Cơ cấu lái trục vít con lăn

Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52



cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt đợc đặt trong ổ

bi.

b) Cơ cấu lái trục vít con lăn

Loại cơ cấu lái này đợc sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít

glôbôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba tầng ren) đặt trên các ổ bi kim của

trục 3 của đòn quay đứng. Số lợng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn

có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.



c)Cơ cấu lái trục vít -êcu bi - thanh răng - cung răng.

Gồm một trục vít có hai đầu đợc đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít và êcu

có rãnh tròn có chứa các viên bi lăn trong rãnh. Khi đến cuối rãnh thì các

viên bi theo đờng hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.

Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển

động này làm quay răng rẻ quạt. Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn

quay đứng. Khi bánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua

các đòn dẫn động làm quay bánh xe dẫn hớng.



10

9

8

3

2

1

Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi



14



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52



7

6

5

4



Hình 1.6- Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.

1. vỏ cơ cấu lái

2. ổ bi dới



6. Phớt

7. Đai ốc điều chỉnh



3.Trục vít



8. Đai ôc hãm



4. Êcu bi



9. Bánh răng rẻ quạt



5. ổ bi trên



10.Bi



Cơ cấu lái kiểu trục vít- êcu bi cung răng có u điểm lực cản nhỏ,

ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn).

1.2.4. Dẫn động lái.

Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng

quay của bánh xe. Dẫn động lái phải đảm bảo các chức năng sau:



Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi



15



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52



+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hớng.

+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hớng sao cho không xảy

ra hiện tợng trợt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết

giữa các bánh xe dẫn hớng.

+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trớc,

đòn kéo ngang và đòn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay

vô lăng một góc thì các bánh xe dẫn hớng sẽ quay đi một góc nhất

định. Hình thang lái có thể bố trí trớc hoặc sau cầu dẫn hớng tùy

theo bố trí chung.



Quan hệ hình học ACKERMAN.



Quan hệ hình học ACKERMAN biểu thị quan hệ góc quay của các

bánh xe dẫn hớng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe

nằm trên đờng kéo dài của tâm trục cầu sau .

Hình 2.11 Sơ đồ biểu diễn các kích thớc của đòn quay đứng.



Rs

B

L



O







Hình 1.7- Quan hệ hình học của ACKERMAN.

Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hớng (trên cùng một cầu) phải quay theo các góc ,

khác nhau và quan hệ hình học đợc xác định theo biểu thức sau :



Cotg Cotg =



B

L



(1- 5)



Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi



16



Đồ án tốt nghiệp

K52



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



Trong đó :

L : chiều dài cơ sở của xe.

B0 : khoảng cách của hai đờng tâm trụ quay đứng trong mặt

phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đờng .

, : Góc quay của bánh xe dẫn hớng phía trong và phía ngoài

Để đảm bảo điểu kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4



khâu gọi là hình thang lái Đantô. Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần

đúng điều kiện trên, song do kết cấu đơn giản nên đợc dùng rất phổ biến.

Mỗi một chủng loại xe, có kích thớc và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao

cho sai lệch trong quan hệ hình học của cơ cấu lái 4 khâu với quan hệ

hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc quay bánh xe dẫn hớng lớn. Giá

trị sai lệch so với lý thuyết từ 0 030 đến 10 khi bánh xe dẫn hớng ở vùng

quay vòng gấp.

Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình

thanh lái Đantô nh sau:

Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động

các bánh xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu

(rotuyl lái). Các đòn bên quay quanh đờng tâm trụ đứng (hình 1.8)

v



v

Dầm cầu liền



Đòn kéo ngang



a)



b)



Hình 1.8 - Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền.

a. Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền.

b. Đòn kéo ngang nằm trớc dầm cầu.



Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi



17



Đồ án tốt nghiệp

K52



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



Trên hệ thống treo độc lập, số lợng các đòn và khớp tăng lên nhằm



đảm bảo các bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau.

Số lợng các đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố

trí cơ cấu lái, dẫn động lái và hệ thống treonhng vẫn đảm bảo quan hệ

hình học ACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantô. Hai phơng

pháp bố trí dẫn động lái điển hình ở hệ thống treo độc lập đợc trình

bày theo hình 1.9:



Hình1.9 - Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập

a. Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu.

b.



Đòn ngang nối nằm trớc dầm cầu.



Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trớc tức 4 bánh

dẫn hớng và hai hình thang lái 4 khâu Đantô.



Hình 1.10 Bố trí hai cầu trớc dẫn hớng

Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thờng nằm

trong khoảng từ 0,85 đến 1,1.



Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi



18



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52

1.2.5. Các góc đặt bánh xe.



Để tránh trờng hợp ngời lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ

xe ở trạng thái chạy thẳng, hoặc ngời lái phải tác dụng một lực lớn để quay

vòng xe, các bánh xe đợc lắp vào thân xe với các góc nhất. Những góc này

đợc gọi chung là góc đặt bánh xe. nếu các góc đặt bánh xe không đúng thì

có thể dẫn đến các hiện tợng sau:

+ Khó lái.

+ Tính ổn định lái kém.

+ Trả lái trên đờng vòng kém.

+ Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh).

1.2.5.1 .Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).

900

CAMBER

(-)

(+)



Góc tạo bởi đờng tâm của bánh xe dẫn hớng ở vị trí thẳng đứng với

đờng tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng đợc gọi là góc Camber, và đo

bằng độ.

Hình 1.11- Góc CAMBER.

Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngợc

lại dới tác động của trọng lợng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các

chi tiết của trục trớc và hệ thống treo trớc. Đồng thời giảm cánh tay đòn

của phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác

dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái.

Khi chuyển động trên đờng vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe

nghiêng theo hớng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong,



Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi



19



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52



các bánh xe trong nghiêng ra ngoài so với thân xe. Để các bánh xe lăn

gần vuông góc với mặt đờng để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc

độ cao, hệ treo độc lập thì góc Camber thờng âm.



1.2.5.2.Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và

khoảng Caster).

c

Góc Caster

(-)

(+)

V

Góc nghiêng dọc của trụ đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa

trụ xoay đứng và phơng thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Khoảng cách từ

giao điểm của đờng tâm trục đứng với mặt đất đến đờng tâm vùng tiếp

xúc giữa lốp và mặt đờng đợc gọi là khoảng Caster c.

Hình 1.12 Caster và khoảng Caster.

Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dới tác dụng của lực ly tâm

khi bánh xe vào đờng vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần

của trọng lợng xe khi xe đi vào đờng nghiêng, ở khu vực tiếp xúc

của bánh xe với mặt đờng sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb.



Khi trụ quay đứng đợc đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều tiến của xe (Caster dơng) thì phản lực bên Yb của đờng sẽ tạo với tâm tiếp xúc một mô men ổn định, mô men đó đợc xác

định bằng công thức sau:



M=Yb.c



Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi



(1- 6)



20



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52



Mômen này có xu hớng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu



khi nó bị lệch khỏi vị trí này. Nhng khi quay vòng ngời lái phải tạo ra một

lực để khắc phục mô men này. Vì vậy, góc Caster thờng không lớn.

Mômen này phụ thuộc vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hớng. Đối với

các xe hiện đại thì trị số của góc Caster bằng khoảng từ 00đến 30.

1.2.5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin).



90

(+)

(-)

Kingpin

Góc nghiêng ngang của trụ đứng đợc xác định trên mặt cắt ngang của xe. Góc Kingpin đợc tạo nên

bởi hình chiếu của đờng tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó và phơng thẳng đứng.



Hình 1.13 - Góc KingPin



Tác dụng:

Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng

lệch tâm là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r 0. Nếu

r0 lớn sẽ sinh ra mô men lớn quanh trụ quay đứng do sự cản lăn của

lốp, vì vậy làm

tăng lực đánh lái. Do vậy giá trị của r 0 có thể đợc giảm để giảm lực

đánh lái, phơng pháp để giảm r0 là tạo Camber dơng và làm nghiêng

trụ quay đứng (tạo góc KingPin) .



Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi



21



Đồ án tốt nghiệp

K52



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho



các bánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do

có mômen phản lực (gọi là mômen ngợc) tác dụng từ mặt đờng lên

bánh xe. Giá trị của mômen ngợc phụ thuộc vào độ lớn của góc

KingPin.

1.2.5.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng).

Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trớc của các bánh xe gần nhau

hơn phía sau thì gọi là độ chụm. Nếu bố trí ngợc lại là độ mở.

Độ chụm đợc biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích thớc B, A đợc đo ở mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đi

thẳng. Độ chụm có ảnh hởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định

của vành lái.

A



B



Hình 1.14 Độ chụm

Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn P f ngợc

chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng. Lực Pf

này đặt cách trụ quay đứng một đoạn R0 và tạo nên một mômen quay với

tâm trụ quay đứng. Mômen này tác dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh

xe về phía sau. Để lăn phẳng thì các bánh xe đặt với độ chụm =B-A dơng.



Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi



22



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52



Với góc nh thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe

tức là ổn định vành tay lái.

R0

Pf

R0

V

Pf



Hình 1.15 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.

ở cầu dẫn hớng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép

bánh xe về phía trớc. Bởi vậy góc giảm.Trong trờng hợp này, để

giảm ảnh hởng của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ

động cơ đột ngột (phanh bằng động cơ), thì bố trí các bánh xe với

góc đặt có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng không.

1.2.6. Hệ thống lái có trợ lực.

1.2.6.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cờng độ lao động của ngời lái. Trên xe có tốc độ cao,

trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ

bánh xe lên vành tay lái. Ngoài ra để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều

dùng lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đờng. Kết quả là cần một lực lái lớn

hơn.



Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái

nhỏ, phải có một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái.



1. 2.6.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái.

Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:



+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh



Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi



23



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52

Dựa vào vị trí của van phân phối và xi lanh lực:



+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong

cơ cấu lái.

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng .

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong

đòn kéo

Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van

phân phối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung. Còn nguồn năng lợng là

một bơm cánh gạt đợc dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai.

1.2.6.3 . Nguyên lý trợ lực lái.

Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để

giảm nhẹ lực lái. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên

piston nằm trong xy lanh lực. Piston trợ giúp cho việc chuyển động của

thanh răng. Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác

dụng lên piston. Vì vậy nếu cần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu.

a) Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng).



Dầu từ bơm đợc đẩy lên van điều khiển. Nếu van ở vị trí trung gian, tất

cả dầu sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm. Vì áp suất dầu bên trái

và bên phải piston là nh nhau nên piston không chuyển động về hớng nào.



Bơm

Khối van điều khiển

Piston

Hình 1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian



Thiết kế tính toán hệ thống lái có trợ lực cho xe con 7 chỗ ngồi



24