Tính toán hệ thống lái

Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52

10



Chiều cao toàn bộ



h



1905



mm



11



Đờng kính trục lái



D



30



mm



d



20



mm



l



1970



mm



12



Chiều rộng toàn bộ



13



Kí hiệu lốp



14

15



N e max



171/5400



ml/v/ph



M e max



418/3400



Nm/v/ph



285/50R20



2.2. lựa chọn phơng án thiết kế .

2.2.1. Chọn phơng án dẫn động lái.



Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó đợc tạo

bởi cầu trớc, đòn kéo ngang và các đòn kéo bên. Sự quay vòng của ôtô rất

phức tạp,

để đảm bảo mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía

ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện. Hiện nay ngời 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 có hệ thống treo phụ thuộc, do

đó chọn phơng án dẫn động lái với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4

khâu).

2.2.2. Chọn phơng án cơ cấu lái.



Dựa vào những u điểm đã trình bày trong phần tổng quan cơ cấu lái, ta

chọn phơng án cho cơ cấu lái là loại trục vít - êcu bi - cung răng.

Cơ cấu lái loại này có u điểm là hiệu suất cao (0,65 - 0,7), độ bền cao,

dễ dàng phối hợp với van phân phối và xy lanh của cờng hoá thuỷ lực và

hệ thống lái 4 khâu.



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



27



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52

2.3. tính toán động học hình thang lái.

Nhiệm vụ của tính toán động học hình thang lái là xác định những thông số tối u của hình thang lái,

đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hớng.

2.3.1. Xác định kích thớc hình học của hình thang lái và quan hệ động học của góc quay bánh xe

dẫn hớng.



2.3.1.1 Xây dựng quan hệ lý thuyết.

Từ lý thuyết quay vòng, hệ thống lái phải đảm bảo gần đúng mối quan hệ giữa góc quay bánh xe

dẫn hớng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng. Theo giáo trình thiết kế và tính toán ôtô máy

kéo mối quan hệ đó đợc thể hiện ở công thức sau:



cot g cot g =



suy ra:



Bo

L



(2-1)



B0

+ cot g

cotg = L



Với B0= 1480 (mm); L= 2850 (mm)

: là góc quay của bánh xe dẫn hớng bên ngoài.

: là góc quay của bánh xe dẫn hớng bên trong.

Khi xe đi thẳng các đòn bên tạo với phơng dọc một góc . Khi ôtô

quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa và

vẫn đợc giữ nguyên nh công thức trên thì hình thang lái Đantô không thể

thoả mãn hoàn toàn đợc. Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang

lái sao cho sai lệch với quan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép tức là độ

sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở

những góc quay lớn không đợc vợt quá 1,5 độ.



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



28



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52







C



n



B



m

XL



Hình2.1 Sơ đồ động học hình thangLlái khi xe đi thẳng.



Khi xe quay vòng để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hớng không bị trợt lết

hoặc trợt quay thì đờng vuông góc với các véc tơ vận tốc chuyển động của

tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó là tâm quay vòng

tức thời của xe (điểm 0 trên hình 2.2).









L







0

Hình2.2 Sơ đồ động học quay vòng xe có hai bánh dẫn hớng phía trớc.

B

Rs



Thay các giá trị tơng ứng ta có bảng sau (đơn vị đo góc là độ):



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



29



Đồ án tốt nghiệp

K52



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



Bảng 2.2: Quan hệ giữa và theo lý thuyết

lt

lt



0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

0.00 4.74 9.03 12.95 16.53 19.85 23.05 26.00 28.92



2.3.1.2 Xây dựng các quan hệ thực tế của cơ cấu Đantô.



Hình thang lái Đantô là cơ cấu đảm bảo gần đúng quan hệ của công

thức trên. Khi cho trớc các kích thớc B0 ,L,m,n, thì quan hệ , đợc xác

định nhờ công thức sau:

= + artg



m B0 . sin( + ) 2m. sin 2 + 2 B0 . sin

m. cos( + )

arcsin

2

B0 m. sin( + )

m 2 . cos 2 ( + ) + [ B m. sin( + ) ]

0



(2-2)



Theo quan hệ này khi biết trớc một góc nào đó thì ứng với mỗi giá

trị của góc ta sẽ có một giá trị của . Nghĩa là hàm số = f(,) sẽ biểu

thị đợc đờng cong đặc tính thực tế của hình thang lái. Vấn đề đặt ra là

phải chọn các thông số hình thang lái sao cho hợp lý để sự sai khác giữa

đờng cong đặc tính của hình thang lái so với đờng đặc tính lý thuyết là

nhỏ nhất.

Dùng phơng pháp đồ thị để kiểm tra sự sai khác của đờng đặc tính hình thang lái thực tế so với lý

thuyết theo quan hệ = f(,).



Chọn m = (0,14 ữ 0,16) Bo = 0,15.1480 = 222(mm)

cot g (90 ) =



B0

1480

=

= 0,37

2.0, 7.L 2.0, 7.2850



0

Sơbộ: = 24, 04



lt



0.00 4.74 9.03 12.95 16.53 19.85 23.05 26.00 28.92



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



30



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52

lt



0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

1



0.00 4.79 9.17 13.18 16.80 20.05 22.90 25.34 27.33



1



0.00 -0.05 -0.14 -0.23 -0.27 -0.20 0.15 0.66 1.59



2



0.00 4.80 9.21 13.26 16.95 20.27 23.21 25.74 27.85



2



0.00 -0.06 -0.18 -0.31 -0.42 -0.42 -0.16 0.26 1.07



3



0.00 4.81 9.25 13.35 17.10 20.49 23.51 26.14 28.34



3



0.00 -0.07 -0.22 -0.40 -0.57 -0.64 -0.46 -0.14 0.58



4



0.00 4.78 9.13 13.09 16.66 19.84 22.61 24.96 26.86



4



0.00 -0.04 -0.10 -0.14 -0.13 0.01 0.44 1.04 2.06



1 = 24.04 0



2 =23



0



3 = 22 0



4 = 25 0



Dựa vào công thức (2-2) ta xây dựng các đờng đặc tính hình thang

lái thực tế ứng với mỗi giá trị của góc .



Bảng 2.3: Bảng giá trị quan hệ giữa và phụ thuộc vào góc

Đồng thời ta lấy thêm một vài giá trị lân cận với góc để so sánh. Các giá

trị tơng ứng đợc thể hiện trong bảng dới đây:

Với: = lt tt



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



31



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52



Dựa vào các số liệu trong bảng trên ta vẽ đợc đồ thị đặc tính động học

hình thang lái lý thuyết và thực tế trên cùng một hệ trục toạ độ.

Hình 2.3: Đồ thị đặc tính động học hình thang lái

Nhận thấy rằng độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và góc quay

0

vòng lý thuyết nhỏ nhất là giá trị =22



Sau khi chọn xong góc ta tính n:

n = B0 2.m. sin = 1480 2.222. sin 22 0 1313,67 (mm)



2.3.2. Xác định mômen cản quay vòng và lực lái lớn nhất.

Lực đặt lên vành lái đợc xác định cho trơng hợp ôtô quay vòng tại

chỗ vì lúc này lực cản quay vòng đạt giá trị cực đại. Lúc đó mômen cản

quay vòng trên một bánh xe dẫn hớng Mc sẽ bằng tổng số của mômen cản

lăn M1, mômen ma sát giữa bánh xe và mặt đờng M2 và mômen ổn định

M3 gây nên bởi các góc đặt của các bánh xe và trụ đứng.

c



d







V

B



e







l



m







n



r

l0



B

r



P



a



Bt



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



32



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52

Hình2.4: Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái



Hình 2.5: Sơ đồ đặt bánh xe dẫn



hớng



2. 3.2.1. Mômen cản M1

Mômen cản quay vòng đợc xác định theo công thức:

M 1 = Gbx . f .a



(2 - 3)



Trong đó:

Gbx trọng lợng tác dụng lên một bánh xe dẫn hớng.

Gbx =



G1 15700

=

= 7850( N )

2

2



a - cánh tay đòn.

Ta có:

a=



B 0 Bt

2



(2- 4)



ở đây:

Bt - chiều rộng vết trớc Bt = 1640 (mm)

B 0 - khoảng cách giữa hai trụ đứng cầu dẫn hớng B 0 = 1480 (mm).



Suy ra:



a=



1640 1480

= 80(mm)

2



f - hệ số cản lăn ta xét trong trờng hợp khi ôtô chạy trên đờng xấu

nh đờng đất, đá sỏi (f = 0,04).

Vậy:



M 1 = 7850.0, 04.0, 08 = 25.12( Nm)



2.3.2.2. Mômen cản M2 do ma sát giữa bánh xe và mặt đờng

Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc giữa

lốp và đờng sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe. Nguyên nhân lệch này là



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



33



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52



do sự đàn hồi bên của lốp. Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu

của trục bánh xe một đoạn x về phía sau.

đoạn x đợc thừa nhận bằng nửa khoảng cách

của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài



r



của nó theo

0



công thức sau:



rbx



x = 0,5. r 2 r 2bx



x

Hình 2.6 Lực ngang Y do



Trong đó:



lốp xe có tính đàn hồi khi

Y



+ r bán kính tự do của bánh xe.



chịu mômen quay vòng



d



r = B + ữ.25, 4 ( mm)

2





B - chiều rộng lốp B = 285 (mm)

d - đờng kính vành bánh xe d = 20 (ins).

r = 285 +



20

.25, 4 = 539

2



(mm)

+r bx bán kính làm việc của bánh xe.

Ta thừa nhận:

r bx = 0,96.r = 0,96.539 = 517.44 (mm).

2

2

Nên: x = 0,5. 539 517.44 = 75.5(mm)



Do đó mômen cản do bánh xe trợt lê là:

M 2 = Gbx . .x



(2 - 7)



Với là hệ số bám ngang. Lấy = 0,85

Vậy:



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



34



Đồ án tốt nghiệp

K52



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



M 2 = 7850.0, 75.0, 0755 = 444.5( Nm)



Để làm ổn định các bánh xe dẫn hớng ngời ta làm các góc đặt bánh xe.

Tất cả các góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhng chúng làm xuất

hiện mômen cản M3. Việc tính toán mômen này tơng đối phức tạp nên giá

trị mômen cản M3 đợc kể đến bởi hệ số .

= 1,07 ữ 1,15. Ta chọn = 1,1.

Mômen cản quay vòng tại 1 bánh xe dẫn hớng là:

M = (M 1 + M 2 )



(2- 8)



Nh vậy mômen cản quay vòng tại cầu dẫn hớng đợc tính nh sau:

Mc =



2.( M 1 + M 2 ).

l



(2 - 9)



l là hiệu suất tính đến tổn hao ma sát tại cam quay và các khớp trong

dẫn động lái, = 0,50 ữ 0,70, lấy = 0,7 :

Mc =



2.(25.12 + 444.5)1,1

= 1475( Nm)

0, 7



2.3.2.3. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái.

Khi đánh lái trong trờng hợp ôtô đứng yên tại chỗ, lực đặt lên vành

lái để thắng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hớng là lực lái

lớn nhất. Lực này đợc xác định theo công thức:



Pmax = M c



1

R.ic .itr .th



(2 - 10)



Trong đó:

Mc mômen cản quay vòng Mc = 1475(Nm).



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



35



Đồ án tốt nghiệp

K52



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



R bán kính bánh lái R = 0,2 (m).

ic tỷ số truyền cơ cấu lái ic =20,5.

th hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái

trục vít- êcu bi hiệu suất thuận th = 0,7

itr tỷ số truyền của truyền động lái.



ld

ln



Hình 2.7: Sơ đồ xác định tỷ số truyền dẫn động lái.



Coi tỷ số truyền của dẫn động lái bằng tỷ số giữa chiều dài các đòn

nối với thanh kéo dọc.

itr = Ln/Lđ =1

Vậy ta có:



PL max = 1475.



(2 - 11)



1

= 513.9( N )

0, 2.20,5.1.0, 7



2.3.2.4. Xác định góc quay vành lái và bán kính quay vòng ôtô:

a) Góc quay vành lái lớn nhất:

Góc quay vành lái lớn nhất đợc xác định theo góc quay bánh xe dẫn hớng

yêu cầu nhằm tạo nên khả năng quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ

nhất.Thông



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



36



Đồ án tốt nghiệp



SV: Ngô Tiến Hiệp - ÔtôA



K52

thờng góc quay bánh xe dẫn hớng kẻ từ vị trí trung gian đến vi trí quay

lớn nhất ,lấy trung bình cho cả hai bên bx max có thể lấy với xe con: bx max

=31



0



Góc quay vành lái lớn nhất khi tính từ vị trí trung gian

vl max = bx max .i1 = 31.20,5 = 635,5 0 = 1,8 (vòng)



b)Bán kính quay vòng nhỏ nhất gồm:

Bán kính lý thuyết Rlt nhỏ nhất tính tới trọng tâm ôtô:

Rlt min =



L

2850

=

= 4743.2(mm)

tg bx max tg 310



(2-12)

L



A



C



B



D



in



Rtlmin



Bo



Rn

m



a

l

Bh





Rtm

in



O



Hình 2.8: Bán kính quay vòng ôtô



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



37