô nói chung và ngành kinh tế vận tải, an toàn chuy ển đ ộng là ch ỉ tiêu
hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng của phương ti ện. M ột
trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn của ô tô khi chuy ển d ộng đó là h ệ
thống lái đặc biệt là ở tốc độ cao. Ở những năm 2002 v ới s ự phát tri ển không
ngừng việc nhập khẩu những xe với trọng lượng 2,5 tấn là rất phổ biến, đặc bi ệt là
loại xe huyndai 65 2,5 tấn với số lượng lớn, tuy vậy nhược đi ểm của dòng xe này là
hệ thống lái còn thô sơ chưa có trợ lực. Chính vì vậy em đã được các th ầy trong
khoa cơ khí của trường Đại học Công nghệ GTVT giao cho đề tài ‘ Thiết kế cải tiến
hệ thống lái cho xe Hyundai 2,5 tấn’.

Với đề tài thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe tải huyndai 2,5 tấn em đã th ực
hiện với nội dung qua các phần sau:
Chương 1 : Khảo sát hệ thống lái trên xe Hyundai 2,5 tấn
Chương 2 : Thiết kế cải tiến hệ thống lái
Chương 3 : Kiểm tra, bảo dưỡng , sửa chữa hệ thống lái
Sau hơn 3 tháng , được sự hướng dẫn tận tình, chu đáo luôn sát sao ch ỉ b ảo
cũng như quan tâm của thầy Thiều Sỹ Nam và cùng với sự giúp đỡ của các thầy
trong khoa cơ khí , em đã cơ bản hoàn thành đồ án tốt nghi ệp. Trong quá trình th ực
hiện, chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót. Do đó, em rất mong nh ận
được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy trong khoa đ ể em có th ể hoành thành đ ồ án
hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!
Vĩnh Yên. Ngày tháng năm
Sinh Viên Thực Hiện
Vũ Đình Tuấn
3


4


CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE HUYNDAI
2,5 TẤN
1.1. Thông số xe hyundai 2,5 T
Xe tải Hyundai HD 65 - Xe spacing before tải Hyundai 2,5 tấn mới là loại xe tải
nhẹ linh đông, thoải mái và đáng tin cậy. Hyundai HD 65 series cung c ấp kh ả năng
vận tải thuận tiện cho các cá nhân và doanh nghiệp vận tải đường bộ

Hình 1.1: Xe tải HD65
Dòng xe Hyundai hoàn toàn mới, luôn sẵn sàng, mang đến một phong cách

mới cho dòng xe tải phục vụ cho mọi nhu cầu kinh doanh vận chuyển.
Toàn bộ linh kiện được nhập khẩu 100% từ Hàn Quốc
Thân xe được thiết kế khoa học và tinh xảo đảm bảo sự chắc chắn và tinh tế
của xe. Thương hiệu hàng đầu đã được khẳng định suốt th ời gian vừa qua b ền ,
vững chắc và kinh tế
Xe tải Hyundai với kiểu dáng đẹp, an toàn tuyệt đối và là ng ười b ạn đ ồng
hành tốt nhất cho quý khách hàng.
Thùng xe thiết kế dài đảm bảo lượng hàng vận chuyển
Nội thất được thiết kế rộng rãi và tiện nghi tạo không gian thoải mái giúp tài
xế vận hành không mệt mỏi suốt trên đoạn đường dài và gồ ghề . Cabin có sẵn máy
5


lnh giỳp lỏi xe thoi mỏi sut on ng di . Cabin cú sn CD, Qut giú v cỏc h
thng ngh
Thụng s xe:
Bng 1: Thụng s xe huyndai 2,5 tn

TT

Tên danh nghĩa

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị đo

1

Tải trọng xe

G

25000

N

2

G0

27500

N

3

Trọng lợng bản thân
xe
Trọng lợng toàn bộ xe

GT

54150

N

4

Phân cho cầu trớc

G1

13500

N

5

Phân cho cầu sau

G2

39000

N

6

Ký hiệu lốp

B d

7 16

inch

7

Chiều dài cơ sở

Lo

3350

mm

8

Chiều rộng cơ sở

B

1450

mm

9

Chiều rộng vết trớc

BT

1665

mm

10

Chiều rộng vết sau

BS

1435

mm

11

Chiều cao của xe

H

2210

mm

12

Chiều dài toàn bộ

L

6183

mm

13

Chiều dài trục lái

lTl

720

mm

14

Bán kính vành tay lái

R1

200

mm

15

Đờng kính trục lái

30

mm

16

Chiều rộng toàn bộ

2010

mm

17

Ký hiệu lốp

mm

18

Bán kính quay vòng
min
Vận tốc max

7,00x16 10PR
6500
106

Km/h

19
20

B

Vmax

mm

6

độ

21

Góc nghiêng trụ
đứng
Góc thoát sau xe

27

độ

22

Góc thoát trớc xe

28

độ

6


23

Tû sè truyÒn c¬ cÊu
l¸i

i

20,5

1.2. Công dụng, phân loại, yêu cầu
1.2.1. Công dụng
Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vành lái tiếp
nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen từ vô
lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới các thanh dẫn động lái,
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.
Để quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực. Đồng thời
cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh xe. Để quay vòng
đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay vòng.
Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá trình phức tạp.
Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vị trí góc quay
của vành tay lái nhất định xe sẽ quay vòng với một bán kính quay vòng R 0 tương ứng.
Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quay vòng đủ).
Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:
- Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truy ền mômen do người lái tác
dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.
- Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe d ẫn
hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng.
- Cường hóa lái: Thường sử dụng trên các xe tải tr ọng l ớn và v ừa. Nó dùng đ ể
giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài. Trên các
xe cỡ nhỏ có thể không có.
1.2.2. Phân loại
1.2.2.1. Phân loại theo cơ cấu lái
- Cơ cấu lái thanh răng bánh răng

+ Biến chuyển động quay của hệ thống điều khiển thành chuy ển động quay
của các đòn.
- Cơ cấu lái trục vít con lăn
- Cơ cấu lái liên hợp
7


+ Biến chuyển động quay của hệ thống điều khiển thành chuy ển động t ịnh
tiến của đòn điều khiển.

1.2.2.2. Phân loại theo trợ lực lái
- Loại không có trợ lực lái

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống lái không có trợ lực
1. Vành lái 2.Trục lái 3. Cơ cấu lái 4.Đòn quay đ ứng
5. Đòn kéo dọc 6.Hình thang lái 7. Đòn quay ngang
8. Trụ xoay đứng 9. Bánh xe
- Loại có trợ lực lái
+ Trợ lực lái thủy lực
+ Trợ lực lái điện
1.2.3. Yêu cầu
Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau
+ Để đảm bảo yêu cầu này thì hành trình tự do của vô lăng tức là khe h ở trong
hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương ứng với chuy ển động th ẳng ph ải
nhỏ
+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt.
+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều
8

kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động.
- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong m ột
khoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích thật bé.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây
mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe.
- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu ho ặc
chướng ngại vật.
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển l ớn nhất cần tác d ụng lên
vô lăng (Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:
+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150  200 N;
+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N.
+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe
dẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa
góc quay của vô lăng và của bánh xe dẫn hướng
- Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ gi ữa
sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
1.3. Các bộ phận chính của hệ thống lái
- Vành lái:
Vành lái có dạng vành tròn. Lực của người lái tác dụng lên vành lái tạo ra mô
men quay để hệ thống lái làm việc. Mô men tạo ra trên vành lái là tích s ố c ủa l ực
người lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái.
M vl = Pl.rvl.
Trong đó:
Mvl : Là mô men vành lái
Pl : Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái
rvl : Là bán kính vành lái. Bán kính vô lăng được chọn phụ thuộc vào loại xe và
cách bố trí chổ ngồi của người lái, dao động từ 190 mm (đ ối v ới xe du l ịch c ở nh ỏ)
đến 275 mm (đối với xe tải và xe khách cở lớn ).
- Trục lái:
Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục lái

chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống c ơ cấu lái
và ống truc lái để cố định trục lái vào thân xe. Tr ục lái k ết h ợp v ới m ột c ơ c ấu h ấp
9


thụ va đập. Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có va đập
mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra.
Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi được góc nghiêng và
loại trục lái không thay đổi được góc nghiêng.
Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có thêm một số cơ cấu
điều khiển như : cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái đ ể
có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng đứng phù h ợp v ới ng ười lái, h ệ
thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và đạt được v ị
trí ngồi lái tốt nhất cho người lái .
- Cơ cấu lái:
Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đ ến
các bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18 đến 19 đối v ới
xe con và bằng từ 20 đến 25 đối với xe tải .
Cơ cấu lái phải đảm bảo các yêu cầu sau
+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ
+ Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết
+ Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất
+ Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp
Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ măt
đường lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít,
nhưng nếu độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của xe. Độ
đàn hồi của hệ thống lái được xác định bằng tỷ s ố góc quay đàn h ồi tính trên vành
lái vô lăng và mô men đặt trên vành lái. Độ đàn hồi của hệ th ống lái ph ụ thu ộc vào
độ đàn hồi của các phần tử như cơ cấu lái, các đòn dẫn động …
1.4. Kiểm tra động lực học quay vòng của hình thang lái

1.4.1. Tính động học hình thang lái
Nhiệm vụ của tính toán động học dẫn động lái là xác định những thông s ố t ối
ưu của hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe d ẫn h ướng
một cách chính xác nhất và động học đúng của đòn quay đứng khi có s ự bi ến d ạng
của bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn các thông s ố cần htieets của hệ th ống
dẫn động lái
Từ lý thuyết quay vòng ta thấy để nhận được sự lăn của bánh xe dẫn hướng
khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quan hệ sau đây của góc quay
10


bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tầm quay vòng. Theo giáo trính
tính toán và thiết kế ô tô ta có:
Cotg   Cotg 

B
L

Trong đó:
 : là góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài
 : là góc quay bánh xe dẫn hướng trong
B : khoảng cách của tân trụ đứng
L : là chiều dài cơ sở của xe
Từ biểu thức trên để bánh xe dẫn hướng lăn mà không bị trượt lê trong quá
trình quay vòng thì hiệu số cotg của góc quay của bánh xe bên ngoài và bên trong
phải luôn là một hằng số
1.4.2. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái
* Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết
Trên hệ trục tọa độ ta xác định đường cong lý thuyết theo quan hệ  = f(,).
Ta có:

Cotg   Cotg 

B
L

Hay:
Cotgβ = Cotgα +

Ứng với các giá
450 ta lần lượt có các
của góc . Các giá trị
bảng sau đây:
Bảng 2: Giá trị
thuyết



= Cotgα +
trị của góc 00, 50, ... ,



0

1

giá trị tương ứng

0,974

0

0

3

2,92

50

4,8020

70

6,6730

100

9,3140

150

13,4960

200

17,4320

250

21,2060

300

24,7970

350

11

này được lập trong

0

28,2360

400

31,5920

450

34,9150

đường đặc tính lái lý


* Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế:
Để xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế ta phải xây dựng được
đường cong biểu thị hàm số  = f(,). Theo mối quan hệ này thì nếu biết trước

một góc  nào đó ứng với một giá trị của góc  thì ta có một giá trị của góc . Mối
quan hệ giữa các góc ,  ,  như sau:
    arctg

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

12


Hình 1.3. Kích thước xe cơ bản
Trong đó:
 - Góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên ngoài
 - Góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên trong.
 - Góc tạo bởi đòn bên hình thang lái với phương dọc
m – chiều dài đòn bên = 190 (mm)bên hình thang lái
n – chiều dài đòn ngang hình thang lái n = 1290 (mm).
Ta xây dựng các đường đặc tính hình thang lái thực tế ứng với mối giá trị của
góc  = (00, 50, ... , 450) ta lấy góc theo xe thiết kế  = 160.

Bảng 3: Giá trị đường cong lái thực tế
=180

=170

=160

0.00
1
0.99
3
0.00
2
0.99
4
0.00
2

0.02

0.09

0.17

0.15

0.1

0.14

0.6

0.33

1.33

4.84

9.4

21.3
3
0.31

27.7

0.13

17.6
5
0.3

24.7

0.03

13.6
7
0.25

0.16

0.2

30.3
4

0.83

33.5
7
1.29

4.85

9.44

17.8

28.1

0.54

0.2

30.8
4
0.33

33.2

0.16

21.5
4
0.52

25

0.04

13.7
5
0.33

0.42
13

1.1


=150

0.99 4.86
4
0.00 0.05
3
0.99 4.87
5
0.99 4.82
2
α=10 α=50
Dựa vào số liệu trong

9.47

17.9

2
0.55

21.7
5
0.72

25.3

28.5

0.2

13.8
3
0.4

0.73

0.57

9.51

13.9

9.31

13.5

18.0

5
17.5

21.9
5
21.2
3

25.5
7
24.8
4

28.8
7
28.3

31.3
4
0.17

33.8

31.8
4
31.6
7

34.4
3

34.9

0.47

α=100 α=150 α=200 α=250 α=300 α=350 α=400 α=450

bảng trên ta vẽ được đồ thì đặc tính đ ộng h ọc hình

thang lái lý thuyết và thực tế trong cùng một trục tọa độ

ĐỒ T H Ị ĐẶC T ÍN H ĐỘ N G H Ọ C H Ì N H T H A N G LÁ I
Lý thuyết

θ=15

Thực tế

θ=17

θ=18

40

35

30

β

25

20

15

10

5

0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

α
Hình 1.4. Đặc tính hình thang lái
Nhận thấy rằng độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và góc quay vòng lý
thuyết đều nhỏ hơn 1,50 trong phạm vi có thể quay vòng của bánh xe dẫn hướng
do đó các thông số của hình thang lái thỏa mãn
14


Với xe thiết kế là xe tải nên tỷ số truyền nằm trong khoảng 16  32. Vì ta
chọn idđ = 1 cho nên ig = 20,5 tức là khi góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng là
370 thì góc quay của vành tay lái là 7600.
Thời gian quay vòng tay lái là thời gian mà người lái ph ải quay vành tay lái t ừ
vị trí tận cùng bên trái sang tận cùng bên phải tức là quay vành tay lái đi m ột góc là
760  2 = 15200.
Nếu người lái đánh lái với vận tốc 1,5(v/s) thì th ời gian quay vòng là:

15200
t
 2,81( s )
1,5.3600
1.5. Tỷ số truyền hệ thống lái
1.5.1. Tỷ số truyền cơ cấu lái

Hình 1.5. Tỷ số truyền cơ cấu lái
Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của
đòn quay đứng.

ic 

d 

d  

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh xe
dẫn hướng. Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái ph ải quay vô
lăng nhiều hơn khi quay vòng.
Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quay
của vô lăng thì bánh xe phải quay được tối đa từ 35 0 đến 450 từ vị trí trung gian trở
đi. Trong phạm vi góc quay   /2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại
đảm bảo chính xác cao trong khi lái ôtô trên đường th ẳng v ới t ốc đ ộ cao và giúp lái
nhẹ nhàng vì đa số thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ quanh v ị trí trung gian.

15


Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo qui lu ật như th ế sẽ
giảm ảnh hưởng của những va đập từ bánh dẫn hướng lên vành lái.
Khi  > /2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu nh ư không
thay đổi. Ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn h ướng quay m ột
góc lớn giúp khả năng quay vòng của ôtô tốt hơn.
1.5.2. Tỷ số truyền dẫn động lái
Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn.
Trong quá trình bánh xe dẫn hướng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay
đổi. Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9  1,2
1.5.3. Tỷ số truyền của cả hệ thống lái
Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và l ực
đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng.
il 
pc 

Mc
c

pc
pl
, pl 

Ml
r

Trong đó:
Mc : momen cản quay vòng của bánh xe
c: cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cash từ tâm mặt tựa c ủa l ốp đ ến
đường trục đứng kéo dài.
M1 : Momen lái đặt lên vành tay lái
r: bán kính vành tay lái
il 

Mc r
.
c Ml

Bán kính vành tay lái ở da số ôtô hiện nay là 200  250mm và tỷ số truyền góc
ig không vượt quá 25 vì vậy il không được lớn quá, il hi ện nay ch ọn trong kho ảng
từ 10  30.
1.5.4. Hiệu suất thuận
Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truy ền từ trên tr ục lái xu ống. Hi ệu
suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thi ết kế h ệ th ống lái yêu c ầu ph ải hi ệu
suất thuận cao.

16


1.5.5. Hiệu suất nghịch
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên tr ục
lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên h ệ th ống chuy ển
động của ôtô sẽ không truyền đến bánh lái được vì chúng bị tri ệt tiêu b ởi ma sát
trong cơ cấu lái. Nhưng không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì khi đó
bánh lái xẽ không tự trả lại được về vị trí ban đầu dưới tác dụng của mômen ổn
định.
1.6. Kiểm tra bền hệ thống lái cũ của xe hyundai 2,5 tấn
1.6.1. Xác định chế độ tải trọng Plmax
- Lực tác dụng lên vành lái của ôtô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ôtô
tại chỗ với điều kiện xe ôtô chở đủ tải và đường xá có hệ s ố c ản lăn và h ệ s ố bám
ngang là lớn nhất .
- Lúc đó, mômen cản quay vòng trên tại các bánh xe dẫn hướng sẽ bằng tổng
số mômen cản chuyển động M1, mômen cản do các bánh xe trượt lê trên đường M 2,
và mômen cần thiết để làm ổn định dẫn hướng M 3, do các góc đạt bánh xe dẫn
hướng tạo nên.
Mômen cản lăn:
M1 = Gbx.f.a
Trong đó:
+ Gbx : tải tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng
Gbx = = = 6750 (N)

17


Hình 1.6. Khoảng cách tâm bánh xe dẫn hướng đến trụ đứng

Ta có:
B + 2(r.tgβ + a) = Bt

Bt  B  2.r.tg 
2
nên ta có: a =

Trong đó:
Bt : chiều rộng vết trước Bt = 1665 (mm);
B : khoảng cách giữa hai trụ đứng cầu dẫn hướng B = 1450 (mm);
r : bán kính tự do của bánh xe. Lốp áp suất cao
r = (B + ) . 25,4 (mm)
B : chiều rộng lốp B = 7 (inch);
D : đường kính vành bánh xe d = 16 (inch).
Nên ta có: r = 0,95.(7 + ) . 25,4 = 381 (mm)
β: góc nghiêng ngang trụ quay đứng β = 60.
Khi đó: a = = 67,4 (mm)
f : hệ số cản lăn ta xét trong trường hợp khi ô tô chạy trên đường xấu như đường
đất, đá sỏi (f = 0,04).
Vậy nên:
M1 = 6750.0,04.0,0674 = 18,2 (Nm)
Mômen cản ngang M2:
Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe, do sự đàn h ồi bên của l ốp, di ện tích
tiếp xúc giữa lốp với mặt đường sẽ bị quay tương đối với mặt phẳng bánh xe
- Điểm đặt của lực ngang Y sẽ dịch chuyển một đoạn x nào đó phía sau đ ối v ới
trục bánh xe. Thừa nhận x = 1/4 chiều dài của bề mặt tiếp xúc giữa lốp với đường

Hình 1.7. Lực ngang
Mô men cản do bánh xe trượt lê là:
18

M2 = Gbx . . x (Nm)
Với là hệ số bám ngang. Lấy = 0,85.
Vậy ta có:
M2 = 6750.0,85.0,05327 = 305,6 (Nmm)
Để làm ổn định các bánh xe dẫn hướng người ta làm các góc đặt bánh xe:
β: góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe;
: góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe;
: góc lệch của vết tiếp xúc của lốp với mặt đường so v ới m ặt ph ẳng gi ữa c ủa
bánh xe.
α: góc doãng của bánh xe dẫn hướng;
: góc chụm của bánh xe dẫn hướng.
Tất cả các góc này để làm ổn định cho hệ th ống lái nh ưng chúng làm xu ất
hiện mô men cản M3, việc tính toán mô men này tương đối phức tạp. Trong tính
toán giá trị mô men cản M3 được kể đến bởi hệ số χ.
χ: hệ số tính đến ảnh hưởng của M3 do cầu trước của ô tô bị nâng lên.
χ = 1,07 ÷ 1,15. Ta chọn χ = 1,1.
Như vậy:
Mc = (Nmm)
Do đó:
Mc = = 1020 (Nm)
Lực cực đại đặt lên vôlăng:

Plmax =

Mc
R v .i  .i d.t

Trong đó: Rv – bán kính của vành tay lái, Rv = 200 (mm)

i - tỉ số truyền của cơ cấu lái, i = 20,5
id : tỉ số truyền của dẫn động lái, id = 1
t : hiệu suất thuận của cơ cấu lái, t = 0,7
PLmax = 1020.

= 355 (N)

Kết luận: vậy lực cực đại đặt lên vành lái Plmax < [Pl] = 500 (N).
1.6.2. Kiểm tra bền trục lái
Kích thước trục lái:
19


- Đường kính trong: Dtl = 30 (mm)
- Đường kính ngoài: dtl = 17 (mm)

d

Hình 1.8. Trục lái
Trục lái được làm bằng ống thép, vật liệu làm trục lái là thép 35, không nhi ệt
luyện, có ứng suất tiếp xúc cho phép: [x] = 50  80 MN/m2
Ứng suất xoắn do lực trên vành lái sinh ra:

x =

Mx
Wx

=

Pl max.R v
Wx

Trong đó: Wx : là mômen chống xoắn của tiết diện tính toán

Wx = 0,2.

D4tl  d4tl
Dtl

Thay số vào công thức ta có:
355.0, 2
0, 2.0,03  0, 017
0, 03
x = x =

x = 14,65 (MN/m2)
 x < [x]
Kết luận: vậy trục lái đảm bảo độ bền.
1.6.3. Kiểm tra bền cơ cấu lái trục vít – con lăn
T : là lực chiều trục tác dụng lên răng trục vít, độ lớn:

Pl max.R v
T = r1.tg

20


Trong đó:
r1 : bán kính vòng tròn cơ sở của trục vít, r1 = 18,55 (mm)

 : góc nghiêng của đường ren trục vít,

Z1
 = arctg( q1 )
46,5
 q1 = 5 = 9,3

Chọn q1 theo trị số tiêu chuẩn ta có q1=10

1
  = arctg( 10) = 5,70.
93,7
.0,1 = 50512,13 (N)
 T = 0,01855

F : diện tích tiếp xúc với hai răng ăn khớp :
F = (1 – sin1).r12 + (2 – sin2).r22
Trong đó:
r1 : bán kính vòng chia của trục vít, r1 = 53,91 (mm)
r2: bán kính vòng chia của con lăn, r2 = 16,15 (mm)
1 : góc cung tiếp xúc của trục vít với con lăn, 1 = 700
2 : góc cung tiếp xúc của con lăn với trục vít, 2 = 840
thay số vào ta có:
F = ( 700 – sin700 ). 53,912 + (840 - sin840). 16,152
 F = 942,72 .10- 6 (m2).
Thay số vào ta có:

50512
,13
6

cd = 942,72.10 = 53,58 (MN/m2).
 cd < [cd]
21


Kết luận : vậy trục vít đảm bảo độ bền tiếp xúc.
1.6.4. Kiểm tra đòn quay đứng
Khi quay vành lái, trục đòn quay đứng chịu mômen l ớn nhất so v ới tất c ả các
chi tiết của hệ thống lái. Lực cản quay vòng của các bánh xe d ẫn h ướngph ụ thu ộc
vào phần trọng lượng của xe đặt lên trục trước, kích thước lốp, bánh xe quay vòng
và nhiều nhân nhân tố khác, vì vậy mômen truy ền từ c ơ cấu lái t ới cam quay bánh
xe dẫn hương sẽ khác nhau đối với những xe khác nhau.
Đòn quay được nối với dẫn động lái nhờ các kh ớp cầu và n ối v ới tr ục c ơ c ấu
lái bằng then hoa hình tam giác.
Vật liệu làm chế tạo đòn quay đứng là thép 35X, có ứng su ất u ốn cho phép:
[u] = 700 (MN/m2),

 σ u   700233,33(MN / m2 )
3

Ứng suất xoắn cho phép [] = 80 (MN/m2).
Sơ đồ tính toán đòn quay đứng:

I

b1

a1
I

l1

L1

c1

Q1

Hình 1.9. Đòn quay đứng
- Chiều dài: L1 = 200 (mm)
- Khoảng cách từ điểm đặt lực tại tâm chốt cầu đến tiết di ện nguy hi ểm I-I: l 1
= 155 (mm).
- Tiết diện tính toán: hình elíp có kích thước:a1= 35 (mm);b1 = 20(mm).
- Cánh tay đòn của đòn quay bị xoắn c1 = 31 (mm)
22


Lực cực đại tác dụng lên đòn kéo dọc thường không vượt quá 1/2 tr ọng lượng

Gbx
tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng: Q1  2 , do đó ta sẽ chọn lực Q1 lớn hơn
trong hai lực tính theo các công thức dưới đây để tính toán:

Gbx 13500
Q1 = 2 = 2 = 6750 (N).
Q1 =

Pl max.R v .i  .t
L1

355.0, 2.20,5.0, 7
0, 2
=
= 5094 (N).

Vậy đòn quay đứng thoả mãn điều kiện bên uốn.
*Kiểm tra bền đòn quay đứng theo xoắn:
Đòn quay đứng bị xoắn do mômen Q1.c1 gây nên.

τ

Mx
Q .c
5094.0, 031
 1 12
Wx π.a1.b1 3,14.0,35.0, 004
16
16 =
= 67,02 (MN/m2).
 < []

Vậy đòn quay đảm bảo độ bền xoắn.
Kết luận: đòn quay đứng đảm bảo bền.
1.6.5. Kiểm tra bền các thanh kéo
Đòn kéo dọc chịu lực kéo nén dưới tác dụng của lực Q đã tính ở trên và có trị số là
6750(N). Đòn kéo dọc có tiết diện tròn rỗng đường kính ngoài là 25 (mm) và đường kính
trong là 17 (mm).
Ứng suất kéo nén được tính theo công thức:

Trong đó:

F: là diện tích tiết diện của đòn.
 .( D2  d 2 )
4
F=
= = 263,7 (mm2)

= = 25,6 (MPa)
23


Hình 1.10: Tiết diện thanh kéo
Đòn kéo dọc được chế tạo từ thép CT30 có:
= 40 (MPa)
Tính ổn định của thanh kéo dọc bằng cách tìm lực tới hạn Pth:

 2 .E.J min
Pth 
2
 .l 
Trong đó:
E : mô đun đàn hồi khi kéo E = 2.105 (MPa);
: hệ số liên kết với khớp cầu = 1;
l : chiều dài thanh kéo dọc l =720 (mm);
Jmin : mô men quán tính tiết diện thanh ta có:

J min 

 .( D 4  d 4 )
64

Ở đây:
D là đường kính ngoài thanh kéo dọc D = 25 (mm);
d là đường kính trong thanh kéo dọc d = 17 (mm).
Jmin = = 15067 (mm4)
Vậy:
Pth = = 57310 (N)
Hệ số dự trữ ổn định:

 n   1,8 �3,0
57310
n = = 6750 = 8,5

Như vậy đòn kéo dọc đảm bảo độ bền.

24


Hình 1.11: Sơ đồ lực tác dụng

N

Pp .c
e



Gbx.mp . .c
e

Đòn kéo ngang được tính theo sức bền kéo nén, ổn định của thanh kéo dọc. Thanh

kéo dọc chịu nén dưới tác dụng của lực N, lực N là lớn nhất khi lực phanh sinh ra là lớn
nhất. Lực phanh

Ppmax

lớn nhất được tính theo công thức:

Ppmax = m1p .G1.
Trong đó:
G1 : tải trọng đặt lên cầu trước trong trạng thái tĩnh G1 = 13500 (N);
m1p : hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu trước khi phanh m1p = 1,4;
: hệ số bám giữa lốp và mặt đường = 0,75.
Ppmax = 1,4.13500.0.75 = 14175 (N)
Lực tác dụng lên đòn ngang được tính theo công thức:

N

Pp max .c
e

Trong đó:

1665  1450
2
c, e là các kích thước trên hình vẽ với e = 130 (mm), c ==
= 107,5 (mm)
Vậy nên:

14175.107,5
130

N=
= 9813,5 (N)
Đòn kéo ngang được chế tạo bằng thép ống CT30 có:
25