thiết kế cường hóa lái

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



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



2. Nguyên lý hoạt động

Khi lực P trên vành lái bé, bộ cờng hoá không làm việc, ôtô quay vòng

do lực bản thân ngời lái, lúc đó cả hai buồng trớc và sau xylanh thông nhau,

áp suất trong các đờng ống cân bằng nhau. Khi sức cản quay vòng tăng, bộ cờng hoá bắt đầu làm việc, trục lái quay đẩy trụ phân phối dịch chuyển trong

giới hạn khoảng hở, một trong các buồng của xylanh làm việc sẽ nối với đờng

dầu đi, áp suất chất lỏng tăng sẽ làm pittông bắt đầu dịch chuyển và qua một

số chi tiết làm quay đòn quay đứng.

Khi ngừng quay vòng, do pittông tiếp tục dịch chuyển, trụ phân phối

chiếm vị trí trung gian và bộ cờng hoá thôi làm việc. Muốn tiếp tục quay vòng

ôtô phải tiếp tục chuyển trụ phân phối. Nếu bộ cờng hoá bị hỏng thì hệ thống

lái vẫn làm việc đợc.

Phản lực tác dụng ngợc lên vô lăng càng lớn khi sức cản quay vòng càng

tăng. Các trụ phản ứng truyền phản lực này làm tăng áp lực chiều trục lên ổ bi

tì này hay ổ bi tì kia.

3. Tính mômen quay vòng cực đại.

Mômen cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hớng đợc xác định ở trạng

thái xe quay vòng và chở đủ tải. Có nhiều cách và phơng pháp luận để xác

định mômen cản quay vòng cực đại của bánh xe dẫn hớng. Để đơn giản và dễ

hiểu ta tính mômen cản quay vòng ở trạng thái xe quay vòng tại chỗ với vận

tốc xấp xỉ bằng 0 (coi nh quay vòng tại chỗ) và xe trong trờng hợp quay vòng

ngoặt nhất, lúc này mômen cản quay vòng trên bánh xe dẫn hớngMc là tổng

của các mômen cản sau:

+ Mômen cản chuyển động M1 do cản lăn.

+ Mômen cản M2 do sự trợt lê bánh xe trên mặt đờng.

+ Mômen cản M3 gây lên bởi sự làm ổn định các bánh xe dẫn hớng.



Đồ án tốt nghiệp



43



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng

*. Tính mômen M1:

M1đợc xác định theo công thức:

M1=Gbx.f.c

Trong đó:

Gbx- Trọng lợng tác dụng lên một bánh xe dẫn hớng

f - Hệ số cản lăn(lấy f=0,015)

c - cánh tay đòn(xem hình vẽ)

Theo kinh nghiệm thiết kế :

Đối với xe tải loại trung bình c = 30 ữ 60(mm)



(1.1)



Đối với xe tải loại lớn c = 60 ữ 100(mm)

Đối với xe thiết kế là xe tải loại lớn, nên ta chọn sơ bộ c=80 (mm)







rbx

c

Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang.



*. Tính mômen M2:

Khi có lực ngang Y (hình vẽ )tác dụng lên bánh xe thì mặt tiếp xúc giữa lốp

với mặt đờng sẽ lệch đi so với trục bánh xe (do sự đàn hồi bên của lốp).

Lực ngang tổng hợp Y = G bx .



(1.2)



Gbx- Trọng lợng tác dụng lên một bánh xe dẫn hớng

Với - hệ số bám (lấy =0,8).

Điểm đặt lực sẽ nằm cách trục bánh xe một khoảng x về phia sau:

(1.3)



2

x = 0,5. r 2 rbx



Với r-bán kính tự do của bánh xe dẫn hớng



Đồ án tốt nghiệp



44



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



d



r = B + .25,4 (mm)

2





Với: B - chiều rộng của lốp(B=H) (inch)

H- chiều cao của lốp .

d - đờng kính vành bánh xe (inch).

Với bánh xe có ký hiệu 10,00-20 (số liệu thiết kế), ta xác định đợc đây là loại

lốp áp suất thấp. Và có các kích thớc :

B = H = 10 (inch)

d = 20 (inch)

Do đó ta tính đợc r:

20



r = 10 + .25,4 = 508 (mm)

2





(1.4)



rbx- bán kính làm việc trung bình của bánh xe,và đợc xác định theo công

thc sau:

rbx = .r



- hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, và đợc chọn tuỳ thuộc vào loại



lốp.

Với lốp có áp suất thấp ta có = 0,930 ữ 0,935 ,ta chọn = 0,935

Từ đó ta tính đợc rbx:

rbx=0,935.508=474,98 (mm)

Thay (1.4) và (1.5) vào công thức (1.3) ta tính đợc :



(1.5)



x = 0,5. 508 2 474,98 2 = 98,08 (mm)



Trọng lợng tác dụng lên một bánh xe dẫn hớng là:

Trọng lợng tác dụng lên mỗi bánh xe dẫn hớng của cầu thứ nhất

Gbx1 = 16250 (N)

Trọng lợng tác dụng lên mỗi bánh xe dẫn hớng cầu thứ hai

Gbx2 = 16250 (N)

Tính mômen cản cho mỗi cầu dẫn hớng:

- Mômen cản quay vòng của cầu dẫn hớng thứ nhất:

M1 = 2. Gbx1 .f.c = 52 (N.m)

M2 = 2.Gbx2. .x = 2342,1 (N.m)

Mômen cản quay tổng cộng của cầu dẫn hớng thứ nhất:



Đồ án tốt nghiệp



45



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



M c1 = ( M 1 + M 2 ).





t



(1.6)



Với - hệ số cản tính đến ảnh hởng của M3 gây ra do sự làm ổn định ở

các bánh xe dẫn hớng.

Theo kinh nghiệm : = 1,07 ữ 1,15

Ta chọn = 1,1

t - hiệu suất tính đến do tiêu hao ma sát ở trụ quay đứng và các khớp



nối của truyền động lái,với ôtô có cầu trớc dẫn hớng chọn t =0,9

Thay số vào công thức (1.6) ta tính đợc :

M c1 = ( M 1 + M 2 ).





= 2926,1 (N.m)

t



- Tính mômen cản quay vòng cho cầu dẫn hớng thứ hai:

Tơng tự tính mômen cản cho cầu dẫn hớng thứ hai, ta cũng tìm đợc Mc2.

Để đơn giản trong tính toán,ta giả thiết hai các hệ số cản của hai cầu là

hoàn toàn giống nhau.Mặt khác trọng lợng tác dụng lên mỗi bánh xe của cầu

dẫn hớng thứ nhất và thứ hai là bằng nhau (có GT1=GT2=32500N).

Do đó :

Mc2=Mc1=2926,1 (N.m)

4. Xây dựng đặc tính cờng hoá hệ thống lái hai cầu trớc.

Lực tác dụng lên bộ cờng hoá Ph sẽ là:

Ph=Pl-P

ở đây:

Pl là lực đặt lên vành lái khi không có cờng hoá

Pl=942,9 N

P Lực ngời lái lớn nhất khi có cờng hoá.

Không nên chọn P quá nhỏ vì P lớn khi quay riêng các bánh dẫn hớng tại

chỗ lốp sẽ mòn nhanh. Đối với ôtô du lịch P = 40 - 70N, đối với ôtô tải trung

bình, tải cỡ lớn và ôtô buýt P = 150 - 200N, đối với ôtô tải cỡ thật lớn P = 300

- 400N, đôi khi trong loại ôtô tải cỡ lớn ngời ta làm thêm cơ cấu có thể gài bộ

cờng hoá khi ôtô đứng yên.



Đồ án tốt nghiệp



46



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng

Đối với xe thiết kế ta chọn P = 200 N

Từ đó ta tìm đợc Ph = 942,9 - 200 = 742,9 N

Để tính toán kích thớc của cơ cấu phân phối lực, ta phải chọn sơ bộ lực cờng hoá lái đặt tại cơ cấu lái Ph1 và trợ lực lái cầu thứ hai Ph2.

Chọn sơ bộ Ph1 = 540 N

Ph2 = 742,9 - 540 = 202,9 N

Ph1, Ph2 Lực cờng hoá đặt tại cơ cấu lái và trợ lực lái cầu sau quy về vô

lăng.

Cờng hoá bắt đầu làm việc khi lực ngời lái đặt lên vành lái là 40 N tơng ứng

với mômen cản quy về đầu đòn quay đứng là 190 N.m.

Khi có cờng hoá, đờng đặc tính đợc thể hiện nh trên hình vẽ dới đây:

PL

94,29(KG)

Khi cha có cờng hoá

Ph1

40,29(KG)

Ph2



PLmax = 20(KG)

4 (KG)



O



19 (KG.m)



Mdmax = 452,58 (KG.m)



Md



Đờng đặc tính cờng hoá.

*. Chỉ số hiệu dụng cờng hoá lái K.

K=



Pl

Pl

=

Pc Pl Ph



ở đây:

Pl - Lực tác dụng lên vành lái khi không có cờng hoá.

Pc - Lực tác dụng lên vành lái khi đã có cờng hoá cũng trong những

điều kiện quay vòng nh trên.

Ph - Lực do bộ cờng hoá đảm nhiệm đợc qui về vành tay lái.

Ph=Ph1+Ph2

Trong đó:

Ph1, Ph2 - Lực do bộ cờng hoá đặt tại cơ cấu lái và xy lanh trợ lực cầu dẫn

hớng thứ hai qui về vành tay lái.



Đồ án tốt nghiệp



47



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



Ph1 =



.( D 2 d 2 ) P1

.

4

i



(1.43)



ở đây:

D - đờng kính xy lanh lực

d - đờng kính thanh đẩy piston (chính là đờng kính của trục vít vô tận).

P áp suất môi trờng trong xy lanh lực,

i tỷ số truyền từ bộ cờng hoá tới vành lái,

Trong các bộ cờng hoá hiện nay K = 2 - 6.

2

.d 2 .P

Ph 2 =

4



(1.44)



ở đây:

d2- đờng kính piston của trợ lực cầu thứ hai,

P áp suất của môi trờng trong xy lanh của trợ lực cầu thứ hai,

Trợ lực lái ở cơ cấu lái và trợ lực cầu hai đều đợc điều chỉnh áp suất bởi cùng

một bơm.

Tính chỉ số hiệu dụng cờng hoá lái:

K=



Pl

Pl

94,29

=

=

= 4,72 (thoả mãn kinh nghiệm thiết kế K = 2-6).

Pc Pl Ph

20



*. Chỉ số phản lực của bộ cờng hoá lên vành tay lái .

=



dPc

dPl



(1.45)



ở đây:

dPc - số gia lực tác dụng lên vành lái khi đã có cờng hoá,

dPl - số gia lực tác dụng lên vành lái khi cha có cờng hoá.

Trong bộ cờng hoá hiện nay =0,15-0,30.

Chỉ số phản lực của bộ cờng hoá lên vành tay lái : (theo công thức (1.45))

=



20

= 0,212 (thoả mãn kinh nghiệm thiết kế =0,15-0,30)

94,29



Đồ án tốt nghiệp



48



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



H6

g5

H6



F 25



O 58 g5



O 25



H7

h6



5. Tính xy lanh trợ lực



*. Tính trợ lực đặt tại cơ cấu lái:

Lực cờng hoá của cơ cấu lái quy dẫn về vô lăng là:

Ph1 = p.F1/ih1. t



(1.47)



Trong đó:

p - áp suất do bơm sinh ra, áp suất này dẫn đến piston xy lanh lực

ih1 tỷ số truyền từ vành lái đến xy lanh lực (bằng tỷ số truyền của

cơ cấu lái i=i =24),

F1 diện tích piston của xy lanh lực,

t -hiệu suất của cơ cấu lái ( t =0,8).



Theo kinh nghiệm thiết kế ta chọn áp suất của bơm p = 500 N/cm2

Thay vào công thức (1.47) ta đợc:

F1 =



Ph1 .i . t 54.24.0,8

=

= 32,12(cm 2 )

p

50



Đờng kính xy lanh của cơ cấu lái:

D2 d 2 =



4.F1 4.32,12

=

= 42,42(cm 2 ) =4242(mm2)



3,14



d - đờng kính trục vít (mm).

Suy ra: D = 30 2 + 2642 = 71,71(mm)

Tính hành trình làm việc của piston trợ lực lái:



Đồ án tốt nghiệp



49



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng

Góc quay lớn nhất của bánh răng rẻ quạt từ vị trí trung gian bằng góc quay

lớn nhất của đòn quay đứng, do đó góc đánh lái lớn nhất của vô lăng từ phía

trái sang phải là:

rq = 2. = 2.39 0 = 78 0



Trong đó:

rq , -góc quay lớn nhất của bánh răng rẻ quạt từ phía trái sang phải



và bằng hai lần góc quay lớn nhất của đòn quay đứng.

Hành trình SC của piston là chiều dài cung tròn của bánh răng rẻ quạt ứng

với góc quay lớn nhất rq .

SC =



rq . d rq

78 150

.

=

.

.3.,14 = 102,07(mm)

180 2

180 2



Tính trợ lực cầu dẫn hớng thứ 2:

Lực cờng hoá cầu thứ hai quy dẫn về vô lăng là:

Ph2 = p.F2/ih2. t



(1.48)



Trong đó :

p - áp suất do bơm sinh ra, áp suất này dẫn đến piston xy lanh lực

ih2 tỷ số truyền từ vành lái đến xy lanh lực,

F2 diện tích piston của xy lanh lực,

t -Hiệu suất truyền lực từ vành lái đến xy lanh trợ lực ( t =0,7).



Tính tỷ số truyền ih2:

b l

400 190

i h2 = i . . t = 24.

.

= 48,25

a c

140 270



Thay vào công thức (1.48) ta đợc:

F2 =



Ph 2 .i h 2 .0,7 20,29.48,25.0,7

=

= 13,7(cm 2 )

p

50



d - đờng kính cần đẩy piston (mm).

Tính d theo điều kiện chịu kéo nén, chọn vật liệu chế tạo cần đẩy là thép

CT5 có [ b ] = 16 (kN/ cm 2 )



Đồ án tốt nghiệp



50



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



Lực tác dụng tại xylanh P xl = P h2 .i h2 . t = 202,9.48,25.0,7 = 6853 (N)

Ta có : P xl .4/ .d 2 [ b ]

d 0,5456 (cm)

Chọn d = 2 (cm)

Tính hành trình piston trợ lực lái cầu hai:

Gọi SP là một nửa hành trình của piston, theo hình 2.7 ta có :

SP =



lt

l

270

.S ' 2 = t .c.tg 2 =

190.0,43 = 116,10(mm)

c

c

190



Trong đó:

lt, a, c kích thớc trên hình vẽ 2.7 ( chọn lt= 270 (mm) theo số liệu

tham khảo thực tế).

2 -góc lắc lớn nhất của đòn lắc thứ hai (đợc tính ở mục 3.3, phầnII).



Vậy hành trình toàn bộ của piston là:

S=2.SP = 2.116,10=232,2 (mm)

*. Tính độ bền của xy lanh lực.

+ Yêu cầu và chọn vật liệu chế tạo:

Xy lanh lực chịu áp suất p = 500 N/cm 2 nên ta chọn vật liệu chế tạo là

gang xám.

Độ bóng của bề mặt làm việc của xy lanh lực, piston thờng là cấp 10 và

cấp 9. Trong những trờng hợp khác có thể gia công đạt độ bóng cấp 8.

Mặt trong của xy lanh phải mài bóng và đạt độ chính xác cao: 5 - 10

Khi tính độ bền của xy lanh lực thờng bỏ qua những tác động ngẫu nhiên

lên nó (va đập từ bên ngoài) mà chỉ để ý ảnh hởng của áp suất chất lỏng bên

trong xy lanh.

Chiều dày thành xy lanh đợc xác định theo công thc:

t=



d +P

.

1

2 P



Trong đó:

t chiều dày của thành (cm),

d - đờng kính trong của xy lanh (cm),

+ Tính độ dày xy lanh lực của cơ cấu lái.

d = 71,71 (mm) = 7,171 (cm)

= 4000 N/cm2 (gang cầu)

P = 500 N/cm2



Đồ án tốt nghiệp



51



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46



Thiết kế hệ thống lái hai cầu dẫn hớng



1,171 400 + 50

.

1 = 1,92(cm)

2

400 50

d n = 2.1,92 + 7,171 = 11, 011(cm)

t =



dn - đờng kính ngoài của xy lanh lực.

+ Tính xy lanh lực trợ lực cầu thứ hai.

d = 59,1 mm = 5,91(cm)

= 4000 N/cm2

p = 500 N/cm2

t=



5,91 400 + 50

.

= 1,584cm = 15,84mm

2

400 50



Suy ra:

dn = 2.15,84 + 59,1 = 90,77 (mm)

ứng suất cho phép của xy lanh lực đợc xác định theo công thức:

d n2 + d 2

= 2

.P

dn d 2



đối với xy lanh lực của cơ cấu lái:

=



11,0112 + 71,712

.50 = 123,65( KG / cm 2 ) < [ ]

11,0112 71,712



Đối với xy lanh lực của trợ lực cầu sau:

=



64,2 2 + 41,8 2

.50 = 123,58( KG / cm 2 ) < [ ]

64,2 2 41,8 2



vậy điều kiện bền của hai xy lanh đợc đảm bảo.

Ngoại lực tác dụng hớng trục cho phép F đợc xác định từ biểu thức sau:

F=



F*

k .n*



Trong đó:

F* - ngoại lực tác dụng tới hạn gây nứt vỡ xy lanh.

n* - hệ số ổn định, giá trị của nó phụ thuộc vào vai trò và vật liệu chế tạo

xy lanh. Với vật liệu chế tạo bằng gang cầu n = 4,0 - 5,0, ta chọn n = 4,5.

F* = .F'



Trong đó:

F lực hớng trục tới hạn nếu coi xy lanh và piston có tiết diện

bằng nhau và bằng f.



Đồ án tốt nghiệp



52



Vũ Văn Hoà - Lớp Ôtô k46