Bài tập lớn môn học Sức bền vật liệu - Hệ thống lái

GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 14 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG LÁI XE Ô TÔ. 1.1 ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA HỆ THỐNG LÁI XE Ô TÔ 1.1.1. Công dụng, yêu cầu, cấu tạo, đặc trƣng cơ bản của hệ thống lái xe ô tô 1.1.1.1 Công dụng Hệ thống lái ô tô dùng để duy trì hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô. 1.1.1.2 Các phƣơng pháp chuyển động - Quay mặt phẳng bánh xe dẫn hướng. Đây là phương án phổ biến được áp dụng trên xe ô tô hiện nay. - Tạo ra vận tốc khác nhau giữa các bánh xe bên phải và bên trái. - Gấp thân xe. 1.1.1.3 Yêu cầu - Đảm bảo khả năng quay vòng với bán kính quay vòng càng nhỏ càng tốt. - Đảm bảo được động học quay vòng. Các bánh xe phải lăn trên các đường tròn đồng tâm. - Điều khiển nhẹ nhàng. Lực và hành trình điều khiển phải ứng với mức độ quay vòng. - Các bánh xe dẫn hướng có tính ổn định cao khi chuyển động thẳng. - Giảm lực va đập từ bánh xe lên vánh lái. - Các bánh xe dẫn hướng phải có động học phù hợp giữa hệ thống lái và hệ thống treo. 1.1.1.4. Cấu tạo: ( Hình 1.1.1.4) GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 15 Vành lái: Vành tay lái (1) có hình tròn, lực của người lái tác dụng lên vành tay lái tạo ra mô men quay để hệ thống lái làm việc . Mô men tạo ra trên vành tay lái là tích số của lực lái do người lái tác dụng vào và bán kính của vành tay lái Trục lái: - Trục lái (2) thường là một đòn dài (rỗng hoặc đặc) để truyền mô men quay từ vành tay lái đến cơ cấu lái. - Trục lái gồm có: Trục lái chính truyền chuyển động quay từ vô lăng xuống cơ cấu lái và ống trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe. - Đầu phía trên của trục lái chính được gia công ren và then hoa để lắp vô lăng lên đó và được giữ chặt bằng một đai ốc. Cơ cấu lái 1. Vành tay lái; 2. Trục lái; 3.Ống bọc trục lái; 4. Cơ cấu lái; 5. Đòn quay đứng; 6. Trụ đứng; 7. Đòn quay ngang; 8. Thanh bên hình thang lái; 9. Khớp nối; 10. Thanh ngang hình thang lái; 11. Đòn kéo dọc. Hình 1.1.1.4 Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái. GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 16 Cơ cấu lái (4) có nhiệm vụ biến chuyển động quay của vành tay lái thành chuyển động lắc của đòn quay đứng trong mặt phẳng đứng và đảm bảo tỉ số truyền theo yêu cầu cần thiết. Cơ cấu lái được bắt chặt trên xà dọc (phần được treo của ô tô). Cơ cấu lái liên kết với vành tay lái qua trục lái. Đòn dẫn động Dẫn động lái gồm có đòn quay đứng (5), trụ đứng (6), đòn quay ngang (7), đòn kéo dọc (11). Là phần liên kết từ cơ cấu lái tới các hình thang lái, dùng để truyền lực từ cơ cấu lái (và trợ lực lái) đến hình thang lái, đảm bảo tỉ số truyền nhất định và đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng có thể quay vòng với các góc khác nhau phù hợp với động học quay vòng của ô tô. Hình thang lái Hình thang lái thực chất là một hình tứ giác gồm 4 khâu: dầm cầu, thanh lái ngang va hai thanh bên. Hình thang lái sẽ đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe đẫn hướng nhờ vào các kích thước của các thanh lái ngang, cánh bản lề và các góc đặt phải xác định. Đối với hệ thống lái của hệ thống treo độc lập chỉ khác so với hệ thống lái của hệ thống treo phụ thuộc ở phần dẫn động lái. Với những xe ô tô có sử dụng trợ lực lái về cơ bản cũng không khác nhiều so với cấu tạo chung. Chỉ có thêm một số cụm chi tiết tương ứng với việc sử dụng loại trợ lực nào. 1.1.2 Phân loại Tùy thuộc vào yếu tố căn cứ để tiến hành phân loại, hệ thống lái được chia thành các loại sau: 1.1.2.1 Theo cách bố trí vành lái - Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái . GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 17 - Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải. 1.1.2.2 Theo số lƣợng cầu dẫn hƣớng - Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước. - Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau. - Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở nhiều cầu. 1.1.2.3 Theo kết cấu của cơ cấu lái - Cơ cấu lái loại trục vít- cung răng. - Cơ cấu lái loại trục vít- con lăn. - Cơ cấu lái loại trục vít- chốt quay. - Cơ cấu lái loại trục răng- thanh răng. - Cơ cấu lái loại liên hợp. 1.1.2.4 Theo bộ phận trợ lực - Hệ thống lái có trợ lực. - Hệ thống lái không có trợ lực. 1.1.3 Nguyên lý hoạt động chung Khi người lái quay vành tay lái để điều khiển xe qua cơ cấu lái (4) làm cho đòn quay đứng (5) quay một góc thông qua đòn kéo dọc (11) và đòn quay ngang (7) làm bánh xe dẫn hướng bên trái dịch chuyển qua các đòn thanh bên (8) và thanh lái ngang hình thang lái (10) làm cho bánh xe dẫn hướng bên kia cũng dịch chuyển quanh trụ đứng (6), thực hiện quay vòng xe theo ý muốn của người lái. 1.2. ĐẶC ĐIỂM, KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG LÁI XE ZIL-131. 1.2.1 Dẫn động lái : GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 18 Dẫn động lái cơ khí gồm : Vành lái, trục lái, vỏ trục vành lái, đòn quay đứng, đòn kéo dọc, thanh bên hình thang lái, thanh ngang hình thang lái, cam quay, đòn quay ngang, các khớp nối (rô tuyn), trục các đăng . 1.2.1.1 Vành lái (Hình 1.2.1.1): Hình 1.2.1.1 Kết cấu vành lái, vỏ trục lái 1- Đai ốc; 2- Đệm hãm; 3- Phớt làm kín; 4- ổ bi; 5- Cọc lái; 6- Vách ngăn; 7- Trục lái; 8- ổ bi; 9- Vành hãm; 10- Then bán nguyệt; 11- Dây còi; Đai Vành lái là một vành tròn, có cốt thép và đựơc bọc nhựa, vành lái lắp với trục vành lái bằng mối ghép then và mối ghép ren, ở giữa vành lái có bố trí công tắc còi (núm còi). 1.2.1.2 Trục vành lái (Hình 1.2.1.1): Trục vành lái làm bằng thép bên trong rỗng và được gối trên 2 ổ bi cầu, bên trong luồn trục dây còi, trục vành lái được đặt trong vỏ trục vành lái và được bắt với trục các đăng lái thông qua mối ghép then (chốt ngang). 1.2.1.3 Trục các đăng (Hình 1.2.1.3): GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 19 Hình 1.2.1.3 Kết cấu trục các đăng lái 1- Nạng các đăng; 2- Vòng hãm; 3- Trục chữ thập; 4- ổ thanh lăn kim; 5- Vòng làm kín; 6- Nạng; 7- Phớt; 8- Vòng chặn; 9- Đai ốc kẹp; 10- Vỏ các đăng. Là một trục làm bằng thép ở 2 đầu có 2 khớp các đăng với các vòng bi kim (khớp chữ thập), trục các đăng gồm 2 phần trục ghép với nhau bằng then hoa, khớp then hoa này cho phép dịch chuyển dọc trục tương đối giữa hai phần. 1.2.1.4. Đòn quay đứng: Đòn quay đứng được lắp trên then hoa của trục cung răng và được bắt chặt bằng đai ốc, để hãm cho đai ốc không tự nới lỏng trong quá trình làm việc thì trên đai ốc và trục của chốt cầu có gia công vị trí để lắp chốt chẻ ở các đầu mút của thanh kéo. 1.2.1.5.Thanh kéo dọc: Là một chi tiết dạng ống cầu, một đầu được nối với đòn quay đứng, đầu còn lại được nối với đòn quay ngang thông qua các khớp nối, các khớp nối này được bôi trơn bằng mỡ thông qua các vú mỡ. khớp nối hình cầu bên ngoài được bắt bằng đai ốc và được hảm bằng chốt chẻ.( Hình 1.2.1.5) 1- Bạc chốt cầu; 2- Nắp của bạc chốt cầu; 3- Đai ốc; 4- Chốt chẻ; 5- Đệm vòng chắn dầu; 6- Lớp che đệm; A- Khoang chứa mỡ; 7- Lò xo; 8- Chốt cầu. GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 20 Hình 1.2.1.5 Khớp cầu dẫn động lái của thanh kéo dọc. 1.2.1.6. Kết cấu khớp cầu dẫn động lái (Hình 1.2.1.6): Hình 1.2.1.6 Khớp cầu dẫn động lái. 1- Chốt cầu; 2- Thanh kéo; 3- Vú mỡ; 4- Lò xo; 5- Nắp; 6- Vòng hãm; 7,11 Đệm làm kín; 8- Áo bọc; 9,10,13- Đệm; 12- Ống cao su bảo vệ. Lò xo 7 sẽ ép các đệm của khớp 1 vào chốt câu 8, do đó độ rơ ở đây luôn luôn bằng không(cả trong trường hợp do chốt cầu và hai đệm bị mòn sau một thời gian làm việc). Lo xo 7 được ép nhờ nút có ren 3. Các lò xo này được bố trí trong các khớp của dẫn động lái, nó còn có tác dụng giảm được tải trọng va đập tác động lên các đòn kéo từ hai phía và giảm mòn cho cốt cầu và miếng đệm. 1.2.1.7. Đòn lái ngang: Cũng là một chi tiết dạng ống có kết cấu để điều chỉnh độ chụm bánh xe, hai đầu của đòn kéo ngang được nối với hai thanh bên hình thang lái thông qua các khớp cầu (Hình 1.2.1.7). GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 21 Hình 1.2.1.7 Kết cấu khớp cầu dẫn động lái của thanh lái ngang. Chốt có dạng cầu luôn ép vào các đệm nhờ lực lò xo và được che kín bằng nắp (4). Đầu đòn lái ngang (3) được liên kết với đòn nhờ mối ghép ren dùng để điều chỉnh độ chụm của bánh xe dẫn hướng. * Ƣu nhƣợc điểm của dẫn động lái: - Ƣu điểm:+ Đảm bảo động học cho hình thang lái. + Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo. + Chăm sóc bảo dưỡng, sửa chữa, điều chỉnh dễ dàng + Có độ bền, độ tin cậy cao. + Nhập tắt được các dao động từ mặt đường lên vành tay lái. - Nhƣợc điểm: + Các khớp và đệm khớp cầu hay bị mòn. + Bạc trục đòn quay đứng hay mòn. + Do làm mềm va đạp từ mặt đường lên vành tay lái nên ảnh hưởng đến ổn định chuyển động không tốt (do các lò xo ở khớp cầu tạo ra) 1.2.2 Trợ lực lái: Trợ lực lái ôtô ZIL-131 là trợ lực lái thuỷ lực có áp suất cao 65 KG/cm2 nên hiệu quả trợ lực cao, thời gian chậm tác dụng ngắn song yêu cầu độ chính xác và 1- Đệm đầu đòn ngang phía trước; 2- Đệm đầu đòn ngang phía sau; 3- Đệm đầu đòn lái ngang bên trái; 4- Nắp đầu đòn ngang; A- Khoang chứa mỡ; B- Kích thước. GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 22 công nghệ chế tạo cao. Trợ lực lái bao gồm : bơm dầu, bầu chứa dầu, van phân phối và các đường ống dẫn dầu.( Hình 1.2.2). 1.2.2.1 Cấu tạo trợ lực lái: - Bơm dầu : Là nguồn cung cấp năng lượng. Là loại bơm dầu rôto cánh gạt tác dụng kép, bơm được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ đốt trong nhờ bộ truyền đai thang. Ở phía sau của bơm dầu có van an toàn (17), khi áp suất dầu trên đường dầu chính lớn hơn áp suất dầu quy định thì van an toàn sẽ mở ra để dầu từ đường dầu chính trở về bầu chứa đảm bảo an toàn cho các đường ống dẫn dầu và trợ lực lái. Hình 1.2.2 Kết cấu bơm dầu. 1- Bánh đai; 2- Ống lọc dầu; 3- Thân trước; 4- Ổ bi; 5- Phớt làm kín; 6- Trục bơm; 7- Ổ lăn trụ; 8- Thân giữa; 9- Rôto; 10- Đĩa phân phối; 11- Thân sau; 12- GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 23 Van an toàn bầu lọc; 13- Tiết lưu; 14- Cánh gạt; 15- Lò xo; 16-Đế van an toàn lưu lượng; 17- Đế van an toàn áp suất; 18- Đáy bầu chứa dầu; 19- Bầu chứa dầu; 20- Đệm nắp bầu chứa; 21- Lưới lọc; 22- Van thông áp; 23- Nắp bầu dầu; 24- Đệm nắp bầu dầu 25- Đai ốc tai hồng; 26- Đệm làm kín; 27- Gioăng làm kín; 28- Đệm bầu lọc; 29- Đệm; 30- Ống lót côn; 31- Ông dầu ra hệ thống; 32- Ống dẫn dầu về. - Bánh đai: (1) Được bắt với trục của bơm bằng then bán nguyệt và đai ốc hãm. - Trục bơm:Trục bơm quay trên hai ổ bi (một ổ bi cầu và một ổ bi đũa). - Rôto: (9) Của bơm được nối với trục bơm (6) bằng then hoa, trên rôto có 10 rãnh để lắp các phiến gạt. - Stato: (8) Có biên dạng ô van, trên stato có các đường dầu vào, các đường dầu ra và lỗ chốt định vị đĩa phân phối, trên stato có dấu để lắp ráp và để lắp đúng stato. -Đĩa phân phối: (10) được ép vào giữa stato và nắp của bơm bằng các bulông thông qua van an toàn áp suất và van an toàn lưu lượng, trên đĩa có các rãnh để cung cấp dầu đi vào cơ cấu lái, đường dầu về bầu chứa thông qua van lưu lượng, và một đường dầu quay về cửa hút. - Bầu chứa dầu: Bầu chứa dầu đặt trên bơm dầu trong bầu chứa có 2 lưới lọc, một lưới đặt ở phía trên gần nắp để lọc dầu khi đổ dầu vào bình chứa, một lưới lọc đặt sau đường dầu về để lọc dầu khi dầu từ xilanh trợ lực hồi về bầu chứa, lưới lọc này có đặt một van an toàn để nếu lưới lọc bị tắc thì van an toàn sẽ tự động mở ra dưới tác dụng của áp suất dầu để cho dầu trở về bầu dầu bảo đảm an toàn cho hệ thống. Để giữ ổn định nhiệt độ của dầu trong bộ trợ lực lái người ta còn làm một két mát nhằm làm mát dầu trợ lực 1.2.2.2. Nguyên lý làm việc(Hình 1.2.2.2): GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 24 Hình 1.2.2.2 Nguyên lý làm việc của bơm dầu. Khi động cơ làm việc qua dây đai làm cho buly quay làm cho trục bơm và roto quay nhờ sức văng ly tâm làm cho các cánh gạt tỳ sát vào buồng bơm, dầu từ bầu chứa qua phần thân bơm và khoang hút của bơm, các cánh gạt, gạt dầu từ khoang hút ra khoang xã qua đĩa phân phối cung cấp cho hệ thống, một lượng dầu qua đĩa phân phối quay trở lại roto. Khi tốc độ động cơ tăng đột ngột làm tốc độ bơm trợ lực tăng đột ngột lúc này dầu ở cửa ra vượt quá lưu lượng cho phép (8- 10)lít /phút, làm cho dầu khoang tăng áp lớn đẩy mở van thuận đưa dầu thẳng về bầu chứa. Khi trên đường ống của hệ thống bị tắc áp suất dầu tăng lúc này van nghịch mở dầu lúc này từ bơm qua van về bầu chứa đảm bảo an toàn cho hệ thống (áp suất của van mở 65-70kG/cm2 ). *Ƣu nhƣợc điểm bơm cánh gạt: - Ƣu điểm: + Kết cấu gọn nhẹ, phù hợp với hệ thống thủy lực. + Làm việc tin cậy, lưu lượng khá lớn. + Thời gian chậm tác dụng nhỏ. + Lưu lượng bơm ổn định nhờ tác động kép. GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 25 -Nhƣợc điểm:+ Cấu tạo phức tạp hơn bơm bánh răng. + Yêu cầu tính công nghệ, và độ chính xác cao. + Nhiều chi tiết tiếp xúc với nhau nên ma sát cơ khí cao. + Việc tháo lắp bảo dưỡng khó khăn và phức tạp hơn. + Làm tổn hao công suất động cơ. 1.2.3 Cơ cấu lái (Hình 1.2.4.1.2) Là loại cơ cấu Vít - Đai ốc - Thanh răng - Cung răng. Có trợ lực lái thủy lực. Để giảm mài mòn cho ê cu thanh răng và trục vít người ta lắp những viên bi tuần hoàn trong rãnh dẫn, vì vậy ma sát trượt được thay thế ma sát lăn. Do hiệu suất nghịch khá cao nên có hiện tượng va đập cứng lên vành tay lái. Nhược điểm loại này là không điều chỉnh được khe hở giữa trục vít và đai ốc. Tỷ số truyền loại này không thay đổi. Trong cơ cấu lái loại vít - đai ốc - thanh răng - cung răng ma sát trượt được thay thế bằng ma sát lăn (giữa bi và đai ốc - giữa bi và vít). Số lượng bi trong cơ cấu lái là 28 viên, hiệu suất của cơ cấu lái loại này đạt được tương đối cao: thuận = nghich = 0,7-0,85. Do hiệu suất thuận cao nên lái nhẹ nhàng, nhưng hiệu suất nghịch quá cao cho nên có hiện tượng va đập cứng truyền từ đường lên vành lái. Nhưng do hệ thống lái có trợ lực thuỷ lực vì vậy va đập cứng này được làm mềm và dập tắt nhờ trợ lực thuỷ lực. Ƣu nhƣợc điểm của cơ cấu lái Ƣu điểm: Điều khiển nhẹ nhàng, nhỏ gọn nên dễ bố trí, thời gian chậm tác dụng nhỏ. Toàn bộ van phân phối, cơ cấu lái và xy lanh lực được ngâm trong dầu nên giảm mài mòn, chống han rỉ, làm mát tốt, tăng độ tin cậy, tăng tuổi thọ, hiệu suất truyền cao, ma sát giữa vít và đai ốc là ma sát lăn. Dập tắt được phản lực tác dụng từ mặt đường lên vành tay lái. Là cơ cấu an toàn cho xe khi chuyển động. Nhƣợc điểm: GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 26 Cơ cấu lái loại này có nhược điểm lớn nhất là không điều chỉnh được khe hở giữa trục vít và đai ốc. Việc chế tạo các rãnh bi, bi, đai ốc chính xác và tính công nghệ cao, bề mặt làm việc đòi hỏi phải có độ cứng vững cao vì những viên bi làm việc tiếp xúc điểm do vậy lực tác dụng lên bề mặt làm việc của các chi tiết là rất lớn. Quá trình tháo lắp, bảo dưỡng, sửa chữa khó khăn hơn và đòi hỏi độ chính xác cao, khi một chi tiết hỏng trong hộp tay lái bắt buộc ta phải tháo toàn bộ hộp tay lái để sửa chữa. 1.2.4 Nguyên lý làm việc của hệ thống lái trên xe ZIL-131 1.2.4.1. Sơ đồ nguyên lý: Được thể hiện trên (Hình 1.2.4.1) Nguyên lý làm việc được thể hiện ở các trạng thái sau: Khi vành tay lái ở vị trí trung gian, vị trí quay vòng, tính tùy động, ngoài ra cơ cấu lái còn làm việc ở chế độ khi một bánh xe dẫn hướng nào đó bị thủng hay bị nổ lốp đột ngột (hoặc cản mặt đường tăng), tạo cảm giác mặt đường cho người lái và khi trợ lực không làm việc. GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 27 Hình 1.2.4.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của trợ lực lái xe ZIL -131. 1- Van thông áp; 2- Vành chắn sóng; 3- Phin lọc; 4- Van an toàn; 5- Đáy bầu chứa dầu; 6- Rô to; 7- Van an toàn lưu lượng; 8- Van an toàn áp suất;9- Đế van ; 10,11- Gíclơ;12- Van bi; 13- Pít tông phản xạ; 14- Con trượt ; 15- Trục vít; 16- Bộ làm mát dầu; 17- Trục đòn quay đứng; 18- Xy lanh lực. 1.2.4.2 Nguyên lý làm việc: (ở các trạng thái ). 1.2.4.2.1 Khi xe chuyển động thẳng : Được thể hiện trên (Hình 1.2.4.2.1) Hình 1.2.4.2.1 Khi xe chuyển động thẳng Khi xe chuyển động thẳng người lái giữ nguyên vành lái ở vị trí trung gian. Cản mặt đường nhỏ. Con trượt (14) ở vị trí trung gian, hai khoang của xy lanh lực thông nhau nối thông đường dầu từ bơm dầu tới và đường dầu hồi về bầu dầu, áp suất của hai khoang xy lanh lực bằng nhau, pít tông của xy lanh lực không dịch chuyển với lực giữ của người lái làm cho xe chuyển động thẳng. 1.2.4.2.2 Khi xe quay vòng bên phải : Được thể hiên trên (Hình 1.2.4.2.2) Nguyên lý lúc đầu do lực cản mặt đường còn lớn nên bánh xe đứng yên, thông qua dẫn động lái làm cho cung răng giữ thanh răng đứng yên pít tông đứng yên. Lúc này người lái vẫn tiếp tục đánh vành tay lái làm cho vít vừa chuyển động quay vừa chuyển động tịnh tiến đưa con trượt rời vị trí trung gian nối thông với đường dầu bên phải của xy lanh lực với bơm dầu áp suất cao, khoang bên trái xy I GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 28 lanh lực với bầu chứa dầu áp suất thấp, do áp suất hai khoang của xy lanh lực chênh lệch cho nên xy lanh lực dịch chuyển về bên trái. Khi con trượt dịch chuyển hết hành trình của nó (2 mm) thì lúc này phần cơ khí bắt đầu làm việc qua vít làm cho thanh răng dịch chuyển, như vậy lúc này lực làm cho thanh răng dịch chuyển gồm hai thành phần lực đó là lực của người lái và lực của trợ lực nhờ đó mà giảm nhẹ sức lao động cho người lái. Khoang bên phải với áp suất cao (65KG/cm2) sẽ đẩy pít tông của xy lanh lực chuyển động sang trái trợ lực cho người lái, đồng thời dầu ở khoang bên trái qua van phân phối trở về bầu chứa dầu. Hình 1.2.4.2.2 Khi xe quay vòng bên phải 1.2.4.2.3 Quay vòng trái: Được thể hiên trên (Hình 1.2.4.2.3) II III GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 29 Hình 1.2.4.2.3 Khi xe quay vòng bên trái Nguyên lý làm việc giống quay vòng bên phải nhưng lúc này vít tịnh tiến đi sang trái (đi xuống). 1.2.4.2.4 Tính tuỳ động Khi giữ nguyên vành tay lái ở vị trí quay vòng với bán kính quay vòng không đổi. Muốn giữ nguyên góc quay vòng của xe, người lái ngừng đánh tay lái và giữ nguyên lực tác dụng lên vành tay lái, lúc này con trượt 3 gờ của van phân phối vẫn có vị trí mở để cung cấp dầu cao áp cho một khoang của xy lanh lực nào đó và đóng dầu thấp áp ở khoang còn lại, do dầu ở 2 khoang công tác vẫn chênh lệch nên tiếp tục đẩy pit tông của xy lanh lực chuyển động cùng lúc này trục vít lại đứng im do người lái giữ nguyên vành lái. Như vậy thông qua liên kết giữa các viên bi, pít tông dưới tác dụng của dầu áp suất cao sẽ đẩy toàn bộ cả cụm trục vít, hai vòng bi tỳ, con trượt, van phân phối dịch chuyển dọc trục cho tới khi con trượt nối thông hai khoang công tác của xy lanh lực với đường dầu hồi về bình chứa thì lúc này dầu ở hai khoang của xy lanh lực có áp suất bằng nhau và pít tông trợ lực sẽ dừng lai ở vị trí này, cùng với lực của người lái giúp xe quay vòng với bán kính không đổi. Do vậy bảo đảm tác động tuỳ động trong hệ thống lái tuỳ theo góc quay vành tay lái. Sau khi quay vòng muốn cho xe trở về vị trí chuyển động thẳng nhanh chóng thì người lái buông vành tay lái, lúc này dưới tác dụng của các lò xo phản hồi và các trụ phản lực sẽ đưa và giữ cho con trượt về ở vị trí trung gian, đảm bảo cho dầu ở các khoang của xy lanh lực thoát về bầu dầu đồng thời dưới tác dụng của mô men ổn định của bánh xe dẫn hướng sẽ làm cho bánh xe dẫn hướng nhanh chóng trở về vị trí chuyển động thẳng. 1.2.4.2.5 Cảm giác mặt đƣờng Trong quá trình quay vòng áp lực trong khoang làm việc của xy lanh lực tăng tỷ lệ với mô men cản quay vòng của bánh xe. Khi mô men cản quay vòng của bánh GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 30 xe dẫn hướng càng tăng thì áp lực chất lỏng công tác ở các khoang phản lực giữa các thanh trụ càng tăng. Lực làm cho con trượt có xu hướng trở về vị trí trung gian cũng tăng. Do đó để duy trì con trượt ở vị trí quay vòng người lái cần phải duy trì một lực đặt lên vành tay lái cũng tăng lên một cách tỷ lệ với mô men cản quay vòng tạo thành cảm giác mặt đường cho lái xe. 1.2.4.2.6 Khi một bánh xe dẫn hƣớng thủng hoặc lực cản tăng Khi đang chuyển động thẳng mà một bên lốp của cầu trước bị thủng đột ngột hoặc lực cản tăng thì ô tô sẽ bị quay lệch về một phía đó. Nếu không có trợ lực khi bị thủng lốp sẽ làm cho xe có xu hướng quay vòng về phía đó rất nguy hiểm. Khi có trợ lực nhờ bộ trợ lực làm việc làm quay vòng bánh xe về phía ngược lại nên xe vẫn giữ được hướng chuyển động mà không bị quay vòng về phía lốp bị thủng đó. Giả sử xe bị thủng bên phải, bánh xe dẫn hướng có xu hướng quay vòng về bên phải (người lái vẫn giữ nguyên vành tay lái ở vị trí trung gian) thông qua dẫn động lái làm cho pít tông (thanh răng) có xu hướng chuyển động sang trái. Lúc này trục vít lại đứng im do người lái giữ nguyên vành tay lái, như vậy pít tông (thanh răng) thông qua liên kết giữa các viên bi sẽ kéo toàn bộ cụm trục vít, 2 ổ bi tỳ và con trượt van phân phối dịch chuyển sang trái (xuống dưới) mở đường dầu cao áp dẫn tới khoang bên trái của xy lanh lực, dầu có áp suất cao ở khoang bên trái tác dụng lên pít tông chống lại xu hướng quay vòng sang phải của bánh xe dẫn hướng. Nhờ vậy mà khi xe chuyển động thẳng một lốp bất kỳ của cầu trước bị thủng nhỏ đột ngột muốn cho xe tiếp tục chuyển động thẳng người lái phải giữ nguyên lực tác dụng vào vành tay lái. 1.2.4.2.7 Khi trợ lực không làm việc Trợ lực lái bị hỏng xe sẽ làm việc như hệ thống lái không có trợ lực, lúc này van bi ở van phân phối sẽ đảm bảo cho dầu chảy từ khoang này sang khoang kia của xy lanh lực làm cho quá trình quay bánh xe dẫn hướng dễ dàng hơn. Nhưng khi bộ trợ lực của hệ thống lái bị hỏng mà ta vẫn tiếp tục sử dụng thì phụ tải sẽ tác GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 31 dụng lên toàn bộ cơ cấu lái và các chi tiết khác, vì vậy khi khai thác lâu dài với hệ thống lái có trợ lực không làm việc sẽ xuất hiện sự mòn trước thời hạn và sứt mẻ các chi tiết. Tuy nhiên khi xe đang chạy trên đường mà trợ lực hỏng đột ngột thì người lái vẫn có thể điều khiển xe đến nơi sửa chữa, lúc này hệ thống lái hoạt động cơ khí nên nặng hơn. CHƢƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC 2.1.1 Độ chụm và độ mở (góc doãng) (Hình 2.1.1) Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm của 2 bánh xe dẫn hướng (hoặc hai bánh xe trên cùng một cầu xe), góc chụm là góc xác định trên một mặt phẳng đi qua tâm trục nối hai bánh xe và song song với mặt phẳng đường tạo bởi hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai bánh xe lên mặt phẳng đó và hướng chuyển động của xe. * Chức năng: Thông thường độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích thước B, A được đo ở mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tảikhi xe đi thẳng. Độ chụm là dương nếu B-A>0, là âm nếu B-A<0. Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành tay lái . A B v Hình 2.1.1 Góc chụm bánh xe GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 32 Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xe lăn phẳng hoàn toàn. Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn Pf ngược chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. 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 dương. Với góc như thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn định vành tay lái. Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe về phía trước. Bởi vậy góc  giảm.Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng 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. Trên xe tải độ chụm thường có giá trị từ 5  mm. 2.1.2 Bán kính quay vòng (Hình 2.1.2) R1 R2 v Hình 2.1.2 Bán kính quay vòng của bánh xe R1>R2 GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 33 Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt nết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó gọi là tâm quay tức thời của xe. Để đạt được góc lái chính xác của bánh dẫn hướng bên phải và bên trái thì các thanh dẫn động lái thực hiện chức năng này cũng đồng thời đạt được bán kính quay vòng mong muốn . Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu hướng bắt xe quay với bán kính lớn hơn bán kính dự định của người lái trừ khi xe có thể sinh ra một lực ngược lại đủ lớn để cân bằng với lực ly tâm. Lực này là lực hướng tâm. Lực hướng tâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trượt bên của lốp do ma sát giữa lốp và mặt đường, lực này là lực quay vòng và làm ổn định xe khi quay vòng. 2.1.3 Quan hệ động học của góc quay trong và ngoài bánh xe dẫn hƣớng (Hình 2.1.3) Để thực hiện quay vòng ô tô người ta có thể quay vòng các bánh xe dẫn hướng phía trước hoặc quay vòng đồng thời cả các bánh xe dẫn hướng phía trước và phía sau, tuy nhiên biện pháp quay vòng hai bánh xe dẫn hướng phía trước được dùng phổ biến hơn do nó có hệ thống lái đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo được động học quay vòng của ôtô. Khi xe vào đường vòng, để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với các véc tơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó chính là tâm quay tức thời của xe. GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 34 Từ sơ đồ trên ta rút ra được biểu thức về mối quan hệ giữa các góc quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng để đảm bảo cho chúng không bị trượt lết khi xe vào đường vòng: B cot g cot g L     Trong đó: - Góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên ngoài so với tâm quay. - Góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên trong so với tâm quay. B - Khoảng cách giữa hai trụ đứng của cầu dẫn hướng. L - Chiều dài cơ sở của xe. v Hình 2.1.3 Quan hệ giữa các góc quay bên trong và bên ngoài trên mặt phẳng α β β α B R L O [1.1] GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 35 Trong thực tế, để duy trì được mối quan hệ động học quay vòng giữa các bánh xe dẫn hướng, trên ôtô hiện nay người ta thường phải sử dụng một hệ thống các khâu khớp tạo nên hình thang lái. Hình thang lái đơn giản về mặt kết cấu nhưng không đảm bảo được mối quan hệ chính xác giữa những góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng như nêu trong biểu thức [1.1]. Mức độ sai khác này phụ thuộc vào việc chọn lựa các khâu tạo nên hình thang lái. Độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn, nhưng cũng không được vượt quá 1,50. Bán kính quay vòng R của ôtô được xác định theo bánh xe dẫn hướng bên ngoài phụ thuộc vào góc quay vòng và chiều dài cơ sở L. B R L.cot g 2   Như vậy bán kính quay vòng càng nhỏ khi chiều dài cơ sở L càng nhỏ hoặc góc càng lớn, trị số góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng đạt đến 280 380. 2.2 CƠ SỞ THỰC TIỄN 2.2.1. Điều kiện quay vòng lý tƣởng. Để quay vòng các bánh xe hai bên không trượt bên thì điều kiện quay vòng lý tưởng theo công thức [1.1] là: 0Bcot g cot g L     [1.2] GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 36 Hình 2.2.1 Sơ đồ động học khi quay vòng. Theo lý thuyết thì để đảm bảo điều kiện trên cần phải có một cơ cấu 18 khâu nhưng trong thực tế trên các xe hiện nay sử dụng cơ cấu 4 khâu trong dẫn động lái. Do vậy cần phải kiểm tra đánh giá việc đáp ứng yêu cầu trên. 2.2.2 Kiểm nghiệm động học hình thang lái bằng phƣơng pháp đại số. * Cơ sở kiểm nghiệm. Đánh giá mức độ trượt bên thông qua hệ số i, xác định theo công thức sau: i =   L BO ii ii . sin sin.sin    [2.2.2] * Trình tự tiến hành kiểm nghiệm. - Cho các góc quay của bánh xe bên trong những giá trị i khác nhau. L B A O C 1 1 1 D B0 GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 37 - Bằng phương pháp hình học các định các góc quay i tương ứng các bánh xe ngoài khi cho trước các góc i . - Xác định các giá trị của hệ số i tương ứng với từng cặp I và i theo công thức [2.2.2]. - Các giá trị i càng gần 1 thì khi ôtô quay vòng với các bán kính khác nhau các bánh xe dẫn hướng không bị trượt bên hoặc có trượt bên song không đáng kể. * Kết quả tính toán. Theo công thức [1.1] và [2.2.2] ta có: - Khi 1 = 5 0 ta có 1 = 4,83 0 Vậy 1 = 0sin 5 .sin 4,83 1550 . 0,964 sin(5 4,83) 3975 o   - Khi 2 = 10 0 ta có 2 = 9,4 0 Vậy 2 =   056,1 3975 1550 . 4,910sin 4,9sin.10sin   - Khi 3 = 15 0 ta có 3 = 13,6 0 Vậy 3 =   971,0 3975 1550 . 6,1315sin 6,13sin.15sin   - Khi 4 = 20 0 ta có 4 = 17,6 0 Vậy 4 =   96,0 3975 1550 . 6,1720sin 6,17sin.20sin   - Khi 5 = 25 0 ta có 5 = 21,5 0 Vậy 5 =   989,0 3975 1550 . 5,2125sin 5,21sin.25sin   GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 38 - Khi 6 = 30 0 ta có 6 = 25,5 0 Vậy 6 =   069,1 3975 1550 . 5,2530sin 5,25sin.30sin   Bảng 2.2.2: Kết quả kiểm nghiệm bằng phƣơng pháp đại số. i 5 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 i 4,83 0 9,4 0 13,6 0 17,6 0 21,5 0 25,5 0 i 0,964 1,056 0,971 0,96 0,989 1,069 Nhiệm vụ cơ bản khi thiết kế hình thang lái là xác định đúng góc nghiêng của các đòn bên  khi xe chạy thẳng : m θ n Bo m θ v GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 39 H×nh 2.2.2.1 Sơ đồ động học hình thang lái khi xe chạy thẳng. Cần xác định góc  và độ dài mỗi đòn bên m và đòn ngang n. Quan hệ thực tế giữa các góc quay α, β phụ thuộc vào góc  và độ dài m của đòn bên. 2.2.2.1 Khi xe chạy thẳng (Hình 2.2.2.1): Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình ta có thể tính được mối quan hệ giữa các thông số theo biểu thức sau: m nBo 2 sin    Theo số liệu tìm được ta có θ = 13,90 2.2.2.2 Khi xe quay vòng (Hình 2.2.2.2 ): Hình 2.2.2.2 Sơ đồ hình thang lái khi quay vòng. θ-β n Bo m θ+α β α GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 40 Khi bánh xe dẫn hướng bên trái quay đi một góc  và bên phải quay đi một góc  , lúc này đòn bên trái hợp với phương thẳng một góc là  t ( bánh xe bên trái). Khi đánh lái hết cỡ về bên trái, lúc đó ta được trị số góc α là lớn nhất. Theo kết cấu xe Zil-131 thì αmax = 25÷30 0 . => Δt = 43,9 0 Và tương tự lại khi đối với khi đánh lái về phía phải hết cỡ: => Δp = 43,9 0 2.2.3 Xác định góc quay vòng lớn nhất của vô lăng.  vlmax=max.i Trong đó :  vlmax : gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng.  1max :góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng cầu trước.(30 0 ). i:gọi là tỷ số truyền hệ thống lái (i =20)  lớn nhất từ 75,10,1  vòng đối với xe du lịch  lớn nhất từ 5,20,2  vòng đối với xe tải lớn . Thay những thông số tính được vào công thức trên ta tìm được góc quay vô lăng lớn nhất : 67,160030.20 00max vl (vòng) thoả mãn kinh nghiệm thiết kế. GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 41 CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN KIỂM TRA HỆ THỐNG LÁI 3.1 CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO KHI TÍNH TOÁN KIỂM TRA HỆ THỐNG LÁI Bảng 3.1.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của xe ZIL-131 TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị 1 Kích thước bao mm - Chiều dài toàn bộ mm 7040 - Chiều rộng xe mm 2500 - Chiều cao toàn bộ mm 2970 2 Chiều rộng cơ sở mm 1820 3 Chiều dài cơ sở mm 4600 4 Chiều cao sàn xe mm 1430 5 Kích thước thùng xe mm -Dài x Rộng x Cao mm 3600x2322x346 6 Tâm vết bánh xe trước/sau mm 1820/1820 7 Khoảng sáng gầm xe trước/sau mm 330/350 8 Tải trọng KG -Đường tốt KG 5000 -Đường xấu KG 3500 9 Trọng lượng xe không tải KG 6460 -Phân bố lên cầu trước KG 2900 -Phân bố lên cầu sau KG 3560 10 Trọng lượng toàn bộ KG 10185 -Phân bố lên cầu trước KG 3060 -Phân bố lên 2 cầu sau (treo cân bằng) KG 7125 11 Trọng lượng moóc kéo KG -Đường tốt KG 6500 -Đường xấu KG 4000 12 Bán kính quay vòng nhỏ nhất m 10,2 13 Vận tốc lớn nhất km/h 80 14 Quãng đường phanh (khi v=30 m 11 GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 42 TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị km/h) 15 -Công suất lớn nhất -Tại số vòng quay ml v/ph 150 3200 -Mômen lớn nhất -Tại số vòng quay KGm v/ph 41 1800÷2000 16 Cầu xe -Cầu trước Chủ động dẫn hướng, vỏ cầu liền, gia công theo phương pháp dập hàn. -Cầu giữa -Cầu sau Chủ động, vỏ cầu liền,. 17 Hệ thống lái -Dẫn động lái Cơ khí trợ lực thủy lực. -Cơ cấu lái Vít đai ốc thanh răng cung răng. -Tỉ số truyền cơ cấu lái 20 18 - Góc quay lớn nhất của bánh xe Độ 25÷30 19 Phần vận hành -Số lượng bánh xe Chiếc 6+1 -Kích thước lốp inch 12.00-20 -Công thức bánh xe 6x6 20 Nhiên liệu -Dầu trợ lực lái (P) lít 2,75 21 Góc vượt trước Độ 45 22 Góc vượt sau Độ 40 Bảng 3.1.2 Các thông số đầu vào dùng cho tính toán hệ thống lái Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Chiều dài cơ sở. L mm 3975 Khoảng cách giữa hai trụ đứng. B0 mm 1550 Chiều dài thanh bên hình thang lái. m mm 250 Chiều dài thanh kéo ngang. n mm 1430 GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 43 Bảng 3.1.3 Các thông số tính toán bền cho các chi tiết của hệ dẫn động lái Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Bán kính vành tay lái. R mm 212,5 Chiều dài trục lái ltrl mm 900 Kích thước tiết diện của trục lái Dntrlxdttrl mm 45x31,5 Tỷ số truyền của cơ cấu lái. i 20 Chiều dài đòn quay đứng. ld mm 200 Chiều dài cam quay. lca mm 220 Kích thước tiết diện của đòn quay đứng. bxh mm 35 x 55 Mô đun đàn hồi. E KG/cm2 2,1 x 106 Hệ số tính đến ma sát trong dẫn động lái η1 0,5  0,7 Hệ số cản lăn. f 0,01  0,02 Khoảng cách từ giao điểm của đường kéo dài trụ đứng với mặt đường đến điểm đặt lực cản lăn. a mm 50 Chiều dài thanh kéo dọc. lkd mm 550 Kích thước tiết diện của thanh kéo dọc Dnkdxdtrkd mm 35x21 Chiều dài thanh kéo ngang. n mm 1430 Kích thước tiết diện của thanh kéo ngang Dnknxdtrkn mm 40x24 Bán kính bánh xe. R mm 521,2 Đường kính khớp tuyn tại chổ thắt nhỏ nhất Dn mm 35 Hệ số bám.  0,7  0,8 Hệ số dự trữ bền cho thanh lái. n 1,5 2,5 Cánh tay đòn gây uốn. la mm 150 Cánh tay đòn gây xoắn. c mm 50 Hiệu suất thuận. t 0,7  0,85 Hiệu suất của dẫn động lái. d 0,85  0,9 Lực lớn nhất tác dụng lên vành tay lái khi không có trợ lực. Pvlmax N 450 GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 44 (Số liệu trên dựa vào tài liệu Sổ tay tra cứu tính năng kỹ thuật ô tô cuả PGS. TS Vũ Đức Lập (2004) Học viện Kỹ thuật quân sự - Khoa Động lực; Giáo viên khoa Ô tô cũng như đo đạt trên thực tế). 3.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN VÀ CÁC LỰC TÁC DỤNG TỔNG QUÁT LÊN HỆ THỐNG LÁI (Hình 3.2) e n m la c d N N Q Pvl GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 45 3.3 TÍNH TOÁN, KIỂM TRA BỀN CÁC CHI TIẾT 3.3.1 Mô-men cản quay vòng Ta có: c 1 2 bx 1 c 1 M 2.(M M ) 2.G .(f .a 0,14.r). 2900 1 M 2. .(0,015.0,05 0,14.0,5212). 356,30(kG.m) 2 0,6          Trong đó: M1=Gbx.f.a : mô-men cản chuyển động M2=0,14.Gbx.φ.r : mô-men cản do các bánh xe trượt lê trên đường Gbx: trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng Chọn f=0,015 : hệ số cản lăn Chọn φ=0,85 : hệ số bám mặt đường Chọn η1=0,6 : hiệu suất tính đến tiêu hao do ma sát và các khớp nối trong truyền động lái 3.3.2 Lực cực đại tác dụng lên vành tay lái khi không có cƣờng hóa GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 46 c lvmax d t lvmax M P R.i .i . 356,30 P 115,16(kG) 0,2125.20.0,91.0,8       Trong đó: id = d ca l 200 0,91 l 220   : tỉ số dẫn động lái Lực Plvmax tính không được vượt quá giá trị cho phép là 500 (N). Tuy nhiên để điều khiển nhẹ nhàng, người lái dùng cường hóa (hay trợ lực lái) Đói với xe Zil-131 Pvlmax = 450(N) Chỉ số hiệu dụng cường hóa lvmax vlmax P 115,16 K 2,56 P 45    Đáp ứng được yêu cầu K =2 ÷ 6 3.3.3 Tính bền cho hệ thống lái 3.3.3.1 Trục lái: Tính theo ứng suất xoắn do lực tác dụng lên vành tay lái gây nên   lvmax ntrl xtrl 4 4 ntrl ttrl 2 xtrl 4 4 xtrl xtrl P .R.D 0,2(D d ) 115,16.0,2125.0,045 1767000,242(kG / m ) 17,67(MPa) 0,2(0,045 0,0315 ) 50 80(MPa)                ==> Trục lái đảm bảo độ bền xoắn. Tính theo độ cứng (góc xoắn trục) Góc xoắn lớn nhất: xtrl trl 4 ntrl 2. .l 2.17,67.0,9 0,008835(rad) D .G 0,045.8.10      GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 47 Góc xoắn tương đối: 0 ' trl 0,008835.180 0,5627 0 33 l 0,9.3,14       → φ < [θ] = 5,50÷7,50 ==> Trục lái đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 3.3.3.2 Đòn quay đứng Ta sẽ chọn giữa 2 giá trị Q nào lớn hơn sẽ lấy theo 2 công thức sau: 1 vlmax t d Q 0,5.G P .R.i . Q l Q 0,5.2900 1450(kG) 45.0,2125.20.0,8 Q 765(kG) 0,2              Vậy chọn Q = 1450 (kG) Do có trạng thái ứng suất phức tạp tại mặt cắt ngang nguy hiểm nên tiến hành kiểm tra theo “Thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất” Ứng suất tương đương: 2 2 td ua xa4.     Trong đó: Ứng suất uốn tại mặt cắt ngang nguy hiểm nhất: a ua ua Q.l W   Wua    2 2 5 3b .h 0,035 .0,055 1,22.10 m 6 6 2 ua 5 1450.0,15 18125000(kG / m ) 1,22.10    GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 48 Ứng suất xoắn tại mặt cắt ngang nguy hiểm nhất : xa xa Q.c W   Trong đó: wxa = . b . h 2 - hệ số phụ thuộc vào tỷ số h b Ở đây  = 0,231. (Tra bảng số liệu trang 106, sách Bài tập Sức bền vật liệu – Thái Thế Hùng (chủ biên) – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – năm 2006). Thay số vào ta có. Wxa = 0.231.0,035.0,055 2 = 2,45.10 -5 (m 3) 2 2 xa 5 1450.0,05 2959183,673(kG / m ) 2,96(kG / cm ) 2,45.10     2 2 2 2 td 18125000 4.2959183,673 19066795,67(kG / m ) 19,1(kG / cm )     Với thép cacbon trung bình 40 tôi và ram ta có : [u] = 1000kG/cm 2; [σx] = 700 kG/cm 2 Vậy ta có:     td u xa x        ==> Đòn quay đứng đảm bảo bền. 3.3.3.3 Đòn kéo dọc và đòn kéo ngang Kiểm bền theo ứng suất nén đòn kéo dọc và đòn kéo ngang GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 49 nkd kd nkn kn Q F N F         Trong đó: N: Xác định theo giá trị lực phanh Xp p1 1 ca G .m . .l N 2.e   Với: m1p: Hệ số phân bố lại trọng trên cầu dẫn hướng khi phanh; m1p=1,4 2900.1,4.0,85.0,22 N 1562,18(kG) 2.0,243    nkd trkd nkn trkn 2 2 kd 2 2 kn .(D d ) F 4 .(D d ) F 4          2 2 kd 2 2 kn .(0,035 0,021 ) F 4 .(0,04 0,024 ) F 4           4 2 kd 4 2 kn F 6,15.10 (m ) F 8,04.10 (m )        Vậy: 2 2 nkd 4 2 2 nkn 4 115,16 187252,04(kG / m ) 18,73(kG / cm ) 6,15.10 1562,18 1943009,95(kG / m ) 194,3(kG / cm ) 8,04.10               Vậy:     2 2 2 nkd kd 2 2 2 nkn kn 91,8.10 102.10 (kG / cm ) 91,8.10 102.10 (kG / cm )            GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 50 Kiểm bền theo ứng suất uốn đòn kéo dọc và đòn kéo ngang 2 kd ukd 2 kd kd 2 kn ukn 2 kn .E.J l .F .E.J n .F           4 4 nkd trkd kd 4 nkd 44 trknnkn kn 4 nkn .D d J .(1 ) 64 D d.D J .(1 ) 64 D            4 4 kd 4 4 4 kn 4 8 4 kd 8 4 kn 2 6 8 2 2 ukd 2 4 2 6 ukn .0,035 0,021 J .(1 ) 64 0,035 .0,04 0,024 J .(1 ) 64 0,04 J 6,41.10 (m ) J 10,93.10 (m ) 3,14 .2,1.10 .6,41.10 7134,05(kG / m ) 0,72(kG / cm ) 0,55 .6,15.10 3,14 .2,1.10 .10,                         8 2 2 2 4 93.10 1376,48(kG / m ) 0,14(kG / cm ) 1,43 .8,04.10           Vậy:     2 2 2 nkd kd 2 2 2 nkn kn 91,8.10 102.10 (kG / cm ) 91,8.10 102.10 (kG / cm )            ==> Đòn kéo dọc và đòn kéo ngang đủ bền. 3.3.3.4 Kiểm bền cho khớp tuyn lái Lực tác dụng Q = 115,16(kG) Kiểm tra độ bền cắt khớp cầu tại tiết diện nguy hiểm nhất Ứng suất cắt được tính theo công thức GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 51 Dn c c Q F   Trong đó Fc tiết diện của rô-tuyn tại vị trí có tiết diện nguy hiểm nhất (tại chổ thắt nhỏ của rô-tuyn) (Hình 3.3.3.4) Hình 3.3.3.4 Khớp rô-tuyn 2 2 n c 4 2 c .D 3,14.0,035 F 4 4 F 9,16.10 (m )      2 2 c 4 115,16 125720,524(kG / m ) 12,57(kG / cm ) 9,16.10     Mà [σc]=8.10 2 (kG/cm 2 )  c c   GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 52 ==> Khớp rô-tuyn đảm bảo độ bền cắt. CHƢƠNG IV: NHỮNG LỖI KỸ THUẬT THƢỜNG GẶP TRONG QUẢN LÝ, SỬ DỤNG. BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC. Hệ thống lái phải đảm bảo cho ôtô chạy đúng hướng mong muốn, ở bất kỳ điều kiện đường xá nào và bất kỳ tốc độ nào của ôtô. Người lái không phải mất nhiều công sức để điều khiển vành tay lái, khi xe chạy thẳng cũng như khi thao tác lái. Trong quá trình vận hành sử dụng xe, các chi tiết của hệ thống lái thường xuyên làm việc. Các chi tiết chịu ma sát sẽ bị mòn, dẫn đến rơ lỏng do đó làm sai lệch động học quay vòng, lốp sẽ bị mòn nhanh và có thể dẫn đến không an toàn trong chuyển động.Vì vậy, phải thường xuyên theo dõi, kiểm tra nhằm kịp thời phát hiện, sửa chữa, điều chỉnh để phục hồi trạng thái kỹ thuật, điều kiện làm việc bình thường cho hệ thống lái, nhằm đảm bảo an toàn chuyển động cho xe. 4.1 NHỮNG LỖI KỸ THUẬT THƢỜNG GẶP 4.1.1 Độ rơ vành tay lái tăng Độ rơ vành tay lái lớn nhất cho phép là 15 [độ], nếu lớn hơn có thể do các nguyên nhân sau: - Vòng bi trục bánh xe bị mòn; GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 53 - Các khớp cầu (rô tuyn) bị mòn; - Ổ bi trong cơ cấu lái bị mòn; - Bánh răng và thanh răng bị mòn; - Bu lông bắt vỏ của cơ cấu lái bị hỏng; 4.1.2 Lực trên vành tay lái gia tăng hay không đều Vành tay lái quay nặng là do các nguyên nhân sau: - Điều chỉnh không đúng sự ăn khớp của bánh răng và thanh răng; - Bơm trợ lực bị hỏng hoặc thiếu dầu; - Rơ ổ bi, thiếu dầu bôi trơn: Các cơ cấu lái luôn được bôi trơn bằng mỡ, cần hết sức lưu ý đến sự thất thoát dầu mỡ của cơ cấu lái thông qua sự chảy dầu mỡ. Nguyên nhân thiếu dầu bôi trơn có thể là do rách nát đệm kín, joăng phớt làm kín, các bạc mòn tạo nên khe hở hướng tâm lớn mà phớt không đủ khă năng làm kín. - Dây đai bơm trợ lực tay lái hỏng; - Ổ trụ đứng bị mòn làm sai lệnh các góc đặt bánh xe; - Lốp xe bơm không đủ áp suất: Áp suất lốp thấp và không đều làm tăng lực người lái vào vô lăng khi điều khiển xe; - Góc chụm bị sai, cần kiểm tra lại góc chụm. 4.1.3 Vành tay lái bị rung: - Vô lăng bị rung là do áp suất lốp không đều, bánh xe không cân xứng bị đảo. Sai lệch độ chụm lớn. Các khớp cầu trong cơ cấu lái bị rơ. Cụm cơ cấu lái bị rơ. - Do vậy để đảm bảo cho xe có tính dẫn hướng tốt ta phải bơm và đo lại áp suất lốp của các bánh xe nếu bánh xe bị đảo mà không điều chỉnh được thì phải thay thế điều chỉnh lại độ chụm, điều chỉnh độ rơ của các khớp cầu trong dẫn động lái đúng theo tiêu chuẩn cho phép, điều chỉnh lại độ lơ của cơ cấu lái. 4.1.4 Xe có xu hƣớng chuyển động lệch: GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 54 - Xe có xu hướng chuyển động lệch là do áp suất lốp không đều, độ nghiêng tới hoặc độ nghiêng ngang của quay bánh xe dẫn hướng không cân bằng (do mòn không đều), dầm cầu bị lệch (do bị biến dạng), các lò xo của hệ thống treo không đều, chùng gãy. - Để khắc phục hiện tượng này cần kiểm tra lại độ nghiêng, phục hồi lại bạc trục của trục quay bánh xe dẫn hướng, nếu không phục hồi được thì phải thay thế. Uốn và đo chỉnh lại dầm cầu nếu không được thì phải thay thế. Thay các lò xo bị gãy và chọn lựa để lắp lại để cho các lò xo phải đều nhau. 4.1.5 Tay lái bị rung nhanh và mạnh: - Tay lái bị rung nhanh và mạnh, dội ngược lại khi bánh xe phía trước chạm phải chướng ngại vật là do áp suất lốp quá căng. Thanh giảm chấn bị hỏng. Khe hở tự do dẫn động lái quá nhỏ.Giảm chấn của trục lái hỏng. Do vậy cần phải đo lại áp suất của lốp, phục hồi hoặc thay thế giảm chấn của trục lái và giảm chấn của hệ thống treo, đều chỉnh lại khe hở của dẫn động lái và cơ cấu lái. 4.1.6 Vành tay lái không trả về vị trí cân bằng: - Sai góc đặt bánh xe: góc nghiêng ngang và dọc của trụ đứng, do mòn gây giảm hiệu ứng nghịch từ bánh xe lên vành tay lái. 4.2 SỮA CHỮA CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG LÁI Để xác định mức độ mài mòn và tính chất sửa chữa, phải tháo rời các chi tiết trong hệ thống lái. Khi tháo tay lái và đòn quay đứng phải dùng van tháo. Những hư hỏng chính của các chi tiết hệ thống lái là: mòn thanh răng – bánh răng, ống lót, vòng bi và ổ lắp vòng bi. Mặt bích bắt chặt cacte bị sứt mẻ và nứt, mòn bạc ở cácte dành cho ổ bi kim đở ổ trục của đòn quay đứng và các chi tiết của khớp cầu thanh chuyển hướng, thanh chuyển hướng bị cong. Phải thay thanh răng của cơ cấu lái nếu bề mặt làm việc của thanh răng mòn rỏ rệt hay lớp tôi bị tróc ra. Thải bỏ cung răng nếu bề mặt có khe nứt hay vết lõm. GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 55 Cổ trục của đòn quay đứng, nếu mòn thì phải phục hồi bằng cách mạ crôm rồi mài theo kích thước danh nghĩa. Cổ trục có thể phục hồi bằng cách lắp vào cacte những ống lót bằng đồng thanh đã được mài theo kích thước sửa chữa. Đầu có ren của đầu trục đòn quay đứng nếu bị cháy thì phục hồi bằng cách hàn đắp bằng hồ quang điện rung. Trước hết phải tiện hết ren củ trên máy tiện rồi hàn đắp kim loại, tiện trên kích thước danh nghĩa và cắt ren mới. Trục của đòn quay đứng nếu bị xoắn thì phải loại bỏ. Các ổ lắp vòng bi cơ cấu lái, nếu bị mòn thì phục hồi bằng cách lắp thêm chi tiết phụ. Muốn vậy phải khoan rộng lỗ, lắp ép vào đó một ống lót và gia công đường kính trong của nó theo kích thước của vòng bi. Những chổ sứt mẻ và khe nứt trên mặt bích cac-te khắt phục bằng phương pháp hàn. Thường dùng hàn khí, có nung nóng toàn bộ chi tiết trước khi hàn. Lỗ trên cácte dành cho ổ bi kim đở trục tròn quay đứng niếu bị mòn thì doa lại theo kích thước sửa chữa. Trong cơ cấu dẫn động lái, chốt cầu và máng lót thanh chuyển hướng ngang bị mòn nhanh hơn, còn các đầu thì mòn ít hơn. Ngoài ra còn có những hư hỏng khác là do mòn lổ ở mút thanh, cháy ren, lò xo ép các máng đệm vào chốt cầu bị gãy hoặc yếu. Tuỳ theo tính chất mài mòn mà xác định khả năng tiếp tục sử dụng của thanh chuyển hướng ngang hay từng chi tiết. Nếu cần thiết thì tháo rời khớp. Muốn vậy, tháo chốt chẻ của nút ren, vặn nút ra khỏi lổ rồi tháo chi tiết ra. Chốt cầu bị mòn, bị sứt mẻ hay có vết xước, cần thay mới. Đồng thời lắp máng lót mới của chốt cầu. Thay mới các lò xo mòn hoặc gãy. GVHD: TS. HVTH: Nguyễn Văn A Bài tập lớn môn học SBVL 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS. TS Vũ Đức Lập (2004), Sổ tay tra cứu tính năng kỹ thuật ô tô, Học viện Kỹ thuật quân sự - Khoa Động lực. [2]. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên (1971), Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo tập 2, phần 2, Nhà xuất bản đại học, trung học chuyên nghiệp. [3]. PGS, TS Nguyễn Khắc Trai (2007), Cấu tạo gầm ô tô tải, ô tô buýt, Nhà xuất bản Giao thông vận tải. [4]. Thái Thế Hùng (2006), Bài tập sức bền vật liệu, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [5]. PGS, TS Nguyễn Văn Hưng, TS Trần Thế Văn (2015), Giáo trình sức bền vật liệu, NXB Quân đội nhân dân. [6]. Trong bài làm có tham khảo một số đồ án tốt nghiệp của khóa 29, lớp chuyển cấp xe quân sự - Học viện kỹ thuật Quân sự.