Đồ án Tính toán và thiết kế hệ thống lái cho ô tô tải hạng trung
Bộ giáo dục và đào tạo
Trường học viện kỹ thuật
Quân sự
cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam
độc lập - tự do - hạnh phúc
NHIệM Vụ đồ án
Họ và tên : Phạm Hoàng Nam
Khoá …….K37
1.Đầu đề thiết kế:
Tính toán và thiết kế hệ thống lái cho ôtô tải hạng trung.
2 . Các số liệu ban đầu:
TT Thông số
kí hiệu
Giá trị đơn vị
1
Trọng lượng toàn bộ của
G
5770
KG
ôtô
2
3
Số lượng cầu dẫn hướng
Trọng lượng phân bố lên
cầu dẫn hướng khi ôtô có
tải
n
G1
1
2710
KG
4
5
6
Chiều dài cơ sở của ôtô
Chiều rộng cơ sở của ôtô
Bán kính bánh xe dẫn
hướng
L
B
Mk
3.300 m
1.800 m
0.5334 m
3 . Nội dung các phần thuyết minh và tính toán :
1. Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái.
2. Tính toán hệ thống lái.
3. Kiểm bền hệ thống lái.
4 . Các bản vẽ đồ thị ( ghi rõ các loại bản vẽ về kích thước các bản vẽ).
5 . Cán bộ hướng dẫn .
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
6 . Ngày giao nhiệm vụ thiết kế :………………………………………..
7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ :…………………………………………
Ngày ………tháng ……..năm 2006 .
cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên )
Nguyễn Văn Trà
Kết quả đánh giá :
Học viên đã hoàn thành
- Quá trình thiết kế ……………..
- Điểm thuyết minh……………..
- Bản vẽ thiết kế…………………
Ngày ….tháng …năm 2006
Ngày ……tháng……năm 200…..
(ký tên )
Lời nói đầu
Ngành ôtô giữ một vị trí quang trọng trong nền kinh tế quốc dân góp phần to
lớn vào sự phát triển chung của nền kinh tế . Trong những năm gần đây những
tiến bộ của khoa học kỷ thuật đã được ứng dụng vào nền công nghiệp chế tạo ôtô
nhằm tăng tính năng thông qua, tính kinh tế nhiên liệu, độ tin cậy làm
việc…..Đối với hệ thống lái cũng vậy, việc bố trí trợ lực lái sẽ giảm cường độ lao
động cho người lái, đảm bảo độ an toàn cho người vầ hàng hoá trên xe
Hiện nay một số loại xe đã và đang sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam, tuy
nhiên phần lớn các xe đang sử dụng tại Việt Nam là nhập từ các nước. Còn trong
Quân đội phần lớn các xe được nhập từ Liên Xô cử như : ôtô chỉ huy, ôtô tải và
các loại ôtô có lắp vủ khí, khí tài ….. .do đó việc khai thác, sử dụng, đánh giá
hiệu quả các phương tiện có ý nghĩa đặc biệt quang trọng đối với người làm công
tác kỷ thuật nói chung và những cán bộ quản lý VKTBKT nói riêng.
Nhiệm vụ của đồ án môn học: “TíNH TOáN thiết kế Hệ THốNG LáI ÔTÔ tải
hạng trung” gồm các nội dung chính sau:
- Lời nói đầu
- Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái.
- Tính toán thiết kế hệ thống lái..
- Kết luận
Do hạn chế về thời gian đồ án chỉ tập trung đi vào tính toán cho cơ cấu lái.
Quá trình thực hiện đồ án đã được sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy giáo trong bộ
môn và các bạn cùng lớp, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành nội dung đồ án theo
đúng thời gian quy định. Mặc dù vậy do hạn chế về năng lực và thời gian nên đồ
án không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của các thầy cô
và các bạn để tôi có điều kiện làm tốt hơn ở đồ án tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Người viết:
Phạm Hoàng Nam
Chương I
Phân tích đặc điểm hệ thống lái
1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu.
1.1.1 Công dụng.
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô 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 .
Trong quá trình chuyển động trên đường, hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn
đến an toàn chuyển động của xe nhất là ở tốc độ cao , do đó chúng không ngừng
được hoàn thiện .
Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng (vành
lái ), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái ), cơ cấu lái (tăng
lực quay của vô lăng để truyền mômen lớn hơn tới các thanh dẫn động lái ), và
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 vòng được thì người lái cần phi tác dụng vào vô lăng một lực. Đồng
thời để quay vòng được thì cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt
vuông góc với bánh xe.
Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng phải quay trên
những đường tròn đồng tâm với nhau. Đó là tâm quay tức thời khi quay vòng .
Kết cấu hệ thống lái rất phức tạp. Vì vậy để hiểu được về trạng thái quay vòng
ta cần phải hiểu sâu về kết cấu của hệ thống lái.
1.1.2 Phân loại.
+ Trục vít bánh vít.
+ Trục vít đòn quay.
+ Cơ cấu lái loại thanh khía.
+ Cơ cấu lái kiểu liên hợp.
1.1.3 Yêu cầu.
An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêu hàng đầu
trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng phương tiện này. Một trong
các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô là hệ
thống lái. Để giảm nhẹ lao động cho người lái cũng như tăng thêm độ an toàn
cho ôtô, ngày nay trên ôtô thường sử dụng trợ lực lái. Để đảm bảo tính êm dịu
chuyển động trên mọi loại đường từ dải tốc độ thấp tới dải tốc độ cao, hệ thống
lái cần đảm bảo các yêu cầu sau :
Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an toàn. Các
cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái
phải đảm bảo không gây lên các dao động và va đập trong hệ thống lái.
Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng khi chuyển động thẳng.
Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng trên đường hẹp
,đường gấp khúc, hệ thống lái có thể quay ngặt các bánh xe trước một cách
dễ dàng. Quay vòng ngặt là trạng thái quay vòng với thời gian quay vòng
ngắn và bán kính quay vòng nhỏ.
Đảm bảo lực lái thích hợp: Lực người lái đặt lên vành lái khi quay vòng phải
nhỏ, lực lái cần thiết sẽ lớn khi xe đứng yên và sẽ giảm khi tốc độ xe tăng.
Vì vậy cần phải đảm bảo lực lái nhỏ nhưng vẫn gây được cảm giác về trạng
thái mặt đường.
Hệ thống lái không được có độ dơ lớn: Với xe có vận tốc lớn nhất trên
100Km/h, thì độ dơ vành lái không vượt quá 180, với xe có vận tốc lớn nhất
từ 25 km/h đến 100km/h thì độ dơ vành lái không vượt quá 270.
Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây tổn thương lớn cho
người lái. Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch để giảm
tác động từ mặt đường qua kết cấu lái lên vô lăng.
đảm bảo tính tùy động.
1.2 Kết cấu một số cơ cấu lái điển hình.
1.2.1 Cơ cấu lái kiểu trục vít- cung răng.
Cơ cấu lái loại này gồm có: trục vít và cung răng đặt ở giữa, trục vít cung răng đặt
ở cạnh bên trục vít.
Cả hai loại cơ cấu lái này đều có ưu điểm hơn các cơ cấu lái trục vít- bánh vít là kết
cấu nhỏ gọn hơn, giảm được áp suất lên bề mặt tiếp xúc của các răng(do có thể bố
trí 1 đến 3 răng)
Nhược điểm cơ bản của chúng là hiệu suất thấp nên chỉ sử dụng cho các ôtô tải có
tải trọng lớn.
1.2.2 Cơ cấu lái loại trục vít- êcu- cung răng.
Cơ cấu lái loại này hiện nay đang được sử dụng rộng rãi trên các xe ôtô tải. Đây là
loại cơ cấu lái liên hợp, trong cơ cấu lái này ma sát trượt được thay thế bằng ma sát
lăn(giữa bi và êcu, bi và trục vít) vì vậy đảm bảo tỉ số truyền của cơ cấu lái lớn và
cơ cấu lái có tính chất”trả tay lái” khi quay vòng.
Ư điểm lớn nhất của cơ cấu lái này là nhỏ gọn và có hiệu suất cao.
1.2.3 Cơ cấu lái trục vít lõm- con lăn.
- Vỏ cơ cấu lái làm bằng gang và được bắc chặt với dầm dọc bên trái khung.
Trục vít lõm, con lăn được làm bằng thép.
- Trục vít được ép vào đầu dưới của trục lái và quay trên hai ổ côn, trục trên
được nối với trục lái bằng then bán nguyệt. Điều chỉch dịch chuyển bằng đệm
giữa vỏ cơ cấu lái và nắp dưới của cơ cấu lái.
- Con lăn được đặc trên 2 ổ thanh lăn kim ở trục đòn quay đứng, trục đòn quay
đứng gối lên 2 bạc đồng và ổ con lăn trục ở nắp bên cạnh cơ cấu lái,trên trục đòn
quay đứng có ren bắc đai ốc lắp đòn quay đứng, đầu còn lại có kết cấu điều chỉnh
khe hở ăn khớp của cơ cấu lái.
Ưu điểm:
- Cơ cấu lái loại trục vít lõm- con lăn có 3 răng có kết cáu gọn, độ bền cao, lực
tác dụng phân ra 3 răng nên áp lực tác dụng lên bề mặt răng nhỏ, ma sát trượt
được thay bằng ma sát lăn nên có hiệu suất cao, loại ổ bi của trục vít con lăn có
khả năng điều chỉnh được nhiều lần độ ăn khớp do khoảng hở trong ổ bi.
Chương II
Tính toán hệ thống lái
2.1 các số liệu xe thiết kế.
1.1.1 Số liệu tham khảo.
các thông số đầu vào cho tính toán:
TT Thông số
kí hiệu
Giá trị đơn vị
1
Trọng lượng toàn bộ của
G
5770
Kg
ôtô
2
3
Số lượng cầu dẫn hướng
Trọng lượng phân bố lên
cầu dẫn hướng khi ôtô có
tải
n
G1
1
2710
Kg
4
5
6
Chiều dài cơ sở của ôtô
Chiều rộng cơ sở của ôtô
Bán kính bánh xe dẫn
hướng
L
B
Mk
3.300 m
1.800 m
0.5334 m
1.1.2 Yêu cầu thiết kế hệ thống lái.
- Quay vòng ngặt trong thời gian ngắn nhất trên diện tích nhỏ nhất .
- Lực lái nhẹ, tức lực đặt trên vành tay lái phải nhỏ nhưng phải đảm bảo cảm
giác tới người lái.
- Ôtô chuyển động thẳng phải ổn định đặc biệt ở tốc độ cao.
- Động học quay vòng đúng, các bánh xe khi quay vòng phải lăn theo tâm
quay tức thời để đảm bảo các bánh xe lăn không bị trượt trên đường, tránh
mòn lốp nhanh và tiêu hao công suất cho lực ma sát .
- Đặt cơ cấu lái trên phần được treo để kết cấu của hệ thống treo bánh trước
không ảnh hưởng tới động học cơ cấu lái .
1.1.3 Chọn phương án dẫn động lái.
Dẫn động lái gồm tất cả các cơ cấu truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của
các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó được tạo bởi
cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn kéo bên. Sự quay vòng của ôtô rất phức tạp,
để đảm bảo mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi
quay vòng là một điều khó thực hiện. Hiện nay người ta chỉ đáp ứng gần đúng mối
quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo nên hình thang lái.
Với xe thiết kế là xe tải hạng trung, có hệ thống treo phụ thuộc ta chọn
phương án dẫn động lái như hình vẽ với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4
khâu).
1.1.4 Chọn phương án cơ cấu lái.
Ngày nay trợ lực lái được sử dụng trên hầu hết các xe, cũng như cơ cấu lái
loại trục vít lõm – con lăn được sử dụng phổ biến trên nhiều xe. Do có các ưu
điểm: kết cấu gọn, độ bền và độ chống mòn của trục vít lõm con lăn cao và có
hiệu suất cao. Có khả năng điều chỉnh lại nhiều lần để khắc phục khoảng hở ăn
khớp và khoảng hở trong ổ bi. Với những ưu điểm đó ta lựa chọn hệ thống lái có
kết cấu trục vít lõm con lăn để tính toán thiết kế cho xe tải hạng trung.
1.1.5 Chọn phương án trợ lực lái.
* Yêu cầu đối với trợ lực lái .
Mặc dù trợ lực lái là cơ cấu được sử dụng để giảm lực lái nhưng mức độ
giảm phải khác nhau phụ thuộc vào điều kiện chuyển động. Và nó phải đảm bảo
được các yêu cầu sau :
+Khi hệ thống của trợ lực lái có sự cố thì hệ thống lái vẫn có thể làm việc. Nếu
có hư hỏng xảy ra làm ngưng việc cấp dầu từ bơm đến cơ cấu lái thì người lái có
thể lái được xe mà không cần tới trợ lực lái. Người lái vẫn phải đảm bảo điều
khiển được xe nhưng với một lực lái lớn hơn .
+Đảm bảo lực lái thích hợp : Công dụng chính của trợ lực lái là giảm lực lái
đồng thời đó là một cơ cấu an toàn, mức độ giảm lực lái phải phù hợp với từng
điều kiện chuyển động của xe. Nói chung, lực lái lớn khi xe đứng yên hay chay
chậm. ở tốc độ trung bình cần lực lái nhỏ hơn và lực lái giảm dần khi tốc độ tăng.
Chỉ cần lực lái nhỏ khi tốc độ xe cao vì ma sát giữa bánh xe và mặt đường giảm.
Nói cách khác phải đạt được lực lái phù hợp ở bất kỳ dải tốc độ nào và cùng lúc
đó “cảm giác đường “ phải đựơc truyền tới người lái. Để đảm bảo được lực lái
thích hợp, trên các xe hiện đại được trang bị những thiết bị dặc biệt đi kèm với
trợ lực lái trên bơm hoặc van điện từ như: kiểu cảm biến tốc độ xe, kiểu cảm biến
tốc độ động cơ (RPM) .
+ Khắc phục hiện tượng tự cường hoá khi ôtô vượt qua chỗ lõm , đường xấu,
có khả năng cường hoá lúc lốp xe bị hỏng, để khi đó người lái vừa phanh ngặt, vừa
giữ được hướng chuyển động ban đầu của xe .
+ Thời gian cường hoá phải là tối thiểu và chỉ cường hoá khi lực quay vòng
lớn.
Như vậy sử dụng hệ thống trợ lực lái đảm bảo tính năng vận hành của xe, giảm
được lực đánh lái và chọn được tỷ số truyền của hệ thống lái thích hợp hơn.
Nhưng hệ thống lái có trợ lực làm mòn lốp nhanh hơn, kết cấu phức tạp hơn và
khối lượng bảo dưỡng cũng tăng lên so với hệ thống lái không có cường hoá.
Với nhiệm vụ thiết kế ta chọn phương án trợ lực thuỷ lực vì nó có các ưu
điểm sau :
- Kích thước và khối lượng gọn nhẹ ,dễ bô trí .
- Có hiệu quả tác động cao đặc biệt là tính tuỳ động (tính chép hình).
- Tốc độ tác động cao (độ chậm tác dụng khoảng 0,05 giây ).
- Đóng vai trò giảm chấn, giảm những va đập từ mặt đường ngược lên hệ
thống lái .
- Hệ thống tuần hoàn kín nên độ an toàn hoạt động cao và ít xảy ra hư hỏng.
2.2 Tính toán thiết kế hệ thống lái.
2.1.1 Tính mômen quay vòng cực đại.
Lực tác dụng lên vành tay lái đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ôtô tại chổ.
Lúc đó mômen cản quay vòng trên dọc bánh xe dẫn hướng Mc 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 a. Khi xác
địmh giá trị lực cực đại tác dụng lên vành tay lái Pemax ,M3 có thể bỏ qua.
Mômen cản:
M1 = Gbx.f.a.
Trong đó :- Gbx – trọng lượng tác dụng lên 1 bánh xe dẫn hướng.
- f - hệ số cản lăn f=0.015
a = 0,05m bán kính quay vòng của bánh xe dẫn hướng
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. Đoạn x được thừa nhận bằng một phần tư chiều dài của bề mặt tiếp xúc
giữa lốp với đường .
2
Ta có : x = 0,5. r2 r
bx
Trong đó : r- bán kính tự do của bánh xe(rt)
Nếu thừa nhận rbx = 0,96 rt thì ta có x = 0,14.rt
Lúc đó : M 2 = Y .x = 0,14 .Gbx .
.rt
- hệ số bám ngang ,lấy
= 0,8.
Tổng mômen cản quay ở cả 2 bánh dẫn hướng tác dụng lên cam quay và từ
cam quay qua đòn dọc của dẫn động lái là:
1
Mc = 2(M1 + M2).
= 2.Gbx (f.a + 0,14.
.rt).
.
d
1
= G1 (f.a + 0,14. .rt).
.
d
Trong đó :
bị nâng lên,
- hệ số tính đến ảnh hưởng của M3 gây ra do cầu trước của ôtô
= 1,07… 1,15(hệ số tính đến ma sát trong dẩn động lái)
d - hiệu suất của dẩn động lái : = 0,85..0,9
1
Thế các số liệu vào ta được:Mc = G1 (f.a + 0,14.
.rt).
.
d
1
=2710(0,015.0,05 + 0,14.0,8.0,5334).1,15. = 209,466198 (kG.m)
0,9
2.2.2 Tỷ số truyền của hệ thống lái.
a) Tỷ số truyền của dẫn động lái Id.
Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thướcvà quan hệ của các cánh
tay đòn.
Id=0,85-1,1
Chọn sơ bộ Id=1 ( cho cầu dẫn hướng)
b) Tỷ số truyền của cơ cấu lái I
.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này thường lấy theo kinh nghiệm thiết kế
i - tỉ số truyền góc của cơ cấu lái loại vừa từ 20..25 lấy 21
c) Tỷ số truyền của hệ thống lái.
Tỷ số truyền của hệ thống lái bằng tích số của tỷ số truyền cơ cấu lái (i ) và tỷ số
truyền của dẫn động lái(id).
i i .id
Tỷ số truyền cho cầu dẫn hướng thứ nhất i1 i .id1
Trong đó id là tỷ số truyền của dẫn động lái đến bánh xe dẫn hướng.
Giá trị tỷ số truyền đối với cầu dẫn hướng chọn sơ bộ i=1.21=21
d) Tỷ số truyền lực của hệ thống lái.
Il - là tỷ số của tổng lực cản khi ôtô máy kéo quay vòng(Pc) và lực đặt trên vành tay
lái khi cần thiết để khắc phục được lực cản quay vòng(Pl).
P
c
Il
P
l
Trong đó:
Mc
P
c
c
Ml
P
l
R
rbx
c
Với : Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe
Ml - mômen đặt trên vành tay lái.
c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp
đến đường trục đứng kéo dài.
R - bán kính vành tay lái.
2.2.3 Tính toán các thông số hình học của hệ dẫn động lái.
a) Tính toán hình thang lái.
• Công dụng của hình thang lái:
- Hình thang lái có tác dụng đảm bảo sự quay vòng đúng của các bánh xe dẫn
hướng. Khi đó các bánh xe dẫn hướng không có sự trượt khi xe chuyển động.
- 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.
• Xây dựng đường đặc tính ly thuyết của hệ thống lái cầu trước.
Muốn các bánh xe thực hiện quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải thoả mãn
công thức sau :
B0
Cotg õ-Cotg ỏ=
L
Trong đó :
õ: Là góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài của cầu dẫn hướng.
ỏ: Là góc quay của bánh xe dẫn hướng trong của cầu dẫn hướng .
L : chiều dài cơ sở của hai cầu (trên hình vẽ).
B0 : Khoảng cách giữa hai đường tâm trụ quay đứng .
L
A
C
B
0
D
B
O
Hình 2.4 - Sơ đồ động học khi quay vòng.
OD
Theo hình vẽ : Cotg ỏ=
L
Ta tìm được mối quan hệ của các góc quay bánh xe dẫn hướng với góc ỏ như
sau :
B0
L
Cotg
Cotg
Cho
các giá trị khác nhau từ 00 400 ta xác định được góc
tương ứng
theo bảng sau :
Bảng I: Bảng thông số của đường đặc tính lý thuyết của các góc quay cầu
dẫn hướng .
0
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
4,804 9,249 13,387 17,267 20,933 24,427 27,785 31,043
Từ bảng giá trị thu được ta xây dựng được quan hệ :
f ()
Hình vẽ 2.5 - Đường đặc tính lý thuyết .
• Xây dựng đường đặc tính thực tế.
Nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế hình thang lái Đantô là xác định đúng góc nghiêng
của các đòn bên
khi xe chạy thẳng :
B
0
m
m
n
Hình vẽ 2.5 - Sơ đồ động học hình thang lái khi xe chạy thẳng.
Cần xác định góc và độ dài mỗi đòn bên m và đòn ngang n.
Quan hệ thực tế giữa các góc quay
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 thông số theo biểu thức sau:
phụ thuộc vào góc và độ dài m
B n
2m
sin
Khi xe quay vòng :
B
0
m
m
n
Hình vẽ 2.6 - Sơ đồ hình thang lái khi quay vòng.
Khi bánh xe dẫn hướng bên trái quay đi một góc và bên phải quay đi
một góc , lúc này đòn bên phải hợp với phương thẳng ngang một góc và
bánh xe bên trái là
Từ sơ đồ dẫn động trên hình trên ta có mối quan hệ của các thông số theo
.
quan hệ sau :
Bo.cos( )
m Bo.sin( ) 2m.sin2 2Bo.sin
arctg
arcsin
(1.7)
2
m2 .cos2 ( )
Bo m.sin( )
Bo m.sin( )
m thường lấy theo kinh nghiệm :
m=
Chọn sơ bộ theo kinh nghiệm cho cả hai cầu độ dài đòn bên :
0,14 0,16 Bo
m=0,15.Bo=232,5 (mm)
Chọn sơ bộ góc
ban đầu theo công thức của E.A. yaKob :
Bo
Cotg(900 )
(1.8)
2.0,7.L
Từ đó ta tính được
B0
Theo công thức kinh nghiệm Cotg(900 )
(1.9)
2.0,7.L
Ta tính được 18032' 350 ( theo kinh nghiệm thiết kế).
Cho
quan hệ thực tế của
Cho lần lượt
các giá trị xung quanh giá trị sơ bộ (
và
=150,160,170,180,190sẽ tìm được mối quan hệ thực tế giữa
=180) và công thức (1.7) để tìm
.
và
theo công thức sau :
Bo.cos( )
Bo m.sin( )
m Bo.sin( ) 2m.sin2 2Bo.sin
arctg
arcsin
(1.10)
2
m2 .cos2 ( )
Bo m.sin( )
Bảng II.Bảng thông số của đường đặc tính thực tế cho cầu dẫn hướng.
(0) 0 5
10
15
20
25
30
35
1
=150
0 (0)
1 (0)
1(0)
2 (0)
2(0)
3 (0)
3(0)
4 (0)
4(0)
5 (0)
0 4.804 9.249 13.387 17.267 20.933 24.427 27.785
0 4.876 9.51 13.906 18.056 21.948 25.56 28.866
0 0.072 0.261 0.519 0.79 1.015 1.134 1.08
0 4.867 9.475 13.829 17.922 21.743 25.269 28.475
2
=160
0 0.063 0.226 0.442 0.655 0.81 0.843 0.69
0 4.857 9.439 13.751 17.787 21.536 24.978 28.085
0 0.054 0.19 0.363 0.52 0.603 0.551 0.3
3 =170
0 4.848 9.403 13.672 17.651 21.329 24.686 27.695
4
=180
0 0.044 0.154 0.285 0.384 0.396 0.259 -0.09
0 4.838 9.366 13.592 17.514 21.121 24.393 27.306
5 =190
5(0)
0 0.035 0.117 0.205 0.247 0.187 -0.034 -0.48
Trong đó 1i 1i 10
Từ bảng giá trị thu được ta xây dựng đồ thị quan hệ
và
thực tế trên
cùng đồ thị quan hệ
Theo bảng giá trị trên ta chọn góc
thuyết nhỏ nhất và nhỏ hơn 10, ta chọn được
và theo lý thuyết.
sao cho sự sai lệch so với đường lý
=170, ứng với góc quay vòng
lớn nhất của bánh xe dẫn hướng max 350 và max 28,0850
Độ dài thanh kéo ngang n= B0 2.m.sin 1414.047(mm)
b) Xác định góc quay vòng lớn nhất của vô lăng.
max
=
1max.i
Trong đó :
max :gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng.
1max :góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng cầu trước.(350).
I1 :gọi là tỷ số truyền hệ thống lái (i1 =21)
lớn nhất từ vòng đối với xe du lịch
1,0 1,75
từ 2,0 2,5vòng đối với xe tải lớn .
Thay những thông số tính được vào công thức trên ta tìm được góc quay vô lăng
lớn nhất :
max 21.350 7350 2,041 (vòng) thoả mãn kinh nghiệm thiết kế.
2.2.4 Tính toán cơ cấu lái trục vít globoít – con lăn.
a) xác định các thông số cơ bản của bộ truyền cơ cấu lái.
Khi xác định các thông số cơ bản của cơ cấu trục vít- lõm con lăn chúng ta
dựa trên cơ sở của bộ truyền trục vít lõm bánh vít.
• xác định khoảng cách trục của bộ truyền cơ cấu lái.
Căn cứ vào kết cấu của cơ cấu lái hiện có ta chọn khoảng cách trục
A0=68.25mm
Sau đây ta tiến hành kiểm tra điều kiện đảm bảo cơ cấu lái truyền hết công suất:
- Công suất lớn nhất mà cơ cấu lái phải truyền xác định theo công
thức:
1
Nmax= .Mmax. max
(1)
75
Trong đó Nmax công suất lớn nhất mà cơ cấu lái phải truyền.
max- tốc độ góc lớn nhất của trục vành tay lái.
.nmax
max
=
(rad/s)
30
nmax- số vòng quay lớn nhất của trục vành tay lái, ta chọn
nmax=60vòng/phút
Mmax=pmax.R(KG.m)
Với Mmax- mômen xoắn lớn nhất trên trục vành tay lái.
Thay các giá trị vào (1) ta tính được:
1
1
3,14
Nmax= .Mmax. max= .44,817.0,214.60.
=0,803 ml
75
75
30
Mặt khác công suất lớn nhất cơ cấu lái có thể truyền được xác định theo công thức:
K1.K2 .K3
H
N’max
=
.
(2)
0.736.I
J
+ N’max- công suất lớn nhất mà cơ cấu lái có thể truyền mà không sảy ra hiện
tượng kẹt răng.
+ K1- hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo bộ truyền K1=1 đến 0.8
+ K2- hệ số phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo
Nếu bộ truyền chế tạo chính xác cấp 2 thì K2 =1
Nếu bộ truyền chế tạo chính xác cấp 3 thì K2=0.8
+ K3- hệ số phụ thuộc vào chế độ làm việc
Làm việc không có va đập K3=1
Làm việc có va đập
K3=0.85
J- hệ số phụ thuộc vào tỉ số truyền tra tài liệu(11) chọn J=
H- thông số công suất KW phụ thuộc vào khoảng cách trục A0 và nvmax tra
trong tài liệu (11) được H=
Thay các thông số vào (2) ta có kết quả:
K1.K2 .K
H
0.9.1.0.85
N’max
=
3 . =
.=0.0495.h/j Vậy h/j=16.223
0.736.I
J
0.736.21
Như vậy ta thấy Nmax< N’max khoảng cách trục đã chọn là đảm bảo.
Để đảm bảo khe hở ăn khớp giữa các ren của trục vít và con lăn thay đổi theo quy
luật: có giá trị nhỏ nhất ở vị trí trung gian, sau đó tăng dần và đạt giá trị lớn nhất ở
vị trí hai đầu trục vít, tâm quay của trục đòn lái cũng phải bố trí không trùng với
tâm quay của dao cắt trục vít. Tâm quay của trục đòn lái đứng phải dịch theo
phương vuông góc của đòn lái đứng một khoảng bằng n có giá trị từ 2,5 đến
5,0mm
Vậy chọn n=3 thì ta có:
A=A0-3=68,25-3=65,25mm
• xác định các thông số cơ bản của trục vít lõm.
- Môđun trục vít lõm:
được xác định theo công thức sau:
2A0
m=
với Zb- số răng của bánh vít có thể xác định theo công thức sau:
Zb e
Zb=Zv.i
Zv – số mối ren của trục vít lõm chọn là 1 để đảm bảo cho cơ cấu nhỏ nhẹ.
- tỉ số truyền góc của cơ cấu lái.
i
e – chiều dày tương đối của trục vít, chọn theo bảng 3 trang 18 sách hướng
dẫn đồ án môn học.
Thay các giá trị vào công thức(3) ta được:
2A0
2.68,25
m=
=
=4,403 mm
Zb e 1.21 8
- Đường kính tính toán của trục vít lõm tại tiết diện trung bình:
dv=m.e=4,403.8=35,224 mm
- Chiều cao của ren trục vít:
hv=(1,61,8).mn ta lấy hv= 1,6. 4,369 =7 mm
- chiều cao đỉnh ren:
h’v=(0,5 0,6)hv ta lấy h’v = 0,6. 7 = 4,2 mm
- Chiều cao chân ren:
’’
’
hv =hv-hv =7 - 4,2 = 2,8 mm
- khe hở hướng kính:
c=(0,15 đến 0,25.mn( mm).
Ta chọn c=0,2mn=0,2. 4,369=0,8738 mm
- Đường kính chân ren trục vít lõm tại tiết diện trung bình:
’’
di =dv-2hv =35,224 -2. 2,8 =29,624 mm
v
- Đường kính đỉnh ren trục vít lõm tại tiết diện trung bình:
’
de =dv+2hv =35,224 +2. 4,2 =43,624 mm
v
- Bán kính vòng tròn đỉnh ren trục vít lõm:
de
43,624
v
Re =A0-
=68,25-
=46,438 mm
v
2
2
- Bán kính vòng tròn chân ren trục vít lõm:
di
29,624
v
Ri =A0-
=68,25-
=53,438 mm
v
2
2
- Góc dẫn ren của trục vít lõm:
Zv
1
tgv =
= =0,125
v=78’
e
8
- Moduyn pháp tuyến mn
mn = m.cos=4.403.cos(78’)=4.369 mm
• Xác định các thông số cơ bản của con lăn.
a. Bán kính ăn khớp lý thuyết R0
dv
35,224
Ro=A0-
=68,25-
=50,638 mm
2
2
b. Bán kính ăn khớp R1
dv
35,224
2
R1=A-
=65,25-
=47,638 mm
2
c. Bán kính ăn khớp không khe hở R2
R2= R2 n2 2ncos
0
Trong đó :
- góc quay của trục đòn lái đứng từ vị trí trung gian. Góc
quay õ có thể xác định theo công thức sau:
i
õ =
- góc quay của vành tay lái, ta tính được
2,041 vòng tay lái từ vị trí trung gian.
i
900
õ =
=
=35
21
R2= 50,6382 32 2.3cos35 =50.6834 mm
d. Bán kính đỉnh ren con lăn
di
29,624
v
rel=A-(
+c)=65,25-(
+0,8738)=49,5642 mm
+0,8738)=42,5642 mm
2
2
e. Bán kính chân ren con lăn
de
43,624
2
v
ril=A-(
+c)= 65,25-(
2
b) tính toán các chi tiết cơ bản của cơ cấu lái trục vít- lõm con lăn.
• Tính bền cho các ren của trục vít- lõm con lăn.
Bộ truyền trục vít lõm con lăn đảm bảo cho các ren có độ bền uốn và độ
cứng vững cao. Bởi vậy ta cần tính toán độ bền mòn và độ bền tiếp xúc.
Độ bền mòn và độ bền tiếp xúc được đánh giá thông qua ứng suất chèn dập
ren:
Qv
d
kG/cm2
F
Trong đó Qv – lực chiều trục tác dụng lên ren trục vít lõm tại vị trí ăn khớp.
P
v
kG
Qv =
tgv
Với: Pv – Lực vòng tác dụng lên ren trục vít lõm tại vị trí ăn khớp.
Me max
Pv= 2.
(kG)
dv
Memax –Mô men xoắn lớn nhất trên trục vành tay lái .Được tính:
Memax = Pvlmax .R =44,817.0,214= 9,591 (kG.m)
dv -Đường kính tính toán của trục vít tại tiết diện trung bình:
dv=35,224 mm
Me max
9,591
Pv= 2.
= 2.
544,572 (kG)
dv
0,035224
P
544,527
0,125
v
kG
4356,216 kG
Qv =
=
tgv
F –Diện tích tiếp xúc giữa trục vít và con lăn cm2 .Nếu coi tất cả tải trọng đặt
lên 1 đường ren của con lăn thì:
1
2
. v sinv .dev (l sinl ).D2
F =
8
Trong đó:v
,
l ,dev,D như trên hình vẽ:
v = 690 = (69.3,14/180) = 1,2036(Rad)
l = 750 = ( 75.3,14/180) = 1,3083(Rad)
- Chọn đường kính con lăn: Để đảm bảo độ bền tương đương của bộ truyền,
đường kính con lăn có thể lấy bằng đường kính trục vít tại chỗ nhỏ nhất:
dev = 43,624 mm ; ta chọn D = 41 mm
1
2
. v sinv .dev (l sinl ).D2
F =
8
1
1,2036 sin 690 .4,36242 1,3083 sin 750 .4,12
1,749
cm2
= .
8
QV
4356,216
1,749
kG/cm2
2490,689
F
7000 8000
. Như vậy ren đủ bền.
kG / cm2
Trong khi đó :
<
d
• Trục đòn lái đứng.
Trong cơ cấu lái thì trục đòn lái đứng là cơ cấu chịu tải trọng lớn nhất khi ô
tô quay vòng. Bởi vậy khi thiết kế cơ cấu lái một trong những kích thước
quan trọng có tính chất quyết định đến khả năng làm việc lâu bền của cơ cấu
là đường kính trục đòn lái đứng.
Ban đầu ta xác định sơ bộ đường kính trục đòn lái đứng theo (bảng 4) tài
liệu hướng dẫn thiết kế đồ án môn học.
Đường kính của trục đòn quay đứng được xác định theo công thức sau:
k.Mc
0,2.t0,
3
d
ở đây:
Mc – mômen cản quay vòng,
Chọn vật liệu là thép 45 tôi khi đó b =850Mpa
Khi đó giới hạn bền xoắn
t0’
1 =0,436.0,58. b
=214,948MPa=2149,48KG/cm2
t0’ – giới hạn bền xoắn (t0’ = 2149,48KG/cm2).
k –hệ số dự trữ độ bền (chọn k = 1,1)
thay vào công thức ta được d=38 mm
- Trục đòn lái đứng chịu tải trọng hướng kính từ vị trí ăn khớp giữa các ren
của trục vít lõm con lăn.
pv .tg
sin
544,572.tg20
-
Rv=
=
=1592.45 KG
sin 708'
Rv- lực hướng kính tác dụng lên trục đòn lái đứng từ vị trí ăn khớp giữa các
ren của trục vít lõm con lăn.
- góc ăn khớp giữa các ren của trục vít lõm và con lăn lấy 20.
Ngoài lực hướng kính, trục đòn lái đứng còn chịu sự tác dụng của mô men
xoắn
Md= Qv.R1 KGcm
Md= 4356,216. 47,638=207,521 KGcm
Trong đó :
Md- mômen xoắn tác dụng lên trục đòn lái đứng.
Qv- lực chiều trục. KG
R1- Bán kính ăn khớp. Cm
Lực hướng kính Rv làm cho trục bị uốn, mômen Md làm cho trục bị xoắn. Sử
dụng tải trọng này kiểm tra bền cho trục theo ứng suất uốn và ứng suất xoắn.(do
điều kiện có hạn nên không thực hiện)
• ổ đỡ trục vít lõm.
ổ đỡ trục vít lom ta chọn ổ thanh lăn côn. Các ổ này không có vòng trong, vì
vậy các thanh lăn của ổ được lăn trực tiếp trên trục vít lõm.
Chọn theo tài liệu thiết kế chi tiết máy.
• Trục vành tay lái.
Chọn vật liệu chế tạo là thép ống, thép các bon 40
Tính bằng ứng suất xoắn do lực tác dụng lên vành tay lái.
P
1max .R.D
=
<=MN/m2
0,2(D4 d 4 )
D,d - đường kính ngoài và đường kính trong của trục lái:
D = 22mm;d = 16mm
- ứng suất tiếp xúc cho phép [
] = 50…80 MN/m2
P
1max .R.D
45.9,81.214.27
=
=
75.5896(N / mm2 ) 75.5896(MN / m2
)
0,2(D4 d 4 )
0,2
224 164
Như vậy trục lái đủ bền.
Vậy ta chọn kích thước sơ bộ là kích thước thiết kế.
Với trục lái xe thiết kế, dựa trên số liệu thực tế ta chọn chiều dài của trục lái
L=1000 (mm).
Ta cần tính toán trục lái theo độ cứng vững (góc xoắn trục) theo công thức
sau:
2..L
D.G
(rad)
Trong đó:
L - chiều dài của trục lái (m)
G - mô đuyn đàn hồi dịch chuyển (đối với thép G=8.104MN/m2)
max đổi ra không được vượt quá((5,50 7,50 ) /1m
.
Thay số vào ta được:
2.75,5896.1
0,022.8.104
0,0859 (rad)
Tải về để xem bản đầy đủ
24 trang
28/03/2022
4860
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Tính toán và thiết kế hệ thống lái cho ô tô tải hạng trung", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- do_an_tinh_toan_va_thiet_ke_he_thong_lai_cho_o_to_tai_hang_t.docx
