Đồ án tốt nghiệp
- K52

SV: Lại Quang Hiệp

B GIO DC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Viện
Bộ môn

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
------

: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
: Ơ TƠ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:

Lại Quang Hiệp

Lớp:
Khóa :

Ơ TƠ B
52

1. Tên đề tài:
Thiết Kế tính tốn hệ thống lai có trợ lực xe tải 2,5 tấn
2. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
1. Tổng quan về hệ thống lai ô tô
2. Kiểm nghiệm hệ thống lái cơ sở
3. Tính tốn thiết kế hệ thống lái
4. Sửa chữa và bảo dưỡng hệ thống lái
5. Kết luận.
3. Phần bản vẽ
1. Sơ đồ tổng thể Ơtơ.
2. Bản vẽ lựa chọn các phương án trợ lực
3. Bản vẽ quan hệ động học quay vịng và đặc tính cường hóa
4. Bản vẽ các phương án thiết kế hệ thông lái
5. bản vẽ cơ cấu lái , xylanh lực, van phân phối
6. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ trợ lực
7. Bản vẽ chi các chi tiết của hệ thống lái

ThiÕt kÕ hÖ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn

(1A0)
(1A0)
(1A0)
(1A0)
(1A0)
(1A0)
(1A0)

1



Đồ án tốt nghiệp
- K52
5. Cỏn b hng dn:

SV: Lại Quang HiÖp

PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan

6. Ngày giao nhiệm vụ:
Ngày.............tháng.........năm 2012
7. Ngày hồn thành nhiệm vụ:
Ngày.............tháng.........năm 2012

Thơng qua bộ mơn:
Ngày…… tháng……năm 2012
TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký, ghi rõ họ tên)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)

KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ:
-Quá trình thiết kế.....................................................
-Điểm thuyết minh.....................................................
Ngày..............tháng...........năm 2012
Sinh viên đã hoàn thành và nộp tồn
bộ bản báo cáo cho bộ mơn
Ngày……tháng……năm 2012
(ký tên)
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Ký, ghi rõ họ tên)

ThiÕt kÕ hƯ thèng l¸i có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn

2


Đồ án tốt nghiệp
- K52

SV: Lại Quang Hiệp

Lời nói đầu
===

===

Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kinh tế quốc dân
đòi hỏi cần chuyên chở khối lợng hàng hoá và hành khách. Tính
cơ động cao, tính việt dà và khả năng hoạt động trong những
điều kiện khác nhau đà tạo cho ôtô trở thành một trong những
phơng tiện chủ yếu để chuyên chở những hàng hoá và hành
khách.
Cùng với sự phát triển của ngành khoa học và kỹ thuật khác,
ngành sản xuất chế tạo ôtô trên thế giới cũng ngày càng phát
triển và hoàn thiện hơn đáp ứng khả năng vận chuyển, tốc
độ, an toàn cũng nh đạt hiệu quả kinh tế cao. Chủng loại xe
cũng ngày càng phong phó.
Hyundai lµ mét h·ng xe lín cđa Hµn Qc họ cho ra đời rất
nhiều chủng loại xe và xuất sang các nớc khác trong đó có Việt

Nam. Họ xuất sang ta chủ yếu là các loại xe tải nhỏ vừa và lớn.
Các loại xe này có giá thành thấp và phù hợp với địa hình nớc ta.
Một số loại xe tải lớn đà có thiết kế bộ trợ lực lái tuy nhiên các
loại xe tải nhỏ nh loại 2,5 tấn thì cha có do vậy để giảm bớt
nặng nhọc cho ngời lái thì yêu cầu đề ra là phải thiết kế bộ
trợ lực lái cho các loại xe này và đó cũng chính là nội dung đồ
án em đợc giao.

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe t¶i 2,5 tÊn

3


Đồ án tốt nghiệp
- K52

SV: Lại Quang Hiệp

Trong quá trình tính toán và thiết kế đồ án này em đà cố
gắng tìm hiểu và vận dụng các kiến thức đà học. Nhng do
thời gian có hạn, kinh nghiệm bản thân còn thiếu, nên không
tránh đợc những sai sót trong quá trình làm đồ án.
Em rất mong đợc các thầy và các bạn đóng góp ý kiến để
đồ án của em đợc hoàn thiện, đầy đủ
Sinh
viên
Lại Quang
Hiệp

Mục Lục

Lời nói đầu.................................................................1
Chơng I: Tổng quan Hệ thống lái.................................4
I. Mô tả chung hệ thống lái........................................4
1. Tổng quan.........................................................4
2. Các trạng thái quay vòng của xe...........................4
3. Phân loại hệ thống lái.........................................5
4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô...............................6
II. các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô..................7
1. Vành lái..............................................................7
2. Trục lái................................................................7
3.Cơ cấu lái............................................................8
4. Dẫn động lái.....................................................25
5. Các góc đặt bánh xe........................................28
6. Hệ thống lái có trợ lực........................................31
Chơng II:tính toán hệ thống lái xe tải 2,5 tấn.................34
I. Tính toán động học của hệ thống lái.....................34
1. Tính toán động học hình thang lái....................34
2. Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái lý
thuyết.................................................................37
3. Xây dựng đờng cong đặc tính hình thang lái
thực tế.................................................................38

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn

4


Đồ án tốt nghiệp
- K52


SV: Lại Quang Hiệp

4. Xác định mômen cản quay vòng.......................42
5. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái....45
6. Xác định góc quay vành lái và bán kính quay
vòng ôtô:..............................................................46
II. Tính toán thiết kế cơ cấu lái trục vít - êcu bi thanh răng - cung răng.............................................47
1. Thông số hình học:..........................................47
2. Thiết kế bộ trun trơc vÝt- ªcu bi....................48
3 ThiÕt kÕ bé trun thanh răng-cung răng............52
III. Tính bền hệ thống lái.........................................56
3.1. Tính bền trục lái...........................................56
3.2. Tính bền đòn quay đứng.............................57
3. 3. Tính bền đòn kéo dọc..................................59
3. 4. Tính bền đòn kéo ngang.............................61
3. 5. Tính bền đòn bên.......................................63
3. 6. Tính bền khớp cầu (Rotuyl)..........................65
Chơng III: thiết kế hệ thống cờng hoá lái........................68
I. đặc điểm của cờng hoá lái...................................68
1.1 Các yêu cầu của cờng hoá.................................68
1.2 Chọn loại trợ lực...............................................68
II. Lựa chọn phơng án bố trí cờng hoá lái..................69
2.1. Một số phơng án bố trí cờng hoá hệ thống lái..69
2.2 Chọn van phân phối:.......................................74
iii.tính toán cờng hóa lái..........................................76
3.1. Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái.................76
3.2. Xây dựng đặc tính cờng hoá lái....................77
3.3. Xác định lực tÝnh to¸n...................................79
3.4. TÝnh to¸n xilanh lùc.......................................80
3.5. Lùc l¸i lín nhÊt đặt lên vành tay lái.................83

3.6. Tính toán các chi tiết của van phân phối........84
Chơng iv: bảo dỡng - sửa chữa hệ thống lái.....................87
I. Bảo dỡng kỹ thuật hệ thống lái..............................87
1.1. Bảo dỡng kỹ thuật hệ thống...........................87
Ii. sửa chữa hệ thống lái..........................................87
2.1 Những hiện tợng h hỏng chính của hệ thống lái
............................................................................87
2.2. Kiểm tra điều chỉnh cơ cấu lái:.....................92

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn

5


Đồ án tốt nghiệp
- K52

SV: Lại Quang Hiệp

2.3. Kiểm tra dẫn động lái và khắc phục khe hở:...92
2.4. Kiểm tra trợ lực lái:.........................................92
kết luận..................................................................................94
tài liệu tham khảo................................................................95

Chơng I: Tổng quan Hệ thống lái
I. Mô tả chung hệ thống lái.
1. Tổng quan.
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hớng chuyển động
của ôtô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hớng cũng nh để giữ
phơng chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ôtô

khi cần thiết .
Việc điều khiển hớng chuyển động của xe đợc thực hiện
nh sau: vành lái tiếp nhận lực tác động của ngời lái và truyền
vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen từ vô lăng tới cơ cấu lái,
cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới các thanh dẫn
động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ
cấu lái đến các bánh xe dẫn hớng. Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ
cấu chung của xe và của từng chủng loại xe.
Để quay vòng đợc thì ngời lái cần phải tác dụng vào vô
lăng một lực. Đồng thời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đờng lên mặt vuông góc với bánh xe. Để quay vòng đúng thì
các bánh xe dẫn hớng phải quay quanh một tâm quay tức thời
khi quay vòng.
2. Các trạng thái quay vòng của xe.
Sự chuyển động và thay đổi hớng chuyển động của xe
trên đờng là quá trình phức tạp. Khi xe chuyển động trên đ-

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe t¶i 2,5 tÊn

6


Đồ án tốt nghiệp
- K52

SV: Lại Quang Hiệp

ờng vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vị trí góc quay của
vành tay lái nhất định vl xe sẽ quay vòng với một bán kính
quay vòng R0 tơng ứng. Đây có thể coi là trạng thái quay vòng
tĩnh (quay vòng ®đ).

Trong thùc tÕ xe thêng chun ®éng ë tèc ®é lớn, do vậy
quá trình quay vòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy
ra mà thờng gặp là trạng thái quay vòng thiếu và quay vòng
thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển
động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo.
Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo
bán kính R0 ngời lái phải tăng góc quay vành lái một lợng vl. Khi
quay vòng thừa, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R 0
ngời lái phải giảm góc quay vành lái một lợng vl.
Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay
vòng nguy hiểm, làm mất tính ổn định và tính điều khiển
của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc quay vòng của xe
tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng). ở những trạng
thái này yêu cầu ngời lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt. Vấn đề
chất tải, độ đàn hồi của lốp cũng có ảnh hởng tới tính năng
quay vòng và tính an toàn chuyển động của xe, đặc biệt là
những xe có vận tốc lớn .

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn

7


Ro

Ro

Trạ ng thái quay vòng
thiêu: Rqv>Ro


Rqv

SV: Lại Quang

R qv

Đồ án tốt nghiệp
Hiệp - K52

Trạ ng thái quay vòng
thừa: Rqv
O1

O
O1

O

Hình 1.1-Các trạng thái quay vòng của xe.
3. Phân loại hệ thống lái.
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
3.1. Phân loại theo phơng pháp chuyển hớng.
+Chuyển hớng hai bánh xe ở cầu trớc (2WS).
+Chuyển hớng tất cả các bánh xe (4WS).
3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực.
+Hệ thống lái cơ khí.
+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí
nén.
3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.

+Cơ cáu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.
3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái.
+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đờng bên phải).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đờng bên trái).

Thiết kế hệ thống lái có trợ lùc cho xe t¶i 2,5 tÊn

8


Đồ án tốt nghiệp
Hiệp - K52

SV: Lại Quang

4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn
và ổn định chuyển động của ôtô là hệ thống lái. Theo đó
hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả
năng quay vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất
ngắn trên một diện tích rất bé.
Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện
lợi đối với ngời lái.
Đảm bảo đợc động học quay vòng đúng để các bánh xe
không bị trợt lết khi quay vòng.
Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo
phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự

quay vòng của bánh xe dẫn hớng.
Tránh va đập truyền ngợc từ bánh xe lên vành lái
Cơ cấu lái phải đợc đặt ở phần đợc treo để kết cấu hệ
thống treo trớc không ảnh hởng đến động học cơ cấu lái.
Giữ chuyển động thẳng ổn định.
Hệ thống lái phải bố trí thụân tiện trong việc bảo dỡng
và sửa chữa.

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn

9


Đồ án tốt nghiệp
Hiệp - K52

SV: Lại Quang

II. các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô.
7

9

8

A

B
6

3
5
4

2
1

Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1.Vành lái
2.Trục lái
3.Cơ cấu lái
4.Đòn quay đứng
5.Đòn kéo dọc

6.Hình thang lái
7.Đòn quay ngang
8.Trụ xoay đứng
9.Bánh xe

1. Vành lái.

Vành lái có dạng vành tròn. Lực của ngời lái tác dụng lên vành
lái tạo ra mô men quay để hệ thống lái làm việc. Mô men tạo
ra trên vành lái là tích số của lực ngời lái trên vành tay lái với
bán kính của vành lái.
Mvl=Pl.rvl.
Trong đó:
Mvl : Là mô men vành lái
Pl : Là lực mà ngời lái tạo ra trên vành lái
rvl : Là bán kính vành lái.

Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định,
với xe con không đợc vợt quá 8 0 .
2. Trục lái.

Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái. Trục lái
gồm có trục lái chÝnh cã thĨ chun ®éng trun chun

ThiÕt kÕ hƯ thèng lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn

10


Đồ án tốt nghiệp
Hiệp - K52

SV: Lại Quang

động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và ống truc lái để cố
định trục lái vào thân xe. Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp
thụ va đập. Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên ngời
lái khi có va đập mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra.
Trục lái thờng có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi đợc
góc nghiêng và loại trục lái không thay đổi đợc góc
nghiêng.
Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có
thêm một số cơ cấu điều khiển nh : cơ cấu khoá lái để khoá
cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái để có thể điều chỉnh vị
trí vô lăng theo phơng thẳng đứng phù hợp với ngời lái, hệ
thống trợt trục lái để có thể điều chỉnh đợc chiều dài của trục
lái và đạt đợc vị trí ngồi lái tốt nhất cho ngời lái .

3. Cơ cấu lái.

Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động
của ngời lái đến các bánh xe dẫn hớng. Tỷ số truyền của cơ cấu
lái thờng bằng 18 đến 20 đối với xe con và bằng từ 21 đến 25
đối với xe tải .
3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái.
Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
+ Có thể quayđợc cả hai chiều để đảm bảo chuyển động
cần thiết của xe.
+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất
thuận lớn hơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đờng đợc giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái
+ Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết.

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tÊn

11


Đồ án tốt nghiệp
Hiệp - K52

SV: Lại Quang

+ Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của
cơ cấu lái.
+ Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất.
+ Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi
thọ cao.
+ Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp.

Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hởng tới sự truyền các va
đập từ măt đờng lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va
đập truyền lên vô lăng càng ít, nhng nếu độ đàn hồi lớn quá
sẽ ảnh hởng đến khả năng chuyển động của xe. Độ đàn hồi
của hệ thống lái đợc xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi
tính trên vành lái vô lăng và mô men đặt trên vành lái. Độ đàn
hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào độ đàn hồi của các phần tử
nh cơ cấu lái, các đòn dẫn động
3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái:
Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh
lái và góc quay của đòn quay ®øng.

ic 

d 

d  

(1 –
1)

 : gãc quay b¸nh
l¸i
 : góc quay đòn
đứng
Tỷ sốquay
truyền
của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành
lái đến các bánh xe dẫn hớng. Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh
lái nhng ngời lái phải quay vô lăng nhiều hơn khi quay vòng.

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tÊn

12


Đồ án tốt nghiệp
Hiệp - K52

SV: Lại Quang

Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với
1 đến 2 vòng quay của vô lăng thì
25

bánh xe phải quay đợc tối đa từ 350

20

0

đến 45 từ vị trí trung gian trở đi.

15

Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích

10

hợp nhất đợc thể hiện trên giản đồ

5

bên:

720 540 360 180

Trong ph¹m vi gãc quay   /2 thì
tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị
cực đại đảm bảo chính xác cao trong

180 360 540 720

Hình 1.3: Quy luật
thay đổi tỷ số
truyền ic của cơ cấu
lái

khi lái ôtô trên đờng thẳng với tốc độ cao và giúp lái nhẹ
nhàng vì đa số thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ
quanh vị trí trung gian. Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ
số truyền thay đổi theo qui luật nh thế sẽ giảm ảnh hởng của
những va đập từ bánh dẫn hớng lên vành lái.
Khi > /2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì
ic hầu nh không thay đổi. ở đoạn này khi quay vành lái một
góc nhỏ thì bánh dẫn hớng quay một góc lớn giúp khả năng
quay vòng của ôtô tốt hơn.
3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái id
Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thớc và quan hệ của
các cánh tay đòn. Trong quá trình bánh xe dẫn hớng quay vòng

giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay đổi. Trong các kết cấu
hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9  1,2
3.4. Tû sè trun lùc cđa hƯ thống lái il

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe t¶i 2,5 tÊn

13


Đồ án tốt nghiệp
Hiệp - K52

SV: Lại Quang

Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe
dẫn hớng và lực đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực
cản quay vòng.

il
pc

pc
pl
Mc
c

(1 - 2)

, pl

Ml
r

(1 - 3)

Trong đó:
Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe.
c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt
tựa của lốp đến đờng trục đứng kéo dài.
Ml - mômen lái đặt trên vành lái.
r - bán kính vành tay lái.
Nh vậy ta có:

il

Mc r
.
c Ml

(1

- 4)
Bán kính vành tay lái ở da số ôtô hiện nay là 200 250mm
và tỷ số truyền góc ig không vợt quá 25 vì vậy il không đợc lớn
quá, il hiện nay chọn trong khoảng từ 10  30.
3.5. HiƯu st thn
HiƯu st thn lµ hiƯu suất tính theo lực truyền từ trên
trục lái xuống. Hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi
thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất thuận cao.
3.6. Hiệu suất nghịch

Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn
quay đứng lên trục lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các
lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyển động của ôtô sẽ
không truyền đến bánh lái đợc vì chúng bị triệt tiêu bởi ma
sát trong cơ cấu lái. Nhng không thể đa hiệu suất nghịch
xuống thấp quá vì khi đó bánh lái xẽ không tự trả lại đợc về vị
trí ban đầu dới tác dụng của mômen ổn định. Bởi vậy để

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn

14


Đồ án tốt nghiệp
Hiệp - K52

SV: Lại Quang

đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đà quay về vị trí
ban đầu và để hạn chế các va đập từ đờng tác dụng lên hệ
thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái đợc thiết
kế với một hiệu suất nghịch nhất định.
3.7 Một số loại cơ cấu lái thờng dùng:
3.7. 1. Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.

Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Ưu điểm:

Cơ cấu lái loại trơc vÝt chèt quay cã thĨ thay ®ỉi tû sè
trun theo yêu cầu cho trớc. Tùy theo điều kiện cho tríc khi
chÕ t¹o khi chÕ t¹o trơc vÝt ta cã thể có loại cơ cấu lái chốt
quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay
vành lái ra khỏi vị trí trung gian. Để tăng hiệu suất của cơ cấu
lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt đợc
đặt trong ổ bi.
3.7. 2. 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

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tÊn

15


Đồ án tốt nghiệp
Hiệp - K52

SV: Lại Quang

loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ
theo
lực
truyền qua cơ
A-A
cấu lái.
3
1

1
1

2
1
B
Nhì
n theo B

A

A

Hình 1.5
Cơ cấu lái trục vít
con lăn

3.7.3.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.

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tÊn

16


Đồ án tốt nghiệp
Hiệp - K52

SV: Lại Quang

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).

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn

17


§å ¸n tèt nghiƯp
Quang HiƯp - K52

ThiÕt kÕ hƯ thèng lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn

Lại

25


Đồ án tốt nghiệp
Quang Hiệp - K52

Lại

Hình 1.12 - Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ
lệch dọc
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.
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
(1- 6)
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.
5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (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.
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

Thiết kế hệ thống lái có trợ lùc cho xe t¶i 2,5 tÊn

26


Đồ án tốt nghiệp
Quang Hiệp - K52

Lại

quanh trụ đứng r0. NÕu r0 lín sÏ sinh ra m« men lín quanh
trơ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm
tăng lực đánh lái. Do vậy giá trị của r0 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) .
Kingpin

(+)

(-)

9
0

Hình 1.13 - Góc nghiêng ngang trụ đứng
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.
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

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe tải 2,5 tấn

27


Đồ án tốt nghiệp
Quang Hiệp - K52

Lại
Hình 1.14 Độ chụm

Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn
Pf 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 R 0 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.
Với góc nh thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động

thẳng của xe tức là ổn định vành tay lái.
P
f

P
f

V

R
0

R
0

Hình 1.15 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.
ở cầu dẫn hớng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển
động sÏ Ðp b¸nh xe vỊ phÝa tríc. Bëi vËy gãc 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.
6. Hệ thống lái có trợ lực.

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.

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe t¶i 2,5 tÊn

28


Đồ án tốt nghiệp
Quang Hiệp - K52

Lại

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.
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
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.
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.
6.3.1. 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

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe t¶i 2,5 tÊn

29


Đồ án tốt nghiệp
Quang Hiệp - K52

Lại

bơm. Vì áp suất dầu bên trái và bên phải piston là nh nhau nên
piston không chuyển động về hớng nào.

Khối van điều
khiển

Bơ
m

Xy lanh
Piston
lực
Hình 1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị
trí trung gian
6.3.2. Khi quay vòng .
Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hớng nào, giả sử quay
sang phải thì van điều khiển cung di chuyển làm đóng một
phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộng hơn. Vì vậy làm thay đổi
Bơm
Khối van
lợng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu đợc tạo ra. Nh
điều
vậy tạo ra sự trênh
lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải
khiển
của piston. Sự trênh lệch áp suất đó làm piston dịch chuyển

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe t¶i 2,5 tÊn
Xy lanh

Pisto
n

30


Đồ án tốt nghiệp
Quang Hiệp - K52

Lại

về phía có áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ đợc đẩy qua
van điều khiển về bơm.

Hình 1.17 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng .

Chơng II
tính toán hệ thống lái xe TảI 2,5 TấN-XE THAM
KHảO:HYUNDAI 2,5 TấN HD65
Các thông số kỹ thuật cơ bản của xe: Hyundai 2,5 tấn

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe t¶i 2,5 tÊn

31


Đồ án tốt nghiệp
Quang Hiệp - K52
I.

Lại

T
T

Tên danh nghĩa

Ký

hiệu

Giá trị

Đơn vị đo

1
2

Tải trọng xe
Trọng lợng bản
thân xe
Trọng lợng toàn bộ
xe
Phân cho cầu trớc
Phân cho cầu sau
Ký hiệu lốp
Chiều dài cơ sở
Khoảng cách 2 trục
đứng cầu dẫn hớng
Chiều rộng vết trớc
Chiều réng vÕt sau
ChiỊu cao cđa xe
ChiỊu dµi toµn bé
ChiỊu dµi trục lái
Bán kính vành tay
lái
Đờng kính trục lái
Chiều rộng toàn bộ
Đờng kính lốp

Bán kính quay
vòng min
Vận tốc max
Góc nghiêng trụ
đứng
Góc thoát sau xe
Góc thoát trớc xe
Tỷ số truyền cơ
cấu lái

G
G0

2500
2750

KG
KG

GT

5415

KG

G1
G2
B d
L
B0

1350
3900
7 16
3350
1450

KG
KG
inch
mm
mm

BT
BS
h
L
lTl
R1

1630
1435
2210
6183
720
200

mm
mm
mm

mm
mm
mm

15
2010
406,4
6500

mm
mm
mm
mm

106
6

Km/h
độ

45
20,5
20,5

độ
độ

3
4
5

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

B

Vmax

i

Tính toán động học của hệ thống lái
1. Tính toán động học hình thang lái
Nhiệm vụ của tính toán động học dẫn động lái là xác
định những thông số tối u của hình thang lái để đảm bảo
động học quay vòng của các bánh xe dẫn hớng một cách chính

xác nhất và động học đúng của đòn quay đứng khi có sự

Thiết kế hệ thống lái có trợ lực cho xe t¶i 2,5 tÊn

32