Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn

Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 3
1. MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 4
2.TỔNG QUAN 4
2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN ÔTÔ 4
2.1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 4
2.1.1.1 Công dụng 4
2.1.1.2 Yêu cầu 5
2.1.1.3 Phân loại 5
2.1.2 Các sơ đồ hệ thống lái 16
2.1.2.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc 16
2.1.2.2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 17
2.1.3 Cường hóa lái 18
2.1.3.1 Công dụng 18
2.1.3.2 Yêu cầu 19
2.1.3.3 Phân loại 19
2.1.3.4 Các thông số đánh giá 23
2.1.4. Dẫn động lái 24
2.1.5 Tính ổn định của bánh xe dẫn hướng 25
2.1.5.1 Góc nghiêng trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của
xe 25
2.1.5.2 Góc nghiêng trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc 26
2.1.5.3 Góc doãng của bánh xe dẫn hướng 27
2.1.5.4 Độ chụm của bánh xe dẫn hướng 28
2.2 TỔNG QUAN VÀ GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG TRÊN XE THAM
KHẢO 29
2.2.1 Tổng quan 29
2.2.2 Giới thiệu các hệ thống trên xe tham khảo 30
2.2.2.1 Động cơ lắp trên xe 30
2.2.2.2 Hệ thống phanh 32

2.2.2.3 Hệ thống lái 33
2.2.2.4 Hệ thống treo 34
2.2.2.5 Hệ thống truyền lực 36
3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE DU LỊCH 7 CHỖ 2,25 TẤN
38
3.1 CÁC THÔNG SỐ THAM KHẢO 38
3.2 CHỌN LOẠI HỆ THỐNG LÁI VÀ SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG 39
3.2.1 Chọn loại hệ thống lái 39
3.2.2 Chọn sơ đồ dẫn động 40
3.3 XÁC ĐỊNH MÔMEN CẢN QUAY VÒNG CỦA CÁC BÁNH XE DẪN
HƯỚNG 41
3.4 XÁC ĐỊNH LỰC CẦN THIẾT TÁC DỤNG LÊN VÔ LĂNG 44
3.5 CHỌN LOẠI TRỢ LỰC LÁI VÀ PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TRỢ LỰC LÁI
45

1
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
3.6 TÍNH TOÁN KIỂM TRA HÌNH THANG LÁI 46
3.6.1 Cơ sở lý thuyết 46
3.6.2 Kiểm tra động học quay vòng 49
3.7 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI 52
3.7.1 Xác định chiều dài làm việc của thanh răng 52
3.7.2 Các thông số bộ truyền cơ cấu lái 53
3.7.2.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng 53
3.7.2.2 Xác định các thông số của bánh răng 54
3.7.2.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng 55
3.7.2.4 Xác định thông số,tính toán bộ trợ lực lái 56
4. KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI XE THIẾT KẾ 57
4.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LÁI XE THIẾT KẾ 57
4.2 KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG LÁI XE THIẾT

KẾ 59
4.2.1 Vành tay lái 59
4.2.2 Trục lái 60
4.2.3.2 Nguyên lý làm việc của trợ lực lái 63
4.2.4 Dẫn động lái 67
4.2.5 Bơm trợ lực lái 68
5. CHẨN ĐOÁN NHỮNG HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG LÁI XE THIẾT KẾ
VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 69
5.1 ĐỘ RƠ VÀNH TAY LÁI 69
5.2 LỰC TRÊN VÀNH TAY LÁI GIA TĂNG HAY KHÔNG ĐỀU 69
5.3 ÁP SUẤT CỦA CƯỜNG HÓA LÁI THỦY LỰC HỆ THỐNG LÁI
KHÔNG ỔN ĐỊNH 70
5.4 BẢO DƯỠNG KỸ THUẬT HỆ THỐNG LÁI 72
5.5 SỬA CHỮA CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG LÁI 72
6. KẾT LUẬN 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

2
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
LỜI NÓI ĐẦU
Trong thờ đại công nghiệp ngày nay với sự phát triển của nền khoa học kỹ
thuật, ngành công nghiệp ôtô cũng đang phát triển rất mạnh mẽ, hiện nay nhiều
hãng xe đã chế tạo ra được nhiều loại ôtô với hệ thống lái có tính năng kỹ thuật
cao để đảm bảo vấn đề an toàn và tính cơ động của ôtô.
Được sự cho phép của khoa Cơ khí giao thong trong tập đồ án tốt nghiệp
này em được nhận đề tài “ Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn ”. Nội
dung của đề tài này giúp em hệ thống được những kiến thức đã học lúc còn trên
ghế nhà trường, nâng cao tìm hiểu hệ thống lái; từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về
chuyên môn.
Trong đồ án này trang bị cho người sử dụng, vận hành ôtô có những kiến

thức cơ bản về hệ thống lái trên ôtô. Thiết kế tính toán một số chi tiết chính của hệ
thống lái, trong quá trình làm việc của hệ thống lái không thể tránh khỏi những hư
hỏng hao mòn các chi tiết. Vì vậy đề tài này còn đề cập đến vấn đề bảo dưỡng, sửa
chữa.
Được sự hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo Nguyễn Việt Hải, cùng với sự
nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này. Vì thời gian và
kiến thức có hạn nên trong tập đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót nhất
định. Vì vậy em mong các thầy, cô trong bộ môn,các bạn học ngành Cơ khí động
lực đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Việt
Hải, thầy giáo duyệt Nguyễn Văn Đông đã giúp đỡ em rất nhiều khi thực hiện đồ
án này . Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong khoa Cơ
khí giao thông đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý bấu trong quá trình
học tập ở trường và thời gian làm đồ án tốt nghiệp.
Đà nẵng, ngày 15 tháng 5 năm 2012
Sinh viên thực hiện.
Nguyễn Văn Văn

3
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
1. MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Trong thời đại ngày nay ngành công nghiệp xe hơi là một trong những ngành
công nghiệp phát triển nhất, xe hơi hiện nay không ngừng phát triển theo chất
lượng để phục vụ nhu cầu đi lại ngày càng cao của con người. Với việc phát triển
ngành công nghiệp này đòi hỏi các hãng xe hơi ngày nay phải không ngừng đổi
mới, cải tiến chất lượng xe hơi nhằm đảm bảo tính an toàn khi tham gia giao thông
trong đó hệ thống lái đóng một vai trò nhất định.
Hệ thống lái là một hệ thống quan trọng của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển
động hoặc giữ cho ôtô chuyển động theo một hướng xác định nào đó. Một hệ thống
lái hoàn thiện về kết cấu, dễ điều khiển sẽ giúp chúng ta điều khiển xe dễ dàng,

thoải mái đảm bảo an toàn của xe trong quá trình vận hành khai thác, đồng thời nó
còn nâng cao tính tiện nghi, hiện đại của xe. Là sinh viên năm cuối ngành Cơ khí
động lực thông qua việc đang làm đồ án tốt nghiệp em cố gắng nắm bắt, tìm hiểu
thêm nhiều kiến thức, đặc biệt là hệ thống lái để phục vụ công việc sau này .
Đề tài: Thiết kế hệ thống lái ôtô du lịch 7 chỗ 2,25 tấn mong muốn đáp ứng
một phần nào các yêu cầu trên. Trong đồ án này em đề cập đến một số vấn đề sau:
- Tìm hiểu về các hệ thống lái.
- Tính toán thiết kế hệ thống lái
- Bảo dưỡng sửa chữa.
2.TỔNG QUAN
2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN ÔTÔ
2.1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu
2.1.1.1 Công dụng
Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô chuyển động theo một
hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu
cầu cơ động của xe.
Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:
- Cơ cấu lái, vô lăng và trục lái: Dùng để tăng và truyền mômen do người
lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.
- Dẫn động lái: Dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe
dẫn hướng và để đảm bảo động học quay vòng đúng.

4
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
- Cường hoá lái: Cường hoá lái có thể có hoặc không. Dùng để giảm nhẹ
lực quay vòng của người lái bằng nguồn năng lượng từ bên ngoài. Nó thường được
sử dụng trong các xe có tải trọng vừa và lớn
2.1.1.2 Yêu cầu
Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:
- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định,để đảm bảo yêu cầu này thì :

+ Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị
trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 15
0
khi có
trợ lực và không lớn hơn 5
0
khi không có trợ lực).
+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt.
+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện
làm việc và mọi chế độ chuyển động.
- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt, trong một
khoảng thời gian ngắn, trên một diện tích bé.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn
lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe.
- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc gặp
chướng ngại vật.
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô
lăng (P
lvmax
) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:
+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: P
lvmax
không được lớn hơn 150 ÷ 200 N;
+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N.
- Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe
dẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa
góc quay của vô lăng và của bánh xe dẫn hướng.
2.1.1.3 Phân loại
a/ Theo vị trí bố trí vô lăng:
+ Vô lăng bố trí bên trái: ( tính theo chiều chuyển động ) dùng cho những nước

xã hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ
+ Vô lăng bố trí bên phải : Dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái
như: Anh , Thuỵ Điển

5
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của người lái, đặt biệt là
khi vượt xe.
b/Theo kết cấu cơ cấu lái chia ra:
+ Trục vít - Cung răng
Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững. Tuy vậy có
nhược điểm là hiệu suất thấp η
th
= 0,5 ÷ 0,7; η
ng
=0,4 ÷ 0,55), điều chỉnh khe hở ăn
khớp phức tạp nếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít.

A
A
1
2
3
4
A-A
Hình 2-1 Trục vít lăn - cung răng đặt giữa
1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ.
Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít
(hình 2-1) hoặc đặt ở phía bên cạnh (hình 2-2). Cung răng đặt bên có ưu điểm là
đường tiếp xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển

trên toàn bộ chiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài
mòn giảm, do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng. Cơ cấu lái loại này thích hợp cho
các xe tải cỡ lớn. Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm). Khi trục vít có
dạng glôbôit thì số răng ăn khớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc và mài
mòn.

6
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiều
dài của trục vít.
A
A
1
2
3
4
A-A
Hình 2-2 Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng đặt bên
1- Ổ bi ; 2 - Trục vít; 3- Cung răng ; 4- Vỏ.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công
thức:
i
ω
=
1
0
.
2
Ζt
R

π
(2.1)
Ở đây:
R
0
- Bán kính vòng lăn của cung răng;
t - Bước trục vít;
Z
1
- Số mối ren trục vít.
Góc nâng của đường ren vít thường từ 8
0
÷ 12
0
. Khe hở ăn khớp khi quay
đòn quay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên, thay đổi từ 0,03 ÷ 0,5 mm .
Sự thay đổi khe hở được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của
cung răng có bán kính khác.
+ Trục vít – con lăn

7
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
x

0
0
1
2

R

0
R
1
2
3
4
7
8
5
6
A-A
A
A
Hình 2-3 Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành
1- Trục đòn quay đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh; 5- Trục
vít; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn.
Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 2-3) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô tô
do có ưu điểm:
- Kết cấu gọn nhẹ
- Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn
- Hiệu suất thuận: η
t
= 0,77 ÷ 0,82
- Hiệu suất ngịch: η
n
= 0,6
- Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần.
Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn được bố trí lệch với
đường trục của trục vít một khoảng 5÷ 7 mm. Khi dịch chuyển con lăn dọc theo
trục quay của đòn quay đứng thì khoảng cách trục giữa con lăn và trục vít sẽ thay

đổi. Do đó khe hở ăn khớp cũng thay đổi.
Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằng cách
dịch chuyển trục quay O
2
của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít
O
1
một lượng x =2,5÷ 5 mm.

8
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thức
sau:
0
0
01
0
1
2
2
R
R
i
R
R
tZ
R
tZ
R
i

KKK
ωω
π
π
===
(2.2)
Ở đây :
t- Bước của mối răng trục vít;
Z
1
- Số đường ren trục vít;
R
k
- Bán kính vòng (tiếp xúc) giữa con lăn và trục vít (khoảng cách từ
điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng);
R
0
- Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;
i
0
- Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít.
Theo công thức trên ta thấy i
ω
thay đổi theo góc quay trục vít. Tuy vậy sự
thay đổi này không lớn khoảng từ 5 ÷ 7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên). Nên có thể
coi như i
ω
= const.
+ Trục vít - Chốt quay
Trên hình 2-4 là kết cấu của cơ cấu lái trục vít - chốt quay.

Ưu điểm: Có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ
cách chế tạo bước răng trục vít khác nhau.
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu loại này vào khoảng 0,7. Cơ cấu
lái này dùng nhiều ở hệ thống lái không có cường hoá và chủ yếu trên các ôtô tải
và khách. Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử
dụng.
Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:
i
ω
=
2
2 R
t
π
.cosϕ (2.3)
Ở đây :
ϕ - Góc quay của đòn quay đứng.
R
2
- Bán kính đòn đặt chốt.

9
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
3
1
2
Hình 2-4 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay
1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay.
+ Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng
Trên hình 2-5 là kết cấu cơ cấu loại trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng.

Êcu (20) lắp lên trục vít qua các viên bi nằm theo rảnh ren của trục vít cho phép
thay đổi ma sát trượt thành ma sát lăn. Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo
thành thanh răng ăn khớp với cung răng trên trục (2).

B-B
Chi?u theo E
31
2
4
5
6
7 8
21
10
11
12
9

10
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn

B
B
18
19 21
20
22
25
23 24
13

14
27
26
17
E
15
16
Hình 2-5 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng
1 – Đai ốc hãm đòn quay đứng; 2 – Trục tròn quay đứng; 3 – Vòng chặn dầu; 4, 6 -
Ổ bi kim; 5 – Vỏ cơ cấu lái; 7 – Tấm đệm; 8 - Đai ốc điều chỉnh; 9 – Vít điều
chỉnh ăn khớp; 10 – Đai ốc hãm; 11 – Vòng làm kín; 12 – Mặt bích bên cơ cấu lái;
13 – Đai ốc tháo dầu; 14 – Vòng làm kín; 15 – Chốt định vị; 16 – Tấm chặn; 17 –
Đai ốc điều chỉnh độ rơ của ổ bi; 18 – Nắp dưới cơ cấu lái;19 - Ổ đỡ chặn; 20 –
Êcu; 21 – Ống dẫn hướng bi; 22 – Bi; 23 – Vít đậy lỗ rót dầu; 24 - Ổ đỡ chặn; 25 –
Vòng chặn dầu; 26 – Then bán nguyệt; 27 – Cung răng.
Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái loại này không đổi và xác định theo công thức
:
i
ω
=
t
R
2
2
π
(2.4)
Ở đây: R
2
- Là bán kính chia cung răng;
t - Bước răng trục vít.

+ Ưu điểm:
- Hiệu suất cao: hiệu suất thuận
t
η
= 0,7 ÷ 0,85, hiệu suất nghịch
n
η
= 0,85.
Do hiệu suất nghịch lớn nên khi lái trên đường xấu sẽ vất vả nhưng ôtô có tính
ổn định về hướng cao khi chuyển động thẳng.
- Khi sử dụng với cường hoá thì nhựơc điểm hiệu suất nghịch lớn không quan
trọng.
- Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụng trên các xe cỡ lớn.

11
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
+ Bánh răng – thanh răng
2
1
3
4
5
6
7
Hình 2-6 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng
1- Lỗ ren; 2- Bánh răng; 3- Thanh răng; 4- Bulông hãm; 5- Đai ốc điều chỉnh khe
hở bánh răng thanh răng; 6- Lò xo; 7- Dẫn hướng thanh răng
1 2 1
Hình 2-7 Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng - thanh răng
1- Khớp nối; 2- Thanh răng.

Trên hình 2-6 là kết cấu của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.
Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống dẫn
hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng bằng
êcu.
Ưu điểm:
- Có tỷ số truyền nhỏ, i
ω
nhỏ dẫn đến độ nhạy cao. Vì vậy được sử dụng rộng rãi
trên các xe đua, du lịch, thể thao

12
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
- Hiệu suất cao.
- Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo.
Nhược điểm:
- Lực điều khiển tăng (do i
ω
nhỏ).
- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc.
- Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng.
c/ Theo số lượng bánh xe chuyển hướng chia ra :
+ Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu
+ Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu
d/ Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ cường hoá lái chia ra:
+ Cường hoá thuỷ lực
+ Cường hoá khí (khi nén hoặc chân không)
+ Cường hoá điện
+ Cường hoá cơ khí
+ Cường hóa điều khiển điện tử
e/ Các thông số đánh giá cơ bản.

+ Tỷ số truyền động học
Hình 2-8 Các quy luật đặc trưng cho sự thay đổi tỷ số truyền động học
Tỷ số truyền động học:

n
v
d
d
i
ω
ω
ω
ω
ϕ
θ
ϕ
ω
===
0
(2.5)

13
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
Ở đây:
θ, ϕ- Các góc quay tương ứng của trục vào (vô lăng) và trục ra (đòn
quay đứng).
ω
0
, ω
0

: Các vận tốc góc tương ứng.
Tỷ số truyền động học i
ω
được chọn xuất phát từ điều kiện là: đảm bảo cho
góc quay cần thiết của vô lăng để quay các bánh xe dẫn hướng từ vị trí trung gian
đến các vị trí biên không lớn hơn 1,8 vòng đối với ô tô du lịch và không lớn hơn 3
vòng đối với ô tô tải và ô tô khách, nhằm đảm bảo yêu cầu cơ động cao và thuận
tiện điều khiển khi xe quay vòng.
Giá trị của i
ω
phụ thuộc vào loại và cở xe, thường nằm trong giới hạn 13 ÷
22 đối với ô tô du lịch và 20 ÷ 25 đối với ô tô tải và khách, trong một số trường
hợp có thể tới 40.
Tỷ số truyền động học i
ω
có thể được thiết kế không đổi hoặc thay đổi theo
góc quay của vô lăng. Cơ cấu lái có i
ω
thay đổi thường được dùng trong hệ thống
lái không có cường hoá. Mặc dù kết cấu không phức tạp nhưng tính công nghệ kém
hơn nên đắt hơn so với loại cơ cấu lái có i
ω
không đổi.
Qui luật thay đổ i
ω
có một số dạng khác nhau tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ và
tính năng của xe. Đối với các xe thông thường: Qui luật thay đổi i
ω
có dạng như
trên hình 2-8 đường 4 là hợp lý nhất.

Trong phạm vi góc quay θ≤ 90
0
÷120
0
, tỷ số truyền i
ω
cần phải lớn để
tăng độ chính xác điều khiển và giảm lực cần tác dụng lên vô lăng. Khi xe chạy
trên đường thẳng với tốc độ lớn, theo số liệu thống kê thì đa số thời gian hệ thống
lái làm việc với góc quay nhỏ của vô lăng quanh vị trí trung gian. Ngoài ra i
ω
tăng
còn làm giảm được các va đập từ mặt đường.
Ở các góc quay θ> 900 ÷ 1200 tỷ số i
ω
cần giảm để tăng tốc độ quay
vòng, tăng tính cơ động của xe.
Đối với các xe tốc độ thấp và trọng tải toàn bộ lớn, quy luật thay đổi i
ω
được
làm theo đường 2, để khi quay vòng không ngoặt tương đối thường xuyên thì lực
cần tác dụng nhỏ.

14
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
Trên các xe tốc độ rất lớn: thường sử dụng qui luật như đường 1. Khi đó,
trong thời gian chuyển động thẳng với tốc độ rất lớn điều khiển ô tô được nhạy,
còn khi quay vòng ngoặt với tốc độ vừa phải thì giảm được lực tác dụng.
Đối với các xe có cường hoá lái: thì i
ω

được làm không đổi (đường 3) vì lúc
này vấn đề cần giảm nhẹ điều khiển đã có cường hoá giải quyết.
+ Tỷ số truyền lực

v
r
F
M
M
i =
=
dq
vl
M
M
(2.6)
Ở đây:
i
F
- Tỷ số truyền lực.
M
r
(M
dq
) - Mô men ra khỏi cơ cấu lái (hay trên đòn quay đứng).
M
v
(M
vl
)- Mô men vào cơ cấu lái (hay trên vô lăng).

+ Hiệu suất
Hiệu suất của cơ cấu lái có thể xác định theo công thức sau:

t
η
=
v
r
M
M
.
v
r
ω
ω
=
ω
i
i
F
(2.7)
Ở đây:
M
r
, M
v
- Các mô men đo ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái;
r
ω
,

r
ω
- Các tốc độ góc tương ứng ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái;
i
F
- Tỷ số truyền lực;
i
ω
- Tỷ số truyền động học.
Do hiệu suất của cơ cấu lái có giá trị khác nhau tuỳ theo chiều truyền lực từ
trên trục lái xuống hay từ dưới bánh xe dẫn hướng lên, nên người ta phân biệt:
- Hiệu suất thuận η
th
: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái
xuống các bánh xe dẫn hướng.
- Hiệu suất nghịch η
ng
: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ dưới bánh
xe
dẫn hướng lên vô lăng.
Hiệu suất thuận của cơ cấu lái cần phải lớn để giảm tổn thất lực và giảm nhẹ
lực điều khiển. Trong khi đó hiệu suất nghịch cần phải nhỏ để giảm các va đập
truyền từ hệ thống chuyển động lên vô lăng. Tuy vậy hiệu suất nghịch không được
không được quá thấp vì sẽ làm mất tác dụng của mô men ổn định và bánh dẫn

15
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
hướng sẽ không tự trở về được vị trí trung gian khi bị lệch khỏi vị trí đó do va đập
và người lái bị mất cảm giác đường.
Khi sử dụng cường hoá thì yêu cầu đặt ra với các giá trị hiệu suất giảm đi

nhiều. Do lúc này cường hoá vừa đảm bảo lái nhẹ vừa dập tắc những va đập truyền
từ bánh xe lên vô lăng.
+ Khe hở trong cơ cấu lái
Khe hở trong cơ cấu lái cần phải nhỏ ở vị trí trung gian của vô lăng ứng với
chuyển động thẳng của xe. Ở vị trí này, bề mặt làm việc các chi tiết của cơ cấu lái
làm việc nhiều nên cường độ mài mòn lớn và khe hở tang nhanh hơn ở các vị trí
khác. Do vậy, để khi điều chỉnh khe hở không xảy ra kẹt ở các vị trí biên, khe hở ở
các vị trí này được làm tăng lên bằng các biện pháp kết cấu và công nghệ. Trong
quá trình sử dụng, chênh lệch giá trị khe hở sẽ giảm dần.
Hình 2-9 Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu lái
1- Cơ cấu lái còn mới; 2- Cơ cấu lái đã sử dụng;
3- Sau khi đã điều chỉnh khe hở trung gian.
2.1.2 Các sơ đồ hệ thống lái
2.1.2.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc
Trên hình 2-10 Trình bày sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc:

16
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
Hình 2-10 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc.
1 - Vô lăng; 2 - Trục lái; 3- cơ cấu lái; 4 - Trục ra của cơ cấu lái; 5 - Đòn quay
đứng; 6 - Đòn kéo dọc; 7 - Đòn quay ngang; 8 - Cam quay; 9 - Cạnh bên của hình
thang lái; 10 - Đòn kéo ngang; 11-Bánh xe; 12-Bộ phận phân phối; 13 - Xi lanh
lực.
Loại hệ thống treo này có những đặc tính sau:
+ Cấu tạo đơn giản, ít chi tiết vì thế dễ bảo dưỡng.
+ Có độ cứng vững cao nên có thể chịu được tải nặng.
+ Vì có độ cứng vững cao nên khi xe đi vào đường vòng, thân xe ít bị nghiêng.
+ Định vị của các bánh xe ít thay đổi do chuyển động lên xuống của chúng, nhờ
thế mà các bánh xe ít bị mòn.
+ Vì có khối lượng không được treo lớn nên tính êm dịu của xe khi sử dụng hệ

thống treo phụ thuộc kém.
+ Do chuyển động của bánh xe bên trái và bên phải có ảnh hưởng lẫn nhau nên
dễ xuất hiện dao động và rung động.
2.1.2.2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập
Trên hình 2-11 trình bày sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập.

17
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
Hình 2-11 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập.
1-Vô lăng; 2- Trục lái; 3-Cơ cấu lái; 4-Trục ra; 5-Đòn quay đứng; 6-Bộ phận
hướng của hệ thống treo; 7-Đòn kéo bên; 8-Đòn lắc; 9-Bánh xe.
Hệ thống treo độc lập là một phần nằm trong kết cấu chung của hệ thống treo nó sẽ
làm các nhiệm vụ :
- Tiếp nhận và dập tắt các dao động của mặt đường với ô tô.
- Truyền lực dẫn động và truyền lực phanh.
- Đỡ thân xe và duy trì mối quan hệ hình học giữa thân xe và bánh xe trong mọi
điều kiện chuyển động.
Và phải đảm bảo các yêu cầu sau :
- Đảm bảo tính êm dịu.
- Dập tắt nhanh các dao động.
- Đảm bảo tính ổn định khi xe chuyển động.
2.1.3 Cường hóa lái
2.1.3.1 Công dụng
Trên các xe ô tô tải trọng lớn, xe du lịch cao cấp và các xe khách hay máy kéo
bánh bơm hiện đại thường có trang bị cường hoá lái để:
- Giảm nhẹ lao động cho người lái.
- Tăng an toàn cho chuyển động.

18
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn

- Khi xe đang chạy một tốc độ lớn mà một bên lốp bị thủng, cường hoá lái đảm
bảo cho người lái đủ sức điều khiển, giữ được ô tô trên đường mà không bị lao
sang một bên.
Sử dụng cường hoá lái có nhược điểm là lốp mòn nhanh hơn (do lạm dụng
cường hoá để quay vòng tại chỗ ), kết cấu hệ thống lái phức tạp hơn và tăng khối
lượng công việc bão dưỡng.
2.1.3.2 Yêu cầu
Cường hoá lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:
- Khi cường hoá lái hỏng thì hệ thống lái vẫn làm việc bình thường cho dù lái
nặng hơn.
- Thời gian chậm tác dụng nhỏ.
- Đảm bảo sự tỷ lệ giữa góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng.
- Khi sức cản quay vòng tăng lên thì lực yêu cầu tác dụng lên vô lăng củng tăng
theo, tuy vậy không được vượt quá 100 ÷ 150 N.
- Không xảy ra hiện tượng tự cường hoá khi xe đi qua chổ lồi lỏm, rung xóc.
- Phải có tác dụng như thế nào để khi một bánh xe dẫn hướng bị hỏng, bị nổ thì
người lái có thể vừa phanh ngặt vừa giữ được hướng chuyển động cần thiết của xe.
2.1.3.3 Phân loại
Theo nguồn năng lượng:
- Cường hoá thuỷ lực
- Cường hoá khí ( khí nén hoặc chân không )
- Cường hoá điện
- Cường hoá cơ khí.
- Cường hóa điều khiển điện tử
Trong đó cường hoá thuỷ lực được nhiều dòng xe hiện nay sử dụng nên ở đây em
chỉ giới thiệu loại này.
Cường hoá thuỷ lực : được dùng phổ biến nhất vì có kết cấu nhỏ gọn và làm việc
khá tin cậy.
Theo sơ đồ bố trí phân ra làm 4 dạng:
+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xylanh lực được bố trí chung thành một cụm.

+ Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung.
+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xy lanh lực bố trí riêng.

19
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
+ Xy lanh lực bố trí riêng, bộ phận phân phối và cơ cấu lái bố trí chung.
a/ Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái
Phương án bố trí này van phân phối, xilanh lực được bố trí chung với cơ cấu lái.
ưu điểm của phương pháp bố trí này là gọn và dễ bố trí trên xe, ngoài ra các đường
ống là ngắn nhất cho nên tránh được những khả năng phát sinh dao động do sự
không ổn định động lực học do cường hoá gây nên.
Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp bố trí này là hầu như toàn bộ các
chi tiết của dẫn động hệ thống lái phải chịu tác dụng của mômen cản quay vòng
toàn bộ của các bánh xe dẫn hướng. Điều này làm tăng độ biến dạng đàn hồi của
hệ thống lái và hậu quả làm tăng khả năng phát sinh dao động của các bánh xe dẫn
hướng. Sử dụng phương pháp này là không có lợi do phải tăng khối lượng các chi
tiết dẫn động lái và cơ cấu lái.
CC
B
6
5
2
3
1
4
Hình 2-12 Sơ đồ van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái
1- Cơ cấu xilanh lực + cơ cấu lái + van phân phối; 2-Bánh xe; 3-Cầu dẫn hướng; 4-
Cơ cấu hình thang lái; 5-Trục lái; 6-Vô lăng
b/ Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái.
Trong phương án này van phân phối và xilanh lực được bố trí chung thành một

cụm trên thanh kéo dọc. Kiểu bố trí như thế này cho phép ta ta có thể sử dụng

20
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
nhiều cơ cấu lái khác nhau. Tuy nhiên khuynh hướng gây nên sự dao động của các
bánh xe dẫn hướng sẽ cao hơn so với kiểu bố trí cơ cấu lái, van phân phối và
xilanh lực thành một cụm.
Bố trí kiểu này khi tăng tải tức là khi tăng đường kính của xilanh lực thì không
đảm bảo lái nhẹ bởi vì khi quay vòng những lực thành phần bên tác dụng lên đòn
quay đứng từ thanh kéo dọc (lực thành phần hướng kính tác dụng lên vỏ van phân
phối) sẽ cản trở chuyển dịch của con trượt và chính nguyên nhân này làm tăng
đáng kể lực ở vành tay lái.
8
7
4
2
CC
B
6
1
5
3
Hình 2-13 Sơ đồ van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ
cấu lái
1-Cơ cấu lái; 2-Xilanh lực; 3- Van phân phối; 4-Cơ cấu hình thang lái; ; 5-Cầu dẫn
hướng; 6-Bánh xe; 7-Trục lái; 8-Vô lăng
c/ Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, tách biệt với xilanh lực
Trong phương án này, van phân phối được bố trí chung trong cơ cấu lái, còn
xilanh lực nằm riêng rẽ. Trong kiểu bố trí này đòi hỏi các đường ống dẫn phải dài
nhưng ưu điểm chính của nó lại là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi

21
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
tác động của cường hoá lái, công suất của cường hoá lái dễ dàng thay đổi do xilanh
lực có thể thay đổi tự do cách bố trí.
Trong trường hợp này ta bố trí xilanh lực trên hình thang lái để giảm thiểu lực
tác dụng lên cơ cấu lái và lên dẫn động lái do vậy nó làm giảm kích thước của dẫn
động lái và làm giảm dao động ở hệ thống dẫn động do lực cản quay vòng sinh ra.
CC
B
7
6
3
5
4
1
2
8
Hình 2-14 Sơ đồ van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, tách biệt với
xilanh lực
1-Cơ cấu lái; 2-Van phân phối; 3-Cơ cấu hình thang lái; 4-Cầu dẫn hướng; 5-Bánh
xe; 6-Trục lái; 7-Vô lăng; 8-Xilanh lực
d/ Van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau
Trong phương án này ta bố trí các cụm cơ cấu lái, van phân phối và xilanh lực
nằm tách biệt với nhau. Nó cũng có đầy đủ những ưu điểm của các phương án bố
trí trước như là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi lực tác động của
cường hoá, công suất của cường hoá dễ dàng thay đổi do xilanh lực có thể thay đổi

22
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn

tự do cách bố trí. Tuy nhiên bố trí như phương án này tay lái vẫn không nhẹ và lực
tác động lên van phân phối thay đổi do cánh tay đòn thay đổi.
CC
B
8
7
4
1
2
5
6
3
Hình 2-15 Sơ đồ van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau
1-Van phân phối; 2-Cơ cấu lái; 3-Xilanh lực; 4-Cơ cấu hình thang lái; 5-Cầu dẫn
hướng; 6-Bánh xe; 7-Trục lái; 8-Vô lăng
2.1.3.4 Các thông số đánh giá
- Chỉ số hiệu dụng trợ lực:
K
hq
=
hl
l
c
l
pp
p
p
p
−
=

(2.8)
Ở đây :
P
l
- lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cường hoá;
P
c
- Lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hoá trong những
điều kiện quay vòng như trên;
P
h
- Lực do bộ cường hoá đảm nhận qui về vành tay lái.
- Chỉ số phản lực của cường hoá lên vành tay lái:

23
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
ρ =
cq
c
dM
dP
(2.9)
Ở đây:
dP
c
- số gia lực tác dụng lên vành tay lái đã có trợ lực;
dM
c
- mômen cản quay vòng của các bánh dẫn hướng.
Trong bộ trợ lực hiện nay ρ = 0,02- 0,05 (N/Nm)

- Độ nhạy: độ nhạy của cường hoá lái đặc trưng bằng lực tác dụng đặt lên
vành tay lái P
1
và góc quay của vành tay lái cần thiết θ để cho bộ trợ lực bắt đầu
làm việc.Trong các kết cấu hiện nay thường θ = 10
0
÷ 15
0
còn P
1
= 20 ÷ 50N
2.1.4. Dẫn động lái.
Bao gồm tất cả các chi tiết làm nhiệm vụ truyền lực từ cơ cấu lái đến các
bánh xe dẫn hướng và đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng có động học quay vòng
đúng.
Các thông số cơ bản:
+ Tỷ số truyền động học: Tỷ số góc quay đòn quay đứng và góc quay trung
bình của bánh xe dẫn hướng.
Xác định i
dd,ω
theo công thức:

dd,
1 2
2.d
i
d d
ω
ϕ
θ θ

=
+
(2.10)
Trong đó:

1
θ
,
2
θ
: góc quay của các bánh xe dẫn hướng

ϕ
: góc quay đòn quay đứng
+ Tỷ số truyền lực: tỷ số tổng mômen quay của các bánh xe dẫn hướng và
mômen đòn quay đứng

dd,F
dq
M
i
M
Σ
=
(2.11)
Trong đó:
M
dq
- Mômen đòn quay đứng.
M

Σ
- Tổng mômen quay các bánh xe dẫn hướng.
+ Hiệu suất dẫn động lái:

dd,
dd
dd,
F
i
i
ω
η
=
(2.12)

24
Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ 2,25 tấn
2.1.5 Tính ổn định của bánh xe dẫn hướng
Tính ổn định của bánh xe dẫn hướng được hiểu là khả năng của chúng giữ
được vị trí ban đầu ứng với khi xe chuyển động thẳng và tự quay về vị trí này sau
khi bị lệch.
Nhờ tính ổn định mà khả năng dao động của các bánh xe dẫn hướng và tải
trọng tác dụng lên hệ thống lái được giảm đáng kể.
Tính ổn định của bánh xe dẫn hướng được duy trì dưới tác dụng của các thành
phần phản lực: Thẳng đứng, bên và tiếp tuyến tác dụng lên chúng khi xe chuyển
động.
2.1.5.1 Góc nghiêng trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe
Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng ngang thì phản lực thẳng đứng của đất tác
dụng lên trục trước của xe sẽ được sử dụng để đảm báo tính ổn định của bánh xe
dẫn hướng, bởi vì trên mặt đường cứng khi các bánh xe dẫn hướng bị lệch khỏi vị

trí trung gian của chúng thì trục trước của xe sẽ được nâng lên.
Trên hình 2-16a là sơ đồ của bánh xe dẫn hướng có trụ quay đứng đặt nghiêng
ngang một góc β.Nếu xem như bánh xe không có góc doãng thì ta có thể phân
phản lực thẳng đứng của mặt đất Z
1
làm 2 thành phần: Z
1
.cosβ song song với tâm
trục quay đứng và Z
1
.sinβ vuông góc với nó.
Trên hình 2-16b biểu thị bánh xe của các lực tác dụng lên nó trong mặt phẳng
đường giả sử bánh xe quay đi 1 góc θ khi đó Z
1
.sinβ có thể phân thành 2 thành
phần lực: Z
1
.sinβ.cosθ nằm trong mặt phẳng đi qua dường tâm của cam quay và
Z
1
.sinβ.sinθ nằm trong mặt phẳng giữa của bánh xe.
Từ hình 2-16b ta tìm được momen ổn định tạo nên bởi tác dụng của phản lực
thẳng đứng của đất lên bánh xe và độ nghiêng bên của trụ đứng:
M
β
z
=Z
1
.sinβ.sinθ.b
n

(2.13)
Trong đó:
b
n
- Khoảng cách từ tâm mặt phẳng tựa của bánh xe đến trục của trục quay

Qua biểu thức trên ta lấy mô men ổn định M tăng lên khi tăng góc của bánh xe dẫn
hướng. Mômen này có ý nghĩa chủ yếu là làm cho các bánh xe dẫn hướng tự động
quay về vị trí trung gian sau khi thực hiện quay vòng.

25