Tính toán thiết kế hệ thống lái xe kia moring (khóa luận cơ điện và công trình)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA CƠ ĐIỆN & CƠNG TRÌNH

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE KIA MORNING

NGÀNH: KĨ THUẬT CÔNG NGHỆ Ô TÔ
MÃ NGÀNH: 7510205

Giáo viên hướng dẫn

: Nguyễn Bá Vũ

Sinh viên thực hiện

: Lê Văn Hồng

Mã sinh viên

: 1651110007

Lớp

: K61-KOTO

Khóa học

: 2016-2020

Hà Nội, 2020

MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ iii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1.1 Tổng quan về hệ thống lái ô tơ .................................................................... 3
1.1.1 Hệ thống lái thuần cơ khí. ...................................................................... 3
1.1.2 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực .................................................................. 4
1.1.3 Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện tử (EHPA) ............. 4
1.1.4 Hệ thống lái trợ lực điện tử (ESP).......................................................... 5
1.1.5 Hệ thống lái chủ động ............................................................................ 5
1.2 Công dụng yêu cầu phân loại hệ thống lái. ................................................. 6
1.2.1. Công dụng ............................................................................................ 6
1.2.2.Yêu cầu..................................................................................................... 6
1.2.3.Phân loại ................................................................................................... 7
1.3 Cấu tạo chung nguyên lý làm việc ........................................................... 15
1.3.1 Cấu tạo.................................................................................................. 15
1.3.2 Nguyên lý làm việc .............................................................................. 16
1.4 Cấu tạo các bộ phận chủ yếu ..................................................................... 16
1.4.1. Vô lăng ................................................................................................. 17
1.4.2. Trục lái ................................................................................................. 17
1.4.3. Cơ cấu lái.............................................................................................. 19
1.5 Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 21
1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu ................................................................. 22
CHƯƠNG II : ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ............. 23
2.1. Phương án thiết kế................................................................................. 23
2.1.1. Cơ cấu lái trục vít con lăn ................................................................... 23
2.1.2. Cơ cấu lái trục vít chốt quay ............................................................... 24
2.1.3. Cơ cấu lái trục vít cung răng ................................................................ 26

2.1.4. Cơ cấu lái loại liên hợp ........................................................................ 27
i


2.1.5. Bánh răng-thanh răng ........................................................................... 29
2.2. Kết luận phần thiết kế ........................................................................... 30
3.1.

Thông số kĩ thuật.................................................................................. 31

3.2.

Xây dựng đường cong lý thuyết........................................................... 31

3.3. Xây dựng đường cong thực tế ................................................................. 33
3.3.1. Khi xe đi thẳng ..................................................................................... 33
3.3.2. Trường hợp khi xe quay vòng: ............................................................. 34
3.4. Xác định momen cản quay vịng tại chỗ ............................................... 37
3.4.1. Mơmen cản M1 ...................................................................................... 37
3.4.3. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái ..................................... 40
3.5. Xác định chiều dài thanh răng............................................................... 40
3.6. Tính tốn bộ truyền cơ cấu lái............................................................... 41
3.6.1. Xác định bán kính vịng lăn của bánh răng .......................................... 41
3.6.2. Xác định các thông số của bánh răng ................................................... 41
3.6.3.Xác định kích thước và thơng số của thanh răng ................................... 43
3.6.4. Tính bền cơ cấu lái trục răng - thanh răng ............................................ 44
3.7. Tính bền dẫn động lái............................................................................ 47
3.7.1. Kiểm tra bền trục lái:............................................................................ 47
3.7.2. Kiểm tra bền Rô-tuyn:.......................................................................... 48
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .............................................................................. 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO

ii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 – Tổng quan hệ thống lái trên ơ tơ ..................................................... 6
Hình 1.2 – Vơ lăng được lắp bên trái ................................................................ 8
Hình 1.3 - Vơ lăng được lắp bên phải ............................................................... 8
Hình 1.4– Phân loại hệ thống lái theo số bánh dẫn hướng ............................... 9
Hình 1.5- Cơ cấu lái trục vít – con lăn ............................................................ 11
Hình 1.6 - Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi-thanh răng cung răng..................... 12
Hình 1.7 - Cơ cấu lái loại trục vít -êcu bi cung răng....................................... 13
Hình 1.8 - Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng ......................................... 14
Hình 1.9 – Tổng quan hệ thống lái.................................................................. 15
Hình 1.10 -Sơ đồ tổng quát hệ thống lái. ........................................................ 16
Hình 1.11 – Các kiểu vơ lăng khác nhau ........................................................ 17
Hình 1.12 – Cấu tạo một trục lái .................................................................... 18
Hình 1.13 Giản đồ thể hiện quan hệ giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái ........... 19
và góc quay của vành tay lái. .......................................................................... 19
Hình 1.14- Xe KIA MORNING 4 chỗ........................................................... 22
Hình 2.1 - Cơ cấu lái trục vít con lăn ............................................................. 23
Hình 2.2 - Cơ cấu lái trục vít chốt quay .......................................................... 25
Hình 2.3 - Cơ cấu trục vít – cung răng.......................................................... 26
Hình 2.4 Cơ cấu lái loại liên hợp .................................................................... 28
Hình 2.5 - Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng. ........................................ 29
Hình 2.6 - Sơ đồ chung của hệ thống lái thiết kế. ........................................... 30
Hình 3-1 :Sơ đồ động học quay vịng. ............................................................ 32
Hình 3-2 :Sơ đồ hình thang lái khi xe đi thẳng. .............................................. 33
Hình 3-3 : Sơ đồ hình thang lái khi xe quay vịng. ........................................ 34

Hình 3-4 - Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng ........................................................ 37
Hình 3.5- Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi xe quay vịng ............... 38
Hình 3.6: Kích thước trục lái .......................................................................... 47
Hình 3.7 Lực tác dụng lên Rơ-tuyn................................................................. 49

iii


MỞ ĐẦU
1. Tính cáp thiết
Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật thế giới đã phát triển
cực kỳ mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời
sống xã hội, đặc biệt trong lĩnh vực cơng nghệ ơ tơ. Ơ tơ là phương tiện vận
tải có vai trị hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, vì có những ưu
điểm vượt trội hơn hẳn các phương tiện vận tải khác: tính thơng dụng, đơn
giản, dễ sử dụng và có tính năng cơ động cao, được áp dụng rộng rãi trong tất
cả các lĩnh vực dân sự cũng như quốc phòng. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ
của khoa học kỹ thuật và công nghệ, nền công nghiệp ô tô trên thế giới phát
triển ngày càng cao, đã cho ra đời nhiều loại xe ô tô hiện đại phục vụ cho nhu
cầu và mục đích sử dụng của con người. Việc nghiên cứu, tìm hiểu, phân tích
cũng như đánh giá chất lượng làm việc của chúng ngày càng được quan tâm
nhằm nâng cao chất lượng của ô tô. Nhằm đáp ứng nhu cầu sửa chữa và bảo
dưỡng cho xe thì có rất nhiều các trung tâm bảo dưỡng được thành lập. Nhưng
với trình độ về kinh tế cịn hạn chế nên các gara chỉ xuất hiện ở các nơi trung
tâm của một vùng chưa đáp ứng được nhu cầu sửa chữa các phương tiện cơ giới.
Quy mơ hoạt động diện tích còn nhỏ, chỉ đáp ứng được nhu cầu sửa chữa nhỏ,
hàng ngày. Quy trình bảo dưỡng cịn phụ thuộc vào trình độ tay nghề.
Hệ thống lái là một trong bảy hệ thống cơ bản, quan trọng nhất trên ô
tô. Trong khi động cơ và hệ thống truyền lực truyền công suất xuống bánh xe,
thì hệ thống lái dùng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ cho ô tô chuyển

động theo một quỹ đạo nhất định nào đó như: quay vòng trái, quay vòng phải, đi
thẳng… Hệ thống lái là một hệ thống khá phức tạp, nó được chia thành nhiều
cụm cơ cấu và bộ phận có chức năng riêng biệt hỗ trợ lẫn nhau.
Trên thực trạng đó và để hồn thành chương trình đào tạo tại trường,
được sự đồng ý của Trường Đại học Lâm Nghiệp, Khoa Cơ điện và Cơng
trình, tơi tiến hành thực hiện đề tài “TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
LÁI DỊNG XE KIA MORNING”.
1


2. Mục tiêu
Thiết kế hệ thống lái xe KIA MORNING 4 chỗ, nhằm hướng tới việc
sản xuất phục vụ cho sửa chữa và thay thế các chi tiết cho hệ thống lái trong
nước.
Dài-rộng-cao tổng thể (mm)

3495-1595-1480

Chiều dài cơ sở(mm)

2370

Chiều rộng cơ sở trước/sau (mm)

1400/1385

Hộp số sàn

5 số

Cỡ lốp

165/60/R14

Bán kính quay vịng tối thiểu (m)

4,6

Trọng lượng khơng tải (N)

8500

Trọng lượng tồn tải (N)

13500

Trọng lượng cầu trước G1(N)

7400

Trọng lượng cầu sau G2(N)

6100

Vận tốc cực đại(km/h)

160

3. Phương pháp nghiên cứu
a. Phương pháp thu thập kế thừa tài liệu: Kế thừa các kết quả nghiên

cứu về cấu tạo của hệ thống lái trên các loại xe hiện nay.
b. Phương pháp tính tốn lý thuyết: vận dụng kiến thức của các môn
học đã học như: cấu tạo ô tô máy kéo, lý thuyết ô tô máy kéo, kỹ thuật chẩn
đoán và bảo dưỡng máy, thiết kế ơ tơ, …..để tìm hiểu và nghiên cứu hệ thống
lái của xe KIA MORNING 4 chỗ.

2


CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về hệ thống lái ơ tơ
Bạn có thể đang sở hữu một chiếc ô tô được trang bị động cơ có cơng
suất lớn và hộp số có hiệu suất cao để có thể truyền hầu hết cơng suất mà
động cơ sinh ra đến bánh xe, nhưng nếu bạn không thể điều khiển các bánh
xe làm cho chiếc xe di chuyển theo hướng bạn mong muốn, thì động cơ
cơng suất lớn hay hộp số có hiệu suất cao cũng khơng cịn có ý nghĩa nữa
bởi vì bạn khơng thể điều khiển chiếc xe của mình di chuyển trên đường.
Hệ thống lái là một trong bảy hệ thống cơ bản, quan trọng nhất trên ô
tô. Trong khi động cơ và hệ thống truyền lực truyền cơng suất xuống bánh
xe, thì hệ thống lái dùng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ cho ô tô
chuyển động theo một quỹ đạo nhất định nào đó như: quay vịng trái, quay
vịng phải, đi thẳng… Hệ thống lái là một hệ thống khá phức tạp, nó được
chia thành nhiều cụm cơ cấu và bộ phận có chức năng riêng biệt hỗ trợ lẫn
nhau.
Qúa trình phát triển của hệ thống lái trên xe ơ tơ có thể liệt kê gồm: hệ
thống lái thuần cơ khí, hệ thống lái trợ lực thủy lực, hệ thống lái trợ lực thủy
lực điều khiển điện, hệ thống lái trợ lực điện, hệ thống lái tích cực, hệ thống
lái Steer by wire, hệ thống lái tự động. Dưới đây hãy cùng đi tìm hiểu cụ thể
hơn một số loại hệ thống lái trên ô tô như:
1.1.1 Hệ thống lái thuần cơ khí.

Hệ thống lái thuần cơ khí được lắp đặt trên xe ô tô lần đầu tiên từ thập
kỷ 50 và cho đến thời điểm hiện lại nó đã được cải tiến lên khá nhiều. Hệ
thống lái cơ khí chủ yếu được nghiên cứu và cải tiến vào khả năng quay vịng
ơ tơ trong thời gian ngắn nhất trên một diện tích nhỏ, giữ cho xe ổn định
chuyển động thẳng, lực tác dụng lên vành tay lái nhỏ, đảm bảo động lực quay
vịng đúng để các bánh xe khơng bị trượt,..
Hệ thống lái cơ khí đơn thuần được cấu tạo bởi hai bộ phận chính là
dẫn động láo và cơ cấu lái. Cơ cấu lái sẽ làm nhiệm vụ chuyển đổi mô men
3


giữa góc quay vịng các bánh xe dẫn hướng và góc quay vành lái lớn. Cịn dẫn
động lái sẽ truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng đồng
thời đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng quay quanh trục đứng với vận tốc và
góc quay khác nhau nhằm tránh hiện tượng trượt khi quay vòng.
Ưu điểm: hệ thống lái cơ khí đáp ứng được yêu cầu ban đầu để xe
chuyển động trên đường đảm bảo các bánh xe ít bị trượt khi quay vịng.
Nhược điểm đó chính là người lái phải sử dụng 100% năng lượng để
thực hiện việc quay vòng bánh xe trong quá trình chuyển đồng và cùng với đó
phải tiếp nhận những phản hồi không mong muốn từ mặt đường. Điều này
gây ra cảm giác mệt mỏi cho người lái khi sử dụng hệ thống lái trên xe ơ tơ
này. Ngồi ra, hệ thống lái cơ khí có khối lượng và kích thước các chi tiết lớn
và nặng chiếm nhiều không gian bố trí. Khả năng và đập khi xảy ra sự cố ảnh
hưởng nhiều đến người sử dụng.
1.1.2 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực
Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực chính là sự cải thiện của hệ thống lái thuần
cơ khí nhằm khắc phục vấn đề chính là hỗ trợ một phần năng lượng của người
lái trong quá trình điều khiển xa tạo cảm giác thoải mái khi lái xe.
Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực ngoài ưu điểm là tạo cảm giác nhẹ khi lái
xe ơ tơ và có mức giá thành rẻ thì nó vẫn cịn một số nhược điểm như việc

điều khiển các van dầu trợ lực bằng thanh xoắn hồn tồn bằng cơ khí nên dải
tốc độ hạn chế nhất là khi chạy ở tốc độ cao công suất bơm dầu tăng dẫn đến
áp lực dầu tăng theo, việc hạn chế trợ lực trở nên khó khăn, bơm dầu làm việc
liên tục làm tổn hao năng lượng trong tình trạng khơng cần trợ lực.
1.1.3 Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện tử (EHPA)
Phiên bản cái tiến của hệ thống trợ lực thuỷ lục là hệ thống lái trợ lực
thuỷ lực. Điểm quan trọng của hệ thống này là thanh xoắn cảm biến mô men
đánh lái không trực tiếp điều khiển van trợ lực. Độ biến dạng của thanh xoắn
được chuyển thành tín hiệu điện gửi tới hộp MCU điều khiển trợ lực. Tại đây,

4


hộp sẽ tổng hợp lại các tín hiệu chạy xe, tính tốn và xác định phần tỷ lệ trợ
lực từ đó quyết định áp lực trợ lực lái.
Ưu điểm của hệ thống có thể kể đến như dải làm việc của trợ lực đa
dạng đáp ứng các tốc độ khác nhau đặc biệt là dải tốc độ cao, tạo cảm giác
thoải mái khi lái xe.
1.1.4 Hệ thống lái trợ lực điện tử (ESP)
Hệ thống lái trợ lực điện tử được thay thế lực tác dụng từ bơm dầu trợ
lực bằng động cơ điện. Mô tơ điện được điều khiển bằng hộp điều khiển nên
các chế độ trợ lực được thay đổi một cách linh hoạt. Tuỳ thuộc vào từng loại
xe mà mơ hình điều khiển được sử dụng có sự khác nhau. Tuy nhiên thì
chúng có một điểm chung đó là các đặc tính trợ lực được xây dựng dựa trên
đặc tính cản từ mặt đường. Trong hệ thống lái trợ lực điện tử thì cảm biến mơ
men cản sẽ xác định mô men sẵn từ mặt đường tác dụng lên hệ thống, kết hợp
với cảm biến vận tốc và thông số chạy xe phần mềm sẽ được quyết định trợ
lực tỷ lệ thông qua việc điều khiển trực tiếp mô tơ điện.
1.1.5 Hệ thống lái chủ động
Hệ thống lái chủ động được thiết kế dựa trên những phân tích về hướng

chuyển động thực tế của xe khi lưu thông ở các tốc độ khác nhau tại các điều
kiện khác nhau. Điều quan trọng trong hệ thống lái này là trên trục lái nối
giữa vô lăng và cơ cấu lái được bố trí thêm bộ chấp hành AFS- cơ cấu thay
đổi tỷ số truyền được thay đổi theo tình trạng chạy xe. Trên hệ thống này còn
xuất hiện thêm cảm biến xoay thân xe, tín hiệu từ cảm biến này kết hợp với
tín hiệu vận tốc, góc đánh lái, vận tốc đánh lái được gửi đến hộp điều khiển.

5


Hình 1.1 – Tổng quan hệ thống lái trên ơ tô
1.2 Công dụng yêu cầu phân loại hệ thống lái.
1.2.1. Công dụng
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 vơ 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.
1.2.2.Yêu cầu
Là một trong các hệ thống quyết định đến tính an tồn và ổn định
chuyển động của ơ tơ là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các
yêu cầu sau:

6


- Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển hướng linh hoạt và an tồn
của ơ tơ trên các loại đường khác nhau tùy thuộc vào vận tốc chuyển động. Sự
điều khiển linh hoạt và an toàn phụ thuộc vào các yếu tố kết cấu: khả năng
quay vòng lớn nhất trong không gian hạn chế, độ rơ vành lái, tỉ số truyền của
hệ thống lái, khả năng tự ổn định của ơ tơ. Cụ thể:
- Góc quay vành lái tối đa của người lái khơng vượt q 5 vịng quay
vành lái.
- Lực trên vành lái phù hợp với khả năng điều khiển của người sử dụng.
- Độ rơ vành lái khơng q lớn
- Hệ thống lái phảm đảm bảo có khả năng giảm các lực va đập từ mặt
đường truyền lên vành lái.
- Phải có khả năng ổn định hướng chuyển động, đặc biệt là khi xe đi
thẳng.
- Hạn chế tối đa ảnh hưởng của hệ thống treo đến hệ thống lái, nhằm
đảm bảo khả năng điều khiển hướng của ô tô khi hoạt động trên đường xấu.
1.2.3. Phân loại
Tuỳ thuộc vào yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống lái được chia thành
các loại sau:
1.2.3.1.Theo cách bố trí vành lái
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (theo chiều chuyển động của ô tô)
được dùng trên ơ tơ của các nước có luật đi đường bên phải như ở Việt Nam
và một số nước khác.

7


Hình 1.2 – Vơ lăng được lắp bên trái

- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của
ô tô) được dùng trên ô tô của các nước có luật đi đường bên trái như ở Anh,
Nhật, Thuỵ Điển,…

Hình 1.3 - Vơ lăng được lắp bên phải
8


1.2.3.2. Theo số lượng bánh dẫn hướng
- Theo số lượng bánh dẫn hướng chia ra hệ thống lái với các bánh dẫn
hướng ở cầu trước,cầu sau ở hai cầu và ở các cầu.

Hình 1.4– Phân loại hệ thống lái theo số bánh dẫn hướng

9


Đặc điểm và phạm vi sử dụng :
- Cầu trước dẫn hướng (a) là loại dẫn hướng thông dụng, dễ thiết kế, được
sử dụng trên các loại xe con,xe tải nhẹ
-

Cầu sau dẫn hướng (b) có tính cơ động cao trong diện tích chật

hẹp, loại cơ cấu này thường được dùng trên các xe nâng
-

Hai cầu dẫn hướng (c) được dùng trên các xe chun dụng hoặc

xe địa hình,xe có khả năng cơ động cao với bán kính quay vịng nhỏ

-

Nhiều cầu dẫn hướng (d) sử dụng trên các xe tải nặng, với các

yêu cầu về việc phân bố tải trọng trên các bánh xe không vượt quá giới hạn
cho phép
1.2.3.3. Theo kết cấu của cơ cấu lái
Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra loại bánh răng-thanh răng, trục vítcung răng, trục vít-con lăn, trục vít-êcu bi-thanh răng-cung răng.
a. Cơ cấu lái trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng . Trên phần lớn các
ơtơ loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này. Cơ cấu
lái gồm trục vít glơbơit 1 ăn khớp với con lăn 2 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


Hình 1.5- Cơ cấu lái trục vít – con lăn
1 -Trục vít 2 -Con lăn 3 - Ổ bi kim
- Ưu điểm:
- Nhờ trục vít có dạng glơ-bơ-it cho nên tuy chiều dài trục vít khơng lớn
nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa
là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn.
- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô
mà làm con lăn có hai đến bốn vịng ren.
- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn.
- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng. Đường
trục của con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn  = 5  7mm,
điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong

quá trình sử dụng.
b. Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi- thanh răng- cung răng.
Gồm một trục vít, cả hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục
vít và êcu có rãnh trịn có chứa các viên bi,các viên bi lăn trong rãnh và
truyền lực. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đường hồi bi quay trở lại vị
trí ban đầu.

11


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 đòn
dẫn động làm quay bánh xe dẫn hướng.

1

10

2

3

4

6

5

7

8

9

.
Hình 1.6 - Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi-thanh răng cung răng
1. Vỏ cơ cấu lái

6. Phớt

2.Bi dưới

7. Đai ốc điều chỉnh

3.Trục vít

8. Đai ốc hãm

4.Êcu bi

9.Bánh răng rẻ quạt

5.Ổ bi trên

10.Bi

- Ưu điểm:
Cơ cấu lái kiểu trục vít-êcu bi –cung răng có những ưu điểm sau:
-

Ma sát giữa trục vít và ê cu là ma sát lăn thông qua các viên bi, bởi
vậy mà hiệu suất truyền lực cao, giảm được sự mòn trong cơ cấu lái

- Tỉ số truyền của cơ cấu lái có thể thay đổi nếu bán kính vịng chia của
cung răng và bước thanh răng thay đổi
- Hiệu suất thận và nghịch gần bằng nhau và đạt được   0,85  0,70

12


có khả năng điều chỉnh khe hở giữa thanh răng và bánh răng rẻ quạt
Ta có thể giảm nhẹ lực đánh lái khi xe chạy chậm hoặc đang đỗ bằng
cách thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu lái.Tuy nhiên khi tăng tỷ số truyền của
cơ cấu lái thì làm giảm độ nhạy của cơ hệ thống lái. Trên các xe có trợ lực
lái ta dùng cơ cấu lái có tỷ số truyền không thay đổi được.
Đặc điểm của loại cơ cấu lái có tỷ số truyền khơng đổi là các bán kính
ăn khớp của các răng rẻ quạt C1,C2,C3 là bằng nhau và các bán kính ăn khớp
D1 ,D2,D3 của các răng đai ốc bi cũng bằng nhau. Do vậy tỷ số truyền của
mỗi răng là không đổi ở bất kỳ góc quay nào của trục răng rẻ quạt và bằng tỷ
số sau :

D

DD

C CC

c=c=c
d=d=d

Hình 1.7 - Cơ cấu lái loại trục vít -êcu bi cung răng
c. Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng
Cơ cấu lái kiểu bánh răng -thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục
lái chính ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng được lắp trên các ổ bi.Thanh
răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía
giữa, phần thanh cịn lại có tiết diện trịn. Khi vô lăng quay, bánh răng quay
làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc
trượt.Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên qua các đầu
thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xuay đứng.

13


3

1

2

4
5
6

7
8

9
1

1

1

Hình 1.8 - Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng
1.Trục lái.

7.Đai ốc .

2.Chụp nhựa.

8.Đai ốc điều chỉnh .

3.Đai ốc điều chỉnh.

9.Lò xo.

4. Ổ bi trên.

10.Thanh răng.

5.Vỏ cơ cấu lái.

11.Trục răng.

6. Dẫn hướng thanh răng .

12. Ổ bi dưới.

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng

nghiêng, trục răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng
nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn,do đó làm việc êm và phù hợp với việc
bố trí vành lái trên xe.
Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng có các ưu điểm sau:
- Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh
răng tác dụng như thanh dẫn động lái nên khơng cần các địn kéo
ngang như các cơ cấu lái khác.
- Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp.Sức cản trượt,
cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ.
- Cơ cấu lái được bao kín hồn tồn nên ít phải chăm sóc bảo dưỡng

14


1.2.3.4.Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cường hố
a. Hệ thống lái có cường hố thuỷ lực.
Cơ cấu lái,van phân phối,xi lanh lực bố trí trên cùng một khối.
Ưu điểm:Có cấu tạo khá đơn giản,tác động nhanh,hiệu suất cao.Với công
nghệ chế tạo hiện đại cho phép thiết kế được những bộ trợ lực thủy lực có kết cấu
nhỏ gọn.Nên được sử dụng nhiều trên xe con và xe du lịch.
Nhược điểm:Có nhiều chỗ tiếp xúc cơ khí dẫn đến mài mịn.

b. Hệ thống lái có cường hố khí nén.
Trợ lực khí nén sử dụng năng lượng trợ lực là khí nén trên ơ tơ.Nguồn khí
nén trên xe có áp suất tối đa là 10 bar.Do đó kích thước xi lanh lực và van điều
khiển thường lớn,khó bố trí trên xe.Do vậy,hiện nay hệ thống trợ lực bằng khí nén ít
được sử dụng.

- Hệ thống lái có cường hoá điện.
1.3 Cấu tạo chung nguyên lý làm việc

1.3.1 Cấu tạo
Cấu tạo chung của hệ thống lái bao gồm các phần chính : vành lái, trục
lái, cơ cấu lái, dẫn động lái.

Hình 1.9 – Tổng quan hệ thống lái

15


1.3.2 Nguyên lý làm việc
Khi xe chuyển động thẳng, vành lái nằm ổn định ở vị trí trung gian, các
cơ cấu được bố trí để các bánh xe dẫn hướng nằm ở vị trí đi thẳng theo
phương chuyển động của ô tô. Khi ta quay vành lái sang bên phải: thơng qua
trục lái và cơ cấu lái, đầu địn quay đứng chuyển về phía sau, qua địn kéo dọc
làm quay đòn quay ngang và ngõng trục, kéo bánh xe dẫn hướng bên trái sang
bên phải. Đồng thời dưới tác dụng của hình thang lái làm bánh xe bên phải
cũng quay theo. Ơ tơ quay vịng sang bên phải. Khi ta quay vành lái sang bên
trái: Thông qua vành lái và cơ cấu lái, đầu đòn quay đứng dịch chuyển về phía
trước, tương tự như trên các bánh xe dẫn hướng dịch chuyển sang trái.
1.4 Cấu tạo các bộ phận chủ yếu
Sơ đồ tổng qt của hệ thống lái khơng có trợ lực:

Hình 1.10 -Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1.Vành tay lái 5.Thanh kéo dọc
2.Trục lái.

6.Địn quay ngang

3.Cơ cấu lái.

7.Hình thang lái

4.Đòn quay đứng

16


1.4.1. Vô lăng
Vô lăng hay vành tay lái hay bánh lái là một trong những bộ phận thuộc
hệ thống lái xe ơ tơ, có dạng hình trịn và được tài xế trực tiếp dùng để điều
khiển các hướng di chuyển của xe.

Hình 1.11 – Các kiểu vơ lăng khác nhau
Theo quy ước của từng quốc gia về chiều lưu thông đường bộ, vô lăng
sẽ được đặt bên phải hay bên trái tương ứng. Điều này có nghĩa là, đối với các
nước quy định chiều chuyển động bên phải thì vơ lăng sẽ được lắp đặt bên trái
và ngược lại, đối với chiều chuyển động bên trái thì vơ lăng sẽ được lắp đặt
bên phải hay còn gọi là tay lái thuận. Tại Việt Nam chiều thuận được quy
định trong luật giao thông là bên phải, nên vô lăng sẽ được thiết kế nằm ở vị
trí bên trái trong buồng lái xe ô tô.
1.4.2. Trục lái
Trục lái bao gồm trục lái chính làm nhiệm vụ truyền mơ men quay từ
vành lái đến hộp số lái và ống đỡ trục lái để cố định trục lái vào thân xe. Đầu
trên của trục lái chính được làm thon và sẻ răng cưa và vành lái được siết chặt
vào trục lái bằng đai ốc. Đầu dưới của trục lái chính nối với cơ cấu lái bằng
17


khớp nối mềm hoặc khớp các đăng để giảm thiểu việc truyền chấn động từ
mặt đường lên vành tay lái. Ngồi chức năng truyền mơ men quay từ vành lái

xuống hộp số lái trục lái còn là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ô tô như:
Cần điều khiển hệ thống đèn, cần điều khiển hệ thống gạt nước, cơ cấu
nghiêng tay lái, cơ cấu hấp thụ va đập, cơ cấu khoá tay lái, cơ cấu trượt tay
lái…. Các cơ cấu này giúp cho người điều khiển thoải mái khi di chuyển ra
vào ghế lái và có thể điều chỉnh vị trí tay lái cho phù hợp với khổ người .
Trục lái cần phải đảm bảo đủ cứng để truyền mô men điều khiển nhưng lại
phải đảm bảo giảm rung động trong hệ thống lái, không gây rung, ồn trong
buồng điều khiển cơ cấu điều khiển hệ thống lái cần có kết cấu gọn, bố trí hợp
lí, đồng thời có khả năng đàn hồi tốt theo phương dọc xe để hạn chế tổn
thương có thể xẩy ra khi gặp tai nạn. Hiện nay kết cấu trục lái rất đa dạng, đa
số các xe sử dụng loại trục gẫy được cấu tạo từ các trục có các khớp các đăng
nối trục.

Hình 1.12 – Cấu tạo một trục lái
1 - Vành lái. 4 - Vỏ trục lái. 6 - Trục các đăng.
2 - Cụm công tắc gạt mưa. 5 - Khớp các đăng. 7 - Khớp cao su.
3 - Cụm khóa điện.

18


1.4.3. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái là bộ phận cơ bản trong hệ thống lái, nó có nhiệm vụ biến
chuyển động quay vịng của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay
đứng và đảm bảo tỉ số truyền theo yêu cầu.
Về bản chất, cơ cấu lái là hộp giảm tốc và có nhiệm vụ tăng mơmen
truyền từ vơ lăng tới các bánh xe dẫn hướng. Các thông số đặc trưng cho cơ
cấu lái gồm tỷ số truyền, hiệu suất thuận, hiệu suất nghịch.
1.4.3.1. Tỷ số truyền cơ cấu lái
a. Tỷ số truyền cơ cấu lái được định nghĩa như sau:

ic 

1
trong đó:
2

-

1 : Là góc quay của vơ lăng

-

 2 : Là góc quay của trục địn quay đứng

Tỷ số truyền cơ cấu lái có thể khơng đổi hoặc thay đổi. Quy luật thay
đổi tỷ số truyền thích hợp nhất được thể hiện trên giản đồ sau:












Hình 1.13 Giản đồ thể hiện quan hệ giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái
và góc quay của vành tay lái.

- I= góc quay của vơ lăng /góc quay của bánh dẫn hướng (đối với cơ cấu lái
trục răng - thanh răng ).
b. Phân tích đồ thị:

19


Với quy luật thay đổi như trên, khi ô tô chuyển động trên đường thẳng
với vận tốc cao, người lái chỉ phải đánh lái với các góc rất nhỏ xung quanh vị
trí trung gian, nên tỷ số truyền lớn ở đây giúp cho người lái điều khiển ô tô
nhẹ nhàng. Hơn nữa tỷ số truyền lớn có tác dụng làm giảm va đập truyền
ngược từ đường lên vô lăng.
Ở các góc đánh lái lớn thì tỷ số truyền nhỏ giúp cho việc điều khiển
linh hoạt hơn, cho phép ô tô có thể quay vịng trong những chỗ hẹp, bán kính
quay vịng nhỏ.Tuy nhiên cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi thường phức tạp,
đắt tiền.Vì vậy với hệ thống lái có trang bị trợ lực thì nên sử dụng cơ cấu lái
có tỷ số truyền khơng đổi.
1.4.3.2. Hiệu suất cơ cấu lái
Trong cơ cấu lái người ta phân biệt 2 hiệu suất thuận và nghịch
- Hiệu suất thuận: là hiệu suất tính theo lực truyền từ vơ lăng tới bánh xe.
Hiệu suất này càng lớn thì tổn hao năng lượng điều khiển càng nhỏ, nghĩa là
lái càng nhẹ hơn
- Hiệu suất nghịch: là hiệu suất tính theo lực truyền từ bánh xe lên vơ lăng, vì
vậy khi thiết kế cơ cấu lái nên chọn hiệu suất nghịch nhỏ để giảm bớt lực
truyền từ mặt đường lên vô lăng.
Như vậy, với hiệu suất nghịch nhỏ, các lực va đập từ mặt đường truyền
ngược lên vô lăng giảm đi đáng kể. Đây là một ưu điểm của cơ cấu lái cần
được tận dụng tối đa. Tuy nhiên, nếu chọn hiệu suất nghịch q bé thì vơ lăng
sẽ mất khả năng tự trở về vị trí trung gian nhờ các mơ men ổn định. Bởi vậy
trong khi thiết kế nên chọn hiệu suất nghịch ở mức độ hợp lý.

1.4.3.3. Các yêu cầu của cơ cấu lái
Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo. Vì
vậy 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.
20


- 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.
Lực dùng để quay vô lăng được gọi là lực lái, giá trị của lực này đạt giá trị
max khi xe đứng yên tại chỗ, và giảm dần khi tốc độ của xe tăng lên và đạt
nhỏ nhất khi tốc độ của xe lớn nhất.
Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ mặt
đường lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vơ 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 số góc quay đàn hồi
tính trên vành lái vơ lăng và mô 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.
1.4.3.4. Các dạng cơ cấu lái thông dụng
Hiện nay trên ô tô thường sử dụng các loại cơ cấu lái như:
- Loại bánh răng – thanh răng,
- Loại trục vít glơbơit – con lăn,
- Loại trục vít – ê cu bi – thanh răng – cung răng,
- Loại trục vít – cung răng,

Ngồi ra cịn có cơ cấu lái: trục vít – chốt quay, bánh răng – cung răng…
1.5 Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
- Đề xuất lựa chọn các phương án thiết kế
- Tính tốn thiết kế kỹ thuật
21