Lời nói đầu Ngành giao thông vận tải nói chung và ô tô nói riêng đóng vai trò hết sức quan trọng trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân nh trong- Giao thông vận tải, Công nghiệp, Nông nghiệp, Lâm nghiệp, Xây dựng, Thuỷ lợi, Quốc phòng.v.v Ngành ô tô chiếm vị trí rất quan trọng đối với sự hoạt động chung và sự phát triển của các ngành khác, đồng thời giải quyết phần lớn nhu cầu đi lại trong xã hội cũng nh chuyên chở hàng hoá. Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cùng với sự phát triển của lu thông hàng hoá trong cơ chế thị trờng và nhu cầu đi lại của con ngời ngày càng tăng, điều đó yêu cầu phải nâng cao chất lợng vận tải, chất lợng phục vụ ngày càng hiện đại hơn, độ an toàn chuyển động của ô tô cũng phải cao hơn. Xuất phát từ những yêu cầu trên trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp này em đợc giao đề tài: "Thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe tải IFA- W50" nhằm mục đích giảm cờng độ cho ngời lái, làm tăng thêm tính cơ động và độ an toàn chuyển động của xe. Đặc điểm kỹ thuật của xe IFA - W50 Xe IFA -W50 do nớc Cộng hoà dân chủ Đức chế tạo năm 1969, là loại xe tải thùng vạn năng. Trên xe lắp đặt động cơ tổng thành kiểu 4VD 14,5/12ISRW. Các thông số tính năng cơ bản của xe IFA-W50 STT Thông số Trị số Đơn vị 1 Tự trọng 5.200 KG 2 Tải trọng 5.000 KG 3 Trọng lợng toàn bộ xe 10.200 KG - Phân bố trọng lợng lên cầu Toàn tải: - Cầu trớc 3.400 KG - Cầu sau 6.800 KG 4 Vận tốc lớn nhất khi toàn tải 90 Km/h 5 Tiêu hao nhiên liệu trên đờng tốt (l/100km) 17 lít 6 Tỷ số truyền lực chính 2 cấp 5,36 7 Cơ cấu lái: Trục vít - con lăn - Tỷ số truyền cơ cấu lái 23,4 8 Dùng ly hợp khô 1 đĩa ma sát 9 Động cơ kiểu: 4VD 14,5/12ISRW - Công suất lớn nhất N emax ở 2300 (v/ph) 125 Mã lực - Mômen cực đại M emax ở 1500 (v/ph) 43 KGm 1 - Động cơ 4 kỳ, 4 xi lanh, bố trí thẳng hàng - Thứ tự làm việc 1-3-4-2 - Bơm cao áp kiểu DEF4BS 804/S 10 Hộp số cơ khí: 3 trục, 5 số tiến, 1 số lùi. - Tỷ số truyền số 1: i h1 8,62 - Tỷ số truyền số 2: i h2 4,56 - Tỷ số truyền số 3: i h3 2,62 - Tỷ số truyền số 4: i h4 1,59 - Tỷ số truyền số 5: i h5 1 - Tỷ số truyền số lùi: i hlùi 6,38 11 Chiều dài toàn bộ xe 6.480 mm 12 Chiều dài cơ sở: L 0 3.200 mm 13 Chiều cao xe 2.600 mm 14 Chiều rộng xe 2.500 mm - Chiều rộng cơ sở: B 1.760 mm - Khoảng cách giữa 2 tâm trụ quay đứng 1.500 mm 15 Chiều dài đòn bên 200 mm 16 Chiều dài đòn kéo ngang 1.376 mm 17 Chiều dài đòn kéo dọc (L d ) 780 mm 18 Chiều dài đòn quay ngang 220 mm 19 Chiều dài đòn quay đứng 210 mm 20 Bán kính vành tay lái 250 mm 21 Ký hiệu lốp 9,00-20 in 2 Chơng I Tổng quan về hệ thống lái 1. Công dụng - yêu cầu - phân loại 1.1. Công dụng Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hớng chuyển động học giữ cho ô tô chuyển động theo một hớng nhất định nào đấy, thông qua các bộ phận dẫn động của hệ thống lái. 1.2. Yêu cầu Hệ thống lái phải đảm bảo: - Quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích hẹp. - Lái nhẹ nhàng và tiện lợi. - Động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trợt lê khi quay vòng. - Tránh đợc các va đập từ bánh xe dẫn hớng truyền lên vành tay lái. Giữ đợc chuyển động thẳng ổn định của ô tô. - Có giá thành hạ, độ bền cao, thuận lợi trong sử dụng, bảo dỡng và sửa chữa. 1.3. Phân loại Hệ thống lái đợc phân theo các loại sau: 1.3.1. Theo đặc điểm vị trí vành tay lái Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên phải hoặc bên trái (theo chiều chuyển động của ô tô). Vành tay lái bố trí bên trái dùng cho những nớc thừa nhận luật đi đờng theo phía phải nh ở Việt Nam và các nớc xã hội chủ nghĩa. Vành tay lái bố trí bên phải dùng cho các nớc thừa nhận luật đi đờng theo phía trái nh ở Anh, Nhật, Thụy Điển 1.3.2. Theo số lợng cầu dẫn hớng Hệ thống lái với các bánh dẫn hớng ở cầu trớc, ở cầu sau và ở tất cả các cầu. 1.3.3. Theo đặc điểm kết cấu của cơ cấu lái Cơ cấu lái loại trục vít cung răng - Loại cung răng đặt ở giữa 3 - Loại cung răng đặt ở bên Cơ cấu lái loại trục vít con lăn Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng 1.3.4. Theo phơng pháp trợ lực - Loại cờng hoá bằng thuỷ lực - Loại cờng hoá bằng khí nén - Loại cờng hoá bằng điện 2. Đặc điểm kết cấu một số cơ cấu lái 2.1. Cơ cấu lái loại trục vít êcubi - thanh răng - cung răng - Ưu điểm của loại này là: Trục vít ăn khớp với êcu, thông qua các viên bi, do vậy giảm nhiều lực ma sát song không cho phép điều chỉnh để tránh mòn. Cần phải sử dụng vật liệu có độ bền mòn cao và nhiệt luyện tốt. Đai ốc đồng thời là thanh răng ăn khớp với cung răng, do đó răng trên thanh răng có độ rộng thay đổi để có thể điều chỉnh khi bị mòn. Tỷ số truyền không đổi và đợc tính nh sau: i ccl = t r.2 0 Trong đó: t - Bớc răng của trục vít r 0 - Bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng i c - Tỷ số truyền cơ cấu lái Hiệu suất của cơ cấu lái tơng đối cao (0,75 ữ 0,85) cơ cấu lái loại này nhỏ gọn cho phép có tỷ số truyền lớn. Rất thuận tiện cho việc kết hợp với hệ thống trợ lực thuỷ lực. - Nhợc điểm: là cơ cấu lái phức tạp, nhiều chi tiết, giá thành cao. 4 Hình 1.1 Cơ cấu lái trục vít êcubi - thanh răng - cung răng 2.2. Cơ cấu lái loại trục vít con lăn Loại này có những đặc điểm sau: - Nhờ trục vít có dạng glôbôít cho nên mặc dù chiều dài trục vít không lớn nhng sự tiếp xúc các răng ăn khớp đợc lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm đợc áp suất riêng và tăng độ chống mòn. - Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc với nhau đợc phân tán, tuỳ theo cỡ ô tô mà có thể chế tạo con lăn có hai hoặc bốn vòng ren. - Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay ma sát trợt thành ma sát lăn. - Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp các bánh răng. Đờng trục của con lăn nằm lệch với đờng trục của trục vít một đoạn = 5 ữ 7mm. Điều này cho phép triệt tiêu sự hao mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh khi sử dụng. Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn tại vị trí trung gian xác định theo công thức: i c = 1 2 z.t r.2 Trong đó: r 2 - Bán kính vòng tròn ban đầu của hình glôbôít của trục vít. t - Bớc của trục vít z 1 - Số đờng ren của trục vít 5 Tỷ số truyền của cơ cấu lái i c sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng (5 ữ 7%) nhng sự tăng này không đáng kể, có thể bỏ qua và coi nh tỷ số truyền không đổi. Hiệu suất thuận th = 0,65 và hiệu suất nghịch ng = 0,5. Cơ cấu lái này đợc dùng rộng rãi trên các ô tô các cỡ khác nhau nh: Pô-đê-đa, ZIM, ZIC 110, GAZ 51, GAZ - 53, ZIL 150 2.3. Cơ cấu lái trục vít chốt quay Loại này có u điểm là: Có thể có tỷ số truyền thay đổi theo quy luật nào đấy. Nếu bớc của trục vít là t không đổi thì tỉ số truyền đợc xác định theo công thức: i c = .t r.2 2 . cos Trong đó: - góc quay của đòn quay đứng r 2 - Bán kính đòn quay 6 Hình 1.2 Cơ cấu lái trục vít con lăn A A A-A B Nhìn theo B 1 1 2 1 3 1 Hiệu suất thuận và nghịch của cơ cấu này vào khoảng 0,7. Cơ cấu này đợc dùng hầu hết ở hệ thống lái không có cờng hoá, nó đợc dùng chủ yếu trên ôtô tải và khách. 2.4. Cơ cấu lái loại liên hợp Thờng dùng nhất là loại trục vít - êcu - thanh khía - cung răng. Sự nối tiếp giữa trục vít và êcu bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít. Nhờ có dãy bi mà trục vít ăn khớp với êcu theo kiểu ma sát lăn. Tỉ số truyền của cơ cấu này không đổi và đợc xác định theo công thức: i c = .t r.2 0 Trong đó: r 0 - Bán kính ban đầu của cung răng t - Bớc của trục vít Hiệu suất thuận khoảng 0,7, hiệu suất nghịch khoảng 0,85. Do hiệu suất nghịch của cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trên đờng mấp mô sẽ nặng nhọc, nhng nó có khả năng làm cho ô tô chạy ổn định ở hớng thẳng nếu vì một nguyên nhân nào đấy làm bánh xe quay vòng khỏi vị trí trung gian. Cơ cấu lái loại liên hợp có đặc điểm nổi bật là có khả năng làm việc dự trữ rất lớn. Vì vậy nó đợc dùng trên ô tô cỡ lớn nh KPA - 255, MA - 500, EAZ - 540, trên ô tô - 130, - 131. 7 Hình 1.3 Cơ cấu lái trục vít chốt quay Hình 1.4 Cơ cấu lái loại liên hợp 3. Dẫn động lái Dẫn động lái bao gồm tất cả các chi tiết của hệ thống lái. Dẫn động lái gồm hệ thống các đòn để truyền lực từ cơ cấu lái đến cam quay bánh xe, đồng thời đảm bảo cho các bánh xe của ô tô quay vòng với động học đúng. Bộ phận quan trọng của dẫn động lái là hình thang lái. Hình thang lái làm nhiệm vụ đảm bảo động học cho các bánh xe dẫn hớng của ô tô, với mục đích làm cho các lốp xe khỏi bị trợt lê khi lái, do đó hạn chế đợc hao mòn lốp. Ngoài ra kết cấu của hình thang lái còn phải phù hợp với bộ phận dẫn hớng của hệ thống treo, để khi bánh xe dao động thẳng đứng thì không ảnh hởng tới động học của dẫn động lái. 3.1. Dẫn động lái cho dầm cầu cứng (ô tô có hệ thống treo phụ thuộc) Dẫn động lái cho dầm cầu cứng bao gồm cụm chi tiết: vành tay lái, trục lái, đòn quay đứng, đòn quay ngang của cơ cấu hình thang lái. Hình thang lái có dạng liền, là cơ cấu 4 khâu, hay gọi là hình thang lái đan tô. 1. Vành tay lái 2. Trục lái 3. Cơ cấu lái 4. Đòn quay đứng 5. Đòn kéo dọc 6. Đòn bên 7. Đòn quay ngang 8. Dầm cầu dẫn hớng 8 9. Bánh xe dẫn hớng 10. Các khớp cầu Hình 1.5 Dẫn động lái cho dầm cầu cứng 3.2. Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập Đặc điểm kết cấu loại này là: dẫn động lái có đòn ngang của hình thang lái ở dạng cắt, đợc chia ra làm 2 hoặc nhiều phần liên kết với nhau bằng các khớp cầu. Các kiểu bố trí dẫn động đợc phân ra thành hai loại sau: - Loại 1: Đợc bố trí sau cơ cấu lái có chuyển động quay (thể hiện trên hình vẽ 1.6). Với kết cấu này, các khớp bắt lên khung hoặc thân xe có dạng trục, các khớp này nối với bánh xe nhằm tạo nên các chuyển vị phù hợp giữa hệ thống lái và hệ thống treo. Tuỳ theo cách bố trí chung các đòn ngang và cơ cấu lái nằm trớc hoặc sau đờng tâm của trục cầu trớc. Hình 1.6. Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái có chuyển động quay - Loại 2: Đợc bố trí sau cơ cấu lái có chuyển động tịnh tiến. (Thể hiện trên hình vẽ 1.7) loại này bố trí kiểu cơ cấu lái - thanh răng bánh răng. Thanh răng có thể (hoặc không) là một khâu của đòn ngang và đợc bố trí cùng cơ cấu lái trên khung xe. Các cơ cấu dẫn động lái đều có đòn ngang nhằm làm nhiệm vụ dẫn động lái, đồng thời làm cơ cấu điều chỉnh độ chụm của bánh xe dẫn h- ớng. 9 Hình 1.7. Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái có chuyển động tịnh tiến 4. Trợ lực lái Khi điều khiển ô tô nhất là với xe có tải trọng lớn và có nhiều cầu thì cần phải có một lực lớn tác dụng lên vành tay lái. Trong những trờng hợp ô tô hoạt động ở địa hình xấu, khi áp suất khí trong lốp không đủ hoặc xe bị h hỏng, thì việc điều khiển ô tô càng trở nên khó khăn và nặng nề hơn. Song nếu trong điều kiện đó có bố trí trợ lực lái thì việc điều khiển ô tô sẽ nhẹ nhàng hơn, dễ dàng hơn và đặc biệt là làm tăng độ an toàn khi chuyển động. Ngày nay trợ lực lái đợc sử dụng ngày càng rộng rãi trên các loại xe tải, xe du lịch, xe ca 4.1. Tác dụng của trợ lực lái - Làm giảm các va đập do đờng không bằng phẳng và đồng thời tránh va đập lên vành tay lái. - Rút ngắn thời gian quay vòng, giảm nhẹ lao động của ngời lái. - Trợ lực lái có tác dụng cao đặc biệt là tính chất tuỳ động (chép hình) kích thớc và khối lợng nhỏ gọn, tốc độ tác động cao, đóng vai trò nh là một bộ giảm chấn để giảm va đập từ mặt đờng tác động vào hệ thống lái. - Cho phép giữ đợc hớng chuyển động xác định của xe trong trờng hợp bị vỡ lốp. * Khi thiết kế bộ trợ lực lái phải thoả mãn yêu cầu sau: - Nếu hỏng bộ trợ lực thì hệ thống lái vẫn làm việc đợc. - Bộ trợ lực chỉ làm việc ở một giá trị mômen cản quay vòng nhất định (tức là không bắt đầu từ 0) để tránh tự trợ lực. - Không tăng độ rơ vành tay lái so với tiêu chuẩn quy định. - Giữ đợc cảm giác mặt đờng, đảm bảo đợc tính tuỳ động của hệ thống, có độ nhạy cao, làm việc ổn định. 4.2. Phân loại hệ thống lái Các loại trợ lực lái hiện nay gồm: - Trợ lực khí nén - Trợ lực thuỷ lực - Trợ lực điện 10 [...]... bánh xe dẫn hớng theo góc quay vành tay lái - Cơ cấu sinh lực thờng là xi lanh lực nhằm tạo nên lực cần thiết để quay các bánh xe dẫn hớng Nguồn năng lợng Điều khiển Bộ phận phân phối Cơ cấu sinh lực Đối tợng điều khiển Liên hệ phản hồi Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống lái có trợ lực trên ô tô 11 Chơng II Kiểm nghiệm hệ thống lái xe IFA - W50 1 Hệ thống lái xe IFA - W50 Để tính toán thiết kế cải tiến hệ thống lái. .. tiến hệ thống lái cho xe IFA - W50, trớc tiên ta tìm hiểu hệ thống lái của xe IFA - W50 Hình 2.1 Sơ dồ hệ thống lái của xe IFA - W50 1 Vành tay lái 10 Bánh xe dẫn hớng 2 Trục tay lái 3 Cơ cấu lái 4 Đòn quay đứng 5 Đòn kéo dọc 6 7 8 9 Đòn quay ngang Đòn kéo ngang Đòn bên Dầm cầu trớc 12 1.1 Đặc điểm Hệ thống lái lắp trên xe IFA - W50 là hệ thống lái cơ khí, không có cờng hoá lái Cơ cấu lái loại trục vít... lao động nặng nhọc cho ngời lái xe, đồng thời tăng sức cơ động của ô tô đảm bảo an toàn khi chuyển động 4 Kiểm tra bền hệ thống lái Hệ thống lái của xe IFA-W50 sau khi đã đợc cải tiến có trợ lực do đó lực tác dụng lên vành tay lái sẽ nhỏ Tải trọng tác dụng lên cơ cấu lái cũng giảm Song khi kiểm tra bền hệ thống lái ta vẫn xét trong trờng hợp khi cờng hoá không làm việc Do cờng hoá lái không làm việc... của ngời lái lên vành tay lái khi cha có cờng hoá: PVLmax = M CVL R VL Với: RVL- Bán kính vành tay lái: Vậy ta có: PVLmax = M CVL 15,13 = = RVL 0,25 (2.10) RVL = 0,25m MCVL = 15,13 KGm 60,52 KG Nh vậy lực của ngời lái tác dụng lên vành tay lái để điều khiển xe là rất lớn, sẽ gây mệt mỏi cho ngời lái Vì vậy để khắc phục nhợc điểm trên cần thiết phải cải tiến hệ thống lái cơ khí thành hệ thống lái có cờng... vành tay lái tới bánh xe dẫn hớng, = 0,72 n- Hiệu suất truyền ngợc từ bánh xe dẫn hớng lên vành tay lái, n = 0,55 Do vậy giảm đợc va đập từ mặt đờng lên vành tay lái - Độ bền và chống mòn của trục vít và con lăn cao có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa trục vít và con lăn, do đó điều chỉnh đợc độ rơ vành tay lái 1.3 Nhợc điểm của hệ thống lái xe IFA - W50 - Là hệ thống lái cơ khí nên lực lái lớn,... ma sát và lực ép dầu tuần hoàn trong 2 khoang của xi lanh lực - Hệ số tăng tải của hệ thống lái khi cờng hoá không làm việc, chọn = 1,05 Khi đó ta có: P*VL = 1,05 60,52 = 63,55 KG Nh vậy, khi kiểm tra bền hệ thống lái ta lấy lực cực đại tác dụng lên vành tay lái là PVL = 63, 55KG 4.1 Kiểm bền cơ cấu lái Cơ cấu lái xe IFA - W50 là cơ cấu lái loại trục vít - con lăn 2 răng, khi làm việc các răng của... quay vòng nhanh gây mệt mỏi cho ngời lái, làm giảm tính năng cơ động của xe - Lực va đập từ bánh xe với mặt đờng lên vành tay lái còn lớn, vành tay lái bị rung lắc mạnh khi xe đi vào đờng xấu 2 Động học hình thang lái Nhiệm vụ của việc tính động học hình thang lái là xác định những thông số tối u của hình thanh lái Sự chuyển động của ô tô là quá trình kết hợp hài hoà giữa bánh xe dẫn hớng với những góc... đứng trong mặt phẳng dọc của xe - Góc chụm của bánh xe dẫn hớng - Góc nghiêng của bánh xe dẫn hớng Tất cả các góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhng chúng làm xuất hiện mômen cản M3 Trong tính toán giá trị mômen cản M 3 đợc kể đến bởi hệ số Nh vậy, tổng mô men quay vòng của bánh xe dẫn hớng đợc xác định bằng công thức: Mc = 2( M 1 + M 2 ). (2.8) Trong đó: - hệ số tính đến ảnh hởng của M3... 27,797 40 31,06 2.2 Xây dựng đờng đặc tính thực tế và tính toán hình thang lái Xe tải IFA - W50 có cấu tạo hình thang lái là cơ cấu 4 khâu hay còn gọi là hình thang lái kiểu Đan - tô n B m Hình 2.3 Sơ đồ hình thang lái L Thông qua hình thang lái, từ mối quan hệ hình học chúng ta rút ra đợc về mối quan hệ giữa các góc quay của bánh xe dẫn hớng bên ngoài và bên trong, đợc xác định theo công thức: = +... độ quay vòng nhỏ cho nên T2max = hằng số = T2m Do vậy hệ số phân bố tải trọng không đều trên răng con lăn: KH = 1 KHV - Hệ số tải trọng động Với bộ truyền có vận tốc nhỏ, làm việc trong thời gian ngắn Nên tra bảng ta có: KHV = 1,3 Thay số vào công thức (2.17) ta có: Hệ số tải trọng KH = KH KHV = 1 1,3 = 1,3 q - Hệ số đờng kính trục vít q = 10 m- Môdun răng, m = 6,3mm = 0,63cm Yk- Hệ số dạng răng phụ . hệ phản hồi Chơng II Kiểm nghiệm hệ thống lái xe IFA - W50 1. Hệ thống lái xe IFA - W50 Để tính toán thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe IFA - W50, trớc tiên ta tìm hiểu hệ thống lái của xe. " ;Thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe tải IFA- W50" nhằm mục đích giảm cờng độ cho ngời lái, làm tăng thêm tính cơ động và độ an toàn chuyển động của xe. Đặc điểm kỹ thuật của xe IFA. vành tay lái. 1.3. Nhợc điểm của hệ thống lái xe IFA - W50 - Là hệ thống lái cơ khí nên lực lái lớn, nhất là khi quay vòng nhanh gây mệt mỏi cho ngời lái, làm giảm tính năng cơ động của xe. -