Bài tập lớn môn Sức bền vật liệu

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ

HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG LÁI XE Ô TÔ.

1.1 ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA HỆ

THỐNG LÁI XE Ô TÔ

1.1.1. Công dụng, yêu cầu, cấu tạo, đặc trƣng cơ bản của hệ thống lái xe ô tô

1.1.1.1 Công dụng

Hệ thống lái ô tô dùng để duy trì hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô.

1.1.1.2 Các phƣơng pháp chuyển động

- Quay mặt phẳng bánh xe dẫn hướng. Đây là phương án phổ biến được áp

dụng trên xe ô tô hiện nay.

- Tạo ra vận tốc khác nhau giữa các bánh xe bên phải và bên trái.

- Gấp thân xe.

1.1.1.3 Yêu cầu

- Đảm bảo khả năng quay vòng với bán kính quay vòng càng nhỏ càng tốt.

- Đảm bảo được động học quay vòng. Các bánh xe phải lăn trên các đường

tròn đồng tâm.

- Điều khiển nhẹ nhàng. Lực và hành trình điều khiển phải ứng với mức độ

quay vòng.

- Các bánh xe dẫn hướng có tính ổn định cao khi chuyển động thẳng.

- Giảm lực va đập từ bánh xe lên vánh lái.

- Các bánh xe dẫn hướng phải có động học phù hợp giữa hệ thống lái và hệ

thống treo.

1.1.1.4. Cấu tạo: ( Hình 1.1.1.4)

14

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

Vành lái:

Vành tay lái (1) có hình tròn, lực của người lái tác dụng lên vành tay lái tạo ra

mô men quay để hệ thống lái làm việc . Mô men tạo ra trên vành tay lái là tích số

của lực lái do người lái tác dụng vào và bán kính của vành tay lái

1. Vành tay lái;

2. Trục lái;

3.Ống bọc trục lái;

4. Cơ cấu lái;

5. Đòn quay đứng;

6. Trụ đứng;

7. Đòn quay ngang;

8. Thanh bên hình thang lái;

9. Khớp nối;

Hình 1.1.1.4 Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái.

10. Thanh ngang hình thang lái;

11. Đòn kéo dọc.

Trục lái:

- Trục lái (2) thường là một đòn dài (rỗng hoặc đặc) để truyền mô men quay từ

vành tay lái đến cơ cấu lái.

- Trục lái gồm có: Trục lái chính truyền chuyển động quay từ vô lăng xuống

cơ cấu lái và ống trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe.

- Đầu phía trên của trục lái chính được gia công ren và then hoa để lắp vô

lăng lên đó và được giữ chặt bằng một đai ốc.

Cơ cấu lái

15

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

Cơ cấu lái (4) có nhiệm vụ biến chuyển động quay của vành tay lái thành

chuyển động lắc của đòn quay đứng trong mặt phẳng đứng và đảm bảo tỉ số truyền

theo yêu cầu cần thiết. Cơ cấu lái được bắt chặt trên xà dọc (phần được treo của ô

tô). Cơ cấu lái liên kết với vành tay lái qua trục lái.

Đòn dẫn động

Dẫn động lái gồm có đòn quay đứng (5), trụ đứng (6), đòn quay ngang (7),

đòn kéo dọc (11). Là phần liên kết từ cơ cấu lái tới các hình thang lái, dùng để

truyền lực từ cơ cấu lái (và trợ lực lái) đến hình thang lái, đảm bảo tỉ số truyền nhất

định và đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng có thể quay vòng với các góc khác

nhau phù hợp với động học quay vòng của ô tô.

Hình thang lái

Hình thang lái thực chất là một hình tứ giác gồm 4 khâu: dầm cầu, thanh lái

ngang va hai thanh bên. Hình thang lái sẽ đảm bảo động học quay vòng của các

bánh xe đẫn hướng nhờ vào các kích thước của các thanh lái ngang, cánh bản lề và

các góc đặt phải xác định.

Đối với hệ thống lái của hệ thống treo độc lập chỉ khác so với hệ thống lái

của hệ thống treo phụ thuộc ở phần dẫn động lái. Với những xe ô tô có sử dụng trợ

lực lái về cơ bản cũng không khác nhiều so với cấu tạo chung. Chỉ có thêm một số

cụm chi tiết tương ứng với việc sử dụng loại trợ lực nào.

1.1.2 Phân loại

Tùy thuộc vào yếu tố căn cứ để tiến hành phân loại, hệ thống lái được chia

thành các loại sau:

1.1.2.1 Theo cách bố trí vành lái

- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái .

16

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải.

1.1.2.2 Theo số lƣợng cầu dẫn hƣớng

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước.

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau.

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở nhiều cầu.

1.1.2.3 Theo kết cấu của cơ cấu lái

- Cơ cấu lái loại trục vít- cung răng.

- Cơ cấu lái loại trục vít- con lăn.

- Cơ cấu lái loại trục vít- chốt quay.

- Cơ cấu lái loại trục răng- thanh răng.

- Cơ cấu lái loại liên hợp.

1.1.2.4 Theo bộ phận trợ lực

- Hệ thống lái có trợ lực.

- Hệ thống lái không có trợ lực.

1.1.3 Nguyên lý hoạt động chung

Khi người lái quay vành tay lái để điều khiển xe qua cơ cấu lái (4) làm cho

đòn quay đứng (5) quay một góc thông qua đòn kéo dọc (11) và đòn quay ngang

(7) làm bánh xe dẫn hướng bên trái dịch chuyển qua các đòn thanh bên (8) và thanh

lái ngang hình thang lái (10) làm cho bánh xe dẫn hướng bên kia cũng dịch chuyển

quanh trụ đứng (6), thực hiện quay vòng xe theo ý muốn của người lái.

1.2. ĐẶC ĐIỂM, KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

LÁI XE ZIL-131.

1.2.1 Dẫn động lái :

17

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

Dẫn động lái cơ khí gồm : Vành lái, trục lái, vỏ trục vành lái, đòn quay đứng,

đòn kéo dọc, thanh bên hình thang lái, thanh ngang hình thang lái, cam quay, đòn

quay ngang, các khớp nối (rô tuyn), trục các đăng .

1.2.1.1 Vành lái (Hình 1.2.1.1):

Hình 1.2.1.1 Kết cấu vành lái, vỏ trục lái

1- Đai ốc; 2- Đệm hãm; 3- Phớt làm kín; 4- ổ bi; 5- Cọc lái; 6- Vách ngăn; 7-

Trục lái; 8- ổ bi; 9- Vành hãm; 10- Then bán nguyệt; 11- Dây còi; Đai

Vành lái là một vành tròn, có cốt thép và đựơc bọc nhựa, vành lái lắp với trục

vành lái bằng mối ghép then và mối ghép ren, ở giữa vành lái có bố trí công tắc còi

(núm còi).

1.2.1.2 Trục vành lái (Hình 1.2.1.1):

Trục vành lái làm bằng thép bên trong rỗng và được gối trên 2 ổ bi cầu, bên

trong luồn trục dây còi, trục vành lái được đặt trong vỏ trục vành lái và được bắt

với trục các đăng lái thông qua mối ghép then (chốt ngang).

1.2.1.3 Trục các đăng (Hình 1.2.1.3):

18

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

Hình 1.2.1.3 Kết cấu trục các đăng lái

1- Nạng các đăng; 2- Vòng hãm; 3- Trục chữ thập; 4- ổ thanh lăn kim; 5-

Vòng làm kín; 6- Nạng; 7- Phớt; 8- Vòng chặn; 9- Đai ốc kẹp; 10- Vỏ các đăng.

Là một trục làm bằng thép ở 2 đầu có 2 khớp các đăng với các vòng bi kim

(khớp chữ thập), trục các đăng gồm 2 phần trục ghép với nhau bằng then hoa, khớp

then hoa này cho phép dịch chuyển dọc trục tương đối giữa hai phần.

1.2.1.4. Đòn quay đứng:

Đòn quay đứng được lắp trên then hoa của trục cung răng và được bắt chặt

bằng đai ốc, để hãm cho đai ốc không tự nới lỏng trong quá trình làm việc thì trên

đai ốc và trục của chốt cầu có gia công vị trí để lắp chốt chẻ ở các đầu mút của

thanh kéo.

1.2.1.5.Thanh kéo dọc: Là một chi tiết dạng ống cầu, một đầu được nối với

đòn quay đứng, đầu còn lại được nối với đòn quay ngang thông qua các khớp nối,

các khớp nối này được bôi trơn bằng mỡ thông qua các vú mỡ. khớp nối hình cầu

bên ngoài được bắt bằng đai ốc và được hảm bằng chốt chẻ.( Hình 1.2.1.5)

1- Bạc chốt cầu; 2- Nắp

của bạc chốt cầu; 3- Đai ốc;

4- Chốt chẻ; 5- Đệm vòng

chắn dầu; 6- Lớp che đệm;

A- Khoang chứa mỡ; 7- Lò

xo; 8- Chốt cầu.

19

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

Hình 1.2.1.5 Khớp cầu dẫn động lái của thanh kéo dọc.

1.2.1.6. Kết cấu khớp cầu dẫn động lái (Hình 1.2.1.6):

Hình 1.2.1.6 Khớp cầu dẫn động lái.

1- Chốt cầu; 2- Thanh kéo; 3- Vú mỡ; 4- Lò xo; 5- Nắp; 6- Vòng hãm; 7,11

Đệm làm kín; 8- Áo bọc; 9,10,13- Đệm; 12- Ống cao su bảo vệ.

Lò xo 7 sẽ ép các đệm của khớp 1 vào chốt câu 8, do đó độ rơ ở đây luôn luôn

bằng không(cả trong trường hợp do chốt cầu và hai đệm bị mòn sau một thời gian

làm việc). Lo xo 7 được ép nhờ nút có ren 3. Các lò xo này được bố trí trong các

khớp của dẫn động lái, nó còn có tác dụng giảm được tải trọng va đập tác động lên

các đòn kéo từ hai phía và giảm mòn cho cốt cầu và miếng đệm.

1.2.1.7. Đòn lái ngang: Cũng là một chi tiết dạng ống có kết cấu để điều

chỉnh độ chụm bánh xe, hai đầu của đòn kéo ngang được nối với hai thanh bên hình

thang lái thông qua các khớp cầu (Hình 1.2.1.7).

20

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

1- Đệm đầu đòn ngang

phía trước; 2- Đệm đầu

đòn ngang phía sau; 3-

Đệm đầu đòn lái ngang

bên trái; 4- Nắp đầu đòn

ngang; A- Khoang chứa

mỡ; B- Kích thước.

Hình 1.2.1.7 Kết cấu khớp cầu dẫn động lái của thanh lái ngang.

Chốt có dạng cầu luôn ép vào các đệm nhờ lực lò xo và được che kín bằng nắp

(4). Đầu đòn lái ngang (3) được liên kết với đòn nhờ mối ghép ren dùng để điều

chỉnh độ chụm của bánh xe dẫn hướng.

* Ƣu nhƣợc điểm của dẫn động lái:

- Ƣu điểm:+ Đảm bảo động học cho hình thang lái.

+ Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo.

+ Chăm sóc bảo dưỡng, sửa chữa, điều chỉnh dễ dàng

+ Có độ bền, độ tin cậy cao.

+ Nhập tắt được các dao động từ mặt đường lên vành tay lái.

- Nhƣợc điểm:

+ Các khớp và đệm khớp cầu hay bị mòn.

+ Bạc trục đòn quay đứng hay mòn.

+ Do làm mềm va đạp từ mặt đường lên vành tay lái nên ảnh hưởng

đến ổn định chuyển động không tốt (do các lò xo ở khớp cầu tạo ra)

1.2.2 Trợ lực lái:

Trợ lực lái ôtô ZIL-131 là trợ lực lái thuỷ lực có áp suất cao 65 KG/cm²nên

hiệu quả trợ lực cao, thời gian chậm tác dụng ngắn song yêu cầu độ chính xác và

21

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

công nghệ chế tạo cao. Trợ lực lái bao gồm : bơm dầu, bầu chứa dầu, van phân

phối và các đường ống dẫn dầu.( Hình 1.2.2).

1.2.2.1 Cấu tạo trợ lực lái:

- Bơm dầu : Là nguồn cung cấp năng lượng. Là loại bơm dầu rôto cánh gạt

tác dụng kép, bơm được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ đốt trong nhờ bộ

truyền đai thang. Ở phía sau của bơm dầu có van an toàn (17), khi áp suất dầu trên

đường dầu chính lớn hơn áp suất dầu quy định thì van an toàn sẽ mở ra để dầu từ

đường dầu chính trở về bầu chứa đảm bảo an toàn cho các đường ống dẫn dầu và

trợ lực lái.

Hình 1.2.2 Kết cấu bơm dầu.

1- Bánh đai; 2- Ống lọc dầu; 3- Thân trước; 4- Ổ bi; 5- Phớt làm kín; 6- Trục

bơm; 7- Ổ lăn trụ; 8- Thân giữa; 9- Rôto; 10- Đĩa phân phối; 11- Thân sau; 12-

22

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

Van an toàn bầu lọc; 13- Tiết lưu; 14- Cánh gạt; 15- Lò xo; 16-Đế van an toàn lưu

lượng; 17- Đế van an toàn áp suất; 18- Đáy bầu chứa dầu; 19- Bầu chứa dầu; 20-

Đệm nắp bầu chứa; 21- Lưới lọc; 22- Van thông áp; 23- Nắp bầu dầu; 24- Đệm

nắp bầu dầu 25- Đai ốc tai hồng; 26- Đệm làm kín; 27- Gioăng làm kín; 28- Đệm

bầu lọc; 29- Đệm; 30- Ống lót côn; 31- Ông dầu ra hệ thống; 32- Ống dẫn dầu về.

-

Bánh đai: (1) Được bắt với trục của bơm bằng then bán nguyệt và đai

ốc hãm

.

- Trục bơm:Trục bơm quay trên hai ổ bi (một ổ bi cầu và một ổ bi đũa).

- Rôto: (9) Của bơm được nối với trục bơm (6) bằng then hoa, trên rôto có 10

rãnh để lắp các phiến gạt.

- Stato: (8) Có biên dạng ô van, trên stato có các đường dầu vào, các đường

dầu ra và lỗ chốt định vị đĩa phân phối, trên stato có dấu để lắp ráp và để lắp đúng

stato.

-Đĩa phân phối: (10) được ép vào giữa stato và nắp của bơm bằng các bulông

thông qua van an toàn áp suất và van an toàn lưu lượng, trên đĩa có các rãnh để

cung cấp dầu đi vào cơ cấu lái, đường dầu về bầu chứa thông qua van lưu lượng, và

một đường dầu quay về cửa hút.

- Bầu chứa dầu: Bầu chứa dầu đặt trên bơm dầu trong bầu chứa có 2 lưới lọc,

một lưới đặt ở phía trên gần nắp để lọc dầu khi đổ dầu vào bình chứa, một lưới lọc

đặt sau đường dầu về để lọc dầu khi dầu từ xilanh trợ lực hồi về bầu chứa, lưới lọc

này có đặt một van an toàn để nếu lưới lọc bị tắc thì van an toàn sẽ tự động mở ra

dưới tác dụng của áp suất dầu để cho dầu trở về bầu dầu bảo đảm an toàn cho hệ

thống. Để giữ ổn định nhiệt độ của dầu trong bộ trợ lực lái người ta còn làm một

két mát nhằm làm mát dầu trợ lực

1.2.2.2. Nguyên lý làm việc(Hình 1.2.2.2):

23

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

Hình 1.2.2.2 Nguyên lý làm việc của bơm dầu.

Khi động cơ làm việc qua dây đai làm cho buly quay làm cho trục bơm và

roto quay nhờ sức văng ly tâm làm cho các cánh gạt tỳ sát vào buồng bơm, dầu từ

bầu chứa qua phần thân bơm và khoang hút của bơm, các cánh gạt, gạt dầu từ

khoang hút ra khoang xã qua đĩa phân phối cung cấp cho hệ thống, một lượng dầu

qua đĩa phân phối quay trở lại roto. Khi tốc độ động cơ tăng đột ngột làm tốc độ

bơm trợ lực tăng đột ngột lúc này dầu ở cửa ra vượt quá lưu lượng cho phép (8-

10)lít /phút, làm cho dầu khoang tăng áp lớn đẩy mở van thuận đưa dầu thẳng về

bầu chứa. Khi trên đường ống của hệ thống bị tắc áp suất dầu tăng lúc này van

nghịch mở dầu lúc này từ bơm qua van về bầu chứa đảm bảo an toàn cho hệ thống

(áp suất của van mở 65-70kG/cm²).

*Ƣu nhƣợc điểm bơm cánh gạt:

- Ƣu điểm: + Kết cấu gọn nhẹ, phù hợp với hệ thống thủy lực.

+ Làm việc tin cậy, lưu lượng khá lớn.

+ Thời gian chậm tác dụng nhỏ.

+ Lưu lượng bơm ổn định nhờ tác động kép.

24

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

-Nhƣợc điểm:+ Cấu tạo phức tạp hơn bơm bánh răng.

+ Yêu cầu tính công nghệ, và độ chính xác cao.

+ Nhiều chi tiết tiếp xúc với nhau nên ma sát cơ khí cao.

+ Việc tháo lắp bảo dưỡng khó khăn và phức tạp hơn.

+ Làm tổn hao công suất động cơ.

1.2.3 Cơ cấu lái (Hình 1.2.4.1.2)

Là loại cơ cấu Vít - Đai ốc - Thanh răng - Cung răng. Có trợ lực lái thủy lực.

Để giảm mài mòn cho ê cu thanh răng và trục vít người ta lắp những viên bi tuần

hoàn trong rãnh dẫn, vì vậy ma sát trượt được thay thế ma sát lăn. Do hiệu suất

nghịch khá cao nên có hiện tượng va đập cứng lên vành tay lái. Nhược điểm loại

này là không điều chỉnh được khe hở giữa trục vít và đai ốc. Tỷ số truyền loại này

không thay đổi.

Trong cơ cấu lái loại vít - đai ốc - thanh răng - cung răng ma sát trượt được

thay thế bằng ma sát lăn (giữa bi và đai ốc - giữa bi và vít). Số lượng bi trong cơ

cấu lái là 28 viên, hiệu suất của cơ cấu lái loại này đạt được tương đối cao: _thuận

=

_nghich= 0,7-0,85. Do hiệu suất thuận cao nên lái nhẹ nhàng, nhưng hiệu suất

nghịch quá cao cho nên có hiện tượng va đập cứng truyền từ đường lên vành lái.

Nhưng do hệ thống lái có trợ lực thuỷ lực vì vậy va đập cứng này được làm mềm

và dập tắt nhờ trợ lực thuỷ lực.

Ƣu nhƣợc điểm của cơ cấu lái

Ƣu điểm:

Điều khiển nhẹ nhàng, nhỏ gọn nên dễ bố trí, thời gian chậm tác dụng nhỏ.

Toàn bộ van phân phối, cơ cấu lái và xy lanh lực được ngâm trong dầu nên giảm

mài mòn, chống han rỉ, làm mát tốt, tăng độ tin cậy, tăng tuổi thọ, hiệu suất truyền

cao, ma sát giữa vít và đai ốc là ma sát lăn. Dập tắt được phản lực tác dụng từ mặt

đường lên vành tay lái. Là cơ cấu an toàn cho xe khi chuyển động.

Nhƣợc điểm:

25

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

Cơ cấu lái loại này có nhược điểm lớn nhất là không điều chỉnh được khe hở

giữa trục vít và đai ốc. Việc chế tạo các rãnh bi, bi, đai ốc chính xác và tính công

nghệ cao, bề mặt làm việc đòi hỏi phải có độ cứng vững cao vì những viên bi làm

việc tiếp xúc điểm do vậy lực tác dụng lên bề mặt làm việc của các chi tiết là rất

lớn. Quá trình tháo lắp, bảo dưỡng, sửa chữa khó khăn hơn và đòi hỏi độ chính xác

cao, khi một chi tiết hỏng trong hộp tay lái bắt buộc ta phải tháo toàn bộ hộp tay lái

để sửa chữa.

1.2.4 Nguyên lý làm việc của hệ thống lái trên xe ZIL-131

1.2.4.1. Sơ đồ nguyên lý: Được thể hiện trên (Hình 1.2.4.1)

Nguyên lý làm việc được thể hiện ở các trạng thái sau: Khi vành tay lái ở vị

trí trung gian, vị trí quay vòng, tính tùy động, ngoài ra cơ cấu lái còn làm việc ở chế

độ khi một bánh xe dẫn hướng nào đó bị thủng hay bị nổ lốp đột ngột (hoặc cản

mặt đường tăng), tạo cảm giác mặt đường cho người lái và khi trợ lực không làm

việc.

26

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

Hình 1.2.4.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của trợ lực lái xe ZIL -131.

1- Van thông áp; 2- Vành chắn sóng; 3- Phin lọc; 4- Van an toàn; 5- Đáy bầu chứa

dầu; 6- Rô to; 7- Van an toàn lưu lượng; 8- Van an toàn áp suất;9- Đế van ; 10,11-

Gíclơ;12- Van bi; 13- Pít tông phản xạ; 14- Con trượt ; 15- Trục vít; 16- Bộ làm

mát dầu; 17- Trục đòn quay đứng; 18- Xy lanh lực.

1.2.4.2 Nguyên lý làm việc: (ở các trạng thái ).

1.2.4.2.1 Khi xe chuyển động thẳng : Được thể hiện trên (Hình 1.2.4.2.1)

I

Hình 1.2.4.2.1 Khi xe chuyển động thẳng

Khi xe chuyển động thẳng người lái giữ nguyên vành lái ở vị trí trung gian.

Cản mặt đường nhỏ. Con trượt (14) ở vị trí trung gian, hai khoang của xy lanh lực

thông nhau nối thông đường dầu từ bơm dầu tới và đường dầu hồi về bầu dầu, áp

suất của hai khoang xy lanh lực bằng nhau, pít tông của xy lanh lực không dịch

chuyển với lực giữ của người lái làm cho xe chuyển động thẳng.

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

Nguyên lý lúc đầu do lực cản mặt đường còn lớn nên bánh xe đứng yên,

thông qua dẫn động lái làm cho cung răng giữ thanh răng đứng yên pít tông đứng

yên. Lúc này người lái vẫn tiếp tục đánh vành tay lái làm cho vít vừa chuyển động

quay vừa chuyển động tịnh tiến đưa con trượt rời vị trí trung gian nối thông với

đường dầu bên phải của xy lanh lực với bơm dầu áp suất cao, khoang bên trái xy

27

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

lanh lực với bầu chứa dầu áp suất thấp, do áp suất hai khoang của xy lanh lực

chênh lệch cho nên xy lanh lực dịch chuyển về bên trái. Khi con trượt dịch chuyển

hết hành trình của nó (2 mm) thì lúc này phần cơ khí bắt đầu làm việc qua vít làm

cho thanh răng dịch chuyển, như vậy lúc này lực làm cho thanh răng dịch chuyển

gồm hai thành phần lực đó là lực của người lái và lực của trợ lực nhờ đó mà giảm

nhẹ sức lao động cho người lái. Khoang bên phải với áp suất cao (65KG/cm²) sẽ

đẩy pít tông của xy lanh lực chuyển động sang trái trợ lực cho người lái, đồng thời

dầu ở khoang bên trái qua van phân phối trở về bầu chứa dầu.

II

Hình 1.2.4.2.2 Khi xe quay vòng bên phải

1.2.4.2.3 Quay vòng trái: Được thể hiên trên (Hình 1.2.4.2.3)

III

28

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

Hình 1.2.4.2.3 Khi xe quay vòng bên trái

Nguyên lý làm việc giống quay vòng bên phải nhưng lúc này vít tịnh tiến đi

sang trái (đi xuống).

1.2.4.2.4 Tính tuỳ động

Khi giữ nguyên vành tay lái ở vị trí quay vòng với bán kính quay vòng

không đổi. Muốn giữ nguyên góc quay vòng của xe, người lái ngừng đánh tay lái

và giữ nguyên lực tác dụng lên vành tay lái, lúc này con trượt 3 gờ của van phân

phối vẫn có vị trí mở để cung cấp dầu cao áp cho một khoang của xy lanh lực nào

đó và đóng dầu thấp áp ở khoang còn lại, do dầu ở 2 khoang công tác vẫn chênh

lệch nên tiếp tục đẩy pit tông của xy lanh lực chuyển động cùng lúc này trục vít lại

đứng im do người lái giữ nguyên vành lái. Như vậy thông qua liên kết giữa các

viên bi, pít tông dưới tác dụng của dầu áp suất cao sẽ đẩy toàn bộ cả cụm trục vít,

hai vòng bi tỳ, con trượt, van phân phối dịch chuyển dọc trục cho tới khi con trượt

nối thông hai khoang công tác của xy lanh lực với đường dầu hồi về bình chứa thì

lúc này dầu ở hai khoang của xy lanh lực có áp suất bằng nhau và pít tông trợ lực sẽ

dừng lai ở vị trí này, cùng với lực của người lái giúp xe quay vòng với bán kính

không đổi. Do vậy bảo đảm tác động tuỳ động trong hệ thống lái tuỳ theo góc quay

vành tay lái. Sau khi quay vòng muốn cho xe trở về vị trí chuyển động thẳng nhanh

chóng thì người lái buông vành tay lái, lúc này dưới tác dụng của các lò xo phản

hồi và các trụ phản lực sẽ đưa và giữ cho con trượt về ở vị trí trung gian, đảm bảo

cho dầu ở các khoang của xy lanh lực thoát về bầu dầu đồng thời dưới tác dụng của

mô men ổn định của bánh xe dẫn hướng sẽ làm cho bánh xe dẫn hướng nhanh

chóng trở về vị trí chuyển động thẳng.

1.2.4.2.5 Cảm giác mặt đƣờng

Trong quá trình quay vòng áp lực trong khoang làm việc của xy lanh lực tăng

tỷ lệ với mô men cản quay vòng của bánh xe. Khi mô men cản quay vòng của bánh

29

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

xe dẫn hướng càng tăng thì áp lực chất lỏng công tác ở các khoang phản lực giữa

các thanh trụ càng tăng. Lực làm cho con trượt có xu hướng trở về vị trí trung gian

cũng tăng. Do đó để duy trì con trượt ở vị trí quay vòng người lái cần phải duy trì

một lực đặt lên vành tay lái cũng tăng lên một cách tỷ lệ với mô men cản quay

vòng tạo thành cảm giác mặt đường cho lái xe.

1.2.4.2.6 Khi một bánh xe dẫn hƣớng thủng hoặc lực cản tăng

Khi đang chuyển động thẳng mà một bên lốp của cầu trước bị thủng đột ngột

hoặc lực cản tăng thì ô tô sẽ bị quay lệch về một phía đó. Nếu không có trợ lực khi

bị thủng lốp sẽ làm cho xe có xu hướng quay vòng về phía đó rất nguy hiểm. Khi

có trợ lực nhờ bộ trợ lực làm việc làm quay vòng bánh xe về phía ngược lại nên xe

vẫn giữ được hướng chuyển động mà không bị quay vòng về phía lốp bị thủng đó.

Giả sử xe bị thủng bên phải, bánh xe dẫn hướng có xu hướng quay vòng về bên

phải (người lái vẫn giữ nguyên vành tay lái ở vị trí trung gian) thông qua dẫn động

lái làm cho pít tông (thanh răng) có xu hướng chuyển động sang trái. Lúc này trục

vít lại đứng im do người lái giữ nguyên vành tay lái, như vậy pít tông (thanh răng)

thông qua liên kết giữa các viên bi sẽ kéo toàn bộ cụm trục vít, 2 ổ bi tỳ và con

trượt van phân phối dịch chuyển sang trái (xuống dưới) mở đường dầu cao áp dẫn

tới khoang bên trái của xy lanh lực, dầu có áp suất cao ở khoang bên trái tác dụng

lên pít tông chống lại xu hướng quay vòng sang phải của bánh xe dẫn hướng. Nhờ

vậy mà khi xe chuyển động thẳng một lốp bất kỳ của cầu trước bị thủng nhỏ đột

ngột muốn cho xe tiếp tục chuyển động thẳng người lái phải giữ nguyên lực tác

dụng vào vành tay lái.

1.2.4.2.7 Khi trợ lực không làm việc

Trợ lực lái bị hỏng xe sẽ làm việc như hệ thống lái không có trợ lực, lúc này

van bi ở van phân phối sẽ đảm bảo cho dầu chảy từ khoang này sang khoang kia

của xy lanh lực làm cho quá trình quay bánh xe dẫn hướng dễ dàng hơn. Nhưng khi

bộ trợ lực của hệ thống lái bị hỏng mà ta vẫn tiếp tục sử dụng thì phụ tải sẽ tác

30

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

dụng lên toàn bộ cơ cấu lái và các chi tiết khác, vì vậy khi khai thác lâu dài với hệ

thống lái có trợ lực không làm việc sẽ xuất hiện sự mòn trước thời hạn và sứt mẻ

các chi tiết. Tuy nhiên khi xe đang chạy trên đường mà trợ lực hỏng đột ngột thì

người lái vẫn có thể điều khiển xe đến nơi sửa chữa, lúc này hệ thống lái hoạt động

cơ khí nên nặng hơn.

CHƢƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC

2.1.1 Độ chụm và độ mở (góc doãng) (Hình 2.1.1)

v

A

B

Hình 2.1.1 Góc chụm bánh xe

Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm của 2 bánh xe dẫn

hướng (hoặc hai bánh xe trên cùng một cầu xe), góc chụm là góc xác định trên

một mặt phẳng đi qua tâm trục nối hai bánh xe và song song với mặt phẳng

đường tạo bởi hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai bánh xe lên mặt

phẳng đó và hướng chuyển động của xe.

* Chức năng:

Thông thường độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích thước

B, A được đo ở mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tảikhi xe đi thẳng. Độ

chụm là dương nếu B-A>0, là âm nếu B-A<0. Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự

mài mòn của lốp và ổn định của vành tay lái .

31

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xe lăn phẳng

hoàn toàn.

Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn P_fngược

chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Lực P_fnày

đặt cách trụ quay đứng một đoạn R₀và tạo nên một mômen quay với tâm trụ

quay đứng. Mômen này tác dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe về phía sau.

Để lăn phẳng thì các bánh xe đặt với độ chụm  =B-A dương. Với góc như thế

thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn định vành tay lái.

Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe

về phía trước. Bởi vậy góc  giảm.Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng

của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột (phanh

bằng động cơ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt  có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng

không.

Trên xe tải độ chụm thường có giá trị từ 5 mm.

2.1.2 Bán kính quay vòng (Hình 2.1.2)

v

R₁>R₂

R₂

R₁

Hình 2.1.2 Bán kính quay vòng của bánh xe

32

GVHD: TS.

HVTH: Nguyễn Văn A

Bài tập lớn môn học SBVL

Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt nết

hoặc trượt quay thì đường vuông góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất cả các

bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó gọi là tâm quay tức thời của xe.

Để đạt được góc lái chính xác của bánh dẫn hướng bên phải và bên trái thì các

thanh dẫn động lái thực hiện chức năng này cũng đồng thời đạt được bán kính quay

vòng mong muốn .

Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu hướng bắt xe

quay với bán kính lớn hơn bán kính dự định của người lái trừ khi xe có thể sinh ra

một lực ngược lại đủ lớn để cân bằng với lực ly tâm. Lực này là lực hướng tâm.

Lực hướng tâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trượt bên của lốp do ma sát giữa lốp

và mặt đường, lực này là lực quay vòng và làm ổn định xe khi quay vòng.

2.1.3 Quan hệ động học của góc quay trong và ngoài bánh xe dẫn

hƣớng (Hình 2.1.3)

Để thực hiện quay vòng ô tô người ta có thể quay vòng các bánh xe dẫn

hướng phía trước hoặc quay vòng đồng thời cả các bánh xe dẫn hướng phía trước

và phía sau, tuy nhiên biện pháp quay vòng hai bánh xe dẫn hướng phía trước

được dùng phổ biến hơn do nó có hệ thống lái đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo

được động học quay vòng của ôtô.

Khi xe vào đường vòng, để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng không bị

trượt lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với các véc tơ vận tốc chuyển động

của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó chính là tâm quay

tức thời của xe.

33

Bài tập lớn môn Sức bền vật liệu - Nguyễn Văn A