Chuong 6 hệ thống lái

Chương VI

HỆ THỐNG LÁI
6.1-CÔNG DỤNG,PHÂN LOẠI, YÊU CẦU
6.2-CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM ViỆC CỦA HT LÁI
6.3-CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG LÁI
6.4-CƠ CẤU LÁI
6.5-DẪN ĐỘNG LÁI
6.6-TRỢ LỰC LÁI
6.67-TÍNH TOÁN HTL.
*
1


6.1-CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI
6.1.1-Công dụng:
Để thay đổi phương chuyển động của ô tô;
Để giữ đúng phương chuyển động của ô tô theo ý muốn của lái xe.
6.1.2-Yêu cầu:
- Luôn duy trì tỷ số giữa các góc quay của b/x dẫn hướng (cotg cotg =B0/L).
- Với hệ thống lái có trợ lực: đảm bảo mối quan hệ động học và
động lực học quay vòng đúng giữa vành lái và b/x dẫn hướng.
Yêu cầu được đảm bảo nhờ bộ phận trợ lực có tính chất tùy động .

-

Điều khiển nhẹ nhàng và có tính cơ động cao

(nhờ việc lựa chọn hợp lý tỷ số truyền động học và lực học;  của HTL);

6.1.3- Phân loại:

- Theo cách bố trí vành lái:
+ Vành lái bên phải;
+ Vành lái bên trái.

*

2


Theo đặc điểm kết cấu cơ cấu lái;
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít ( trục vít lõm-con lăn; trục vít lõm-cung răng);
+ Cơ cấu lái loại vít: vít-đai ốc chứa bi-cung răng-thanh răng;
+ Trục vít-đòn quay.
- Theo đặc điểm kết cấu dẫn động:
+ Theo phương pháp dẫn động b/x dẫn hướng:
* Dẫn động riêng biệt;
* Dẫn động chung cho cả 2 b/x dẫn hướng.
+ Theo kết cấu hình thang lái:
* Hình thang lái liền;
* Hình thang lái phân chia;
+ Theo cách bố trí hình thang lái:
* Bố trí trước dầm cầu;
* Bố trí sau dầm cầu;
* Bố trí hỗn hợp.
- Theo đặc điểm trợ lực lái:
+ Trợ lực thủy lực;
+ Trợ lực điện;
+ Trợ lực khí nén, trợ lực cơ khí.
-

*
3


Cấu tạo và nguyên lý làm việc.

Cấu tạo:
- Cơ cấu lái;
- Dẫn động lái;
- Trợ lực lái, nhằm:
+ Giảm nhẹ quá trình điều khiển;
+ Giảm tải trọng va đập tác dụng
lên vành lái;
+ Tăng an toàn chuyển động.
*

4


Các chi tiết chính:
1- Cơ cấu lái (hộp tay lái);
2- Trục lái đứng (trụ lái có ốp tay
lái);
3- Vành lái;
4- Trục bánh xe dẫn hướng;
5- Đòn lái bên;
6- Thanh lái ngang.
7- Đòn lái xiên;

8- Thanh lái dọc;

9- Đòn lái đứng (Trục đứng ;
Hình thang lái:
-Dầm cầu trước;
-2 đòn lái bên (5),
-Thanh lái ngang (6).
*

5


Nguyên lý làm việc

•Truyền lưc điều khiển của ngưới lái trực
tiếp đến bánh xe dẫn hướng;
•Đảm bảo cho bánh xe dẫn hướng quay
theo một góc đã định.


6.3-CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG LÁI.
Để đánh giá HTL, sử dụng các thông số:
- Tỷ số truyền động học và tỷ số truyền lực của hệ thống lái (gồm của
cơ cấu lái và của dẫn động lái);
- Hiệu suất của hệ thống lái.
- Khe hở ăn khớp trong hệ thống lái;
6.3.1-Tỷ số truyền động học và tỷ số truyền lực của dẫn động.
a- Tỷ số truyền động học của dẫn động:
id_ tỷ số giữa vi phân góc quay của đòn lái đứng (ddl ) với vi phân
nửa tổng góc quay ( và ) của các b/x dẫn hướng:

i

d



d

dl

   
d

 2 

b- Tỷ số truyền lực của dẫn động lái:
ild_tỷ số giữa mô men cản quay vòng ( Mcbx) của b/x dẫn hướng và
mô men cản quay vòng trên trục đòn lái đứng (Mctđl ).

i ld 

M
M

cbx
ctdl

7


i

– phụ thuộc vào sơ đồ dẫn động lái và vị trí các thanh lái.
c-Tỷ số truyền động học cơ cấu lái (tỷ số truyền góc của cơ cấu lái):
icc-là tỷ số giữa vi phân góc quay vành lái (dvl ) và vi phân góc
quay đòn lái đứng (ddl ).
ld

i cc 

d
d

vl
dl

i

 Tỷ số truyền động học của hệ thống lái ht :

i ht  i d.i cc 

d

dl

   
d

2




. d  vl

d

Với cơ cấu lái kiểu hiện đại, iht thường bằng:
- Với ô tô du lịch: 13 – 22;
- Với ô tô vận tải: 20 – 25.

dl

*
8


Tỷ số truyền hợp lý của cơ cấu lái

9


6.3.2- Hiệu suất của hệ thống lái
Hiệu suất (l ) của hệ thống lái được đánh giá bằng tích:
l = cc .dd
l= 0,67  0,82 khi truyền lực từ vành lái b/x dẫn hướng (l thuận);
l= 0,58  0,63 khi truyền lực từ b/x dẫn hướng  vành lái (l nghịch).
dd được đánh giá bằng tổn thất do ma sát trong các khớp quay ở các
thanh lái và b/x dẫn hướng.
Nếu bỏ qua ma sát trong các khâu (ổ bi , khớp cầu…), và coi tổn thất
của hệ thống chính là tổn thất trong cơ cấu lái, thì:

+ Hiệu suất thuận:


 M
t

+ Hiệu suất nghịch:

 M
n

vl

M

M

vl



r1

 M r2

M



 1  M r1

M

vl

 1 M r2

M



Trong đó:
Mr1 - Mô men ma sát trong cơ cấu lái quy dẫn về trục vành lái;

*
10


Mr2 - mô men ma sát trong cơ cấu lái quy dẫn về trục đòn quay đứng;
Mvl - mô men xoắn tác dụng trên vành lái;
M- mômen đặt vào trục đòn quay đứng được truyền từ b/x dẫn hướng
Nhận xét:
- Để lái xe điều khiển nhẹ nhàng, t càng lớn càng tốt;
- Mặt khác, khi n lớn, => tính chất tự hãm của cơ cấu lái , => lực va
đập truyền lên vành lái lớn.
Ngược laị, nếu n nhỏ => giảm được va đập truyền từ mặt đường
không bằng phẳng lên vành lái. Nhưng lại làm  khả năng chuyển
động ổn định (do Mc của b/x dẫn hướng , b/x dẫn hướng khó tự trở
về vị trí trung gian).
t.e: + Để  tính ổn định của b/x dẫn hướng và cảm giác của lái xe với

mặt đường: cần  n;
+ Để  va đập từ đường lên vành lái: cần  n;
=>Trong thiết kế: chọn n thích hợp!
Khi trong hệ thống lái có trợ lực, những yêu cầu đặt ra về n
không đòi hỏi khắt khe! (*)
11


6.3.3- Khe hở ăn khớp của hệ thống lái.
Khe hở trong các khâu của hệ thống lái cần trong giới hạn thấp nhất
cho phép để không ảnh hưởng đến sự làm việc của b/x dẫn hướng.
- Khi làm việc, bề mặt các cặp chi tiết bị mài mòn (đặc biệt ứng với vị
trí xe đi thẳng) =>tại vị trí này, khe hở ăn khớp là nhỏ nhất (0) và
tăng dần sang 2 phía ( 25  35)0.
min tại vị trí trung gian:
+ Làm tăng độ nhạy điều khiển ;
+ Quá trình điều khiển được chính xác khi ô tô chạy trên đường tốt,
tốc độ cao.

- Quy luật thay đổi  để khi điều
chỉnh, bù trừ được sự mài mòn ở
max
phần giữa mà không gây kẹt khi
quay vòng về 2 phía.
min
+
(
-
-

Quy trình điều chỉnh?)

-góc quay trục đòn lái đứng.
12


6.4- Đặc điểm kết cấu một số loại cơ cấu lái.
6.4.1-Một số yêu cầu cơ bản
- Cơ cấu lái phải có tỷ số truyền lớn để điều khiển nhẹ nhàng ;
Khi i lớn, =>  thời gian quay vòng;*
Để  va đập lên vành lái, sử dụng cơ cấu lái có icc thay đổi.**
- Cơ cấu lái phải điều chỉnh được trong quá trình sử dụng để khôi
phục lại khe hở ăn khớp ban đầu.
Kết cấu cơ cấu lái các ô tô hiện đại được chia thành 3 loại:
+ Loại trục vít;
+ Loại vít;
+ Loại bánh răng.
6.4.2- Cơ cấu lái loại trục vit.
*

13


6.4.2- Cơ cấu lái loại trục vit
Sử dụng phổ biến là loại trục vít lõm – con lăn (globoit).
Trục vít lõm (gối trên 2 ổ bi ) ăn khớp con lăn
=> giảm được tổn thất do ma sát,
=> giảm mài mòn chi tiết;
=> luôn đảm bảo ăn khớp khi góc quay vành lái lớn.
Đặc điểm kết cấu trục vít:

+ ăn khớp với con lăn có 3 đầu răng =>  áp suất trên bề mặt,
+ gối trên 2 ổ bi côn-nón,
+ có then hoa nối với trục vành lái, +

+ bộ đệm 8 để điều chỉnh 2 ổ bi.
+ Trục đòn lái đứng gối trên 2 bạc đồng
+ Đòn lái đứng bắt vào phần then hoa;
+ Con lăn lắp vào trục qua 2 ổ bi kim;
+ Kết cấu điều chỉnh khe hở ăn khớp;
+ Tâm trục con lăn-trục vít lệch góc  .
14


Cơ cấu
lái loại
trục vit

15


Ví dụ: cơ cấu lái xe Fiat Spider.

Có thể điều chỉnh được nhiều lần khe hở ăn khớp.
Độ lệch tâm giữa trục vít lõm và trục con lăn:   5-7 mm.

16


b-Loại trục vít hình trụ-cung răng bên

Trục vít gối trên 2 ổ bi côn, có đệm điều chỉnh;
Cung răng bên làm liền với trục đòn lái đứng (gối trên 2 ổ bi kim);
Khe hở ăn khớp của bộ truyền được thiết kế sao cho:
+ nhỏ nhất ở vị trí trung gian;
+ tăng dần về 2 phía quay vòng.
Đệm 15 xác định khe hở tối thiểu trong bộ truyền.
Mục đích kết cấu:
Để trục vít-cung răng luôn tiếp xúc theo đường =>
cung răng luôn chịu tải => áp suất trên mặt răng (sử dụng ở xe tải).
-

*

17


c -Cơ cấu lái loại vít-đai ốc-thanh răng –cung răng.

Trục vít hướng răng trái, vặn vào đai ốc 5 của thanh răng 3;
Trục đòn lái đứng 25 có cung răng 19 ăn khớp với thanh răng 3;
Thanh răng 3 còn đóng vai trò là piston của xilanh lực 2;
Vít 22 để điều chỉnh khe hở ăn khớp của cung răng-thanh răng.
Ưu điểm của kết cấu:
18


c -Cơ cấu lái loại vít-đai ốc-thanh răng –cung răng.

19

-

-

Do ma sát trượt ở trục vít được thay thế hoàn toàn bằng ma sát lăn
=> hiệu suất cao:
t= 0,7 – 0,75
n = 0,85 – 0,9.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái là hằng số:

i

cc



d  vl

d  cc



2 R 0 cos  2
t.Z 1 cos 

1

R0-bán kính vòng lăn của cung răng; Z1-số đầu ren trục vít; t-bước ren
trục vít;  1,  2- góc nghiêng ren trục vít và của cung răng.

- Để đảm bảo thay đổi khe hở ăn khớp giữa cung răng – đai ốc:
+ Răng của thanh răng và cung răng được cắt nghiêng 1 góc (7,50);
+ Chế tạo chiều dày răng > chiều dày tiêu chuẩn và cho giảm dần
(theo chiều dài) từ giữa ra ngoài.
Vì khe hở giữa đai ốc và trục vít không điều chỉnh được nên tuổi thọ và
độ tin cậy làm việc của cơ cấu được đảm bảo nhở việc chế tạo
chính xác rãnh bi và lắp ghép chọn với các viên bi.

20


D-Cơ cấu lái loại thanh răng-bánh răng

1.cơ cấu lái; 2-thanh răng; 3- bánh răng; 4-thanh răng; 5-vỏ cơ cấu lái.
khớp cầu 9 bắt vào cam quay vòng b/x dẫn hướng;
Để bánh răng luôn ăn khớp với thanh răng, phía dưới thanh răng có
nắp và kết cấu lò xo.
Khi quay vành lái, bánh răng 3 làm dịch chuyển thanh răng 4 để truyền
lực cho các thanh kéo 8 đến b/x dẫn hướng.
kết cấu này chỉ sử dụng trên ô tô du lịch: k/c gọn, có lợi khi với trợ lực
thủy lực nhưng tỷ số truyền nhỏ.
21


6.5- Dẫn động lái
Dẫn động lái bao gồm hệ thống các thanh, đòn kéo để truyền lực từ cơ
cấu lái đến bánh xe dẫn hướng và để đảm bảo mối quan hệ động
học đúng khi quay vòng.
Hình thang lái là 1 bộ phận quan trọng của dẫn động lái.
6.5.1-Các sơ đồ dẫn động lái đơn giản.

22


23


Dẫn động lái có trợ lực trên ô tô Auđi 100

24


6.5.1- Kết cấu các khớp nối dẫn động lái
Kết cấu quan trọng nhất trong
dẫn động lái là khớp cầu:
+ triệt tiêu các khe hở trong
mối ghép
+ giảm va đập từ đường lên
vành lái.
Có nhiều loại, kết cấu khác
nhau chủ yếu ở bộ phận để
bù trừ mài mòn các bề mặt
làm việc.
- Khớp trên thanh lái ngang:
tự điều chỉnh (hình б, в);
- Khớp trên đòn lái đứng,
dọc: định kỳ điều chỉnh (a).
Hướng tác dụng của lò xo:
theo chiều trục của chốt
hoặc theo phương t/tuyến.

Sức căng lò xo:

P lx 

1G
2g

J

G.Trọng lượng thanh kéo; Jmax.Gia
tốc thẳng đứng khối lượng phần
không treo của ô tô

max

25