LÝ THUYẾT KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN ô TÔ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HCM
KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

LÝ THUYẾT KẾT CẤU VÀ
TÍNH TỐN Ơ TƠ
GVHD: Th.S LÊ QUANG TRÍ
SVTH : Nguyễn Thị Thanh Nhã 17154060
Đỗ Trung Quân

17154074

Nguyễn Phước Thuận

17154100

TP HCM, Ngày 03 tháng 06 năm 2021


LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền kinh tế đang phát triển mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu sử dụng ô tô để phục
vụ cho việc vận tải cũng như di chuyển ngày càng cao, địi hỏi ngành cơng nghiệp ơ tơ
phải phát triển theo để đáp ứng cho khách hàng đầy đủ về tiện nghi nội - ngoại thất
cũng như đảm bảo tính an tồn cho người sử dụng.
Một trong những hệ thống không thể thiếu trong một chiếc ô tô đó là hệ thống lái. Một
hệ thống lái phải đảm bảo tính quay vịng đúng của các bánh xe dẫn hướng, điều khiển
dễ dàng, dễ chăm sóc sửa chữa, bảo dưỡng và phù hợp với phần lớn đối tượng sử dụng
Cũng vì thế mà hệ thống lái ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và
sử dụng hệ thống lái ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ hơn
Quá trình thực hiện đồ án đã được sự giúp đỡ chỉ bảo của thầy Th.s Lê Quang Trí
giảng dạy mơn học “Lý thuyết kết cấu và tính tốn ô tô”. Cảm ơn thầy đã tạo điều kiện

cho nhóm chúng em hoàn thành nội dung đồ án theo đúng thời gian quy định. Do hạn
chế về năng lực nên đồ án khơng tránh khỏi cịn nhiều thiếu sót. Rất mong được sự
góp ý của thầy và các bạn để nhóm chúng mình cải thiện tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn!


Mục lục

CHƯƠNG I ...................................................................................................................................... 5
TỔNG QUAN VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ .......................................................... 1
1.1

Tổng quan ......................................................................................................................... 1

1.1.1

Công dụng ................................................................................................................. 1

1.1.2

Các trạng thái quay vòng của xe............................................................................... 1

1.1.3

Phân loại hệ thống lái ................................................................................................ 1

1.1.4

Yêu cầu của hệ thống lái ôtô ..................................................................................... 2

1.2

Cấu tạo chung hệ thống lái ............................................................................................... 2

1.3

Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế ........................................................................ 3

1.3.1
e.

Phân tích các phương án thiết kế cơ cấu lái ............................................................. 3

Cơ cấu lái trục vít – bánh vít .................................................................................................. 5

Hình 1.6 Cơ cấu lái loại trục vít bánh vít ...........................................Error! Bookmark not defined.
1.3.2

Chọn phương án thiết kế .......................................................................................... 5

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ .......................................................................................... 6
2.1

Thơng số đầu vào .............................................................................................................. 6

2.2

Nội dung thực hiện............................................................................................................ 6

2.3

Tính tốn các thơng số hình học của hệ dẫn động lái ...................................................... 6

2.3.1

Tính tốn hình thang lái ........................................................................................... 6

2.3.2

Xác định góc quay vịng lớn nhất của vơ lăng ........................................................ 12

2.3.3

Tính tỉ số truyền ...................................................................................................... 12

2.3.4

Xác định lực tác dụng lên vành tay lái: .................................................................. 13

2.4

Thiết kế cơ cấu lái (Loại Trục Vít – Bánh vít) ............................................................... 15

2.4.1

Tính tốn thiết kế trục vít ....................................................................................... 15

2.4.2

Tính tốn thiết kế bánh vít: .................................................................................... 17

2.4.3

Tính trục lái............................................................................................................. 17

2.5

Kiểm tra bền cơ cấu lái ................................................................................................... 18

2.6

Tính địn quay đứng và các đòn quay khác của dẫn động lái........................................ 19

2.6.1

Đòn quay đứng: ....................................................................................................... 19

2.6.2

Đòn kéo .................................................................................................................... 20


MỤC LỤC HÌNH

Hình 2.5 Sơ đồ hình thang lái với góc ϴ là góc giữa địn nghiêng bên
và đường song song với trục dọc của ơ tơ ............................................ 9
Hình 2.6 Biểu đồ đường đặc tính thực tế ........................................... 10
Hình 2.7 Biểu đồ đường đặc tính lý thuyết và thực tế (đã chọn) ...... 11
Hình 2.8 Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái ...................................... 13
Hình 2.9 Đặc điểm lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vịng.... 14

Hình 2.10 Mặt cắt ngang và dọc trục vít ............................................. 15
Hình 2.11 Góc xoắn ốc vít ................................................................... 16
Hình 2.12 Sơ đồ tính cơ cấu lái ........................................................... 18
Hình 2.13 Địn quay đứng ................................................................... 19
Hình 2.14 Hình thang lái ...................................................................... 20
Hình 2.15 Bản vẽ trục vít ..................................................................... 23
Hình 2.16 Bản vẽ bánh vít ................................................................... 24


MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1 Các thông số đầu vào ................................................................ 6
Bảng 2 Bảng tính góc lái lý thuyết ........................................................ 7
Bảng 3 Bảng tính góc lái thực tế so với lý thuyết .............................. 10
Bảng 4 các thơng số hình học của trục vít .......................................... 16
Bảng 5 Bảng các thơng số hình học của bánh vít............................... 17


NHẬN XÉT

.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................

.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................
.......................................................................................................


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.1 Tổng quan
1.1.1 Công dụng
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô nhờ quay vòng 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.
1.1.2 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 bánh 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.
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 qvl.
Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vịng xe theo bán kính R0 người lái phải giảm
góc quay vành lái một lượng qvl.
Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm, làm
mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc quay
vịng 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 tồn chuyển động của xe, đặc biệt là
những xe có vận tốc lớn.
1.1.3 Phân loại hệ thống lái
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
a. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng
- Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS)
- Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS)
- Chuyển hướng bằng cách thay đổi vận tốc dài hai bên bánh xe
b. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực
- Hệ thống lái cơ khí
- Hệ thống lái cơ khí có trợ lực
c. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái
1


- Cơ cấu lái kiểu trục vít glơbơit - con lăn
- Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi – thanh răng – cung răng
- Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng
- Cơ cấu lái loại liên hợp (trục vít, ê cu, cung răng)

d. 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)
1.1.4 Yêu cầu của hệ thống lái ôtô
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:
- 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 vịng lớn nhất
trong khơng gian hạn chế, độ rơ vành lái, tỉ số truyền của hệ thống lái, khả năng tự
ổn định của ô 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 không quá 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 Cấu tạo chung hệ thống lái
Cấu tạo chung của một hệ thống lái bao gồm các phần chính: vành tay lái, cơ cấu
lái, dẫn động lái
- Cơ cấu lái là một hộp giảm tốc, đảm bảo phần lớn tỷ số truyền của hệ thống lái
- Vành tay lái là cơ cấu để người điều khiển sử dụng để điều chỉnh xe quay vòng
và chuyển hướng theo ý muốn, vành tay lái được kết nối với cơ cấu lái bởi trục lái

- Dẫn động lái gồm các bộ phận dẫn động được bố trí từ cơ cấu lái đến bánh xe
dẫn hướng gồm: đòn bên, đòn ngang và trục quay bánh xe
1. Vành tay lái

6

2. Trục lái
7

3. Cơ cấu lái

5

4. Đòn quay đứng

4
3

5. Thanh kéo dọc
2

6. Địn quay ngang
7. Hình thang lái

1

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống lái

2

1.3 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế
1.3.1 Phân tích các phương án thiết kế cơ cấu lái
a. Cơ cấu bánh răng thanh răng

Hình 2 Cơ cấu lái loại bánh răng – thanh răng

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.
+ Có khả năng tự động triệt tiêu khe hở tại chỗ ăn khớp. Tỉ số truyền thuân và
nghịch bằng nhau và bằng 0,8 đến 0,9.
b. Trục vít globơit – con lăn
1. Vỏ cơ cấu lái
2. Trục quay đứng
3. Con lăn
4. Tấm lót
5. Trục vít lõm
6. Đai ốc
Hình 3 Cơ cấu lái loại trục vít lõm con lăn

9. Trục con lăn
10. Trục lái

3


Ưu điểm:
+ Nhờ trục vít có dạng glơbơit 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
c. Trục vít ê cu bi – cung răng

Hình 1.4 Cơ cấu lái loại trục vít - ê cu bi - cung răng

Ưu điểm: Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của cung răng nên áp suất trên
răng bé, giảm được ứng suất tiếp xúc và hao mòn.
Nhược điểm: Tuy nhiên loại này có nhược điểm là có hiệu suất thấp
d. Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay

Hình 1.5 Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay

Cơ cấu lái này có ưu điểm cơ bản là có thể thiết kế tỷ số truyền thay đổi theo các quy
luật khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng. Cơ cấu lái loại này thường được sử
dụng ở hệ thống lái không có cường hóa trên ơ tơ tải và ơ tơ khách. Tuy nhiên loại này
có nhược điểm là hiệu suất thấp và các chốt thường mòn rất nhanh và kiểu cơ cấu lái
này ít được sử dụng trên ơ tơ

4

e. Cơ cấu lái trục vít – bánh vít

Hình 1.6 Cơ cấu lái loại trục vít bánh vít

Cơ cấu trục vít bánh vít là một hệ các bánh răng ăn khớp với nhau theo đúng tỷ
số truyền và momen quay đã thiết kế. Hệ thống lái trục vít bánh vít được nhiều
hãng xe sử dụng như: Toyota, Nissan, Huyndai, Kia,… Sự kết nối các bộ phận
cơ cấu trục vít bánh vít sẽ có điểm khác so với loại bánh răng thanh răng
Nếu thực hiện xoay vịng lái thì êcu sẽ trực tiếp quay theo. Thông thường nếu
bạn lựa chọn xoay chiếc êcu này, nó thì nó sẽ ăn sâu vào bên trong của khối
kim loại ( Áp dụng nguyên tắc ren sẽ chuyển động ngược lại. Chính yếu tố này
sẽ khiến các bánh răng ăn khớp cùng khối kim loại, khiến cánh tay đòn bị di
chuyển và bánh xe sẽ chuyển hướng ngay.
Ưu điểm: Loại truyền động này có tỉ số truyền lớn, có khả năng hãm, làm việc
êm
Nhược điểm: hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều và cần dùng loại vật liệu có khả
năng giảm ma sát lớn nên vật liệu làm bán h vít đắt tiền và yêu cầu độ chính xác
cao khi lắp ghép
1.3.2 Chọn phương án thiết kế
Chọn phương án thiết kế hệ thống lái trục vít – bánh vít
Đây là loại cơ cấu được dùng nhiều nhất trong nguyên lý hoạt động của hệ
thống lái trên ô tô của xe tải và xe ô tô SUV
Ưu điểm: - Tỷ số truyền lớn
- Làm việc êm
- Có khả năng tự hãm

5

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ
2.1 Thơng số đầu vào
STT
Thơng số
1
Loại ô tô
2
Loại cơ cấu lái
3
Dẫn động lái
4
Tỷ số truyền hệ thống lái il
5
Kích thước lốp
6
Phân bố trọng lượng Z1
7
Chiều dài cơ sở L
8
Chiều rộng tồn bộ B
9
Bán kính quay vịng Rng
10 Góc thốt trước
11 Góc thốt sau
Trọng lượng xe toàn bộ G
12
+ Trọng lượng cầu trước Z1
+ Trọng lượng cầu sau Z2
13 Chiều rộng tâm 2 vết bánh xe B1

Số liệu
Đơn vị
Ơ tơ con
Trục vít bánh vít
Cơ khí
19,1
7,35 - 14
910
KG
2800
mm
1820
mm
6
m
30
Độ
20
Độ
1820
KG
870
KG
950
KG
1470
mm

Bảng 1 Các thông số đầu vào

2.2 Nội dung thực hiện
- Chọn và tính tốn động học dẫn động lái
- Xác định mơ men cản quay vịng
- Chọn tỉ số truyền
- Tính tốn cơ cấu lái (Chọn và kiểm bền cơ cấu lái)
- Tính tốn dẫn động lái (Chọn và kiểm bền dẫn động)
2.3 Tính tốn các thơng số hình học của hệ dẫn động lái
2.3.1 Tính tốn hình thang lái
 Kích thước của hình thang lái
 Các góc nghiêng của địn bên đối với trục dọc của ơ tơ
 Tỷ số truyền cần thiết cho dẫn động lái
- Hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo cho hai bánh dẫn hướng quay với các góc α
và β theo quan hệ không đổi đảm bảo điều kiện quay không trượt

6


- Đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trái và bên phải sao
cho các bánh xe lăn trên các đường tròn khác nhau nhưng đồng tâm

Hình 2.1 Sơ đồ ơ tơ quay vịng có hai bánh xe dẫn hướng phía trước

Trong đó:
α : Là góc quay của bánh xe dẫn hướng trong của cầu dẫn hướng.
β : Là góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài của cầu dẫn hướng.
L: Là chiều dài cơ sở của hai cầu
* Xây dựng đường đặc tính lý thuyết của hệ thống lái cầu trước

→

Cotgβ =

OD

→

L
→

→

OC
α = Cotgβ − Cotgα = OD
−
=
L
L

=> Cotgβ =

B0
L

Cotgα = OC
L

,
B0
L

+ Cotgα
 L: Chiều dài cơ sở
 B: Khoảng cách giữa 2 đường tâm trụ quay đứng
B0= B1 – 2.c= 1470 – 2.25= 1420 (mm)

Cho α các giá trị khác nhau từ 0o ÷ 40o ta xác định được góc β tương ứng theo bảng
sau:
αo
βo

0
0

5
4,8

10
9,2

15
13,3

20
17

Bảng 2 Bảng tính góc lái lý thuyết

7

25

20,6

30
24

35
27,3

40
30,5


β(o)

ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH LÝ THUYẾT

35
30
25
20
15

10
5
0
0

5

10

15

20

25

30

35

40
α(o)

Hình 2.2 Biểu đồ đường đặc tính lý thuyết

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

Hình 2.3 Hình thang lái

Cần xác định góc θ và độ dài mỗi địn bên m và đòn ngang n. Quan hệ thực tế giữa các
góc quay α , β phụ thuộc vào góc θ và độ dài m của đòn bên.
* Khi xe chạy thẳng:
Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình ta có thể tính được mối quan hệ giữa các thơng số theo
biểu thức sau:
𝑆𝑖𝑛𝜃 =

8

𝐵0 − 𝑛
2𝑚


* Khi xe quay vịng:

Hình 2.4 Hình thang lái khi xe quay vịng

1 0 -Hình 2.5 Sơ đồ hình thang lái với góc ϴ là góc giữa địn nghiêng bên và đường song song với trục dọc của ô tô

Khi bánh xe dẫn hướng bên trái quay đi một góc α và bên phải quay đi một góc β, lúc
này địn bên phải hợp với phương thẳng ngang một góc θ -β và bánh xe bên trái là θ+α
Từ sơ đồ dẫn động trên hình trên ta có mối quan hệ của các thông số theo quan hệ sau:

𝛽 = 𝜃 + 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔

𝑚.𝑐𝑜𝑠(𝜃+𝛼)
𝐵0 −𝑚.𝑠𝑖𝑛(𝜃+𝛼)

− 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛

𝑚−𝐵0 .𝑠𝑖𝑛(𝜃+𝛼)−2𝑚.𝑠𝑖𝑛 2 𝜃+2𝐵0 .𝑠𝑖𝑛𝜃
√𝑚 2 .𝑐𝑜𝑠 2 (𝜃+𝛼)+[𝐵0 −𝑚.𝑠𝑖𝑛(𝜃+𝛼)]2

m thường lấy theo kinh nghiệm: m =(0,14÷ 0,16).B0
Ta chọn: m= 0,15.B0= 0,15.1420= 213(mm)
Chọn sơ bộ góc θ ban đầu theo công thức ChudaKop:
Cotg(90 − θ) =

B0

1420
=
= 0,362
2.0,7. L 2.0,7.2800

=> 90 – θ = 70o
9

(1)


=> θ = 200
Cho θ các giá trị xung quanh giá trị sơ bộ, và cơng thức (1) để tìm quan hệ thực
tế của α và β
Chọn θ= 170, 180, 190, 200, 210
θ(o)

θ1

17

θ2

18

θ3

19

θ4

20

θ5

21

α(o)

0

5

10

15

20

25

30

35

β0

0

4,789

9,194

13,274

17,08

20,663

24,066

27,327

β1

0

4,854

9,424

13,717

17,727

21,44

24,833

27,878

∆β1

0

0,065

0,23

0,443

0,647

0,777

0,767

0,551

β2

0

4,844

9,386

13,634

17,584

21,221

24,524

27,465

∆β2

0

0,055

0,192

0,36

0,504

0,558

0,458

0,138

β3

0

4,834

9,347

13,55

17,439

21

24,214

27,052

∆β3

0

0,045

0,153

0,276

0,359

0,337

0,148

-0,275

β4

0

4,823

9,307

13,464

17,291

20,777

23,902

26,637

∆β4

0

0,034

0,113

0,19

0,211

0,114

-0,164

-0,69

β5

0

4,813

9,267

13,378

17,144

20,554

23,588

26,221

∆β5

0

0,024

0,073

0,104

0,064

-0,109

-0,478

-1,106

Bảng 3 Bảng tính góc lái thực tế so với lý thuyết

θ(o)
30

ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH THỰC TẾ

25
20
Lý
thuyết
θ1

15

θ2

10

θ3
θ4

5
0
0

5

10

15

20

25

30

35

α(o)
Hình 2.6 Biểu đồ đường đặc tính thực tế

10


θ(o)

30

ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH LÝ THUYẾT VÀ THỰC TẾ

25

20
Lý thuyết

15

θ3

10
5
0
0

5

10

15

20

25

30

35
α(o)

Hình 2.7 Biểu đồ đường đặc tính lý thuyết và thực tế (đã chọn)

Trong đó: ∆β1i= β1i - β10
Theo bảng giá trị trên ta chọn góc θ sao cho sự sai lệch với đường lý thuyết │∆β│nhỏ
nhất (trong các góc thường quay của α là từ 00 ÷ 450 ) để thiết kế. Sự sai lệch α phải
bé hơn 10, nếu lớn hơn 10 sẽ gây mòn lốp nhanh nên ta chọn θ= 19o, ứng với góc quay
vịng của bánh xe dẫn hướng αmax = 35o, và βmax= 27,052o
- Độ dài thanh kéo ngang n= Bo – 2.m.sinθ = 1420 – 2.213.sin(19)= 1281,3 (mm)
- Góc quay lớn nhất của các bánh xe dẫn hướng phía ngồi quanh trụ đứng được tính
theo cơng thức: βmax = arctg[

L
√(Rngmin −c)2 −L2 −B1

]

Trong đó: L: Chiều dài cơ sở ơ tơ
Rngmin: Bán kính quay vịng, Rngmin= 6 (m)
c: Cánh tay đòn từ tâm vết bánh xe trước đến tâm quay
Với ô tô ta chọn c = 25mm
B1: Chiều rộng tâm 2 vết bánh xe
11


βmax = arctg[

2800

] = 36,30

√(6000−25)2 −28002 −1470

2.3.2 Xác định góc quay vịng lớn nhất của vơ lăng

αmax = α1max . il
Trong đó:
αmax: gọi là vịng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng.
α1max : góc quay vịng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng cầu trước (35o).
i1: gọi là tỷ số truyền hệ thống lái (i1 =19,1)
Ứng với góc quay bánh dẫn hướng 35o ÷ 40o từ vị trí trung gian vành tay lái sẽ
quay 1 ÷ 1,75 vịng ( nhưng khơng lớn hơn 2 vịng) đối với vị trí trung gian lúc
ơ tơ chạy thẳng
Thay những thơng số tính được vào cơng thức trên ta tìm được góc quay vơ
lăng lớn nhất:
αmax= 19,1.35o = 668,5o ≈ 1,857 (vòng) < 2 vòng : thỏa mãn điều kiện
2.3.3 Tính tỉ số truyền
- Tỉ số truyền dẫn động lái id :
Nó phụ thuộc vào kích thước và quan hệ cánh tay địn id = 0,85 ÷ 1,1
Chọn id = 1
- Tỷ số truyền của cơ cấu lái:
Ta có tỷ số truyền hệ thống lái bằng tích tỷ số truyền của cơ cấu lái và tỷ số
truyền dẫn động lái
=> Chọn iω = 18
Đối với ô tô du lịch, tỷ sơ truyền iω lấy từ 12 ÷ 20
- Tỉ số truyền theo góc của hệ thống lái ig:
Tỉ số truyền theo góc của hệ thống lái được tính theo cơng thức
ig = iω x id= 18*1=18 ( Không vượt quá 25)

- Tỉ số truyền lực của hệ thống lái i1:
+ Cánh tay đòn quay vòng: Cánh tay đòn cmin được xác định theo thực nghiệm, với
ô tô tải loại thường c min= 30÷60 mm. Vì ơ tơ được chọn là ô tô con nên cmin<30
mm, Chọn c = 25 mm
+ Bán kính vành tay lái: Chọn r = 230 ( 200 ÷ 250mm)
+ Momen cản quay vịng của bánh xe Mc
+ Momen lái đặt lên vành tay lái M1

12


Pc

Vậy il =
=
P1

Mc
c
M1
r

Bỏ qua các lực ma sát ta có

Mc
Ml

= ig và do đó:

r

230
il = ig =
19,1 = 165,6
c
25
2.3.4 Xác định lực tác dụng lên vành tay lái:
* Lực tác dụng lên vành tay lái sẽ có giá trị cực đại khi ơ tơ quay vịng tại chỗ, để
tạo ra mơ men đủ thắng các mơ men cản bao gồm:

Hình 2.8 Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái

Lực tác dụng lên vành tay lái đạt giá trị cực đại khi ta quay vịng ơtơ tại chỗ.
Lúc đó mơmen cản quay vòng trên dọc bánh xe dẫn hướng sẻ bằng tổng số của
mômen cản chuyển động M1, mômen cản do các bánh xe trượt lê trên đường
M2,
và mômen cần thiết để làm ổn định dẫn hướng M3 do cánh tay đòn c. Khi xác
định giá trị lực cực đại tác dụng lên vành tay lái Pemax, M3 có thể bỏ qua.
- Mô men cản chuyển động:
M1=Gbx.f.c
 Trọng lượng bánh xe tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng Gbx:

𝐺𝑏𝑥 =

𝑍1
2

. 10 =

870
2

. 10= 4350 (N)

 Chọn hệ số cản lăn f= 0,015
 Tay đòn c= 25mm= 0,025 (m)
13


=> M1= 4350.0,015.0,025= 1,6313 (Nm)

Hình 2.9 Đặc điểm lực ngang tác
dụng lên bánh xe khi quay vịng

- Mơ men cản do các bánh xe trượt lê trên đường:
Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe do sự đàn hồi bên của lốp diện tích tiếp xúc
giữa lốp và đường sẽ bị quay tương đối đối với mặt phẳng bánh xe. Điểm đặt của lực
ngang Y sẽ dịch chuyển 1 đoạn x nào đó phía sau đối với trục bánh xe
M2 = Y.x= Gbx.φ.x
 Hệ số bám ngang đường nhựa hoặc đường bê tơng φ= 0,7÷0,8
->Chọn φ= 0,7
 x: Tay đòn của lực ngang đối với trụ đứng của hệ thống lái
x = 0,5√r0 2 − rbx 2

𝑟0 =

𝑑+2𝐵
2

=

14+2.7,35
2

. 25,4 = 364,45 (𝑚𝑚)

rbx= λ.ro= 0,93. 364,49= 339 (mm)

Với lốp áp suất thấp: λ= 0,93 ÷ 0,935 -> Chọn λ= 0,93
=> 𝑥 = 0,5√364,452 − 3392 = 67 (mm) = 0,067 (m)
=> M2 = Gbx.φ.x = 4350.0,7.0,067 = 203,98 (Nm)
- Tổng mơ men cản quay vịng ở cả hai bánh dẫn hướng là:
Mc= 2.( M1+ M2).γ= 2.( 1,6313+ 203,98).1,07= 440,02 (Nm)
Với γ hệ số tính đến ảnh hưởng của mơ men cản cần thiết để làm ổn định dẫn
hướng M3 gây ra do cầu trước ô tô bị nâng lên γ= 1,07÷1,15 -> Chọn γ= 1,07
* Hiệu suất của hệ thống lái:
Chọn hiệu suất thuận của cơ cấu lái: ŋt= 0,72 ( ŋt = 0,67 ÷ 0,72)
Chọn hiệu suất nghịch cơ cấu lái: ŋn= 0,5

14


- Hiệu suất tính đến tiêu hao do ma sát ở cam quay và các khớp nối trong truyền động
lái, với ơ tơ chỉ có cầu trước dẫn hướng ŋl= 0,5 ÷ 0,7
Chọn ŋ l= 0,6
* Lực tác dụng lên vành tay lái:

Plmax = r.i

Mc

ω .id ŋt .ŋl

440,02

= 0,23.18.1.0,72.0,6

= 246,03 (N)

 il: Tỷ số truyền tổng cộng từ vành tay lái đến bánh xe dẫn hướng
 r: bán kính vành tay lái
2.4 Thiết kế cơ cấu lái (Loại Trục Vít – Bánh vít)
2.6.1 Tính tốn thiết kế trục vít
a. Thiết kế trục vít
Chọn vật liệu chế tạo trục vít là thép xemangtic hóa 20X
- Chọn khoảng cách trục A , số răng z2 của bánh vít, số mối ren z1
+ Đối với bộ truyền trục vít truyền động thì số mối ren z1= 1, 2, 4
Chọn mối ren trục vít Z1=2
=> Chọn Z2= 32 ( bảng 7-2 CTM)
+ Khoảng cách trục: aw= 0,5.m.(q+Z2+ 2.x)= 0,5.5.(8+32)= 100 (mm)
m: chọn sơ bộ mô đun m = 5
 x: hệ số dịch chỉnh trong khoảng ± 0,7 => Chọn x=0
 q: hệ số đường kính được chọn dựa vào m (bảng 7.2 CTM)
=> Chọn q=8

Hình 2.10 Mặt cắt ngang và dọc trục vít

15


Thơng số hình học

Kí
hiệu
α
m
q

Góc biên dạng ren α
Mơ đun dọc trục vít m
Hệ số đường kính q (bảng
7.2-CTM)
Số mối ren trục vít

Cơng thức

Chiều cao đầu ren
Chiều cao chân ren

Z1
Z2
ha1
hi1

Đường kính vịng chia

d1

Đường kính vịng đỉnh
Đường kính vịng đáy
Bước xoắn ốc

da1
di1
pz

Chiều dài phần ren của trục
vít

b1

Bước ren trục vít p

p

α = 20o
m=5
q=8 (với A=100mm :Tra bảng
7.2-CTM)
Z1=2
Z2=32
ha1= m= 5
hi1= 1,2.m=1,2.5=6
d1=m.q=5.8=40
d2=m.Z2=5.32=160
da1= d1+2.m=40+2.5= 50
di1= d1-2,4.m= 40- 2,4.5=28
pz= Z1.p=2.15,71= 31,42
b1 ≥ (C1+C2.Z2).m
=(11+0,06.32).5=64,6
Vì Z1=2 => C1= 11 và C2= 0,06

Z2:Z1=32:2 (bảng 7.2-CTM)
p=m.π= 5.π = 15,71

Chiều dài làm việc của trục
vít

L1

L1=d2.sinγ= 160.sin(14o2’)= 39

Bảng 4 các thơng số hình học của trục vít

- Góc xoắn ốc vít ( góc nâng ren vít):

Hình 2.11 Góc xoắn ốc vít

Góc xoắn ốc vít được xác định theo cơng thức:

𝑡𝑎𝑛𝛾 =

𝑝𝑧1
𝜋.𝑑1

=

𝜋.𝑚.𝑍1
𝜋.𝑑1

=

𝑍1
𝑞

4

= = 0,2
8

=> γ ≈ 11o3’

16

Đơn
vị
Độ
mm

mm
mm
mm
mm
mm
mm

mm
mm


2.6.2 Tính tốn thiết kế bánh vít:
Thơng số

Kí hiệu

Đường kính vịng trịn
tính tốn
Đường kính vịng đỉnh
bánh vít
Đường kính vịng đáy
răng
Đường kính lớn nhất
của bánh vít

Giá trị

d2

d2= m.Z2=5.32=160

da2

da2= d2+2.ha2=m.(Z2+2)=5.(32+2)= 170

di2

di2=d2-2.hi2 =m.(Z2-2,4)=5.(32-2,4)=148

daM2

Đơn
vị

mm
mm
mm

daM2 ≤ da2 + 6m/(Z1+2)= 177,5

mm
mm

Chiều rộng bánh vít

b2

Khi Z1=1 hoặc 2
b2 ≤ 0,75.da1= 0,75.50= 37,5

Góc ơm trục vít bởi
bánh vít
Chiều cao tương ứng
của răng bánh vít
Chiều rộng tương ứng
của răng bánh vít
Góc nghiêng bánh vít

δ

Sin δ= b2/(da1-0,5m)= 52º

h

h= (da2 - di2) = (170-148)/2= 11

b

b=p/2=7,855

β

β = γ1= 14,04

Độ
mm
mm
Độ

Bảng 5 Bảng các thơng số hình học của bánh vít

Chọn bánh vít được chế tạo bằng thép xemangtit 20X
2.6.3 Tính trục lái
Trục lái làm bằng thép rỗng được tính theo ứng suất xoắn do lực tác dụng trên vành
lái:


Trong đó:



Pl max .R.D
MN / m 2
4

4
0,2.(D  d )



- Plmax : lực lái lớn nhất tác dụng lên vô lăng
- D, d : đường kính trong và đường kính ngồi của trục lái
-R

:bán kính vành tay lái, R = 0,23m

Chọn vật liệu chế tạo trục lái là thép C40 không nhiệt luyện, phôi chế tạo là phơi thép
ống có ứng suất tiếp xúc cho phép    50  80 MN / m 2
Chọn sơ bộ kích thước của trục lái là :
17


D=40 (mm); d= 30 (mm)

τ=

246,03.0,23.0,04
0,2.(0,04 4 −0,034 )

= 6467074(N/m2 ) = 6,467 (MN/m2)

τ ≤ [τ]: Thỏa mãn điều kiện
Vậy ta chọn kích thước sơ bộ là kích thước thiết kế
Với các trục lái dài cần phải tính tốn theo độ cứng ( góc xoắn trục)
θ=

2. τ. L3 2.10,68.0,9
=
= 0,06 (rad)
D. G
0,04.8. 104

L3: Chiều dài trục lái, chọn L3= 900 (mm) = 0,9 (m)
G: mô đuyn đàn hồi dịch chuyển (G= 8.104 MN/m2)
2.5 Kiểm tra bền cơ cấu lái
Truyền động loại trục vít – bánh vít cần đảm bảo cho các răng có độ bền uốn
- Ứng suất chèn dập
Ứng suất chèn dập cho phép [σ]cd= 90 ÷ 120 MN/m2
𝜎𝑐𝑑 =

T
F

- Diện tích tiếp xúc:

=> F=2.h.b=2.11.7,855=172,81(mm 2 )
h :C h iề u c ao tươ ng ứ ng c ủa r ă ng bá nh ví t
b: Ch iề u rộ ng tươ ng ứ ng c ủa ră ng bá nh vít

Hình 2.12 Sơ đồ tính cơ cấu lái

- Lực dọc trục vít:
T=

Plmax . R

r1 . tgα

Tro ng đó : T : lự c dọc tr ục ví t
r 1 : Bá n kí nh vị ng c h ia c ủa tr ục vít , d 1 /2 =2 0 mm
18


P lma x : lực tác d ụ ng lớ n nhấ t lê n vô lă ng
R : bá n kí nh vơ lă ng , R = 23 0 mm

T=

246,03.230
= 14159,5 (N)
20. 𝑡𝑔11,3

σcd =

T 14159,5
=
= 82 N/mm2
F
172,81

Vì σcd < [σ]cd nên thỏa mãn điều kiện bền
2.6 Tính địn quay đứng và các đòn quay khác của dẫn động lái
2.6.1 Đòn quay đứng:

Đòn quay đứng của cơ cấu lái dùng để truyền chuyển động từ trục bị động của
cơ cấu lái đến thanh dọc của dẫn động lái.

Thực nghiệm chứng tỏ rằng lực cực đại tác dụng lên đòn quay đứng thường
không quá 0,5.G1 (G1 - trọng lượng tác dụng lên các bánh xe trước của ô tô ở
trạng thái tĩnh). Tính tốn với 2 giá trị Q, giá trị nào lớn hơn ta chọn
Q1= 0,5.Gbx= 0,5.4350= 2175 (N)
Chọn la=150 mm
Q2 =

Plmax . R. Iω . ŋt
la
246,03.230. 10−3. 18.0,72
=
150. 10−3
= 4889,11 (N)

=> Chọn Q = Q2 = 4889,11 (N)
Đòn quay đứng được chế tạo từ thép cacbon

Hình 2.13 Địn quay đứng

trung bình 40,40X,40XH tơi và ram
- Khoảng cách tâm chốt cầu đến trục đòn quay đứng: lc = 40 mm
Chọn đòn kéo dọc và đòn kéo ngang được chế tọa bằng thép cacbon trung bình 40
19