Căn cứ vào các điều kiện trên, ta chọn cơ cấu lái cho xe tính toán là loại liên hợp.

Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



PD1 =



M c1

l n1



(1.19)



Tính lực cản quay vòng P D2 của bánh xe cầu dẫn hớng thứ hai quy về đầu đòn

quay đứng,và đợc tính theo công thức sau:

PD 2 =



b.d M c 2

.

a.c l n 2



(1.20)



Tổng lực cản quy về đầu đòn quay đứng là :

PD = PD1 + PD2 =



M c1 b.d M c 2

+

.

l n1

a.c l n 2



(1.21)



Trong đó :

PD1 ,PD2: lần lợt là lực cản quy dẫn của cầu thứ nhất và cầu thứ hai

về đầu đòn quay đứng.

Mc1 ,Mc2: Mômen cản quay vòng các bánh xe cầu dẫn hớng thứ nhất

và cầu dẫn hớng thứ hai.(Mc1=Mc2=Mc/2).Thay các giá trị đã tính đợc ở phần

trên vào công thức (1.21) ta tính đợc :

PD = (



292,61 292,61

+

.0,76).10 3 = 1560,61( KG ) = 15606,1(N)

330

330



Mômen quay trục răng rẻ quạt chính là mômen quay của trục đòn quay

đứng.

Mômen quay trục đòn quay đứng:

Md=PD.ld=15606,1.0,29 = 4525,8 (N.m)

Gọi drq ,dtv lần lợt là đờng kính vòng chia bánh răng rẻ quạt và trục vít

Lực vòng tác dụng lên bánh răng rẻ quạt :

Fv 2 =



2.M d

d rq



(1.22)



Lực dọc trục tác dụng lên trục vít bằng lực vòng trên bánh răng rẻ quạt:

Fa1 = Fv 2 =



2.M d

d rq



(1.23)



Mômen vành tay lái :

Ml =



PD .l d

Md

452,58

=

=

= 23,57( KG.m) = 235,7 (N.m)

t .i t .i 0,8.24



Trong đó :



Đồ án tốt nghiệp



33



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



t - hiệu suất thuận của cơ cấu lái (chọn theo kinh nghiệm thiết kế

t =0,8).



Lực ngời lái tác dụng lên vành tay lái là:

M l 23,57.1000

=

= 94,29( KG ) = 942,9 (N)

Rl

250



Pl =



Mômen quay vành lái chính là mômen quay trục vít, do vậy lực vòng tác dụng

lên trục vít là:

Fv1 =



2.M l

d tv



(1.24)



Góc vít đợc tính theo công thức sau :

Fv1

Fa1



tg =



(1.25)



Gọi t là bớc vít của trục vít ,ta có :

t

.d tv



tg =



(1.26)



5. Tính trục vít- êcu bi

+ Chọn vật liệu chế tạo trục vít là thép 35, vật liệu chế tạo êcu bi là gang

CH18-36.

+ Xác định đờng kính trung bình của trục vít theo điều kiện bền mòn, và theo

công thức sau :

p=



Fa1

[ p]

.d tv .h.x



(1.27)



Trong đó :

h =



h

= 0,5 (chọn ren vít có dạng hình thang)

t



H =



H

=2

d tv



x=



H

t



Với: h, H- lần lợt là chiều cao làm việc của ren vít và chiều cao của

êcu.

chọn



[p] -áp suất trên bề mặt ren vít. Đối với vật liều chế tạo trên ta

[p] =6MPa



Đồ án tốt nghiệp



34



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng

x- Số vòng ren của êcu

Từ công thức (1.27) ta có đợc:

d tv



Fa1

. h . H .[ p ]



(1.28)



Thay số vào công thức (3.4.10) ta tính đợc:

d tv



452,58.2.

3,14.0,5.6.2.d rq



(1.29)



Chọn dtv= 30(mm).

Thay vào công thức (1.29) ta tính đợc đờng kính vòng chia của bánh răng rẻ

quạt :

d rq 54(mm)



Theo số liệu tham khảo ta chọn đờng kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt là:

drq=150 (mm)

Thay giá trị vào công thức

2. .R0

t

2. .R0

t=

i



i =



(1.30)



Trong đó:

R0-bán kính vòng chia của bánh răng rẻ quạt

R0=drq/2=1/2=75 (mm)

t, i bớc vít và tỷ số truyền của cơ cấu lái.

i =



i

id 1



=



i

= 23 , (chọn i=23), từ đó suy ra i=23.1,14=26,22

1,14



Thay các giá trị vào công thức (1.30) ta tính đợc bớc vít:

t=



2.3,14.75

= 20,48(mm)

23



Lấy theo tiêu chuẩn t=20 (mm)

Tính lại tỷ số truyền của cơ cấu lái:

i =



2.3,14.150

= 23 (thoả mãn sai số cho phép ).

2.20,48



Góc vít của trục vít theo công thức (1.26):



Đồ án tốt nghiệp



35



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



tg =



20,48

= 0,22

3,14.30



12 016'



Chiều cao làm việc của ren vít là:

h = h .t = 0,5.20,08 = 10,04(mm)



*.Tính toán độ bền và độ cứng vững của trục vít.

Khi tính toán trục vít, coi trục vít là thanh thẳng chịu tác dụng của uốn,

xoắn và lực dọc trục.

ở đây ta tính bền trong trờng hợp tiếp xúc ở điểm giữa.

Lực dọc trục do bánh răng rẻ quạt tác dụng lên trục vít (theo công thức 1.23):

Fa1 = Fv 2 =



2.M d 2.452,58.10 4

=

= 60344 N

d rq

150



Lực vòng của trục vít (theo công thức 1.24):

Fv1 =



2.M l 2.23,57.10 4

=

= 3142,66 N

d tv

150



Lực hớng kính tác dụng lên trục vít T:

T= Fa1 .tg = 60344.0,13 = 7844,72 N

- góc vít của trục vít (đợc tính ở phần trên).



Vì trục vít ngắn nên không cần thiết phải kiểm tra về độ bền và độ ổn định.

*.Chọn bi :

Chọn đờng kính của bi là: Db=5 (mm)

6. Tính bánh răng rẻ quạt và thanh răng.

Bánh răng rẻ quạt là bánh răng trụ răng thẳng.

Gọi :

Z-số răng của bánh răng rẻ quạt

T-bớc răng của bánh răng rẻ quạt

M-môđun

drq-đờng kính vòng chia

a) Tính bánh răng rẻ quạt theo độ bền tiếp xúc.

Tính toán nhằm thoả mãn điều kiện tiếp xúc lớn nhất H sinh ra khi các

đôi răng ăn khớp không vợt quá trị số cho phép [ H ] .



Đồ án tốt nghiệp



36



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng

ứng suất tiếp xúc lớn nhất đợc tính theo công thức Héc đối với hai hình

trụ tiếp xúc dọc đờng sinh.Ta có điều kiện bền:

qn

[ H ]

2.



H = ZM .



(1.32)



Trong đó :

qn-cờng độ tải trọng pháp tuyến(tải trọng riêng)

-bán kính cong tơng đơng của bề mặt

ZM-hệ số xét đến cơ tính của vật liệu

Do bánh răng rẻ quạt chế tạo bằng thép nên ZM=275(MPa)1/2

Vì hiện tợng tróc rỗ xảy ra tại phần chân răng gần vùng tâm ăn khớp,nên ta

tính toán độ bền tiếp xúc của răng tại tâm ăn khớp.

Đối với bánh răng trụ răng thẳng cờng độ tải trọng pháp tuyến,có xét đến sự

phân bố không đều tải trọng theo chiều rộng vành răng và tải trọng động.

2M d .K H .K Hv

Fn

.K H .K Hv =

lH

d 2 . cos .l H



qn =



(1.33)



Để đơn giản trong tính toán ta giả thiết có hai răng ăn khớp cùng một lúc.

Do đó tổng chiều dài tiếp xúc lH bằng chiều rộng vành răng b

Bán kính cong tơng đơng

=



1 . 2

2 + 1



Trong đó 1 , 2 -bán kính cong các bề mặt răng của thanh răng và bánh

răng rẻ quạt.

Ta có 1 =

Do đó = 2 =



d2

. sin

2



(1.34)



Từ những công thức trên ta suy ra công thức kiểm nghiệm bánh răng rẻ quạt

theo độ bền tiếp xúc

H =



2.M d .K H .K Hv

Z M .Z H .Z

.

[ H ]

d2

b . cos . sin



(1.35)



Trong đó :

Md-mômen quay trục bánh răng rẻ quạt,



[ H ] -ứng suất tiếp xúc cho phép(MPa),

ZH-hệ số xét đến hình dạng bề mặt tiếp xúc, tính theo công thức



Đồ án tốt nghiệp



37



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



ZH =



2

sin 2



(1.36)



Bánh răng rẻ quạt đợc thiết kế với độ dịch chỉnh bằng 0,ta có = 20 0 và tính

đợc ZH=



2

= 1,76

sin 2.20 0



Hệ số tập trung tải trọng tra theo đồ thị trên hình 10-14(trang 157

CTM tập I)

Đặt b = d .d 2

Lấy ZH = 1,76

= 1,6



Với bánh răng bằng thép ZM=275( MPa)1/2

Với Z = 4 - = 4 1,6 = 0,89

3



3



Hệ số chiều rộng bánh răng a =



b

phụ thuộc vào vị trí của bánh răng

a



so với các ổ. Trong trờng hợp thiết kế, bánh răng rẻ quạt bánh răng rẻ quạt đặt

ở vị trí đối xứng nên ta có thể lấy a = 0,3 ữ 0,5 , ta chọn a = 0,4

Do vậy chiều rộng răng b = 0,4.75 = 30(mm)

Hệ số d =



b

= 0,2 dùng để tra ra các hệ số K H và K F (theo hình 10d 2



14CTM tập I ).

Bánh răng rẻ quạt thờng chế tạo bằng thép 35X, đôi khi chế tạo bằng

thép xêmăngtít 20X hay 18 XT . Trong đồ án này ta chế tạo bánh răng rẻ quạt

bằng thép C45 (thép 45 Liên Xô),thờng hoá ,độ rắn 200HB,

b = 610 MPa, ch = 340MPa , phôi rèn.



Độ rắn của vật liệu chế tạo HB <350 , nên ta tìm đợc K H =0,01,chọn sơ

bộ hệ số KHv=1,2.

Thay những thông số vào công thức ta tính đợc ứng suất tác dụng lên bề

mặt răng của bánh răng rẻ quạt



Đồ án tốt nghiệp



38



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



H



275.1,76.0,89 2.452,58.1,2.0,01.10 4

=

.

= 304,80( MPa)1 / 2

0

0

150

30. cos 20 . sin 20



thoả mãn ứng



suất cho phép [ H ] = 600( MPa ) 1 / 2 .

Tính môđun bánh răng rẻ quạt:

Chọn môđun m = 6 (mm).

Đối với bộ truyền bánh răng thẳng không dịch chỉnh, ta có các thông số

của bánh răng rẻ quạt nh sau:

-Số răng của bánh răng rẻ quạt

Z=



d rq

m



=



150

= 26 (răng) (>17 răng đảm bảo tránh đợc hiện tợng cắt

6



chân răng).

-Đờng kính đỉnh răng:

da=drq+2.m=150+2.6=162 (mm)

-Đờng kính chân răng:

df=drq-2,5.6=150-2,5.6=135 (mm)

-Góc ăn khớp :

= 20 0



-Chiều rộng bánh răng:

b = 30(mm)



-Khoảng cách trục :

a = 75(mm)



-Môđun của bánh răng rẻ quạt :

m=6

Tính số răng của cung răng rẻ quạt:

Cung răng rẻ quạt có số đo góc bằng 780, vậy số răng của cung răng rẻ

quạt là :

n=



78

.26 5,6 , do đó ta chọn n=6 (răng).

360



b) Tính bánh răng rẻ quạt theo độ bền uốn.

ứng suất uốn đợc tính theo công thức sau đây:



Đồ án tốt nghiệp



39



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



=



24.T .h

(MN/m2) (Công thức trong tài liệu tính toán thiết

b.t 2 . cos 2



kế ôtô máy kéo)

Trong đó:

t - bớc của trục vít vô tận (m)

- góc nghiêng của đờng ren trục vít vô tận.

h và b - chiều cao và chiều rộng tơng ứng của răng bánh răng rẻ

quạt.



Lực dọc T đợc xác định theo công thức:

T=



2. .Pl max .R 2. .Pl max .R

=

(MN)

R0 .tg

t



Thay số vào công thức trên ta tính đợc :

T=



2.3.14.94,29.250.10

= 0,072( MN )

20,48



Chiều rộng răng bánh răng rẻ quạt b =30 (mm)

Chiều cao răng bánh răng rẻ quạt h=( 162-135)/2 = 13,5 (mm)

Bớc vít của trục vít : t = 20,48 (mm)

Thay vào công thức tính đợc ứng suất uốn :

=



2.3,14.0,072.13,5

= 491,15( MN / m 2 ) < [ u ] = 610( MPa) 1 / 2

2

6

0

30.20,48 .10 . cos 7 26'



Thoả mãn điều kiện bền cho phép của loại vật liệu chế tạo.



Đồ án tốt nghiệp



40



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



Chơng iv

thiết kế cờng hóa lái

1. Chọn phơng án trợ lực lái .

* Yêu cầu đối với trợ lực lái .

Mặc dù trợ lực lái là cơ cấu đợc sử dụng để giảm lực lái nhng mức độ

giảm phải khác nhau phụ thuộc vào điều kiện chuyển động. Và nó phải đảm

bảo đợc 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 h hỏng xảy ra làm ngng việc cấp dầu từ bơm đến cơ cấu lái thì ngời

lái có thể lái đợc xe mà không cần tới trợ lực lái. Ngay cả khi bơm dầu của

trợ lực lái không làm việc hay có rò rỉ (đứt) các đờng ống của hệ thống của trợ

lực lái, dẫn đến đờng ống hoàn toàn mất tác dụng thì ngời lái vẫn phải đảm

bảo điều khiển đợc xe nhng 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 đờng giảm. Nói cách khác phải đạt đợc lực lái phù hợp ở bất kỳ dải

tốc độ nào và cùng lúc đó cảm giác đờng phải đựơc truyền tới ngời lái. Để

đảm bảo đợc lực lái thích hợp, trên các xe hiện đại đợc trang bị những thiết

bị dặc biệt đi kèm với trợ lực lái trên bơm hoặc van điện từ nh: kiểu cảm biến

tốc độ xe, kiểu cảm biến tốc độ động cơ (RPM) .

+ Khắc phục hiện tợng tự cờng hoá khi ôtô vợt qua chỗ lõm , đờng xấu ,

có khả năng cờng hoá lúc lốp xe bị hỏng, để khi đó ngời lái vừa phanh ngặt,

vừa giữ đợc hớng chuyển động ban đầu của xe .

+ Thời gian cờng hoá phải là tối thiểu và chỉ cờng hoá khi lực quay vòng

lớn.



Đồ án tốt nghiệp



41



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng

Nh vậy sử dụng hệ thống trợ lực lái đảm bảo tính năng vận hành của xe,

giảm đợc lực đánh lái và chọn đợc tỷ số truyền của hệ thống lái thích hợp

hơn. Nhng hệ thống lái có trợ lực làm mòn lốp nhanh hơn, kết cấu phức tạp

hơn và khối lợng bảo dỡng cũng tăng lên so với hệ thống lái không có cờng

hoá.

Với nhiệm vụ thiết kế ta chọn phơng án trợ lực thuỷ lực vì nó có các u

điểm sau :

- Kích thớc và khối lợng 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 đợng ngợc lên

hệ thống lái .

- Hệ thống tuần hoàn kín nên độ an toàn hoạt động cao và ít xảy ra

h hỏng.

Với xe thiết kế là xe tải hạng nặng nên ta chọn hệ thống trợ lực thuỷ lực ,

hệ thống này bao gồm: trợ lực thuỷ lực đặt tại cơ cấu lái và trợ lực lái thủy lực

cho cầu dẫn hớng thứ hai. Xylanh lực của bộ cờng hoá đặt chung một vỏ với

cơ cấu lái,các buồng của xylanh đợc nối với các đờng dầu của bộ phân phối

đặt ngay trên trục lái, bộ phân phối dạng van trợt, trong vỏ bộ phân phối đặt

những trụ phản ứng đợc phân cách nhờ các lò xo bị nén sơ bộ, lò xo đợc xiết

bằng êcu. Lực xiết này xác định giá trị lực đóng bộ cờng hoá. Giữa các mặt

bên của vỏ và vành trong ổ bi có khoảng hở. Hai nửa trục lái đợc nối nhau

bằng bộ ly hợp hình lá. Ly hợp này cho phép độ dịch chuyển phần dới của trục

láI trong giới hạn khoảng hở.



Đồ án tốt nghiệp



42



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46