Thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch 7 chỗ ngồi

Trờng đại học bách khoa hà nội
VIệN CƠ KHí Động lực
Bộ môn ÔTÔ và xe chuyên dụng

NHIệM Vụ THIếT Kế TốT NGHIệP
Họ và tên : Trần Nguyên Thủ
Khoá

: K50

I. Nhiệm vụ đề tài:
Thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch 7 chỗ ngồi.
II. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
1. Khảo sát chung về hệ thống lái trên ôtô.
2. Thiết kế hệ thống lái dựa trên số liệu của xe yêu cầu.
3. Xây dựng đặc tính cờng hoá cho hệ thống lái.
4. Xây dựng quy trình công nghệ gia công một chi tiết trong hệ thống lái
5. Tìm hiểu các vấn đề về bảo dỡng và sửa chữa hệ thống lái.
III. Các bản vẽ và đồ thị:
1.

Bản vẽ bố trí chung cơ cấu lái

1A 0

2.

Bản vẽ lựa chọn các phơng án thiết kế

3.

Bản vẽ quan hệ động học quay vòng và đặc tính cờng hoá 1A0

4.

Bản vẽ cơ cấu lái + xy lanh lực +van phân phối.

1A 0

5.

Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lái

1A 0

6.

Bản vẽ chi tiết của hệ thống lái (4 chi tiết)

1A 0

7.

Bản vẽ quy trình công nghệ gia công một chi tiết

1A 0

1A0

Giáo viên hớng dẫn : Nguyễn Tiến Dũng
Ngày

tháng

năm 2010

Ngời hớng dẫn


Mơc lơc
Lời nói đầu..........................................................................................................1
CHƯƠNG I.........................................................................................................2
TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI.......................................................................2
I. Mơ tả chung hệ thống lái...........................................................................2
1. Tổng quan...............................................................................................2
2. Các trạng thái quay vòng của xe.............................................................2
3. Phân loại hệ thống lái.............................................................................3

3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng............................3
3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực....................3
3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.....................................4
3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái..........................................4
4. u cầu của hệ thống lái ơtơ..................................................................4
II. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô................................................5
1. Vành lái...................................................................................................5
2. Trục lái....................................................................................................6
3. Cơ cấu lái................................................................................................6

3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái.......................................................6
3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái:

.................................................7

3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái id.............................................8
3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái il........................................8
3.5. Hiệu suất thuận..........................................................................9
3.6. Hiệu suất nghịch........................................................................9
3.7 Một số loại cơ cấu lái thường dùng:........................................9
3.7. 1. Cơ cấu lái trục vít chốt quay............................................9
3.7. 2. Cơ cấu lái trục vít con lăn..............................................10
3.7.3. Cơ cấu lái trục vít -êcu bi - thanh răng - cung răng.....11
4. Dẫn động lái..........................................................................................12
5. Các góc đặt bánh xe.............................................................................15

5.1 .Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).............................15


5.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và
khoảng Caster).................................................................................16
5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)...................................17
5.4. Độ chụm và độ mở (góc dỗng)............................................18
6. Hệ thống lái có trợ lực..........................................................................19

6.1. Cơng dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái............19
6.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái.................................................19
6.3. Nguyên lý trợ lực lái................................................................19
6.3.1. Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng)................20
6.3.2. Khi quay vịng....................................................................20
CHƯƠNG II.....................................................................................................22
TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÁI
.......................................22

I . Các thơng số của xe thiết kế....................................................................22
II. Lựa chọn phương án thiết kế ................................................................22
2.1. Chọn phương án dẫn động lái............................................................22
2.2. Chọn phương án cơ cấu lái................................................................23
III. Tính tốn động học hình thang lái.......................................................23
3.1. Xác dịnh kích thước hình học của hình thang lái và quan hệ động học
của góc quay bánh xe dẫn hướng. ............................................................23

3.1.1 Xây dựng quan hệ lý thuyết. ................................................23
3.1.2 Xây dựng các quan hệ thực tế của cơ cấu Đantô. ............25
3.2. Xác định mơmen cản quay vịng và lực lái lớn nhất...........................27

3.2.1. Mômen cản M1.....................................................................28
3.2.2. Mômen cản M2 do ma sát giữa bánh xe và mặt đường.. .29
3.2.3. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái................30
3.2.3.1. Tû sè truyÒn của dẫn động lái id....................................30
3.2.3.2.Tỷ số truyền của cơ cấu l¸i ic.........................................30
3.2.4. Xác định góc quay vành lái và bán kính quay vịng ơtơ:. .32
1. Góc quay vành lái lớn nhất:...................................................32
2. Bán kính quay vịng nhỏ nhất gồm:......................................32


IV. Tính tốn thiết kế cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng.
....................................................................................................................... 33
4.1 Thơng số hình học:..............................................................................33
4.2 Thiết kế bộ truyền trục vít- êcu bi. ......................................................33
4.3 Thiết kế bộ truyền thanh răng–cung răng...........................................38

4.3.1 Chọn vật liệu..........................................................................38
4.3.2 Xác định các thông số của bộ truyền:.................................39

V. Tính bền các chi tiết cịn lại của hệ thống lái........................................42
5.1 Tính bền trục lái ...............................................................................42
5.2. Tính bền địn quay đứng.....................................................................43
5.3. Tính bền địn kéo dọc.........................................................................46
5.4. Tính bền địn kéo ngang.....................................................................47
5.5. Tính bền địn bên................................................................................49
5.6. Tính bền khớp cầu (Rotuyl)................................................................50

5.6.1. Kiểm tra bến khớp cầu.........................................................50
CHƯƠNG III....................................................................................................53
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƯỜNG HĨA LÁI................................................53
I. Đặc điểm của cường hố lái.....................................................................53
1.1 Các yêu cầu của cường hoá................................................................53
1.2 Chọn loại trợ lực.................................................................................53
II. Lựa chọn phương án bố trí cường hố lái.............................................54
2.1. Một số phương án bố trí cường hố hệ thống lái...............................54

2.1.1 Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái.......54
2.1.2. Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt
với cơ cấu lái...................................................................................56
2.1.3. Van phân phối, cơ cấu lái đặt thành một cụm tách biệt
với xilanh lực...................................................................................57
2.1.4. Van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với
nhau...................................................................................................58
2.1.5 Chọn van phân phối:..............................................................59
2.1.6 Nguyên lý làm việc của van phân phối kiểu van xoay.......59
III.Tính tốn cường hóa lái.........................................................................62
3.1. Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái...................................................62

3.2. Xây dựng đặc tính cường hố lái.......................................................62
3.3. Tính tốn xilanh lực...........................................................................64

3.3.1 Tính đường kính ngồi và kiểm tra bền xilanh lực: .......65
3.4 Tính sơ bộ hành trình làm việc của Piston:.........................................67
3.5 Xác định lưu lượng của bơm dầu:.......................................................67
3.6. Tính tốn các chi tiết của van phân phối............................................69

3.6.1. Tính góc xoay của van quay.

...................................69

3.6.2. Các thơng số khác.................................................................70
3.6.3. Tính tốn thanh xoắn............................................................70
CHƯƠNG IV:..................................................................................................72
QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG CHI TIẾT ..................................72
RO-TUYN.........................................................................................................72
5.1. Phân tích chi tiết gia cơng. ...................................................................72
5.1.1. Kết cấu rơ- tuyn...............................................................................72
5.1.2. Phân tích điều kiện làm việc và u cầu kỹ thuật của Rơ-tuyn........72
5.1.3. Lập quy trình cơng nghệ gia công khớp cầu. ................................73
5.1.4. Chọn phôi........................................................................................73
5.2. Lập sơ đồ nguyên công.........................................................................73
CHƯƠNG V ....................................................................................................81
BẢO DƯỠNG – SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI...........................................81
I. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái.............................................................81
1.1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống.............................................................81
II. Sửa chữa hệ thống lái.............................................................................81
2.1. Những hiện tượng hư hỏng chính của hệ thống lái ............................81
2.2. Kiểm tra điều chỉnh cơ cấu lái:..........................................................82

2.3. Kiểm tra dẫn động lái và khắc phục khe hở:......................................82
2.4. Kiểm tra trợ lực lái:...........................................................................82
Kết luận............................................................................................................. 84
Tài liệu tham khảo...........................................................................................85



Lời nói đầu
Trong nền kinh tế đang tăng trưởng mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu về giao
thông vận tải ngày càng lớn. Vai trị quan trọng của ơtơ ngày càng được khẳng định
vì ơtơ có khả năng cơ động cao, vận chuyển được người và hàng hoá trên nhiều
loại địa hình khác nhau.
Những năm gần đây, lượng xe du lịch có xu hướng tăng lên, đặc biệt là các
loại xe 7 chỗ với ưu điểm về khả năng cơ động, tính kinh tế và thích hợp với nhiều
mục đích sử dụng khác nhau.
Với ơtơ nói chung và xe du lịch nói riêng, an tồn chuyển động là chỉ tiêu
hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng của phương tiện. Một
trong các hệ thống quyết định đến tính an tồn và ổn định chuyển động là hệ thống
lái đặc biệt là ở tốc độ cao. Với đồ án tốt nghiệp của mình, em đã cơ bản hoàn
thành việc thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch 7 chỗ.
Sau hơn ba tháng, được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tiến Dũng
và sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp, em đã cơ bản hồn thành đồ án tốt nghiệp.
Trong q trình thực hiện, chắc chắn em khơng tránh khỏi những thiếu sót. Do đó,
em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội ngày….tháng.…năm 2010
Sinh viên
Trần Nguyên Thủ

1

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI
I. Mô tả chung hệ thống lái.
1. Tổng quan.
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ơtơ nhờ quay
vịng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay
chuyển động cong của ôtô khi cần thiết .
Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện 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 vịng 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 vng góc với bánh
xe. Để quay vịng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay
tức thời khi quay vòng.

2. Các trạng thái quay vòng của xe.
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 θvl xe sẽ quay vòng với một bán
kính quay vịng R0 tương ứng. Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quay
vòng đủ).
Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy q trình quay
vịng là động, trạng thái quay vịng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái quay
vòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển
động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo.

2


Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R 0 người lái
phải tăng góc quay vành lái một lượng θvl. Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay
vịng xe theo bán kính R0 người lái phải giảm góc quay vành lái một lượng θvl.
Quay vịng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vịng nguy
hiểm, làm mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm
(vận tốc quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng). ở những
trạng thái này yêu cầu người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt. Vấn đề chất tải, độ
đàn hồi của lốp cũng có ảnh hưởng tới tính năng quay vịng và tính an ton chuyn

Ro
Trạng thái quay vòng
thừa: Rqv
O1

O

O

O1

Hỡnh 1.1-Cỏc trng thỏi quay vịng của xe.

3. Phân loại hệ thống lái.
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng.

+Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS).
+Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS).
3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực.
+Hệ thống lái cơ khí.
+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bng thu lc hoc bng khớ nộn.

3

Rqv

Trạng thái quay vòng
thiêu: Rqv>Ro

Rqv

Ro

động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn.


3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
+Cơ cáu lái kiểu trục vít glơbơit - con lăn.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.
3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái.
+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đường bên phải).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).

4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an tồn và ổn định chuyển động

của ơtơ là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
Đảm bảo tính năng vận hành cao của ơtơ có nghĩa là khả năng quay vịng
nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé.
Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người
lái.
Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe khơng bị trượt lết
khi quay vịng.
Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa
sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái
Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước
không ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái.
Giữ chuyển động thẳng ổn định.
Hệ thống lái phải bố trí thụân tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.

4


II. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ơtơ.
9

8

7

A

B
6

3
5
2

4

1

Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1.Vành lái

6.Hình thang lái

2.Trục lái

7.Đòn quay ngang

3.Cơ cấu lái

8.Trụ xoay đứng

4.Đòn quay đứng

9.Bánh xe

5.Đòn kéo dọc

1. Vành lái.
Vành lái có dạng vành trịn. 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 số của

lực người lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái.
Mvl=Pl.rvl.
Trong đó:
Mvl : Là mơ men vành lái
Pl : Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái
rvl : Là bán kính vành lái.
Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con không
được vượt quá 8 0 .

5


2. Trục lái.
Trục lái có nhiệm truyền mơmen lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục
lái chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu
lái và ống truc lái để cố định trục lái vào thân xe. Trục lái kết hợp với một cơ cấu
hấp 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 khơng thay đổi được góc nghiêng.
Ngồi cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính cịn có thể có thêm một số cơ
cấu điều khiển như : cơ cấu khoá lái để khố cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái
để có thể điều chỉnh vị trí vơ lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái,
hệ thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và đạt được
vị trí ngồi lái tốt nhất cho người lái .

3. Cơ cấu lái.
Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến
các bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18 đến 20 đối với
xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải .

3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái.
Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
+ Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.
+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu
suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái
+ Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết.
+ Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái.
+ Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất.
+ Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao.
+ Chiếm ít khơng 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 vơ lăng càng ít,

6


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 số góc quay đàn hồi tính trên vành
lái vơ lăng và mơ men đặt trên vành lái. Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào
độ đàn hồi của các phần tử như cơ cấu lái, các đòn dẫn động …
3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái:
Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay
của địn quay đứng.

ic =

dθ ωθ
=
d Ω ωΩ

(1-1)
- 2)

ωθ : góc quay bánh lái
ωΩ : góc quay địn

đưng
quay
đứng
Tỷ quay
số truyền
của
cơ cấu
lái đảm bảo tăng mơmen từ vành lái đến các bánh
xe dẫn hướng. Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái phải quay vơ
lăng nhiều hơn khi quay vịng.
Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vịng
quay của vơ lăng thì bánh xe phải quay được tối đa
25

từ 350 đến 450 từ vị trí trung gian trở đi. Quy luật

20

thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất được thể hiện

15

trên giản đồ bên:

10

Trong phạm vi góc quay θ ≤ π/2 thì tỷ số

5

truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại đảm bảo
chính xác cao trong khi lái ơtơ trên đường thẳng

720 540 360 180

180 360 540 720

gian lái là quay vành lái một góc nhỏ quanh vị trí

Hình 1.3: Quy luật thay đổi
tỷ số truyền ic của cơ cấu

trung gian. Ngồi việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số

lái

với tốc độ cao và giúp lái nhẹ nhàng vì đa số thời

truyền thay đổi theo qui luật như thế sẽ giảm ảnh
hưởng của những va đập từ bánh dẫn hướng lên vành lái.

7

Khi θ > π/2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu như khơng
thay đổi. ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hướng quay một
góc lớn giúp khả năng quay vịng của ơtơ tốt hơn.
3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái id
Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay địn.
Trong q trình bánh xe dẫn hướng quay vịng 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
3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái il
Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và lực
đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng.
il =

pc
pl

pc =

Mc
c

(1 - 2)
, pl =

Ml
r

(1 - 3)

Trong đó:
Mc - mơmen cản quay vịng của bánh xe.

c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến
đường trục đứng kéo dài.
Ml - mômen lái đặt trên vành lái.
r - bán kính vành tay lái.
Như vậy ta có:
il =

Mc r
.
c Ml

(1 - 4)

Bán kính vành tay lái ở đa số ơtơ hiện nay là 200 ÷ 250mm và tỷ số truyền
góc ig khơng vượt q 25 vì vậy il khơng được lớn quá, il hiện nay chọn trong
khoảng từ 10 ÷ 30.

8


3.5. Hiệu suất thuận
Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống. Hiệu
suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu
suất thuận cao.
3.6. Hiệu suất nghịch
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trục
lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyển
động của ôtô sẽ không truyền đến bánh lái được vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sát
trong cơ cấu lái. Nhưng không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp q vì khi đó
bánh lái sẽ khơng tự trả lại được về vị trí ban đầu dưới tác dụng của mômen ổn

định. Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban đầu
và để hạn chế các va đập từ đường tác dụng lên hệ thống lái trong một phạm vi nào
đấy thì cơ cấu lái được thiết kế với một hiệu suất nghịch nhất định.
3.7 Một số loại cơ cấu lái thường dùng:
3.7. 1. Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.

Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít chốt quay
+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.

9


u im:
A-A

3
1

1

2

1

1

B
Nhìn theo B

A

A

Hình 1

Cơ cấu lái trục vít con
LAlăn
C cấu lái loại
trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu
cho trước. Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu
lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi
vị trí trung gian. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mịn của trục vít và
chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi.
3.7. 2. Cơ cấu lái trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này được sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít
glơbơit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba tầng ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của
đòn quay đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai
hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.

10


3.7.3. Cơ cấu lái trục vít -êcu bi - thanh răng - cung răng.
Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít và êcu có
rãnh trịn có chứa các viên bi lăn trong rãnh. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo
đường hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.
Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động
này làm quay răng rẻ quạt. Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng. Khi

bánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các địn dẫn động làm
quay bánh xe dẫn hướng.

1

2

3

4

5

6

7

Hình 1.6- Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.

10

1. vỏ cơ cấu lái

6. Phớt

2. ổ bi dưới

7. Đai ốc điều chỉnh

3.Trục vít

8. Đai ơc hãm

4. Êcu bi

9. Bánh răng rẻ quạt

5. ổ bi trên

10.Bi

8

9

Cơ00cấu lái kiểu trục vít- êcu bi – cung răng có ưu điểm lực cản nhỏ, ma sát
giữa trục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn).

11


4. Dẫn động lái.
Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay
của bánh xe. Dẫn động lái phải đảm bảo các chức năng sau:
+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra
hiện tượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh
xe dẫn hướng.
+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước, đòn
kéo ngang và đòn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vơ lăng một góc thì

các bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định. Hình thang lái có thể bố trí
trước hoặc sau cầu dẫn hướng tùy theo bố trí chung.
Quan hệ hình học ACKERMAN.
Quan hệ hình học ACKERMAN biểu thị quan hệ góc quay của các bánh xe
dẫn hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe nằm trên đường
kéo dài của tâm trục cầu sau .

L

H
ì

O

β

β

α

n
h

B

2
Hình 1.7. Quan hệ hình học của ACKERMAN.

1

Để thực hiện quay vịng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một

1

cầu) phải quay theo các góc α, β khác nhau và quan hệ hình học được xác định
S
theo biểu thức sau :

ơ
đ
ồ
b
i

12


ể
u
d
i
ễ
nCotg β − Cotgα =

B
L

(1- 5)

c

Trong đó :

L : chiều dài cơ sở ácủa xe.
B0 : khoảng cách của
c hai đường tâm trụ quay đứng trong mặt phẳng đi qua
tâm trục bánh xe và song song
k với mặt đường .
α, β : Góc quay củ bánh xe dẫn hướng phía trong và phía ngồi
Để đảm bảo điểu kiện
c (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi
là hình thang lái Đantơ. Hình
h thang lái Đantơ chỉ áp dụng gần đúng điều kiện trên,
song do kết cấu đơn giản nên được dùng rất phổ biến. Mỗi một chủng loại xe, có

t

kích thước và vị trí địn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ hình học

h

của cơ cấu lái 4 khâu với quan hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc quay bánh

ư

xe dẫn hướng lớn. Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0 030’ đến 10 khi bánh xe dẫn

ớ

hướng ở vùng quay vòng gấp.

c

Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh lái

c

Đantơ như sau:

ủ vai trị là một khâu cố định, hai địn bên dẫn động các
Dầm cầu đứng đóng
a với các đòn bên bằng những khớp cầu (rotuyl lái). Các
bánh xe, địn ngang liên kết
đ tâm trụ đứng (hình 1.8)
địn bờn quay quanh ng
ũ
v

v

n

Đòn kéo ngang

q
Dầm cầu liền
u
a)

a

b)

y

- C cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền.
Hình 1.8
a.

n khi có dầm cầu liền.
Địn kéo ngang

b.

Địn kéo ngang
g. nằm trước dầm cầu.
Rs

13


Trên hệ thống treo độc lập, số lượng các đòn và khớp tăng lên nhằm đảm
bảo các bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau.
Số lượng các đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố trí
cơ cấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo…nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình học
ACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantơ. Hai phương pháp bố trí dẫn
động lái điển hình ở hệ thống treo độc lập được trình bày theo hình 1.9:

Hình1.9 - Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập
a. Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu.

b. Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu.
Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn
hướng và hai hình thang lái 4 khâu Đantơ.

Hình 1.10 Bố trí hai cầu trước dẫn hướng

14


Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thường nằm trong
khoảng từ 0,85 đến 1,1.

5. Các góc đặt bánh xe.
Để tránh trường hợp người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe
ở trạng thái chạy thẳng, hoặc người lái phải tác dụng một lực lớn để quay vòng xe, các
bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định . Những góc này được gọi chung
là góc đặt bánh xe. nếu các góc đặt bánh xe khơng đúng thì có thể dẫn đến các hiện
tượng sau:
+ Khó lái.
+ Tính ổn định lái kém.
+ Trả lái trên đường vòng kém.
+ Tuổi thọ lốp giảm (mịn nhanh).
5.1 .Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).
(-)

(+)
CAMBE
R

9

00

Hình 1.11- Góc CAMBER
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với
đường tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc Camber, và đo bằng độ.
Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại
dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết
của trục trước và hệ thống treo trước. 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.

15


Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe
nghiêng theo hướng 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 vng góc với mặt
đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo độc lập thì góc
Camber thường âm.
5.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster).
Góc nghiêng dọc của trụ đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa trụ xoay
đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Khoảng cách từ giao điểm của
đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường
được gọi là khoảng Caster c.

(-)
Góc

(+)

Caster

V

c

Hình 1.12 – Caster và khoảng Caster.
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe
vào đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi xe đi
vào đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các
phản lực bên Yb.
Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với
chiều tiến của xe (Caster dương) thì phản lực bên Y b của đường sẽ tạo với tâm tiếp
xúc một mô men ổn định, mơ men đó được xác định bằng cơng thức sau:
M=Yb.c

(1- 6)

16


Mơmen này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi nó
bị lệch khỏi vị trí này. Nhưng khi quay vịng người lái phải tạo ra một lực để khắc
phục mơ men này. Vì vậy, góc Caster thường khơng lớn. Mơmen này phụ thuộc
vào góc quay vịng của bánh xe dẫn hướng. Đối với các xe hiện đại thì trị số của
góc Caster bằng khoảng từ 00đến 30.
5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin).
Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe.
Góc Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt
ngang đó và phương thẳng đứng.

Kingpin

(+)

(-)

90
°

Hình 1.13 - Góc KingPin
Tác dụng:
Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm là
bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r 0. 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 được giảm để giảm lực đánh lái, phương pháp để giảm r 0 là
tạo Camber dương và làm nghiêng trụ quay đứng (tạo góc KingPin).
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 vịng do có mômen phản lực (gọi là
mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe. Giá trị của mômen ngược phụ
thuộc vào độ lớn của góc KingPin.

17


5.4. Độ chụm và độ mở (góc dỗng).
Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trước của các bánh xe gần nhau hơn phía
sau thì gọi là độ chụm. Nếu bố trí ngược lại là độ mở.
Độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích thước B, A được đo
ở mép ngồi của vành lốp ở trạng thái khơng tải khi xe đi thẳng. Độ chụm có ảnh
hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành lái.

A

B

Hình 1.14 Độ chụm
Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn P f ngược
chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Lực P f này đặt
cách trụ quay đứng một đoạn R 0 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.
P

P

V

f

f

R

R

0

0

Hình 1.15 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.

18


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.

6. Hệ thống lái có trợ lực.
6.1. Cơng dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người
lái. Trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái cịn nâng cao tính an tồn chuyển động khi xe
có sự cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái. Ngoài ra để
cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bản rộng,
áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường. Kết quả là cần một lực lái
lớn hơn.
Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái nhỏ,
phải có một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái.
6.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái.
Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh
Dựa vào vị trí của van phân phối và xi lanh lực:
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ
cấu lái.
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng .
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong địn kéo
Hiện nay dạng bố trí thơng dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phân

phối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung. Còn nguồn năng lượng là một bơm cánh
gạt được dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai.
6.3. Nguyên lý trợ lực lái.

19