Tải bản đầy đủ (.pdf) (43 trang)

Bài tập lớn Sức bền vật liệu SVTH. Nguyễn Văn A

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (881.56 KB, 43 trang )

GVHD: TS.
Bài tập lớn môn học SBVL

HVTH: Nguyễn Văn A

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ
HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG LÁI XE Ô TÔ.
1.1 ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA HỆ
THỐNG LÁI XE Ô TÔ
1.1.1. Công dụng, yêu cầu, cấu tạo, đặc trƣng cơ bản của hệ thống lái xe ô tô
1.1.1.1 Công dụng
Hệ thống lái ô tô dùng để duy trì hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô.
1.1.1.2 Các phƣơng pháp chuyển động
- Quay mặt phẳng bánh xe dẫn hướng. Đây là phương án phổ biến được áp
dụng trên xe ô tô hiện nay.
- Tạo ra vận tốc khác nhau giữa các bánh xe bên phải và bên trái.
- Gấp thân xe.
1.1.1.3 Yêu cầu
- Đảm bảo khả năng quay vòng với bán kính quay vòng càng nhỏ càng tốt.
- Đảm bảo được động học quay vòng. Các bánh xe phải lăn trên các đường
tròn đồng tâm.
- Điều khiển nhẹ nhàng. Lực và hành trình điều khiển phải ứng với mức độ
quay vòng.
- Các bánh xe dẫn hướng có tính ổn định cao khi chuyển động thẳng.
- Giảm lực va đập từ bánh xe lên vánh lái.
- Các bánh xe dẫn hướng phải có động học phù hợp giữa hệ thống lái và hệ
thống treo.
1.1.1.4. Cấu tạo: ( Hình 1.1.1.4)
14



GVHD: TS.
Bài tập lớn môn học SBVL
Vành lái:

HVTH: Nguyễn Văn A

Vành tay lái (1) có hình tròn, lực của người lái tác dụng lên vành tay lái tạo ra
mô men quay để hệ thống lái làm việc . Mô men tạo ra trên vành tay lái là tích số
của lực lái do người lái tác dụng vào và bán kính của vành tay lái

1. Vành tay lái;
2. Trục lái;
3.Ống bọc trục lái;
4. Cơ cấu lái;
5. Đòn quay đứng;
6. Trụ đứng;
7. Đòn quay ngang;
8. Thanh bên hình thang lái;
9. Khớp nối;

Hình 1.1.1.4 Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái.

10. Thanh ngang hình thang lái;
11. Đòn kéo dọc.
Trục lái:
- Trục lái (2) thường là một đòn dài (rỗng hoặc đặc) để truyền mô men quay từ
vành tay lái đến cơ cấu lái.
- Trục lái gồm có: Trục lái chính truyền chuyển động quay từ 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 được gia công ren và then hoa để lắp vô

lăng lên đó và được giữ chặt bằng một đai ốc.
Cơ cấu lái
15


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
Cơ cấu lái (4) có nhiệm vụ biến chuyển động quay của vành tay lái thành
chuyển động lắc của đòn quay đứng trong mặt phẳng đứng và đảm bảo tỉ số truyền
theo yêu cầu cần thiết. Cơ cấu lái được bắt chặt trên xà dọc (phần được treo của ô
tô). Cơ cấu lái liên kết với vành tay lái qua trục lái.
Đòn dẫn động
Dẫn động lái gồm có đòn quay đứng (5), trụ đứng (6), đòn quay ngang (7),
đòn kéo dọc (11). Là phần liên kết từ cơ cấu lái tới các hình thang lái, dùng để
truyền lực từ cơ cấu lái (và trợ lực lái) đến hình thang lái, đảm bảo tỉ số truyền nhất
định và đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng có thể quay vòng với các góc khác
nhau phù hợp với động học quay vòng của ô tô.
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 hướng nhờ vào các kích thước của các thanh lái ngang, cánh bản lề và
các góc đặt phải xác định.
Đối với hệ thống lái của hệ thống treo độc lập chỉ khác so với hệ thống lái
của hệ thống treo phụ thuộc ở phần dẫn động lái. Với những xe ô tô có sử dụng trợ
lực lái về cơ bản cũng không khác nhiều so với cấu tạo chung. Chỉ có thêm một số
cụm chi tiết tương ứng với việc sử dụng loại trợ lực nào.
1.1.2 Phân loại
Tùy thuộc vào yếu tố căn cứ để tiến hành phân loại, hệ thống lái được chia
thành các loại sau:

1.1.2.1 Theo cách bố trí vành lái
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái .
16


GVHD: TS.
Bài tập lớn môn học SBVL
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải.

HVTH: Nguyễn Văn A

1.1.2.2 Theo số lƣợng cầu dẫn hƣớng
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước.
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau.
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở nhiều cầu.
1.1.2.3 Theo kết cấu của cơ cấu lái
- Cơ cấu lái loại trục vít- cung răng.
- Cơ cấu lái loại trục vít- con lăn.
- Cơ cấu lái loại trục vít- chốt quay.
- Cơ cấu lái loại trục răng- thanh răng.
- Cơ cấu lái loại liên hợp.
1.1.2.4 Theo bộ phận trợ lực
- Hệ thống lái có trợ lực.
- Hệ thống lái không có trợ lực.
1.1.3 Nguyên lý hoạt động chung
Khi người lái quay vành tay lái để điều khiển xe qua cơ cấu lái (4) làm cho
đòn quay đứng (5) quay một góc thông qua đòn kéo dọc (11) và đòn quay ngang
(7) làm bánh xe dẫn hướng bên trái dịch chuyển qua các đòn thanh bên (8) và thanh
lái ngang hình thang lái (10) làm cho bánh xe dẫn hướng bên kia cũng dịch chuyển
quanh trụ đứng (6), thực hiện quay vòng xe theo ý muốn của người lái.

1.2. ĐẶC ĐIỂM, KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
LÁI XE ZIL-131.
1.2.1 Dẫn động lái :
17


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
Dẫn động lái cơ khí gồm : Vành lái, trục lái, vỏ trục vành lái, đòn quay đứng,
đòn kéo dọc, thanh bên hình thang lái, thanh ngang hình thang lái, cam quay, đòn
quay ngang, các khớp nối (rô tuyn), trục các đăng .
1.2.1.1 Vành lái (Hình 1.2.1.1):

Hình 1.2.1.1 Kết cấu vành lái, vỏ trục lái
1- Đai ốc; 2- Đệm hãm; 3- Phớt làm kín; 4- ổ bi; 5- Cọc lái; 6- Vách ngăn; 7Trục lái; 8- ổ bi; 9- Vành hãm; 10- Then bán nguyệt; 11- Dây còi; Đai
Vành lái là một vành tròn, có cốt thép và đựơc bọc nhựa, vành lái lắp với trục
vành lái bằng mối ghép then và mối ghép ren, ở giữa vành lái có bố trí công tắc còi
(núm còi).
1.2.1.2 Trục vành lái (Hình 1.2.1.1):
Trục vành lái làm bằng thép bên trong rỗng và được gối trên 2 ổ bi cầu, bên
trong luồn trục dây còi, trục vành lái được đặt trong vỏ trục vành lái và được bắt
với trục các đăng lái thông qua mối ghép then (chốt ngang).
1.2.1.3 Trục các đăng (Hình 1.2.1.3):

18


GVHD: TS.
Bài tập lớn môn học SBVL


HVTH: Nguyễn Văn A

Hình 1.2.1.3 Kết cấu trục các đăng lái
1- Nạng các đăng; 2- Vòng hãm; 3- Trục chữ thập; 4- ổ thanh lăn kim; 5Vòng làm kín; 6- Nạng; 7- Phớt; 8- Vòng chặn; 9- Đai ốc kẹp; 10- Vỏ các đăng.
Là một trục làm bằng thép ở 2 đầu có 2 khớp các đăng với các vòng bi kim
(khớp chữ thập), trục các đăng gồm 2 phần trục ghép với nhau bằng then hoa, khớp
then hoa này cho phép dịch chuyển dọc trục tương đối giữa hai phần.
1.2.1.4. Đòn quay đứng:
Đòn quay đứng được lắp trên then hoa của trục cung răng và được bắt chặt
bằng đai ốc, để hãm cho đai ốc không tự nới lỏng trong quá trình làm việc thì trên
đai ốc và trục của chốt cầu có gia công vị trí để lắp chốt chẻ ở các đầu mút của
thanh kéo.
1.2.1.5.Thanh kéo dọc: Là một chi tiết dạng ống cầu, một đầu được nối với
đòn quay đứng, đầu còn lại được nối với đòn quay ngang thông qua các khớp nối,
các khớp nối này được bôi trơn bằng mỡ thông qua các vú mỡ. khớp nối hình cầu
bên ngoài được bắt bằng đai ốc và được hảm bằng chốt chẻ.( Hình 1.2.1.5)
1- Bạc chốt cầu; 2- Nắp
của bạc chốt cầu; 3- Đai ốc;
4- Chốt chẻ; 5- Đệm vòng
chắn dầu; 6- Lớp che đệm;
A- Khoang chứa mỡ; 7- Lò
xo; 8- Chốt cầu.
19


GVHD: TS.
Bài tập lớn môn học SBVL

HVTH: Nguyễn Văn A


Hình 1.2.1.5 Khớp cầu dẫn động lái của thanh kéo dọc.
1.2.1.6. Kết cấu khớp cầu dẫn động lái (Hình 1.2.1.6):

Hình 1.2.1.6 Khớp cầu dẫn động lái.
1- Chốt cầu; 2- Thanh kéo; 3- Vú mỡ; 4- Lò xo; 5- Nắp; 6- Vòng hãm; 7,11
Đệm làm kín; 8- Áo bọc; 9,10,13- Đệm; 12- Ống cao su bảo vệ.
Lò xo 7 sẽ ép các đệm của khớp 1 vào chốt câu 8, do đó độ rơ ở đây luôn luôn
bằng không(cả trong trường hợp do chốt cầu và hai đệm bị mòn sau một thời gian
làm việc). Lo xo 7 được ép nhờ nút có ren 3. Các lò xo này được bố trí trong các
khớp của dẫn động lái, nó còn có tác dụng giảm được tải trọng va đập tác động lên
các đòn kéo từ hai phía và giảm mòn cho cốt cầu và miếng đệm.
1.2.1.7. Đòn lái ngang: Cũng là một chi tiết dạng ống có kết cấu để điều
chỉnh độ chụm bánh xe, hai đầu của đòn kéo ngang được nối với hai thanh bên hình
thang lái thông qua các khớp cầu (Hình 1.2.1.7).

20


GVHD: TS.
Bài tập lớn môn học SBVL

HVTH: Nguyễn Văn A
1- Đệm đầu đòn ngang
phía trước; 2- Đệm đầu
đòn ngang phía sau; 3Đệm đầu đòn lái ngang
bên trái; 4- Nắp đầu đòn
ngang; A- Khoang chứa
mỡ; B- Kích thước.


Hình 1.2.1.7 Kết cấu khớp cầu dẫn động lái của thanh lái ngang.
Chốt có dạng cầu luôn ép vào các đệm nhờ lực lò xo và được che kín bằng nắp
(4). Đầu đòn lái ngang (3) được liên kết với đòn nhờ mối ghép ren dùng để điều
chỉnh độ chụm của bánh xe dẫn hướng.
* Ƣu nhƣợc điểm của dẫn động lái:
- Ƣu điểm:+ Đảm bảo động học cho hình thang lái.
+ Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo.
+ Chăm sóc bảo dưỡng, sửa chữa, điều chỉnh dễ dàng
+ Có độ bền, độ tin cậy cao.
+ Nhập tắt được các dao động từ mặt đường lên vành tay lái.
- Nhƣợc điểm:
+ Các khớp và đệm khớp cầu hay bị mòn.
+ Bạc trục đòn quay đứng hay mòn.
+ Do làm mềm va đạp từ mặt đường lên vành tay lái nên ảnh hưởng
đến ổn định chuyển động không tốt (do các lò xo ở khớp cầu tạo ra)
1.2.2 Trợ lực lái:
Trợ lực lái ôtô ZIL-131 là trợ lực lái thuỷ lực có áp suất cao 65 KG/cm2 nên
hiệu quả trợ lực cao, thời gian chậm tác dụng ngắn song yêu cầu độ chính xác và
21


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
công nghệ chế tạo cao. Trợ lực lái bao gồm : bơm dầu, bầu chứa dầu, van phân
phối và các đường ống dẫn dầu.( Hình 1.2.2).
1.2.2.1 Cấu tạo trợ lực lái:
- Bơm dầu : Là nguồn cung cấp năng lượng. Là loại bơm dầu rôto cánh gạt
tác dụng kép, bơm được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ đốt trong nhờ bộ
truyền đai thang. Ở phía sau của bơm dầu có van an toàn (17), khi áp suất dầu trên

đường dầu chính lớn hơn áp suất dầu quy định thì van an toàn sẽ mở ra để dầu từ
đường dầu chính trở về bầu chứa đảm bảo an toàn cho các đường ống dẫn dầu và
trợ lực lái.

Hình 1.2.2 Kết cấu bơm dầu.
1- Bánh đai; 2- Ống lọc dầu; 3- Thân trước; 4- Ổ bi; 5- Phớt làm kín; 6- Trục
bơm; 7- Ổ lăn trụ; 8- Thân giữa; 9- Rôto; 10- Đĩa phân phối; 11- Thân sau; 1222


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
Van an toàn bầu lọc; 13- Tiết lưu; 14- Cánh gạt; 15- Lò xo; 16-Đế van an toàn lưu
lượng; 17- Đế van an toàn áp suất; 18- Đáy bầu chứa dầu; 19- Bầu chứa dầu; 20Đệm nắp bầu chứa; 21- Lưới lọc; 22- Van thông áp; 23- Nắp bầu dầu; 24- Đệm
nắp bầu dầu 25- Đai ốc tai hồng; 26- Đệm làm kín; 27- Gioăng làm kín; 28- Đệm
bầu lọc; 29- Đệm; 30- Ống lót côn; 31- Ông dầu ra hệ thống; 32- Ống dẫn dầu về.
- Bánh đai: (1) Được bắt với trục của bơm bằng then bán nguyệt và đai
ốc hãm.
- Trục bơm:Trục bơm quay trên hai ổ bi (một ổ bi cầu và một ổ bi đũa).
- Rôto: (9) Của bơm được nối với trục bơm (6) bằng then hoa, trên rôto có 10
rãnh để lắp các phiến gạt.
- Stato: (8) Có biên dạng ô van, trên stato có các đường dầu vào, các đường
dầu ra và lỗ chốt định vị đĩa phân phối, trên stato có dấu để lắp ráp và để lắp đúng
stato.
-Đĩa phân phối: (10) được ép vào giữa stato và nắp của bơm bằng các bulông
thông qua van an toàn áp suất và van an toàn lưu lượng, trên đĩa có các rãnh để
cung cấp dầu đi vào cơ cấu lái, đường dầu về bầu chứa thông qua van lưu lượng, và
một đường dầu quay về cửa hút.
- Bầu chứa dầu: Bầu chứa dầu đặt trên bơm dầu trong bầu chứa có 2 lưới lọc,
một lưới đặt ở phía trên gần nắp để lọc dầu khi đổ dầu vào bình chứa, một lưới lọc

đặt sau đường dầu về để lọc dầu khi dầu từ xilanh trợ lực hồi về bầu chứa, lưới lọc
này có đặt một van an toàn để nếu lưới lọc bị tắc thì van an toàn sẽ tự động mở ra
dưới tác dụng của áp suất dầu để cho dầu trở về bầu dầu bảo đảm an toàn cho hệ
thống. Để giữ ổn định nhiệt độ của dầu trong bộ trợ lực lái người ta còn làm một
két mát nhằm làm mát dầu trợ lực
1.2.2.2. Nguyên lý làm việc(Hình 1.2.2.2):

23


GVHD: TS.
Bài tập lớn môn học SBVL

HVTH: Nguyễn Văn A

Hình 1.2.2.2 Nguyên lý làm việc của bơm dầu.
Khi động cơ làm việc qua dây đai làm cho buly quay làm cho trục bơm và
roto quay nhờ sức văng ly tâm làm cho các cánh gạt tỳ sát vào buồng bơm, dầu từ
bầu chứa qua phần thân bơm và khoang hút của bơm, các cánh gạt, gạt dầu từ
khoang hút ra khoang xã qua đĩa phân phối cung cấp cho hệ thống, một lượng dầu
qua đĩa phân phối quay trở lại roto. Khi tốc độ động cơ tăng đột ngột làm tốc độ
bơm trợ lực tăng đột ngột lúc này dầu ở cửa ra vượt quá lưu lượng cho phép (810)lít /phút, làm cho dầu khoang tăng áp lớn đẩy mở van thuận đưa dầu thẳng về
bầu chứa. Khi trên đường ống của hệ thống bị tắc áp suất dầu tăng lúc này van
nghịch mở dầu lúc này từ bơm qua van về bầu chứa đảm bảo an toàn cho hệ thống
(áp suất của van mở 65-70kG/cm2 ).
*Ƣu nhƣợc điểm bơm cánh gạt:
- Ƣu điểm:

+ Kết cấu gọn nhẹ, phù hợp với hệ thống thủy lực.
+ Làm việc tin cậy, lưu lượng khá lớn.

+ Thời gian chậm tác dụng nhỏ.
+ Lưu lượng bơm ổn định nhờ tác động kép.
24


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
-Nhƣợc điểm:+ Cấu tạo phức tạp hơn bơm bánh răng.
+ Yêu cầu tính công nghệ, và độ chính xác cao.
+ Nhiều chi tiết tiếp xúc với nhau nên ma sát cơ khí cao.
+ Việc tháo lắp bảo dưỡng khó khăn và phức tạp hơn.
+ Làm tổn hao công suất động cơ.
1.2.3 Cơ cấu lái (Hình 1.2.4.1.2)
Là loại cơ cấu Vít - Đai ốc - Thanh răng - Cung răng. Có trợ lực lái thủy lực.
Để giảm mài mòn cho ê cu thanh răng và trục vít người ta lắp những viên bi tuần
hoàn trong rãnh dẫn, vì vậy ma sát trượt được thay thế ma sát lăn. Do hiệu suất
nghịch khá cao nên có hiện tượng va đập cứng lên vành tay lái. Nhược điểm loại
này là không điều chỉnh được khe hở giữa trục vít và đai ốc. Tỷ số truyền loại này
không thay đổi.
Trong cơ cấu lái loại vít - đai ốc - thanh răng - cung răng ma sát trượt được
thay thế bằng ma sát lăn (giữa bi và đai ốc - giữa bi và vít). Số lượng bi trong cơ
cấu lái là 28 viên, hiệu suất của cơ cấu lái loại này đạt được tương đối cao: thuận =
nghich = 0,7-0,85. Do hiệu suất thuận cao nên lái nhẹ nhàng, nhưng hiệu suất
nghịch quá cao cho nên có hiện tượng va đập cứng truyền từ đường lên vành lái.
Nhưng do hệ thống lái có trợ lực thuỷ lực vì vậy va đập cứng này được làm mềm
và dập tắt nhờ trợ lực thuỷ lực.
Ƣu nhƣợc điểm của cơ cấu lái
Ƣu điểm:
Điều khiển nhẹ nhàng, nhỏ gọn nên dễ bố trí, thời gian chậm tác dụng nhỏ.

Toàn bộ van phân phối, cơ cấu lái và xy lanh lực được ngâm trong dầu nên giảm
mài mòn, chống han rỉ, làm mát tốt, tăng độ tin cậy, tăng tuổi thọ, hiệu suất truyền
cao, ma sát giữa vít và đai ốc là ma sát lăn. Dập tắt được phản lực tác dụng từ mặt
đường lên vành tay lái. Là cơ cấu an toàn cho xe khi chuyển động.
Nhƣợc điểm:
25


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
Cơ cấu lái loại này có nhược điểm lớn nhất là không điều chỉnh được khe hở
giữa trục vít và đai ốc. Việc chế tạo các rãnh bi, bi, đai ốc chính xác và tính công
nghệ cao, bề mặt làm việc đòi hỏi phải có độ cứng vững cao vì những viên bi làm
việc tiếp xúc điểm do vậy lực tác dụng lên bề mặt làm việc của các chi tiết là rất
lớn. Quá trình tháo lắp, bảo dưỡng, sửa chữa khó khăn hơn và đòi hỏi độ chính xác
cao, khi một chi tiết hỏng trong hộp tay lái bắt buộc ta phải tháo toàn bộ hộp tay lái
để sửa chữa.
1.2.4 Nguyên lý làm việc của hệ thống lái trên xe ZIL-131
1.2.4.1. Sơ đồ nguyên lý: Được thể hiện trên (Hình 1.2.4.1)
Nguyên lý làm việc được thể hiện ở các trạng thái sau: Khi vành tay lái ở vị
trí trung gian, vị trí quay vòng, tính tùy động, ngoài ra cơ cấu lái còn làm việc ở chế
độ khi một bánh xe dẫn hướng nào đó bị thủng hay bị nổ lốp đột ngột (hoặc cản
mặt đường tăng), tạo cảm giác mặt đường cho người lái và khi trợ lực không làm
việc.

26


GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
Hình 1.2.4.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của trợ lực lái xe ZIL -131.
1- Van thông áp; 2- Vành chắn sóng; 3- Phin lọc; 4- Van an toàn; 5- Đáy bầu chứa
dầu; 6- Rô to; 7- Van an toàn lưu lượng; 8- Van an toàn áp suất;9- Đế van ; 10,11Gíclơ;12- Van bi; 13- Pít tông phản xạ; 14- Con trượt ; 15- Trục vít; 16- Bộ làm
mát dầu; 17- Trục đòn quay đứng; 18- Xy lanh lực.
1.2.4.2 Nguyên lý làm việc: (ở các trạng thái ).
1.2.4.2.1 Khi xe chuyển động thẳng : Được thể hiện trên (Hình 1.2.4.2.1)
I

Hình 1.2.4.2.1 Khi xe chuyển động thẳng
Khi xe chuyển động thẳng người lái giữ nguyên vành lái ở vị trí trung gian.
Cản mặt đường nhỏ. Con trượt (14) ở vị trí trung gian, hai khoang của xy lanh lực
thông nhau nối thông đường dầu từ bơm dầu tới và đường dầu hồi về bầu dầu, áp
suất của hai khoang xy lanh lực bằng nhau, pít tông của xy lanh lực không dịch
chuyển với lực giữ của người lái làm cho xe chuyển động thẳng.
1.2.4.2.2 Khi xe quay vòng bên phải : Được thể hiên trên (Hình 1.2.4.2.2)
Nguyên lý lúc đầu do lực cản mặt đường còn lớn nên bánh xe đứng yên,
thông qua dẫn động lái làm cho cung răng giữ thanh răng đứng yên pít tông đứng
yên. Lúc này người lái vẫn tiếp tục đánh vành tay lái làm cho vít vừa chuyển động
quay vừa chuyển động tịnh tiến đưa con trượt rời vị trí trung gian nối thông với
đường dầu bên phải của xy lanh lực với bơm dầu áp suất cao, khoang bên trái xy
27


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
lanh lực với bầu chứa dầu áp suất thấp, do áp suất hai khoang của xy lanh lực
chênh lệch cho nên xy lanh lực dịch chuyển về bên trái. Khi con trượt dịch chuyển

hết hành trình của nó (2 mm) thì lúc này phần cơ khí bắt đầu làm việc qua vít làm
cho thanh răng dịch chuyển, như vậy lúc này lực làm cho thanh răng dịch chuyển
gồm hai thành phần lực đó là lực của người lái và lực của trợ lực nhờ đó mà giảm
nhẹ sức lao động cho người lái. Khoang bên phải với áp suất cao (65KG/cm2) sẽ
đẩy pít tông của xy lanh lực chuyển động sang trái trợ lực cho người lái, đồng thời
dầu ở khoang bên trái qua van phân phối trở về bầu chứa dầu.

II

Hình 1.2.4.2.2 Khi xe quay vòng bên phải
1.2.4.2.3 Quay vòng trái: Được thể hiên trên (Hình 1.2.4.2.3)

III

28


GVHD: TS.
Bài tập lớn môn học SBVL

HVTH: Nguyễn Văn A

Hình 1.2.4.2.3 Khi xe quay vòng bên trái
Nguyên lý làm việc giống quay vòng bên phải nhưng lúc này vít tịnh tiến đi
sang trái (đi xuống).
1.2.4.2.4 Tính tuỳ động
Khi giữ nguyên vành tay lái ở vị trí quay vòng với bán kính quay vòng
không đổi. Muốn giữ nguyên góc quay vòng của xe, người lái ngừng đánh tay lái
và giữ nguyên lực tác dụng lên vành tay lái, lúc này con trượt 3 gờ của van phân
phối vẫn có vị trí mở để cung cấp dầu cao áp cho một khoang của xy lanh lực nào

đó và đóng dầu thấp áp ở khoang còn lại, do dầu ở 2 khoang công tác vẫn chênh
lệch nên tiếp tục đẩy pit tông của xy lanh lực chuyển động cùng lúc này trục vít lại
đứng im do người lái giữ nguyên vành lái. Như vậy thông qua liên kết giữa các
viên bi, pít tông dưới tác dụng của dầu áp suất cao sẽ đẩy toàn bộ cả cụm trục vít,
hai vòng bi tỳ, con trượt, van phân phối dịch chuyển dọc trục cho tới khi con trượt
nối thông hai khoang công tác của xy lanh lực với đường dầu hồi về bình chứa thì
lúc này dầu ở hai khoang của xy lanh lực có áp suất bằng nhau và pít tông trợ lực sẽ
dừng lai ở vị trí này, cùng với lực của người lái giúp xe quay vòng với bán kính
không đổi. Do vậy bảo đảm tác động tuỳ động trong hệ thống lái tuỳ theo góc quay
vành tay lái. Sau khi quay vòng muốn cho xe trở về vị trí chuyển động thẳng nhanh
chóng thì người lái buông vành tay lái, lúc này dưới tác dụng của các lò xo phản
hồi và các trụ phản lực sẽ đưa và giữ cho con trượt về ở vị trí trung gian, đảm bảo
cho dầu ở các khoang của xy lanh lực thoát về bầu dầu đồng thời dưới tác dụng của
mô men ổn định của bánh xe dẫn hướng sẽ làm cho bánh xe dẫn hướng nhanh
chóng trở về vị trí chuyển động thẳng.
1.2.4.2.5 Cảm giác mặt đƣờng
Trong quá trình quay vòng áp lực trong khoang làm việc của xy lanh lực tăng
tỷ lệ với mô men cản quay vòng của bánh xe. Khi mô men cản quay vòng của bánh
29


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
xe dẫn hướng càng tăng thì áp lực chất lỏng công tác ở các khoang phản lực giữa
các thanh trụ càng tăng. Lực làm cho con trượt có xu hướng trở về vị trí trung gian
cũng tăng. Do đó để duy trì con trượt ở vị trí quay vòng người lái cần phải duy trì
một lực đặt lên vành tay lái cũng tăng lên một cách tỷ lệ với mô men cản quay
vòng tạo thành cảm giác mặt đường cho lái xe.
1.2.4.2.6 Khi một bánh xe dẫn hƣớng thủng hoặc lực cản tăng

Khi đang chuyển động thẳng mà một bên lốp của cầu trước bị thủng đột ngột
hoặc lực cản tăng thì ô tô sẽ bị quay lệch về một phía đó. Nếu không có trợ lực khi
bị thủng lốp sẽ làm cho xe có xu hướng quay vòng về phía đó rất nguy hiểm. Khi
có trợ lực nhờ bộ trợ lực làm việc làm quay vòng bánh xe về phía ngược lại nên xe
vẫn giữ được hướng chuyển động mà không bị quay vòng về phía lốp bị thủng đó.
Giả sử xe bị thủng bên phải, bánh xe dẫn hướng có xu hướng quay vòng về bên
phải (người lái vẫn giữ nguyên vành tay lái ở vị trí trung gian) thông qua dẫn động
lái làm cho pít tông (thanh răng) có xu hướng chuyển động sang trái. Lúc này trục
vít lại đứng im do người lái giữ nguyên vành tay lái, như vậy pít tông (thanh răng)
thông qua liên kết giữa các viên bi sẽ kéo toàn bộ cụm trục vít, 2 ổ bi tỳ và con
trượt van phân phối dịch chuyển sang trái (xuống dưới) mở đường dầu cao áp dẫn
tới khoang bên trái của xy lanh lực, dầu có áp suất cao ở khoang bên trái tác dụng
lên pít tông chống lại xu hướng quay vòng sang phải của bánh xe dẫn hướng. Nhờ
vậy mà khi xe chuyển động thẳng một lốp bất kỳ của cầu trước bị thủng nhỏ đột
ngột muốn cho xe tiếp tục chuyển động thẳng người lái phải giữ nguyên lực tác
dụng vào vành tay lái.
1.2.4.2.7 Khi trợ lực không làm việc
Trợ lực lái bị hỏng xe sẽ làm việc như hệ thống lái không có trợ lực, lúc này
van bi ở van phân phối sẽ đảm bảo cho dầu chảy từ khoang này sang khoang kia
của xy lanh lực làm cho quá trình quay bánh xe dẫn hướng dễ dàng hơn. Nhưng khi
bộ trợ lực của hệ thống lái bị hỏng mà ta vẫn tiếp tục sử dụng thì phụ tải sẽ tác
30


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
dụng lên toàn bộ cơ cấu lái và các chi tiết khác, vì vậy khi khai thác lâu dài với hệ
thống lái có trợ lực không làm việc sẽ xuất hiện sự mòn trước thời hạn và sứt mẻ
các chi tiết. Tuy nhiên khi xe đang chạy trên đường mà trợ lực hỏng đột ngột thì

người lái vẫn có thể điều khiển xe đến nơi sửa chữa, lúc này hệ thống lái hoạt động
cơ khí nên nặng hơn.
CHƢƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC
2.1.1 Độ chụm và độ mở (góc doãng) (Hình 2.1.1)
v
A

B
Hình 2.1.1 Góc chụm bánh xe

Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm của 2 bánh xe dẫn
hướng (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
đường tạo bởi hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai bánh xe lên mặt
phẳng đó và hướng chuyển động của xe.
* Chức năng:
Thông thường độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích thước
B, A được đo ở mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tảikhi xe đi thẳng. Độ
chụm là dương nếu B-A>0, là âm nếu B-A<0. Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự
mài mòn của lốp và ổn định của vành tay lái .
31


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xe lăn phẳng
hoàn toàn.
Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn Pf ngược

chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. 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 dương. Với góc như thế
thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn định vành tay lái.
Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe
về phía trước. Bởi vậy góc  giảm.Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng
của lực cản 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 tải độ chụm thường có giá trị từ 5  mm.
2.1.2 Bán kính quay vòng (Hình 2.1.2)

v

R1>R2
R2
R1

Hình 2.1.2 Bán kính quay vòng của bánh xe

32


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt nết
hoặc trượt quay thì đường 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 được góc lái chính xác của bánh dẫn hướng bên phải và bên trái thì các
thanh dẫn động lái thực hiện chức năng này cũng đồng thời đạt được bán kính quay
vòng mong muốn .
Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu hướng bắt xe
quay với bán kính lớn hơn bán kính dự định của người lái trừ khi xe có thể sinh ra
một lực ngược lại đủ lớn để cân bằng với lực ly tâm. Lực này là lực hướng tâm.
Lực hướng tâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trượt bên của lốp do ma sát giữa lốp
và mặt đường, lực này là lực quay vòng và làm ổn định xe khi quay vòng.
2.1.3 Quan hệ động học của góc quay trong và ngoài bánh xe dẫn
hƣớng (Hình 2.1.3)
Để thực hiện quay vòng ô tô người ta có thể quay vòng các bánh xe dẫn
hướng phía trước hoặc quay vòng đồng thời cả các bánh xe dẫn hướng phía trước
và phía sau, tuy nhiên biện pháp quay vòng hai bánh xe dẫn hướng phía trước
được dùng phổ biến hơn do nó có hệ thống lái đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo
được động học quay vòng của ôtô.
Khi xe vào đường vòng, để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng không bị
trượt lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với các véc tơ vận tốc chuyển động
của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó chính là tâm quay
tức thời của xe.

33


GVHD: TS.
Bài tập lớn môn học SBVL
β

HVTH: Nguyễn Văn A

v


α

L

β
α

O

B
R
Hình 2.1.3 Quan hệ giữa các góc quay bên
trong và bên ngoài trên mặt phẳng

Từ sơ đồ trên ta rút ra được biểu thức về mối quan hệ giữa các góc quay
vòng của hai bánh xe dẫn hướng để đảm bảo cho chúng không bị trượt lết khi xe
vào đường vòng:

cot g  cot g 

B

L

[1.1]

Trong đó:
- Góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên ngoài so với tâm quay.
- Góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên trong so với tâm quay.

B - Khoảng cách giữa hai trụ đứng của cầu dẫn hướng.
L - Chiều dài cơ sở của xe.
34


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
Trong thực tế, để duy trì được mối quan hệ động học quay vòng giữa các
bánh xe dẫn hướng, trên ôtô hiện nay người ta thường phải sử dụng một hệ
thống các khâu khớp tạo nên hình thang lái. Hình thang lái đơn giản về mặt
kết cấu nhưng không đảm bảo được mối quan hệ chính xác giữa những góc
quay vòng của các bánh xe dẫn hướng như nêu trong biểu thức [1.1].
Mức độ sai khác này phụ thuộc vào việc chọn lựa các khâu tạo nên hình
thang lái. Độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở
những góc quay lớn, nhưng cũng không được vượt quá 1,50. Bán kính quay vòng R
của ôtô được xác định theo bánh xe dẫn hướng bên ngoài phụ thuộc vào góc quay
vòng và chiều dài cơ sở L.
R  L.cot g 

B
2

[1.2]

Như vậy bán kính quay vòng càng nhỏ khi chiều dài cơ sở L càng
nhỏ hoặc góc càng lớn, trị số góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng
đạt đến 280 380.
2.2 CƠ SỞ THỰC TIỄN
2.2.1. Điều kiện quay vòng lý tƣởng.

Để quay vòng các bánh xe hai bên không trượt bên thì điều kiện quay vòng
lý tưởng theo công thức [1.1] là:

cot g  cot g 

35

B0
L


GVHD: TS.
Bài tập lớn môn học SBVL

HVTH: Nguyễn Văn A
L

A
C
1
1
1

B0

D
B

O


Hình 2.2.1 Sơ đồ động học khi quay vòng.
Theo lý thuyết thì để đảm bảo điều kiện trên cần phải có một cơ cấu 18 khâu
nhưng trong thực tế trên các xe hiện nay sử dụng cơ cấu 4 khâu trong dẫn động lái.
Do vậy cần phải kiểm tra đánh giá việc đáp ứng yêu cầu trên.
2.2.2 Kiểm nghiệm động học hình thang lái bằng phƣơng pháp đại số.
* Cơ sở kiểm nghiệm.
Đánh giá mức độ trượt bên thông qua hệ số i, xác định theo công thức sau:
i =

sin  i . sin  i BO
.
sin  i   i  L

[2.2.2]

* Trình tự tiến hành kiểm nghiệm.
- Cho các góc quay của bánh xe bên trong những giá trị i khác nhau.
36


GVHD: TS.
HVTH: Nguyễn Văn A
Bài tập lớn môn học SBVL
- Bằng phương pháp hình học các định các góc quay i tương ứng các bánh
xe ngoài khi cho trước các góc i .
- Xác định các giá trị của hệ số i tương ứng với từng cặp I và i theo công
thức [2.2.2].
- Các giá trị i càng gần 1 thì khi ôtô quay vòng với các bán kính khác nhau các
bánh xe dẫn hướng không bị trượt bên hoặc có trượt bên song không đáng kể.
* Kết quả tính toán.

Theo công thức [1.1] và [2.2.2] ta có:
- Khi 1 = 50 ta có 1 = 4,830
sin 50.sin 4,83o 1550
.
 0,964
Vậy 1 =
sin(5  4,83) 3975

- Khi 2 = 100 ta có 2 = 9,40
Vậy 2 =

sin 10. sin 9,4 1550
.
 1,056
sin 10  9,4 3975

- Khi 3 = 150 ta có 3 = 13,60
Vậy 3 =

sin 15. sin 13,6 1550
.
 0,971
sin 15  13,6 3975

- Khi 4 = 200 ta có 4 = 17,60
Vậy 4 =

sin 20. sin 17,6 1550
.
 0,96

sin 20  17,6 3975

- Khi 5 = 250 ta có 5 = 21,50
Vậy 5 =

sin 25. sin 21,5 1550
.
 0,989
sin 25  21,5 3975

37


GVHD: TS.
Bài tập lớn môn học SBVL
- Khi 6 = 300 ta có 6 = 25,50
Vậy 6 =

HVTH: Nguyễn Văn A

sin 30. sin 25,5 1550
.
 1,069
sin 30  25,5 3975

Bảng 2.2.2: Kết quả kiểm nghiệm bằng phƣơng pháp đại số.
i

50


100

150

200

250

300

i

4,830

9,40

13,60

17,60

21,50

25,50

i

0,964

1,056


0,971

0,96

0,989

1,069

Nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế hình thang lái là xác định đúng góc nghiêng
của các đòn bên  khi xe chạy thẳng :

v
Bo
m

θ

m
θ

n

38


×