MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Hiện ngành công nghiệp ô tô nước ta phát triển mạnh mẽ ngày khẳng định vai trò to lớn ngành công nghiệp trọng điểm quốc gia Nhận thấy tiềm công nghiệp ô tô nên nước ta chủ động mở cửa cho nhà đầu tư nước xây dựng nhà máy lắp ráp sản xuất linh kiện ô tô nước góp phần giải vấn đề nhân lực thúc đẩy kinh tế, đóng góp không nhỏ vào nguồn thu phủ Với tốc độ phát triển mạnh mẽ đòi hỏi nguồn nhân lực ngành công nghiệp ô tô cần phải có trình độ chuyên môn cao Điều thể việc đời nhiều trung tâm chuyên nghiên cứu phát triển công nghệ, thiết kế tính toán, mô lắp ráp ô tô… Trong trường đại học việc khuyến khích sinh viên nghiên cứu công nghệ ô tô đại sinh viên nhiệt tình tham gia Một hệ thống đặc biệt quan trọng ô tô hệ thống lái Hệ thống có chức điều khiển hướng chuyển động ô tô, đảm bảo tính ổn định chuyển động thẳng quay vòng bánh xe dẫn hướng Trong trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn người 1 sử dụng, đặc biệt với loại xe đại có tốc độ cao Do người ta không ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính Là sinh viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trường đại học hàng đầu nước, việc tìm hiểu ứng dụng công nghệ tiên tiến giới để áp dụng vào thực tế nước ta cần phải trọng đặc biệt Bởi chúng em giao nhiệm vụ “Thiết kế tính toán hệ thống lái xe tải tấn” Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến trình điều khiển làm tăng tính an toàn chuyển động giúp cho người lái giảm mệt mỏi Tuy nhiên, với đề tài rộng đề cập đến nhiều vấn đề mẻ đòi hỏi phải có thời gian dài nghiên cứu tìm hiểu Mặc dù có nhiều cố gắng với hiểu biết thời gian tìm hiểu hạn chế nên đồ án em không tránh khỏi sai sót nhiều vấn đề chưa đề cập tới Em mong thầy bạn góp ý để đồ án hoàn thiện Qua mở hướng nghiên cứu thiết kế tính toán hệ thống ô tô song song với tính toán thiết kế truyền thống Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy: Lương Quý Hiệp tận tình bảo để em hoàn thành đồ án Và em xin chân thành cảm ơn thầy môn ô tô xe chuyên dụng - Viện khí động lực- trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội toàn thể bạn giúp đỡ em trình nghiên cứu để hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày 27 tháng 12 năm 2015 Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Trần Văn Trang 2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI Mô tả chung hệ thống lái 1.1 Tổng quan Hệ thống lái ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động ôtô nhờ quay vòng bánh xe dẫn hướng để giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển động cong ôtô cần thiết Việc điều khiển hướng chuyển động xe thực sau: vành lái tiếp nhận lực tác động người lái truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen từ vô lăng tới cấu lái, cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới dẫn động lái, dẫn động lái truyền chuyển động từ cấu lái đến bánh xe dẫn hướng Kết cấu lái phụ thuộc vào cấu chung xe chủng loại xe Để quay vòng người lái cần phải tác dụng vào vô lăng lực Đồng thời cần có phản lực sinh từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh xe Để 3 quay vòng bánh xe dẫn hướng phải quay quanh tâm quay tức thời quay vòng 1.2 Các trạng thái quay vòng xe Sự chuyển động thay đổi hướng chuyển động xe đường trình phức tạp Khi xe chuyển động đường vòng với tốc độ thấp ứng với vị trí góc quay vành tay lái định θvl xe quay vòng với bán kính quay vòng R0 tương ứng Đây coi trạng thái quay vòng tĩnh (quay vòng đủ) Trong thực tế xe thường chuyển động tốc độ lớn, trình quay vòng động, trạng thái quay vòng đủ xảy mà thường gặp trạng thái quay vòng thiếu quay vòng thừa xảy sở việc thay đổi tốc độ chuyển động, đàn hồi lốp hệ thống treo Khi quay vòng thiếu, để thực quay vòng xe theo bán kính R người lái phải tăng góc quay vành lái lượng θvl Khi quay vòng thừa, để thực quay vòng xe theo bán kính R0 người lái phải giảm góc quay vành lái lượng θvl Quay vòng thừa quay vòng thiếu trạng thái quay vòng nguy hiểm, làm tính ổn định tính điều khiển xe chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc quay vòng xe tăng kéo theo lực ly tâm quay vòng tăng) Ở trạng thái yêu cầu người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt Vấn đề chất tải, độ đàn hồi lốp có ảnh hưởng tới tính quay vòng tính an toàn chuyển Ro Rqv Ro Tr¹ng th¸i quay vßng thiªu: Rqv>Ro Rqv động xe, đặc biệt xe có vận tốc lớn Tr¹ng th¸i quay vßng thõa: Rqv thỏa mãn độ bền uốn b) Kiểm tra bền đòn quay đứng theo xoắn Ứng suất xoắn mô men N*c1 gây N × c1 τx = Wx N = 9551 N c1 = 46 mm π × a1 × b12 π × 40 × 302 Wx = = = 7068.6mm3 16 16 τx =  τ x < [τ x ] 9551 × 46 = 62.2MPa 7068.6 => thỏa mãn độ bền xoắn 4.3 Tính bền đòn kéo dọc Vật liệu chế tạo thép ống 40Cr 31 31 Đường kính 20mm Đường kính 30 mm Chiều dài đòn kéo dọc ldd = 880 mm Đòn kéo dọc chịu lực kéo nén tác dụng lực N = 9551 N v d c H A D e C Q m N Pl Hình 2.8: Sơ đồ lực tác dụng lên đòn kéo Ứng suất nén: σ nd = N fd fd – diện tích tiết diện ngang đòn kéo dọc fd = π × ( dtr2 − d ng2 ) σ nd =  32 = π × ( 302 − 202 ) = 392.7 mm 9551 = 24.3MPa 392.7 32 Ứng suất uốn σ ud π × E × Jd = f d × ldd2 E – mô đun đàn hồi E = 2*105 MN/m2 ldd = 880 mm Jd – mô men quán tính tiết diện ngang Jd = Π.( d tr − d ng ) 64 = Π.( 304 − 204 ) 64 = 31907 mm4 fd = 392.7  π × × 105 × 31907 σ ud = = 207 MPa 392.7 × 8802 Hệ số dự trữ tính µ= σud 207 = = 8.5 σ nd 24.3 µ ÷ [ ] = 1.25 2.5 µ µ > [ ] => đòn kéo dọc đảm bảo độ bền 4.4 Tính bền đòn kéo ngang Vật liệu chế tạo thép ống 40Cr Đường kính 25mm Đường kính 35 mm Chiều dài đòn kéo ngang ldn = 1100 mm Đòn kéo ngang tính bền uốn lực Q 33 33 v d c H A D e C Q m N Pl Hình 2.9: Sơ đồ lực tác dụng lên đòn kéo Lực Q xác định theo giá trị lực phanh theo công thức: Q= Pp × c e = Gbx × m p × ϕ × c e mp – hệ số phân bố lại trọng lượng lên cầu dẫn hướng phanh mp = 1.4 ϕ - hệ số bám lốp với đường ϕ = 0.8 e – chiều cao hình thang lái e = 206 mm c – khoảng cách từ tâm vết tiếp xúc bánh xe với mặt đường tới tâm trụ đứng c= 125 mm Q= 34 8093 × 1.4 × 0.8 × 125 = 5500 N 206 34 Ứng suất nén: σ nn = Q fn fd – diện tích tiết diện ngang đòn kéo dọc fn = π × ( dtr2 − d ng2 ) σ nn =  = π × ( 352 − 252 ) = 471.2mm 5500 = 11.7 MPa 471.2 Ứng suất uốn: π × E × Jn σ un = f n × ldn2 E – mô đun đàn hồi E = 2*105 MN/m2 ldn = 1400 mm Jn – mô men quán tính tiết diện ngang Jn = Π.( dtr − d ng ) 64 = Π.( 354 − 254 ) 64 = 54487 mm fn = 471.2  π × × 105 × 54487 σ un = = 116.5MPa 471.2 × 14002 Hệ số dự trữ tính: µ= σun 116.5 = = 10 σ nn 11.7 µ ÷ [ ] = 1.25 2.5 µ µ > [ ] => đòn kéo ngang đảm bảo độ bền 4.5 Tính bền đòn bên Kích thước: 35 35 Chiều dài đòn bên: m = 222 mm Tiết diện tính toán hình chữ nhật: bb = 50 mm; hb = 35 mm θ = 250 Đòn bên làm thép 20Cr, có ứng suất uốn cho phép [σ u ] = 200 MN/m2 Chọn hệ số an toàn n=1.5 ta có: [σ u ] = 200 = 133.3MN / m 1.5 Đòn bên dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn Theo điều kiện bền uốn đòn bên chịu lực lớn phanh, chịu lực dọc Q Mô men uốn tác dụng lên đòn bên: M u = m × Q × cosθ = 0.222 × 5500 × cos25=1107Nm Ứng suất tiết diện nguy hiểm nhất: σu = Mu Wu bb × hb2 50 × 352 Wu = = = 10208mm3 6 σu = 1107 × 1000 = 108MPa 10208 Đòn bên thỏa mãn điều kiện bền uốn 4.6 Tính bền Rotuyn Vật liệu trụ cầu làm thép 20CrNi2Mo nhiệt luyện bề mặt tăng tính chống mòn có: Ứng suất chèn dập cho phép [σ cd ]=35MPa Ứng suất cắt cho phép vị trí ngàm [τ ] = 80MPa Kích thước: 36 36 Khoảng cách từ tâm cầu đến ngàm eN = 23 mm Đường kính vị trí ngàm dN = 18 mm Đường kính cầu rô tuyn Dc = 28 mm Đường kính bề mặt tì với đệm rô tuyn k = 16 mm Lực tác dụng lớn lên khớp cầu lực tác dụng lên đòn kéo ngang: Q = 5500 N Hình 2.10: Rotuyn Ứng suất chèn dập bề mặt làm việc: σ cd = Q fc fc – diện tích chịu lực tiếp xúc mặt cầu rotuyn Thực tế diện tích bề mặt tiếp xúc chiếm 2/3 diện tích bề mặt khớp cầu Theo hướng lực tác dụng diện tích chịu lực chiếm 1/2*2/3= 1/3 diện tích bề mặt khớp cầu fc = 37 π × Dc2 π × 282 = = 821mm 3 37 σ cd =  5500 = 6.7 MPa 821 Chốt thỏa mãn điều kiện chèn dập mặt làm việc Ứng suất cắt ngàm: τc = fc = Q fc π × Dc2 τc =  5500 × = 8.9MPa π × 282 Thỏa mãn điều kiện cắt ngàm Vậy khớp cầu thỏa mãn điều kiện bền 38 38 Kết luận Qua trình làm đồ án môn học “Kết Cấu – Tính Toán Ôtô ” thời gian không nhiều, song với nổ lực thân vơi giúp đở tận tình thầy giáo môn , đặc biệt giáo viên hướng dẩn Lương Quý Hiệp ,đồ án môn học hoàn thành đámg thời gian đảm bảo chất lượng Đồ án tập trung sâu vào phân tích kết cấu cụm chi tiết hệ thống lái , tính toán thiết kế động học hình thang lái , tính toán thiết kế cấu lái Qúa trình tính toán chi tiết đảm bảo nằm giới hạn cho phép,độ tin cậy cao Tuy nhiên đồ án dừng lại tinh toán cấu lái động học hình thang lái mà chưa có điều kiện tính toán cụ thể sâu vào cụm chi tiết khác hệ thống lái ví dụ trợ lực lái, dẫn động lái cácv.v Và hướng phát triển đồ án 39 39 40 40 [...]... của đường đặc tính thực tế cho cầu dẫn hướng α θ1 = 150 θ2 = 160 θ3 = 170 θ4 = 180 5 = 0 19 0 5 10 15 20 25 30 35 9.24 9 9 .51 13.38 7 13.90 6 0 .51 9 17.26 7 18. 05 6 0.79 20.93 3 21.94 8 1.0 15 24.42 7 25. 56 1.134 27.78 5 28.86 6 1.08 13.82 9 0.442 17.92 2 0. 655 21.74 3 0.81 25. 26 9 0.843 28.47 5 0.69 13. 75 1 0.363 17.78 7 0 .52 21 .53 6 0.603 24.97 8 0 .55 1 28.08 5 0.3 13.67 2 0.2 85 17. 65 1 0.384 21.32... bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay 11 11 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) 1.4 Chọn phương án cơ cấu lái Ngày nay trợ lực lái. .. vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng α 0 1max :góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng cầu trước.( 35 ) I1 α :gọi là tỷ số truyền hệ thống lái (i1 =21) lớn nhất từ từ 1,0 ÷ 1, 75 2,0 ÷ 2 ,5 vòng đối với xe du lịch vòng đối với xe tải lớn Thay những thông số tính được vào công thức trên ta tìm được góc quay vô lăng lớn nhất : α max = 21. 35 0 = 7 35 0 ≈ 2,041 (vòng) thoả mãn kinh nghiệm thiết kế. .. nguy hiểm I-I l 1 = 155 mm Tiết diện tính toán la hình elip có kích thước a1 = 40 mm; b1 = 30 mm Cánh tay đòn của đòn quay bị xoắn c1 = 31 mm Khi tính đòn quay đứng ta chọn lực lớn trong 2 lực sau N= Pmax × R × ic × ηth L1 Pmax = 460 N R = 250 mm ic = 23 ηth = 0. 65 L1 = 180 30 30 N= 460 × 250 × 23 × 0. 65 = 955 1N 180 × × × N = 0 .5 G1 = 0 .5 1 651 9.8 = 8090 N Vậy ta lấy N= 955 1 N để tính cho đòn quay đứng... =  = π × ( 352 − 252 ) 4 = 471.2mm 2 55 00 = 11.7 MPa 471.2 Ứng suất uốn: π 2 × E × Jn σ un = f n × ldn2 E – mô đun đàn hồi E = 2*1 05 MN/m2 ldn = 1400 mm Jn – mô men quán tính tiết diện ngang Jn = Π.( dtr 4 − d ng 4 ) 64 = Π.( 354 − 254 ) 64 = 54 487 mm 4 fn = 471.2  π 2 × 2 × 1 05 × 54 487 σ un = = 116.5MPa 471.2 × 14002 Hệ số dự trữ tính: µ= σun 116 .5 = = 10 σ nn 11.7 µ ÷ [ ] = 1. 25 2 .5 µ µ > [ ] =>... 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 thiết kế trục vít – êcu bi để tính toán thiết kế cho xe tải. .. 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... ηd γ 1 ηd γ - hệ số tính đến ảnh hưởng của M 3 gây ra do cầu trước của ôtô γ bị nâng lên, = 1,07… 1, 15 (hệ số tính đến ma sát trong dẩn động lái) ηd - hiệu suất của dẩn động lái : = 0, 85 0,9 ϕ Thế các số liệu vào ta được:Mc = G1 (f.a + 0,14 .rt) =2710(0,0 15. 0, 05 + 0,14.0,8.0 ,53 34).1, 15 2.2 1 0,9 1 ηd γ = 209,466198 (kG.m) Tỷ số truyền của hệ thống lái a) Tỷ số truyền của dẫn động lái Id 14 14 Tỷ... R - bán kính vành tay lái 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... dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và 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 Iω Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này thường lấy theo kinh nghiệm thiết kế iω - tỉ số truyền góc của cơ cấu lái loại vừa từ 20… 25 lấy 21 ω 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)