Chơng - tính toán hệ thống lái xe uaz 469 2.1 Các thông số xe UAZ 469 Loại xe UAZ 469 đợc Liên Xô sản suất năm 1972 có thông số sau: Số thứ tự 10 11 12 Thông số Trọng lợng đặt lên cầu trớc Trọng lợng đặt lên cầu sau Trọng lợng toàn Chiều dài sở Bề rộng sở Chiều dài toàn Khoảng sáng gầm xe Vận tốc cực đại Công suất cực đại Mô men xoắn cực đại Loại lốp Đờng kính vô lăng lái Giá trị 890 760 1650 2380 1280 4025 200 100 75 17 8,4-15 400 Các thông số tính toán cần thiết khác: + Hệ số ma sát f = 0,02 + Hệ số bám ngang + Hệ số bám dọc y = 0,85 = 0,6 2.2 Kết cấu hệ thống lái xe thiết kế 2.2.1 Sơ đồ hệ thống lái xe UAZ469 21 Đơn vị kG kG kG mm mm mm mm km/h KW kGm inches mm Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống lái xe UAZ 469 Vô lăng trục lái Cơ cấu lái Đòn quay đứng Thanh kéo dọc Đòn hình thang lái Thanh kéo ngang Bánh xe dẫn hớg 2.2.2 Đặc điểm Hệ thống lái lắp xe UAZ 469 có đặc điểm sau: 22 - Là hệ thống lái khí, cờng hoá lái - Cơ cấu lái loại trục vít lăn răng, tỷ số truyền ic = 23,4 - Dẫn động lái gồm: đòn quay đứng, đòn kéo dọc, đòn quay ngang - Hình thang lái gồm: dầm cầu trớc, đòn kéo ngang đòn bên, chi tiết liên hệ với thông qua khớp cầu 2.2.3 Ưu điểm hệ thống lái xe UAZ 469 - áp suất tác dụng lên lăn giảm đáng kể so với loại trục vít bánh vít - Khe hở trục vít lăn nhỏ xe thẳng nên khắc phục đợc tợng kẹt - Hiệu suất thuận lớn hiệu suất nghịch (t = 0,72; n = 0,55), giảm đợc va đập từ mặt đờng lên vành lái - Độ bền chống mòn trục vít lăn cao, có khả điều chỉnh khe hở ăn khớp trục vít lăn, điều chỉnh đợc độ dơ vành tay lái 2.2.4 Nhợc điểm hệ thống lái xe UAZ 469 - Là hệ thống lái khí nên lực lái lớn, quay vòng nhanh, nên gây mệt mỏi cho ngời lái, làm giảm tính động xe - Lực va đập từ bánh xe với mặt đờng lên vành tay lái lớn, nên vành tay lái bị rung lắc mạnh xe vào đờng xấu -Có thể chia hệ thống lái xe UAZ 469 thành phần chính: a.Cơ cấu lái: gồm trục vít lõm glôboit, trục đòn quay đứng với lăn tạo thành cấu truyền lực Trục vít lõm vỏ hộp tay lái hai vòng bi đũa hình côn vỏ áo Vỏ áo của vòng bi thay rãnh lăn trục vít lõm viên bi lăn rãnh lăn Vỏ áo vòng bi lắp vào vỏ cấu lái Trong vỏ cấu lái lớp dới vỏ hộp vỏ hộp tay lái có lắp số miếng đệm mỏng để điều chỉnh độ rơ vòng bi cần thiết b.Truyền động lái: hình thang lái đựoc đặt theo chiều ngợc lại Đó điểm khác biệt so với cấu lái thông thờng 2.2.5 Nguyên lý làm việc Khi vô lăng quay góc tạo mô men quay truyền cho đòn dọc xuống trục vít thuộc cấu lái Do ăn khớp trục vít lõm với lăn có tác dụng biến chuyển động quay vành lái thành chuyển động góc đòn quay đứng mặt phẳng thẳng đứng qua kéo dọc, kéo ngang cam quay làm bánh xe quay sang phải trái 2.3 Tính toán hệ thống lái 2.3.1.Xác dịnh kích thớc hình học hình thang lái quan hệ động học góc quay bánh xe dẫn hớng Việc xác định thông số hình thang lái việc quan trọng xây dựng quan hệ lý thuyết L từ quan hệ góc quay bánh xe dẫn hớng cot g cot g = A D B C Bo lý thuyết bánh xe: Bo L suy cotg = B0 + cot g L Hình 2.2 Sơ đồ góc đánh lái lý thuyết thay giá trị tơng ứng ta có bảng sau: lt lt 10 15 20 25 4.77 9.14 13.16 16.89 20.39 30 35 23.7 26.86 Xây dựng quan hệ thực tế cấu lái kiểu Đantô 40 29.91 Hầu hết ôtô ngày dùng hình thang lái đantô Hình thang lái đantô cấu đảm bảo gần quan hệ công thức Chọn m = (0,14 ữ 0,16) Bo = 0,15.1280 = 192mm L Sơbộ: m n B0 1280 cot g (90 ) = = = 0,384 2.0,7.L 2.0,7.2380 = 21 x.L Hình 2.3: Các thông số hình học Sau xác định đợc góc sơ ta xác định góc thực tế theo công thức sau: m B0 sin ( + ) 2m sin + B0 sin m cos( + ) = + artg arcsin B0 m sin ( + ) m cos ( + ) + [ B m sin ( + ) ] (giáo trình tính toán thiết kế ô tô - Tg: Nguyễn Trọng Hoan) Sau chọn giá trị 2, xung quanh Giá trị tính đợc ghi bảng 4.77 10 9.14 15 13.16 20 16.89 25 20.39 30 23.7 35 26.86 40 29.8 21 20.5 4.82 4.67 9.29 9.2 13.43 13.4 17.24 17.26 20.7 20.23 23.81 23.42 26.52 26.35 28.83 28.28 21.5 22 4.83 4.82 9.28 9.26 13.38 13.35 16.88 17.09 20.5 19.89 23.65 23.51 26.33 26.13 28.59 28.34 Từ bảng giá trị thu đợc ta xây dựng đồ thị quan hệ thực tế đồ thị quan hệ theo lý thuyết Theo bảng giá trị ta chọn góc cho sai lệch so với đờng lý thuyết (Trong 1i = 10 1i ) nhỏ nhỏ 10, ta chọn đợc 1=21,50, ứng với góc quay vòng lớn bánh xe dẫn hớng max = 35 max = 26,130 Đồ thị góc láI lý thuyết thực tế 30 28 theta1 theta2 theta3 theta4 26 24 22 20 18 16 14 12 10 0 10 15 20 25 30 35 Hình 2.4 Động học quay vòng bánh xe dẫn hớng 2.3.2.Xác định chế độ tải trọng tính toán hệ thống lái Tải trọng tính toán qui định cho hệ thống lái đuợc xác định thông qua mô men cản quay vòng mô men tác động lớn đặt vành lái Tính toán mômen cản quay vòng Mô men cản quay vòng đợc tính toán xuất lực cản lăn hai bánh xe ngợc chiều ,có mặt lực bên Y, moment ổn dịnh bánh xe dẫn hớng M c = M1 + M + M Mô men cản quay vòng gây nên lực cản lăn: M = P1 c = 2Gbx f c Gbx = 890 : = 445 KG tải trọng tác dụng lên bánh xe dẫn hớng 40 V Pf Pf Y x rbx c Hình 2.5 Các lực tác dụng phanh c =60 mm cánh tay đòn lực Pr quay xung quanh trụ đứng Giá trị mô men Y gây nên M2 đợc tính cho bánh xe, phản lực bên lùi sau đoạn x Giá trị x thừa nhận 1/4chiều dài vết tiếp xúc gây nên mô men quay chiều M M = Y.x=0.14 Gbx y rbx y = 0.85 hệ số bám ngang rbx = ( B + d / ) 25,4. = ( 8,4 + 15 / ).25,4.0,96 = 384mm Bán kính bánh xe B =8,4 inches - chiều rộng lốp d=15 inches - đờng kính vành bánh xe = 0,96 - hệ số biến dạng lốp Mô men ổn định M có giá trị nhỏ nên tính dùng hệ số Mô men cản tổng cộng cầu dẫn huớng đợc tính nh sau: M c = M + M + M 2Gbx ( f c + 0,14. y rbx ) M c = 2.445.( 0,02.60 + 0,14.0,85.384 ).1,11 = 46328,56kGmm Mô men truyền lên vành lái, cần thiết tính thêm hiệu suất truyền lực , tính gần = 0.6 Nhủ mô men cản đợc tính trụ xoay đứng là: M c = 2Gbx ( f c + 0,14. y rbx ) 1 = 46328,56 = 77214,63kGmm = 77,2kGm i1 0,6 Chọn sơ i1 = iccl iddl = 1.23 = 23 iddl -chọn sơ iccl - đảm nhận toàn tỉ số truyền hệ thống lái Lực lớn đặt lên vành lái là: Pvl max = Mc 77214,63 = = 29,04 kG = 290,4N R.iccl iddl 200.23.0,7 R=200mm bán kính vành lái L A C Bo R n nmi D Rtlm in B l Bh Rtm i n a O Hình 2.6 Các góc đánh lái 2.3.3.Xác định góc quay vành lái bán kính quay vòng ôtô Góc quay vành lái lớn nhất: góc quay vành lái lớn đợc xác định theo góc quay bánh xe dẫn hớng yêu cầu nhằm tạo nên khả quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ nhất.Thông thờng góc quay bánh xe dẫn hớng kẻ từ vị trí trung gian đến vi trí quay lớn nhất, lấy trung bình cho hai bên bx max lấy nh sau: với xe du lịch: bx max =30 Góc quay vành lái lớn tính từ vị trí trung gian vl max = bx max i1 = 30.19 = 570 Bán kính quay vòng nhỏ gồm: Bán kính lý thuyết R lt nhỏ tính tới trọng tâm ôtô: Rlt = L 2380 = = 4122mm tg bx max tg 30 Bán kính nhỏ Rt hành lang quét phía trong: Rt = B L 2380 c = 640 60 = 3422 tg max tg 30 Bán kính nhỏ Rn hành lang quét phía ngoài: Rn = B L 2380 + sin max + c = + 640 sin 30 + 60 = 5140 sin max sin 30 Chiều rộng hành lang quét: Bhl = Rn Rt = 5140-3422=1718mm 2.3.4 Tính toán cấu lái trục vít glôbôit - lăn Coi lăn thay phần bánh vít Xác định kích thớc hình học trục bánh vít: Chọn thông số truyền trục vít - bánh vít -Chọn q =9 hệ số đờng kính trục vít m s =6 (mm) mô đun dọc trục vít cần thiết cho đảm bảo đìêu kiện gia công theo tiêu chuẩn theo bảng quy chuẩn -Chọn số mối ren trục vít Z tv = nhằm đảm bảo kích thứơc có kết cấu nhỏ gọn = 6,34 Dd1 Df1 Z tv = q Dc1 tg = D clma x -Tính góc nâng mô đun pháp tuyến mn : mn = m s cos = cos 6,34 = 5,96 Lc t chọn mn = R n -Tính số bánh vít Z bv : Rd Z bv = icci Z tv = 23.1=23 -Tính khoảng cách trục lý thuyết A: A= Hình 2.7 Các thông số bánh vít ms ( q + Z bv ) = ( + 23) = 96mm 2 Xác định kích thớc hình học trục vít Tên gọi Ký hiệu Công thức Kết tính 54 Đờng kính vòng chia nhỏ D cl m s q = 6.9 = 54 Chiều cao Chiều cao đỉnh h1 h d1 (1,6-1,8) m s (0,5-0,6) m s 10,2 Chiều cao chân h f1 h - h d1 7,2 Khe hở chân Đờng kính vòng đỉnh(nhỏ nhất) c D d1 (0,15-0,16)m s D cl +2 h d 1,2 60 Đờng kính vòng chân(nhỏ nhất) Df D cl -2 h 39,6 Bán kính vòng đỉnh Rdl A-0,5 D d 54 Bán kính vòng chân Rf1 c+ Rdl +h 64,4 Chiều dài cánh tay đòn ngang Ln 210 Chiều dài đòn quay đứng ld 210 Góc quay lớn bánh xe bx max 30 dẫn hớng phía Nửa góc ôm trục vít Chiều dài làm việc trục vít L Chiều dài L ct chế tạo Lct Bán kính cung cắt chế tạo Tại tiết diện lớn nhất: D c1 )sin L+ m 57 0,5 Dctao 102,78.0,5 51,39 Dcl max D cl +(D c -D c cos ) 69,27 D c =m s Z bv 114 -đờng kính vòng chia: -đờng kính vòng chân răng: 30 l ld n 2arcsin[ sin( bx max / 2)] 2(A- D f max Dcl max - h f Ddl max Dcl max +h f 75,85 62,07 -đờng kính vòng đỉnh răng: 76,47 Để tạo nên thay đổi khe hở bên chế tạo dùng biên pháp dịch chuyển dao cắt đờng biên dạng trục vít lăn dao cắt lăn: Khi R2 > R1 R = R2 R1 -Giá trị khe hở = R.tg thay đổi( góc nửa đỉnh Dd2 Df2 Dc2 trục vít lăn) Hình 2.8: Trục vít Xác định kích thớc hình học bánh vít: Tên gọi Ký hiệu Công thức kết Đờng kính vòng D c m s Z bv =19.6 114 chia chế tạo Chiều cao h2 Chiều cao đỉnh h d (1,6-1,8) mn =1,7.6 (0,5-0,6) h =0,55.10,2 10,2 5,61 Chiều cao chân h f h - h d2 = 4,59 Khe hở chân c Đờng kính vòng D e (0,15-0,25)m n =0,2.6 D c -2 h d =114-2.5,61 1,2 102,78 đỉnh(chế tạo) Đờng kính vòng D f D c -2(h f +c)=114- 2(4,59+1,2) 102,42 chân Giá trị độ dơ vành lái cho phép cáu lái : Độ giơ tổng cộng hệ thống lái [ vl ] : với xe du lịch < ,độ giơ bao gốm cấu lái, khớp trụ đứng, bi bánh xe.Độ dơ cho cấu lái chiếm khoảng 40% - 60% độ giơ tổng cộng Độ giơ cho phép cấu lái vị trí trung gian: ccl = [ vl ].( 0,4 ữ 0,6) (độ) = khe hở cấu lái vị trí trung gian thiết kế : = ccl ( 0,5.d cl ) sin = 4.0,5.sin(6,43)=1,44 với góc nâng trục vít Xác định góc nửa đỉnh làm việc bánh vít tơng đơng: sin = L Dc =57/114=0,5 Xác định độ dịch tâm chế tạo biên dạng trục vít R Xuất phát từ khe hở cấu lái = R.tg chọn R = 1,44 = = 2,5 mm tg tg 30 = 6mm tìm: gía trị R =2,5 mm Xác định đờng cong biên dạng trục vít lõm nhờ đờng kính bánh vít dao cắt Dcdao Dcdao = Dc + 2.R Tâm trục dao cắt biên dạng trục vít đợc dịch chuyển đoạn R Độ lệch bên lắp ráp : e = ( 0,10 ữ 0,18).Dcol =0,15.54=8,1mm Sau có độ dịch trục e cần thiết tính lại khoảng cách trục trục vít trục đòng quay đứng A0 nhờ công thức sau: A0 = A e =83,6mm Dcol Xác định kích thớc lăn Lcl Hình 2.9 Các thông số lăn Để đảm bảo độ bền tơng đơng truyền ,đờng kính lăn lấy đờng kính trục vít chỗ nhỏ nhất: Dcol Dcl =54 Khoảng cách từ tâm trục lăn tới tâm trục vít AH là: AH = Dcl + c =54+1,2=55,2 Góc nghiêng trục lăn với trục vít = 90 + =90+6,43=96,43 Góc nghiêng trục lăn với trục đòn quay đứng góc nghiêng bánh vít tơng đơng, tức bắng góc nâng trục vít Biên dạng lăn đợc chế tạo theo biên dạng trục vít Chiều dài làm việc lăn l cl tuỳ thuộc vào số lăn (chọn theo xe tham khảo) tính nh sau: chọn loại tầng = 1,7 m n = 1,7.3,14.6=32mm +Xác định hiệu suất : Hiệu suất thuận t : t = ( 0,95 ữ 0,97 ) tg = 0,96(tg6,43)/tg(4,57+6,43)=0,56 tg ( + ) góc nâng ren trục vít -góc ma sát vật liệu tg =f=0,08(chọn) f-hệ số ma sát (lấy 0,08-0,12) Hiệu suất nghịch ng : ng = ( 0,95 ữ 0,97 ) tg ( ) = 0,96.tg(6,43-4,57)/tg6,43=0,28 tg Hiệu suất thuận cấu lái 0,55-0,7 2.3.5.Tính toán bền cho hệ thống lái 1) Tính toán bền cho cấu lái: Sơ đồ lực đợc đợc hình bên: Khi tính toán ăn khớp, lực chiều trục T đợc tính: T= Pvl max R Pvl max R = rcl tg t Khi tính bền lấy P vl max =50kG>Pvl(tinh toán) rcl :bán kính vòng tròn chia trục vít =6,43:góc nghiêng răng, R=200mm bán kính vành lái t=m =6.3,14=18,84mm T=50.200/(27.tg6,43)=3286 kG Kiểm tra theo tiếp xúc trục vít lăn (coi lực truyền qua răng) cd = T F Bề mặt tiếp xúc đợc tính theo công thức: F = ( sin ) rcl2 + ( sin ) rcl2 r1 , r2 -bán kính vòng tròn đỉnh , r1 trục vít lăn -xác định qua việc dựng kết cấu nh fi1 fi2 tính toán ,tính theo radian =71 30=1,2473rad e =50 30=0,881rad r cl = 27mm 2.10- Góc tiếp xúc F=(1,2473-sin71 30)27.27+(0,881-sin50 30)27.27=217,95+79,73=297,68 cd =3286/297,68=11,03(kG/mm )=110,3MN/m Kiểm tra theo uốn cho trục vít dới tác dụng lực T: u = T k 1,3.q.m y k k-hệ số tải trọng lấy 1.1-1.4 theo độ xác chế tạo cấp 7,8,9 y k -là hệ số dạng lấy theo Z td : Z td = 23 Z bv = =23,37 cos 0,981 tra bảng ta có y k =0,509 Suy u =2300,2.1,3/(1,3.9.6.6.0,509)=12,95kG/mm r2 Vật liệu trục vít thép20, 20Cr,18CrMnTi, đợc xêmentit hoá hay thép 2 35Cr,35CrNi xianua hoá [ cd ] = 700 ữ 800 MN / m ; [ u ] = 120 ữ 150 MN / m Thoả mãn điều kiện bền 2) Tính toán chi tiết dẫn động lái Trục lái: Đợc làm từ thép ống tròn đặc tính toán theo xoắn dới tác dụng mô men đặt lên vành lái: Với thông số kết cấu cho trớc là: Pmax = 50kG(lấy để tính toán) R = 200 mm : bán kính vô lăng D = 32mm : đờng kính trục lái d = 28mm : đờng kính vòng trục lái = Pvl max P max R.D 4 ( MN / m ) = 4 =50.200.32/(0,2(32 -28 ))=3,68 kG/mm , ( D d ) Wx = 36,8 MN/m 1,8-3,0 n= Pth = 1503,5 / 445 = 3,38 > [ n] = 1,8 Vật liệu chế tạo thép Q 20,30,40 Đòn ngang hình thang lái: Chế độ tải trọng tính toán với lực phanh (cầu trớc ) cực đại Pp max : Pp max = mlp Gt x Gt tải đặt lên cầu trớc trạng thái tĩnh m hệ số phân bố tải v phanh lấy là: 1,4 x Ppmax c hệ số bám dọc = 0,6 Suy P p max =1,4.890.0,6=747,6kG N e Lực tác dụng lên đòn ngang: l Ppmax N= Pp max c e c= 60 cánh tay đòn Hình 2.12 Ngoại lực tác dụng phanh e= m.cos(20 )=180mm Q = 747,6.60/180=249,2kG Đòn ngang chịu lực kéo nén dới tác dụng lực N tính Tiết diện đòn thờng dạng tròn đặc tròn rỗng (chọn rỗng với kích thớc Dxd=32x26) ứng suất kéo nén tính: k ,n = Trong đó: Q = 2492 N; F = Q F (32 -26 )= 3,14(32.32-26.26)/4=273,18 kn = 2492/273,18=9,12(N/mm ) Tính ổn định chịu nến dọc cách tìm lực tới hạn P th : E.J ( KG ) Pth = ( à.l ) J = (D4 d ) ( cm ) =3,14 (32 -26 )/64=91139mm =9,11cm 64 với D đờng kính ,d đờng kính = hệ số liên kết với khớp cầu l=132mm: chiều dài 2.10 5.9,1139 Pth = = 1033,1kG (132) Khi xác định kích thớc yêu cầu hệ số dự trữ bền ổn định [n] > 1,8-3,0 n= Pth = 1033,1 / 249,2 = 4,15 > [ n] = 1,8 Q Vật liệu chế tạo thép 20,30,40Đòn ngang thoả mãn điều kiện bền -Khớp cầu có lò xo: 18 24 28 ỉ 23 Hình 2.13 Kích thớc khớp cầu Khớp cầu đợc bố trí đòn kéo dọc,đòn ngang hình thang lái Tải tính toán lấy từ lực tác dụng lớn theo đòn nối Tính toán bền theo cắt chỗ thắt nhỏ chèn dập bề mặt chỏm cầu Diện tích chèn dập lấy 1/3 diện tích toàn mặt cầu Mặt cắt chịu cắt nguy hiểm chỗ thắt rotuyn Vật liệu chế tạo thép 15CrMg,12CrNi đợc xêmentit hoá bề mặt ứng suất chèn dập: [ ] = 25 ữ 35MN / m cd Tính bền với lực Q = 4450N D Với diện tích tiếp xúc F = = 3,14.24.24/6=301,44mm Trong D = 24 mm đờng kính mặt cắt I-I tính cd = Q/F= 4450/301,44=14,76(N/mm )=14,76(MN/m ) Vậy khớp cầu thoả mãn điều kiện bền Lò xo đợc tính cho có khả đàn hồi tự bù khe hở mòn, lực nén lắp ráp tính 0,8 giá trị lực truyền qua đòn nối chúng Nh chi tiết hệ thống lái thoả mãn điều kiện bền.Vậy cấu lái thiết kế phù hợp với điều kiện tính toán  ... trị tính đợc ghi bảng 4.77 10 9.14 15 13.16 20 16.89 25 20 .39 30 23 .7 35 26 .86 40 29 .8 21 20 .5 4. 82 4.67 9 .29 9 .2 13.43 13.4 17 .24 17 .26 20 .7 20 .23 23 .81 23 . 42 26. 52 26.35 28 .83 28 .28 21 .5 22 ...Hình 2. 1 Sơ đồ hệ thống lái xe UAZ 469 Vô lăng trục lái Cơ cấu lái Đòn quay đứng Thanh kéo dọc Đòn hình thang lái Thanh kéo ngang Bánh xe dẫn hớg 2. 2 .2 Đặc điểm Hệ thống lái lắp xe UAZ 469 có... điểm hệ thống lái xe UAZ 469 - Là hệ thống lái khí nên lực lái lớn, quay vòng nhanh, nên gây mệt mỏi cho ngời lái, làm giảm tính động xe - Lực va đập từ bánh xe với mặt đờng lên vành tay lái lớn,