Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 Chơng II Tính toán hệ thống lái cho xe thiết kế 2.1 Giới thiệu xe sở có bảng thông số 2.1.1 Sơ đồ hệ thống lái Giới thiệu xe sở: Xe sở xe MISUBISHI tải, nhu cầu sửa chữa đèn, điện nên xe đà đợc cải tiến lắp thêm cẩu kéo dài thân để vận chuyển đợc cột điện có kích thơc lớn Khi kéo dài thân xe kích thớc, thông số hệ thống lái cũ không phù hợp ta phải tính thiết kế lại Một số thông số xe thiết kế TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Tªn danh nghÜa Ký hiƯu Dung tÝch xy lanh Trọng lợng không tải Trọng lợng toàn tải Chiều dài toàn thể Chiều cao toàn thể Khoảng cách cầu xe Khoảng cách hai lằn vết xe trớc Khoảng cách hai lằn vết xe sau Khoảng sáng gầm xe Chiều rộng khung Chiều ngang tòan thể Phần nhô phía trớc Phần nhô phía sau Động diesel máy thẳng Vận tốc cực đại xe Hệ số cản lăn Hệ số bám Tỷ số truyền cấu lái Góc nghiêng trụ đứng Bán kính vành tay lái Đờng kính trục lái Chiều dài trục lái Thiết kế hệ thèng l¸i - 30 - Go Gt L L Bt Bs Vmax f icc Rl Số lợng Đơn vị ®o 3567 2165 6300 7925 2180 5350 1665 1495 200 753 1995 1045 1475 CC KG KG mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm 110 0,015 0,85 21 200 45 1000 Km/h ®é mm mm mm Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 CC 10 B 1 Vành tay lái Thanh kéo ngang Trụ lái Cầu xe Đòn quay đứng Bánh xe dẫn hớng Thanh kéo dọc Vỏ van phân phối Đòn quay tay 10 Cơ cấu lái liền với xy lanh lực Xe tham khảo xe ZIL 130 có lắp trợ lái thuỷ lực Bộ trợ lái thuỷ lực đợc thống với cấu lái áp suất chất lỏng hệ thống trợ lực lái thuỷ lực đợc tạo nhờ bơm dẫn động động Các cánh bơm đặt phần cố định Stato phần động Rôto có mang cánh bơm 2.1.2 Cơ cấu lái: Kiểu trục vít - đai ốc rẻ quạt - Trục cấu lắp vòng bi cầu, đầu có trục vít Trên vít bắt chặt đai ốc, lọt vào pittông Khi quay trục cấu lái, pittông dịch chuyển dọc trục pittông có mặt ngoài, nên pittông Thiết kế hệ thống lái - 31 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 dịch chuyển làm quay bánh rẻ quạt, rẻ quạt lắp trục đòn quay đứng Qua cấu dẫn động lái, đòn quay đứng làm quay bánh xe dẫn hớng Trên đai ốc trục vít có rÃnh xoắn nửa hình tròn Các viên bi lăn tự rÃnh Êy Trong r·nh cã bè trÝ c¸c tÊm dÉn híng nhằm che kín rÃnh, không cho viên bi lăn theo rÃnh Chúng khỏi đai ốc phía bên lại chui vào phía bên 2.1.3 Truyền động lái Dùng để truyền lực từ cấu lái đến bánh xe Cấu tạo truyền động lái phải đảm bảo lốp quay vòng bánh xe không bị trợt, điều khiển nhẹ nhàng, mòn lốp Muốn bánh xe phải đồng tâm Cấu tạo hình thang lái gồm; cầu trớc đòn bên, kéo ngang 2.2 Xác định động học hình thang lái 2.2.1 Tính động học đồ thị động học hình thang lái Nhiệm vụ tính toán động học dẫn động lái xác định thông số tối u hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng bánh xe dẫn hớng cách xác động học đòn quay đứng, có biến dạng phận đàn hồi hệ thống treo chọn thông số cần thiết hệ thống truyền dẫn động lái Hình thang lái phận quan trọng truyền động lái đảm bảo cho bánh dẫn hớng ôtô chuyển động theo cung với bán kính khác quay vòng không sinh tợng trợt để không gây hao mòn lốp Khi quay vòng muốn cho bánh ôtô không bị trợt cần phải quay bánh dẫn hớng bên phải bên trái với góc , khác góc đợc liên hệ với theo công thức: Thiết kế hệ thống lái - 32 - Đồ án tốt nghiệp Cotg - Cotg = Chu Minh Hải - Ô tô K42 B L : góc quay bánh xe bên : góc quay bánh xe bên L: Chiều dài sở xe ôtô B: khoảng cách hai trục đứng Hình thang lái đảm bảo động học quay vòng củ bánh xe dẫn hớng Nó bao gồm khâu đợc nối với khớp cầu đòn bên đợc bố trí nghiêng góc so với dầm cầu trớc Vì xe thiết kế xe tải có hệ thống treo phụ thuộc ta chọn phơng án hình thang lái khâu Hình thang lái Đan-tô * Trờng hợp xe thẳng C B XL Thiết kế hệ thống lái - 33 - n Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 * Khi xe quay vòng Khi ôtô quay vòng với bán kính quay vòng khác mà quan hệ đợc giữ nguyên nh công thức hình thang lái Đan-tô thoả mÃn hoàn toàn đợc Xong ta chọn kết cấu hình thang l¸i cho ta sai lƯch víi quan hƯ lý thut giíi h¹n cho phÐp Theo [2] ta cã quan hệ hình thang lái §ant« nh sau: β = θ + arctg m cos(θ + α ) m − B.sin(θ + α ) − 2m.sin θ + B.sin θ − arcsin B − m sin(θ + α ) m cos (θ + α ) + [ B − m sin(θ + α )]2 Theo quan hƯ nµy nÕu biÕt trớc góc ứng với giá trị ta có giá trị cđa α NghÜa lµ hµm sè β = f(θ,x) sÏ biểu thị đờng cong đặc tính thực tế hình thang lái Vấn đề chủ yếu đặt phải chọn đợc thông số tối u hình thang lái để sai khác đờng cong đặc tính thực tế hình thang lái so với đặc tính lý thuyết nhỏ Độ sai khác góc Thiết kế hệ thống lái - 34 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 quay thực tế lý thuyết toàn phạm vi làm việc của bánh xe dẫn hớng không đợc vợt 10 có nhiều cách để kiểm tra động học hình thang lái xong để đơn giản ta dùng phơng pháp đồ thị để kiểm tra sai khác đờng đặc tính hình thang lái thùc tÕ so víi lý thut theo quan hƯ β = f(,x) a Xác định đờng đặc tính lý thuyết Trên hệ trục toạ độ đề o ta xác định đợc đờng cong đặc tính lý thuyết qua quan hÖ β = f(θ,x) Cotgβ - Cotgα = B L Cotgβ = Cotgα + B 1565 = Cotgα + L 530 Hay: ứng với giá trị từ 00, 50, 450 lần lợt ta có giá trị tơng ứng Các giá trị đợc lập bảng bảng I Bảng I: Quan hệ vµ β theo lý thuyÕt α 50 100 150 200 250 300 350 400 450 β 4,8761 9,5199 13,9564 18,2166 22,3162 26,2964 30,1746 33,9826 37,7445 b Xác định đặc tính thực tế - Trong thực tế đặt hình thang lái theo góc không đo đợc xác góc Giáo s: Chu -đa -côp đà có phơng pháp khác tiện lợi cách Thiết kế hệ thống lái - 35 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 đo độ dài giao điểm kéo dài hai cánh tay đòn đến dầm cầu trớc Điểm C xác định nằm cách dầm cầu trớc đoạn XL = 0,7.L - Cần xác định góc độ dài đơn bên m đòn ngang n - Quan hệ thực tế phụ thuộc vào góc độ dài đơn bên m Tính sơ góc ban đầu C B n XL Theo hình vẽ thì: Tg = B 2.x.L Trong đó: : góc hình thang lái B: khoảng cách hai trụ đứng (B = 1565mm) L: chiều dài sở xe (L = 5350mm) Theo giáo trình TTTK Ôtô tập – 1971 ta chän x = 0,7 VËy: B 1565 tgθ = 2.x.L = 2.0,7.5350 = 0,20894526 ThiÕt kÕ hệ thống lái - 36 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 T đợc = 11,8 Cho số giá trị xung quanh giá trị đà chọn thay vào công thức dới ta đợc qua hệ thực tế (,) m cos( + α ) m + B sin θ − 2m sin θ − B sin(θ + α ) − ar sin β = θ + arctg B − m.sin(θ + α ) m cos (θ + α ) + [ B − m.sin(θ + α )]2 m lÊy theo kinh nghiƯm m = (0,14 ÷ 0,16B) = (0,14 ÷ 0,16)1565 LÊy m = 250 Theo (2-2) ta xây dựng đờng đặc tính hình thang lái thực tế ứng với giá trị góc = (00, 50, ,450) ta chọn đợc đờng đặc tính Bảng quan hệ , =100 β0 50 4,919 100 9,6800 150 14,279 200 18,710 250 22,958 300 27,0035 350 30,819 θ2 α 50 10 150 200 250 30 350 400 450 =110 30,418 33,846 36,9195 θ1 0 400 450 34,3725 37,6192 β0 θ3 =120 θ4 =130 4,911 α β0 50 4,9023 10 9,612 15 14,446 20 18,446 25 22,549 30 26,415 35 400 450 30,0193 33,3242 36,2879 α0 β0 50 4,893 100 150 9,5780 14,0540 200 18,314 250 22,3439 300 26,122 350 29,621 400 32,805 4 9,6464 14,2050 18,5788 22,7538 26,7096 0 0 0 450 35,6335 * NÕu víi mét gãc θ mà cho ta sai lệch góc max < 10 ta chọn góc góc thiết kế.Ta chọn =110 Khi đà có ta xác định độ dài đòn kéo ngang n n = B – 2m.sinθ = 1469,59 LÊy n = 1470(mm) ThiÕt kÕ hệ thống lái - 37 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 Dựa vào bảng I,II,III,IV,V ta xây dựng đồ thị để chọn góc bên hình thang lái = 100 = 110 45 θ = 120 40 35 Lý thuyÕt 30 25 θ = 130 20 15 10 5 10 15 20 25 30 35 40 45 α 2.2.2 Tû sè trun cđa hƯ thèng l¸i a Tû sè truyền dẫn động lái Id Tỷ số truyền Id dẫn động lái phụ thuộc vào kích thớc quan hệ cánh tay đòn Trong trình quay vòng ôtô giá trị cánh tay đòn thay ®ỉi Trong c¸c kÕt cÊu hiƯn Id thay ®ỉi rÊt Ýt Id = 0,85 ÷ 1,1 Ta chän Id = b Tỷ số truyền cấu lái Ic Thiết kế hệ thống lái - 38 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 Tỷ số truyền cấu lái Ic thay đổi không thay đổi tuỳ thuộc vào loại kết cấu xe xe tham khảo cấu lái loại trục vit - êcu bi có tỷ số truyền không đổi có tỷ số truyền không ®ỉi vµ b»ng 21 Trong xe thiÕt kÕ ta chän tû sè trun b»ng tû sè trun xe c¬ së vµ b»ng 21 c Tû sè trun cđa hƯ thèng l¸i Ig Tû sè trun theo gãc Ig b»ng tû số góc quay vành tay lái với góc quay bánh dẫn hớng Tỷ số truyền tích số tỷ số truyền cấu lái I c tû sè trun cđa dÉn ®éng Id Ig = Ic.Id Víi xe ta thiÕt kÕ tû sè trun gãc n»m khoảng từ 16 32 Vì ta chọn Id = Ig = 210 tức góc quay lớn bánh xe dẫn hớng 350 góc quay vành tay lái 7350 tức 2,04 vòng Vì ta có (max = bxmax.i) Thời gian quay vòng tay lái thời gian mà ngời lái phải quay vành tay lái từ vị trí tận bên trái sang vị trí tận bên phải tức phải quay: 2.2,04 = 4,08 vòng Nếu ngời lái lái với vận tốc 1,53v/s thời gian quay vòng là: t= Thiết kế hệ thống lái 4,08 = 2,67( s) ,vậy thời gian quay vòng đạt yêu cầu 1,53 - 39 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 Khi tính toán ta coi nh hệ thống lái cờng hoá lái để đảm bảo xe chạy mà cờng hoá hỏng đảm bảo an toàn cho ngời hàng hoá Lúc tay lái nặng lên nhiều nhng lái đợc, bánh chịu đợc Tỷ số truyền hệ thống dẫn động góc quay bánh xe dẫn hớng quay vòng lớn 350 bánh phải quay đợc 350 kể từ vị trí trung gian Ta chọn trớc bán kính vòng chia bánh R = 60mm Giả sử bánh cung số đợc tính nh sau dc = m n Z cos (2.25) Trong đó: dc: đờng kính vòng chi: dc = 2.R = 2.60 = 120(mm) mn: lµ môđun pháp tuyến bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn: m = : góc nghiêng bánh Ta dùng thẳng = Ta suy số bánh răng: Z= d c cos β 120 cos 0 = = 25 m Khi bánh quay vòng tức 3600 số ăn khớp 25 Ta cần quay 35.2,04= 700 cần số là: Z= 70.25 = 4,86 360 Ta lấy số răng Momen trục bánh momen trục đòn quay đứng momen quay lớn xe.Mc = 179,39(KG.m) = 1793,9(N.m) a Tính độ bền uốn Để đảm bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh chân không đợc vợt qúa giá trị cho phép Thiết kế hệ thống lái - 53 - Đồ án tốt nghiệp F = Chu Minh Hải - Ô tô K42 2.M c K F Yε Yβ YF (2.4.1) bw d w m Trong ®ã: Yε: hƯ sè kĨ ®Õn sù trïng khíp ngang Yε = ε α 1 1 εα = 1,88 – 3,2 ( Z + Z ) cos β = 1,88 − 3,2.( 25 + 25 ).1 = 1,624 ( cung phần bánh có số 25) 1  Yε = ε = 1,624 = 0,616 Y: hệ số kể đến nghiêng răng, với thẳng ta có Y = YF1: hệ số kể đến dạng bánh 1, tra bảng ta cã YF = 3,90 KF: hƯ sè t¶i träng tÝnh vÒ uèn KF = KFB KFα KFV (2.4.2) KFB: hệ số kể đến phân bố không tải trọng chiều rộng Tra bảng ta cã: KFB = 1,23 KFα: hƯ sè kĨ ®Õn phân bố không tải trọng cho đôi đồng thời ăn khớp Tra bảng ta có: KF = (răng thẳng) KFV: hệ số kể đến tải trọng xuất vùng ăn khớp tÝnh theo uèn kFV = + V F b¦W d ƯW 2.M C K FB K F Trong đó: VF = δ F g0 v aw i F : hệ số kể đến ảnh hởng sai số ăn khớp, tra bảng ta có: F = 0,011 g0: hệ số kể đến ảnh hởng sai lệnh bớc g0 = Thiết kế hệ thống lái - 54 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 (với m > 3,55) v : vận tốc dài Coi v = (m/s) bW: chiều rộng Lấy bW = 60 (mm) aW: khoảng cách trục Hai bánh có đờng kính vßng chia b»ng  aW = dW = 2.120 = 240(mm) vF = 0,011 53 240 = 9,032 Thay vß (2.4.3) kFV = + 9,032.60.120 = 1,008 2.3115.10 3.1,23.1 Thay vµo (2.4.2) kF = 1,23 1,008 = 1,24 Thay vµo (2.4.1) σF = 1793,9.10 3.1,24.0,616.1.3,90 = 296,87( MPa) 60.120.5 b ứng suất tiếp xúc bề mặt răng ăn khớp H = ZM ZH Zε 2.M k H (i + 1) b w i.d w (2.4.4) Trong ®ã: ZM: hƯ sè kĨ đến tính vật liệu, tra bảng ZM = 274 ZH : hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiÕp xóc ZH = cos β b sin 2α tw (2.4.5) Với bánh trụ, thẳng nên ta có: b = tw = arccos (a.cost/aw) Bánh trụ = = 200 (góc prôfin gốc), coi hai bánh a = 0,5 (d1 + ®iỊu khiĨn) = dw = 120  αtw = arccos (120 cos 200/ 240) = 61,976 Thiết kế hệ thống lái - 55 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 ZH = cos = 1,553 sin(2,61,976) Zε = − εα   1 1 1 εα = 1,88 –3,2  Z + Z  cos β = 1,88 − 3,2. + .1 = 1,624       Thay vào (4.4.6) ta đợc: Z = ( 1,624) / = 0,89 HƯ sè t¶i träng tÝnh vỊ tiÕp xóc KH = KHβ KHα KHV (2.4.7) Trong đó: KH: hệ số kể đến phân bố không tải trọng chiều rộng KH = = 1,11 KHα : hƯ sè kĨ ®Õn sù phân bố không tải trọng cho đôi đồng thời ăn khớp, với thẳng kH = KHV : hệ số kể đến tải trọng xuất vùng ăn khớp tính theo tiếp xúc V H b w d w kHV = + 2.M K K C Hβ Hα (2.4.8) Trong ®ã: vH = δH go v aw i (2.4.9) coi v = 1(m/s) dw = 120 (mm) v < m/s chän cấp xác bánh cấp H: hệ số kể đến ảnh hởng sai số ăn khíp, tra b¶ng ta cã: δH = 0,004 ThiÕt kÕ hệ thống lái - 56 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 go: hệ số kể đến ảnh hởng sai lệnh bánh răng, víi m = cÊp chÝnh x¸c ta cã: go = 53 Thay vào (4.4.9) ta đợc: vH = 0,004 53 240 = 3,284 bw: bÒ réng vành : bw = 60 (mm) Thay vào (2.4.8) kHV = + 3,284.60.120 = 1,003 2.3115.10 3.1,11.1 Thay vào (2.4.7) ta đợc: kH = 1,086 1,146 = 1,245 Thay vào (2.4.4) ta đợc: 2.1793,91.1,245.2 = 38( MPa) 60.1.120 σH = 274 1,533.0,89 B¸nh đợc chế tạo từ thép 25 XFT thấm cacbon cã: [σF] = 0,6 σch = 0,6 950 = 570 ( MPa) [σH] = 40 HRCm = 40.57 = 2280 (MPa) VËy σH < [σH] σI < [σI] Bánh đủ bền làm việc 2.4.2 Tính trục đòn quay đứng Chọn vật liệu làm trục thÐp 40X: Giíi h¹n mái n: [σu] = 0,35 σb + 100 (MPa) [σb] = 800 (MPa)  [σu] = 0,35 800 + 100 = 380 (MPa) Giíi h¹n mái xo¾n: [ιX] = 0,58 [σu] = 0,58 380 = 220 (MPa) = 2200 (KG / cm2) (víi điều kiện khớp làm việc tải trọng động chịu va đập) Chọn hệ số an toàn 2: Thiết kế hệ thống lái - 57 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 [σu] = 190 (MPa) = 1900 (KG/cm2) [ ιx] = 110 (MPa) = 1100 (KG/cm2) Khi ô tô quay vòng toàn mômen cản quay vòng đợc truyền hết lên trục đòn quay đứng (ta tính toán trờng hợp cờng hoá bị hỏng) Sơ đồ lực mômen tác dụng lên trục đòn quay đứng nh sau: Ft YA F XA r YB XB MUY MUX MX Ta thấy tiết diện cung tiết diện nguy hiểm Nhng cung đợc chế tạo liền trục, phần liền trục đợc chế tạo to mặt khác gối đỡ lại sát mômen uốn lực F r, Ft sinh ta bỏ qua, ta tính kiểm nghiệm trục theo mômen xoắn mômn cản quay vòng tạo Theo công thức tính sơ bộ: Thiết kế hệ thống lái - 58 - Đồ án tốt nghiệp d Chu Minh Hải - Ô tô K42 T 0,2 * [τ x ] d: ®êng kÝnh trục tính T: Mômen xoắn trục tính ( T = 179,39 KG m) = 17939 KG.cm [ιx]: øng suÊt xo¾n cho phÐp ([ ιx ] = 1100 KG / cm2) VËy d ≥ 17939 = 0,93cm = 9,30mm 0,2.1100 Đờng kính trục ta lấy d = 50 (mm) 2.4.3 Tính toán trục vít-êcu-bi Đối với truyền động vít tiêu chủ yếu độ bền độ ổn định a Xác định sơ ®êng kÝnh ch©n ren vÝt theo ®é bỊn nÐn d1 ≥ 4.1,3.Fa π [σ ] (4.4.10) Trong ®ã: Fa: lùc däc trơc Lùc däc trơc chÝnh lµ lùc tiÕp tun cung Theo nh (4.4.10) lực dọc trục ®ã b»ng: Mc Fa = d w Trong ®ã: Mc: mômen cản từ mặt đờng Mc = 179,39(KG.m) dw: đờng kính vòng lăn vành răng, dw = 120(mm) 179,39 = 2989,83( KG ) Fa = 0,12 [σ] giới hạn bền vật liệu làm trục Thiết kế hệ thống lái - 59 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 [] = ch [ch] giới hạn chảy vật liệu ta chế tạo trục vít dùng 40XH tối cải thiện có [ch] = 800(N/mm2) Thay vào (4.4.10) ta đợc 4.1,3.2989,83 = 1,36(cm) 3,14.2670 d1 Ta chọn d1 = 2,5(cm) * Tính bền theo momen xoắn tiÕt diƯn trơc nhá nhÊt TiÕt diƯn trơc nhá nhÊt nằm vị trí lắp van phân phối Tại dtr = 20(mm) Momen xoắn gây ngời lái đánh hết lái lớn Khi đó: T = 16.0,2 = 3,2 (KG.m) Theo công thức tính sơ bộ: dtr ≥ T 0,2 * [τ ] dtr: ®êng kính trục tính T: momen xoắn trục tính []: ứng suất xoắn cho phép Vật liệu chế tạo trục lµ thÐp 40XH ta cã [τ] = 200KG/mm2 VËy dtr ≥ 320 = 2,1mm 0,2.200 VËy trơc ®đ bỊn momen xoắn gây * Tính bền chèt Chèt cã ®êng kÝnh dc = 10(mm) øng suÊt cắt chốt bề mặt trục 2.T = π d c2 d tr ThiÕt kÕ hÖ thèng lái - 60 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 Trong đó: T: momen xoắn trục dc: đờng kính chốt dtr: đờng kính trục 2.3,84.10 = 39,13( N / mm )  τ = 3,14.10 25 [τ] cña thÐp 40X 87(N/mm2) chốt đủ bền b Tính bền trục vít bi theo chèn dập Để tính toán trớc hết ta xác định số thông số vít: Bớc vít: đợc tính toán theo tỷ số truyền đà chọn cấu lái Nó đợc tính cụ thể nh sau: + Giới hạn góc quay vành dựa theo góc quay bánh xe dẫn hớng Theo phần chọn giới hạn góc quay bánh xe dẫn hớng giới hạn góc quay bánh xe dẫn hớng = 700 + Tính giới hạn chạy êcu cấu lái: l = .dw 360 Trong đó: dw: đờng kính vòng lăn vành dw = 120(mm) l = 3,14 120 70 = 79,55(mm) 360 - Giới hạn vòng quay vành tay lái = 7200 Vậy bớc vít: p= 360.79,55 = 19,88(mm) 2.720 Tải trọng riêng dọc trục qa đợc tính theo công thức: Thiết kế hệ thống lái - 61 - Đồ án tốt nghiệp qa = Chu Minh Hải - Ô tô K42 Fa Z b d b2 λ Trong ®ã: - ®êng kÝnh bi db = (0,08 0,15)dl ta chọn bi theo thiÕt kÕ cị cđa xe tham kh¶o, db = 7,144(mm) - : hệ số phân bố không tải träng lÊy λ - Fa: lùc däc trơc Nh phÇn a: Fa = 2989,83(KG) - Zb sè bi lµm viƯc đợc tính dựa vào bớc vít nh sau: Chiều dài chạy bi: (ta tính theo sơ đồ dới đây) l p l = π.dwb l’ = p + l'2 Trong đó: l: chiều dài làm việc vòng bi l = π.dwb = 3,14.25 = 78,5(mm) p: bíc vÝt, p = 19,88(mm) l’ = p + l '2 = 19,882 + 78,52 = 80,89(mm) Sè vßng bi làm việc vòng nên ta có tổng số chiỊu dµi bi lµm viƯc l’’ = 2.l’ = 161,78(mm) Khi tính số bi phải kể đến lợng bi ®iỊn ®Çy: e = (2 p) + d wb = (2.19,880 + 252 = 46,97(mm)  L = l’’ + e = 161,78 + 46,97 = 208,75(mm) Thiết kế hệ thống lái - 62 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 Số viên bi làm việc là: L Zb = d b Trong ®ã: db: ®êng kÝnh bi: db = 7,144mm  Zb = qa = 208,75 = 29,22 (viªn) lÊy Zb = 30(viªn) 7,144 Fa 2989,83 = = 244,08( KG / cm ) 2 Z b d b 30.0,7144 0,8 max = 2200(MPa) Vậy bề mặt làm việc vít bi thoả mÃn điều kiện bền bi có độ cứng HRC 63 bề mặt êcu rÃnh trục vít có độ cứng HRC 53 Bảng thông số kết cấu cấu lái TT Tên gọi Môdun Bán kinh cung Số cung Bớc vít Đờng kính bi Số bi Ký hiệu Giá trị Đơn vị m R Z P db Zb 60 19,88 7,144 30 mm mm mm viên chơng III Thiết kế hệ thống lái - 63 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 tính toán cờng hoá lái 3.1 Đặc tính cờng hoá Theo giáo trình TKTT ôtô đặc tính cờng hoá rõ đặc trng trình làm viƯc cđa bé cêng ho¸ hƯ thèng l¸i Nã biĨu thị quan hệ lực mà ngời lái đặt lên vành lái P1 momen cản quay vòng b¸nh xe dÉn híng Mc Ta biÕt r»ng cha cờng hoá, ngời lái muốn quay vòng ôtô quay vòng đợc thực hoàn toàn nhờ sức lao động Nghĩa lực đặt lên vành tay lái quay vòng phụ thuộc vào sức cản mặt đờng Lực đợc thể hiện: Pl = Mc R.i c i d η th (3.1.1) Trong ®ã: Pl: lực mà ngời lái tác dụng lên vành tay lái quay vòng (KG) Mc: momen cản quay vòng cđa c¸c b¸nh xe dÉn híng (KGm) R: b¸n kÝnh vành tay lái (R = 0,20m) ic: tỷ số truyền cấu lái, ic = 21 id: tỷ số truyền dẫn động lái, id = th: hiệu suất thuận cấu lái, cấu lái dùng trục vít êcu bi th = n = 0,70 Thay vào (3.1.1) ta đợc Pl = 179,39 = 61.02 KG 0,2.21.1.0,7 Qua ta thấy cờng hoá lực tác dụng lên vành tay lái phụ thuộc vào momen cản quay vòng bánh xe dẫn hớng (vì R, ic, id, th số) Nên đờng đặc tính đờng bậc qua gốc toạ độ Theo tính toán phần đầu quay vòng ôtô chỗ momen cản quay vòng lớn nhất, toạ độ xác định điểm đờng đặc tính [61,02; 179,39] Vậy đThiết kế hệ thống lái - 64 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 ờng đặc tính đợc xác định Pl = f(M) qua gốc toạ độ qua điểm [61,02;179,39] Khi hệ thống lái đợc lắp cờng hoá đờng đặc tính biểu thị mối quan hệ lực tác dụng lên vành tay lái momen cản quay vòng bánh xe dẫn hớng Mc Đây mối quan hệ bậc Khi trợt van phân phối vị trí trung gian lực cờng hoá quy dẫn lên vành tay lái Pc = nên momen cản quay vòng Mc = Do cờng hoá đợc thiết kế van phân phối có lò xo định tâm Những va đập mặt đờng truyền ngợc lên vành tay lái nằm giới hạn lực nén sơ ban đầu lò xo lực đợc truyền lên vành tay lái Nếu lực ngợc mà vợt qúa giới hạn lò xo đợc nén tiếp dẫn đến trợt van phân phối bị lệch phía cờng hoá bắt đầu làm việc Cụ thể để cờng hoá làm việc lực đặt lên vành tay lái phải lớn 3KG giai đoạn đặc tính biểu thị trùng với đặc tính cha có cờng hoá Phản lực truyền lên vành tay l¸i tØ lƯ thn víi ¸p st xilanh sức cản quay vòng bánh xe Lực đợc truyền tới tay ngời lái tạo cho ngời lái cảm giác quay vòng Khi cờng hoá hoạt động giai đoạn đờng đặc tính đờng bậc nhng có độ dốc thấp so với đờng đặc tính cha có cờng hoá (độ dốc cần thiết phải có để đảm bảo cho ngời lái có cảm giác sức cản mặt đờng) Khi momen cản quay vòng lớn M c = 179,59(KGm) hệ thống lái làm việc nh hệ thống lái cơPkhí ban đầu (cờng hoá đà làm việc hết khả năng) Lúc đờng đặc tính Pc = f(Mc) sÏ song song víi ®êng Pl = f(Mc) Cơ thể ngời lái muốn quay vòng ôtô61,02KG tác dụng lên vành tay lái lực Pl > Pc phải Đồ thị đờng đặc tính cha cờng hoá Pl = f(Mc) đợc lắp cờng cường hoá hoá Pc = f(Mc) đợc thể hình dới có cường hoá 16KG Thiết kế hƯ thèng l¸i 3KG 8,6 - 65 - Mc 179,39KGm Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 C B A Ta thấy: - Đặc tính cha có cờng hoá đờng bậc nhất, đoạn OB - Đặc tính có cờng hoá đờng bậc gÃy khúc thấp đờng đặc tính cha có cờng hoá - Đoạn OA: Pl = Pc = f(Mc) Lực ngời lái hoàn toàn đảm nhận - Đoạn AC: Pc = f(Mc) Biểu thị lực mà ngời lái cảm nhận chất lợng mặt đờng - Tõ C trë ®i: Pc = f(Mc) song song với P1 = f(Mc) Hiệu số toạ độ hai đờng Pc P lực tạo nên cờng hoá Lực phải phụ thuộc vào áp suất dầu làm việc đờng kính xy lanh 3.2 Xác định lực tính toán Với ôtô tải để giảm cờng độ lao động ngời lái lực lớn mà ngời lái phải sinh quay vòng xe 16(KG) Trong cờng hoá lực lớn mà ngời lái phải sinh 61,02(KG) nh đà tính Khi quay vòng chỗ momen cản quay vòng lín nhÊt M c = 179,39 (KGm) Khi ®ã lùc tác dụng lên vành tay lái lớn P l = 61,02(KG) Vì cờng hoá đợc tính toán theo chế độ tải trọng 3.2.1 Tính phần trăm lực mà cấu cờng hoá phải sinh Thiết kế hệ thống lái - 66 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 Khi quy dẫn lên vành tay lái thì: %Ph = Pl Pc Pl (3.1.2) Trong đó: %Ph: phần trăm lực mà cờng hoá sinh vành tay lái Pl: lực cực đại vành tay lái mà ngời lái phải sinh quay vòng ôtô chỗ cha có cờng hoá, Pl = 61,02(KG) Pc: lực cực đại mà ngời lái sinh vành tay lái có cờng hoá làm việc Chọn Pc = 16(KG) Thay vào (3.1.2) ta đợc: %Ph = 61,02 − 16 100 = 0,738 = 73,8% 61,02 Nếu chọn Pc lớn quay riêng bánh xe dẫn hớng chỗ lốp mòn nhanh, chọn Pc qúa nhỏ ngời lái không đủ cảm giác chất lợng mặt đờng 3.2.2 Xác định hành trình thể tích làm việc xilanh lùc m θ 350 Do kÕt cÊu vµ bè trí cờng hoá, vỏ xilanh lực đợc gắn kéo ngang, cần đẩy piston gắn với cấu trúc thông qua khớp Hành trình piston xilanh chiều dài mà piston phải trợt ta quay vành tay lái từ vị trí tận bến trái sang vị trí tận bên phải QuÃng đờng piston hai lần quÃng đ- Thiết kế hệ thống lái - 67 - ... với dầm cầu trớc Vì xe thiết kế xe tải có hệ thống treo phụ thuộc ta chọn phơng án hình thang lái khâu Hình thang lái Đan-tô * Trờng hợp xe thẳng C B XL Thiết kế hệ thống lái - 33 - n Đồ án tốt... 2.4 Tính toán cấu lái 2.4.1 Tính bánh quạt Thiết kế hệ thống lái - 52 - Đồ án tốt nghiệp Chu Minh Hải - Ô tô K42 Khi tính toán ta coi nh hệ thống lái cờng hoá lái để đảm bảo xe chạy mà cờng hoá... suất dầu hệ thống thay đổi sóng áp suất sinh đảm bảo làm việc bền lâu hệ thống Muốn có đợc nh mép trợt phải đợc vê tròn 3.4.2 Kết cấu nguyên lý làm việc van phân phối Thiết kế hệ thống lái - 74