Đồ án Tốt nghiệp: Khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200

eo chiều truyền lực từ bánh xe lên. - Với cơ cấu bánh răng-thanh răng ta có: = = 0,99 (3 - 10) 3.3.6. Hình thang lái Là bộ phận quan trọng nhất của dẫn động lái. Hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng. Mục đích làm cho các bánh xe khỏi trượt lê khi quay vòng, dẫn đến giảm sự mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn định. Hình thang lái có nhiều dạng kết cấu khác nhau. Đòn ngang có thể cắt rời hay liền tuỳ theo hệ thống treo là độc lập hay phụ thuộc. Nhưng dù trường hợp nào thì kết cấu của hình thang lái củng phải phù hợp với động học bộ phận hướng của hệ thống treo, để dao động thẳng đứng của các bánh xe không ảnh hưởng đến động học của dẫn động, gây ra dao động của bánh xe dẩn hướng quanh trục quay. Động học quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo nhờ việc chọn các thông số kỹ thuật của hình thang lái và không có khe hở trong dẫn động nhờ sử dụng các bản lề tự động khắc phục khe hở. Hình 3-12 Sơ đồ hình thang lái 3.3.7. Hình học lái Hình học lái là thuật ngữ biểu đạt mối quan hệ hình học trong hệ thống mặt đường- bánh xe - các bộ phận của hệ thống lái- các bộ phận của hệ thống treo. 3.3.7.1. Góc doãng Góc doãng: là góc tạo bởi mặt phẳng quay bánh xe và mặt phẳng thẳng đứng, chiều dương ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ đầu xe. Hình 3-13 Góc doãng + Tác dụng của góc doãng dương: - Giảm tải theo phương thẳng đứng: Nếu góc doãng bằng không tải trọng tác dụng lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường tâm lốp và trục (F’ trên hình 3-14). Nó dễ làm trục hay cam quay bị cong. Việc đặt góc doãng dương sẽ làm tải tác dụng vào phía trong của trục, ký hiệu F, giảm lực tác dụng lên trục và cam quay. - Ngăn ngừa sự tụt bánh xe: Phản lực F có độ lớn bằng tải trọng xe, tác dụng lên bánh xe theo phương vuông góc với mặt đường. F được phân tích thành F1 vuông góc với đường tâm trục và F2 song song với đường tâm trục. Lực F2 đẩy bánh xe vào trong ngăn cản bánh xe tụt khỏi trục. Vì vậy ổ bi trong làm lớn hơn ổ bi ngoài để chịu tải trọng này. - Ngăn cản góc doãng âm ngoài ý muốn do tải trọng gây ra: khi chất đầy tải lên xe, phía trên các bánh xe có xu hướng nghiêng vào trong do sự biến dạng của chi tiết của hệ thống treo và các bạc tương ứng. Góc doãng dương giúp chống lại hiện tượng này. - Giảm lực đánh tay lái: Khi bánh xe quay sang phải hay trái quanh trục quay đứng với khoảng lệch là bán kính. Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra mômen lớn quanh trục quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh tay lái. Do đó khi khoảng cách này nhỏ thì giảm lực đánh tay lái. Hình 3-14 Tác dụng của góc doãng dương + Tác dụng của góc doãng âm: - Khi tải thẳng đứng tác dụng lên lốp có đặt góc doãng, lốp có xu hướng lún xuống. Tuy nhiên do bị chặn bởi mặt đường nên gai lốp sẽ bị biến dạng. lúc đó tính đàn hồi của lốp sẽ chống lại sự biến dạng này và vì vậy tác dụng lên mặt đường theo hướng A. Kết quả là đường sinh ra phản lực B gọi là lực camber. Lực camber tăng cùng với sự tăng góc nghiêng với mặt đường cũng như khi tăng tải. Hình 3-15 Tác dụng của góc doãng âm - Khi quay vòng lực camber ở bánh xe phía ngoài có tác dụng giảm lực quay vòng do tăng góc doãng dương. Lực ly tâm làm nghiêng xe đang chạy vòng do tác động của các lò xo của hệ thống treo, dẫn đến thay đổi góc doãng. Ở một số xe đã tạo một chút góc doãng âm do xe khi chuyển động thẳng do đó sẽ giảm được góc doãng dương khi quay vòng, giảm lực camber và đạt lực quay vòng tối ưu. Góc doãng cũng có thể bằng không. Lý do chính để đặt góc doãng bằng không là để ngăn cản sự mòn không đều của lốp. Cả góc doãng dương hay âm đều làm mòn lốp nhanh. Điều này dễ hiểu khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tập trung một bên lốp. 3.3.7.2. Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục xoay so với đường thẳng góc với mặt đường. Nếu đầu trên trục xoay nghiêng ra phía sau bánh xe ta có độ nghiêng dọc dương. Nếu đầu trên trục xoay nghiêng ra phía trước bánh xe ta có độ nghiêng dọc âm. Hình 3-16 Góc nghiêng dọc dương của trụ xoay đứng 1- Đường tim trục xoay; 2- Góc nghiêng dọc caster dương; 3- Đường thẳng góc mặt đất; 4-Khớp hình cầu; 5- Phía trước xe. Hình 3-17 Góc nghiêng dọc a- Góc nghiêng dọc dương; b- Góc nghiêng dọc âm. + Tác dụng của góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: Làm tăng hiệu quả trở về vị trí chuyển động thẳng của bánh xe dẫn hướng. 3.3.7.3. Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng Là góc đo giữa trục xoay và đường thẳng góc với mặt đường khi ta nhìn từ đầu xe. + Tác dụng góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng: - Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng có tác dụng làm giảm mômen cản quay vòng, tức là giảm khoảng cách từ tâm trụ xoay đứng đến điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. - Ô tô có khả năng tự ổn định trở về vị trạng thái chuyển động thẳng. - Khi ô tô quay vòng với góc quay vành tay lái lớn (bán kính quay vòng càng nhỏ), lực tác động lên vành tay lái càng lớn, tức tạo điều kiện cảm nhận được mức độ quay vòng của ô tô trên vành tay lái và khả năng trả về chuyển động thẳng càng lớn. Hình 3-18 Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng 3.3.7.4. Độ chụm đầu Khi phía trước của hai bánh xe gần nhau hơn phía sau của hai bánh xe khi nhìn từ trên xuống thì gọi là độ chụm đầu (sự bố trí ngược lại gọi là độ mở). Độ chụm được xác định bằng hiệu số của hai khoảng cách giữa các đầu nút sau (B) và trước (A) của vành bánh xe nằm ở chiều cao tâm bánh xe. + Tác dụng của độ chụm đầu: - Ngăn ngừa khả năng gây ra độ chụm âm do tác động của lực cản lăn khi xuất hiện những khe hở và đàn hồi trong hệ thống trục trước và dẫn động lái. - Làm giảm ứng suất trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường cho góc doãng của bánh xe dẫn hướng gây nên. Hình 3-19 Độ chụm của bánh xe dẫn hướng 3.4. Cường hoá lái 3.4.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu 3.4.1.1. Công dụng Trên các xe ô tô tải trọng lớn, xe du lịch cao cấp và các xe khách hiện đại thường có trang bị cường hoá lái để: + Giảm nhẹ lao động cho người lái + Tăng an toàn cho chuyển động. Khi xe đang chạy một tốc độ lớn mà một bên lốp bị thủng, cường hoá lái đảm bảo cho người lái đủ sức điều khiển, giữ được ô tô trên đường mà không bị lao sang một bên. Sử dụng cường hoá lái có nhược điểm là lốp mòn nhanh hơn (do lạm dụng cường hoá để quay vòng tại chỗ), kết cấu hệ thống lái phức tạp hơn và tăng khối lượng công việc bảo dưỡng. 3.4.1.2. Phân loại Theo nguồn năng lượng: + Cường hoá thuỷ lực; + Cường hoá khí (khí nén hoặc chân không); + Cường hoá điện; + Cường hoá cơ khí; Cường hoá thuỷ lực được dùng phổ biến nhất vì có kết cấu nhỏ gọn và làm việc khá tin cậy. Theo sơ đồ bố trí phân ra làm 4 dạng: + Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xylanh lực được bố trí chung thành một cụm; + Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung; + Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xy lanh lực bố trí riêng; + Xy lanh lực bố trí riêng, bộ phận phân phối và cơ cấu lái bố trí chung. 3.4.1.2. Yêu cầu Cường hoá lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau: + Khi cường hoá lái hỏng thì hệ thống lái vẫn làm việc bình thường cho dù lái nặng hơn. + Thời gian chậm tác dụng nhỏ. + Đảm bảo sự tỷ lệ giữa góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng. + Khi sức cản quay vòng tăng lên thì lực yêu cầu tác dụng lên vô lăng cũng tăng theo, tuy vậy không được vượt quá 100 ¸ 150 N. + Không xảy ra hiện tượng tự cường hoá khi xe đi qua chổ lồi lỏm, rung xóc. Phải có tác dụng như thế nào để khi một bánh xe dẫn hướng bị hỏng, bị nổ thì người lái có thể vừa phanh ngặt vừa giữ được hướng chuyển động cần thiết của xe. 3.4.2. Các thông số đánh giá - Chỉ số hiệu dụng trợ lực: Khq = (3-11) Ở đây : Pl - lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cường hoá; Pc- lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hoá trong những điều kiện quay vòng như trên; Ph- Lực do bộ cường hoá đảm nhận qui về vành tay lái. - Chỉ số phản lực của cường hoá lên vành tay lái: r = (3-12) Ở đây: dPc - số gia lực tác dụng lên vành tay lái đã có trợ lực; dMc - moomen cản quay vòng của các bánh dẫn hướng. Trong bộ trợ lực hiện nay r = 0,02- 0,05 [N/Nm]. - Độ nhạy: độ nhạy của cường hoá lái đặc trưng bằng lực tác dụng lên vô lăng. 3.4.3. Các sơ đồ bố trí Bất kỳ cường hoá lái nào cũng có ba bộ phận sau: - Nguồn lăng lượng: bơm dầu, máy nén + bình chứa hoặc ắc quy. - Bộ phận phân phối: dùng để phân phối đều chỉnh năng lượng cung cấp cho bộ phận chấp hành. Đảm bảo sự tỷ lệ giữa các góc quay của bánh xe dẩn hướng. - Cơ cấu chấp hành: tạo và truyền lực (trợ lực) lên cơ cấu lái và dẫn động lái. Các bộ phận trên có thể được bố trí theo 4 sơ đồ sau: + Cơ cấu lái, bộ phạn phân phối và xilanh lực bố trí chung thành một cụm như trên hình 3-20. + Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung như trên hình 3-21. + Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xi lanh lực bố trí riêng như trên hình 3-22. +Xi lanh lực bố trí riêng, cơ cấu lái và bộ phận phân phối bố trí chung như trên hình 3-23. Hình 3-20 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung thành một cụm 1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xilanh lực. Hình 3-21 Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung 1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xilanh lực. Hình 3-22 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí riêng 1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xi lanh lực. Hình 3-23 Sơ đồ bố trí xilanh lực riêng, cơ cấu phân phối và cơ cấu lái bố trí chung 1 - cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - cơ cấu lái. Ưu nhược điểm của từng sơ đồ: -Theo các sơ đồ hình 3-21; 3-22; 3-23. + Ưu điểm: dễ bố trí, tăng tính thống nhất của sản phẩm, giảm tải tác dụng lên các chi tiết hệ thống lái. + Nhược điểm: kết cấu kém cứng vững hơn, chiều dài các đường ống lớn, dẫn đến tăng khả năng dao động các bánh xe dẫn hướng. -Theo sơ đồ hình 3-20. + Ưu điểm: Kết cấu gọn hơn, vững chắt hơn, chiều dài các đường ống nối ngắn, giảm hiện tượng dao động của bánh xe dẫn hướng. + Nhược điểm: tất cả các chi tiết của hệ thốïng lái điều chịu tải lớn, là tổng lực do người lái và cơ cấu chấp hành tác dụng. Vì vậy trên các xe tải trọng lớn người ta không dùng sơ đồ bố trí này. 3.5. Liên hệ giữa hệ thống lái và hệ thống treo Hệ thống treo trước trên xe Land Cruiser là hệ thống treo độc lập gồm có cơ cấu dẫn hướng, phần tử đàn hồi, thiết bị giảm chấn và thiết bị giữ ổn định ngang. Bộ treo là cơ cấu nối giữa vỏ xe và các bánh xe. Toàn bộ các lực tác dụng lên bánh xe khi xe chạy đều được truyền lên khung vỏ xe qua bộ treo. Các chi tiết bộ treo có tác dụng làm dịu tải trọng động, làm giảm dao động của vỏ xe, đảm bảo độ ổn định tốt, xe chuyển động êm dịu. Ngoài ra bộ treo còn có tác dụng cùng với hệ thống lái bảo đảm khả năng quay vòng xe, điều khiển tay lái và điều chỉnh góc đặt bánh xe trước. Hình 3-24 Cấu tạo hệ thống treo trước 1- Lò xo; 2- Bộ giảm chấn ống; 3- Thanh nối của bộ cân bằng ngang. Trên hệ thống treo độc lập các bánh xe liên kết với thân xe thông qua các khâu đòn (khớp cầu, khớp trụ), do vậy chuyển vị của các bánh xe gần như không ảnh hưởng lẫn nhau. Tổng quát, nếu bánh xe dịch chuyển tương đối một đoạn đối với khung xe (theo chuyển vị z đàn hồi) sẽ tạo nên: - Dịch bên vết bánh xe ∆y; - Góc lắc ngang bánh xe δ; - Góc lắc dọc bánh xe β. Các mối quan hệ này được gọi là “quan hệ động học” của hệ thống treo độc lập. Hình 3-25 Quan hệ chuyển vị của hệ thống treo độc lập khi bánh xe dịch chuyển z 1- Thân xe; 2- Các đòn liên kết hệ thống treo; 3- Bộ phận giảm chấn; 4- Lò xo; 5- Bánh xe. Nhìn chung, ô tô ngày nay có sự thay đổi giá trị ∆y, δ, β là rất nhỏ, trong khoảng dịch chuyển thẳng đứng bánh xe z so với khung. Tuy vậy trên các ô tô có yêu cầu cao về tiện nghi và tốc độ các mối quan hệ này vẫn phải quan tâm thích đáng vì các nguyên nhân sau: - Sự dịch bên vết bánh xe ∆y sẽ làm bánh xe mau mài mòn, giảm khả năng tiếp nhận phản lực bên; - Sự lắc ngang bánh xe δ gây nên giảm khả năng lăn phẳng của bánh xe, gây mòn lệch bánh xe và hạn chế khả năng tiếp xúc của bánh xe trên nền đường; - Sự lắc dọc của bánh xe β làm thay đổi phương chuyển động của ô tô, làm mất quỹ đạo chuyển động mong muốn, người lái thường xuyên phải điều chỉnh vành tay lái. Trong một số tài liệu hiện tượng này được miêu tả bằng thuật ngữ “góc tự điều khiển bánh xe”. Hiển nhiên các chuyển vị này là không mong muốn và cần hạn chế tối đa, song đây cũng chính là xu hướng hoàn thiện cho các kết cấu hệ thống treo độc lập nhằm áp ứng yêu cầu cao về tính tiện nghi và cơ động của các ô tô đời mới. 4. Hệ thống lái ôtô LAND CRUISER 200 4.1. Giới thiệu tổng quát về hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 Hệ thống lái của ôtô LAND CRUISER 200 là hệ thống lái có trợ lực. Cấu tạo của hệ thống lái bao gồm: vành tay lái, trục lái, các đăng truyền động, cơ cấu lái, bộ trợ lực thuỷ lực và dẫn động lái. Trên ôtô LAND CRUISER 200 người ta bố trí cơ cấu lái và bộ trợ lực lái riêng thành hai cụm như trên sơ đồ hình 4-1. Phương án bố trí này có ưu điểm: - Kết kấu cơ cấu lái nhỏ gọn; - Dễ bố trí bộ trợ lực lái; - Tăng tính thống nhất sản phẩm; - Giảm tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hệ thống lái. Nhược điểm: Kết cấu kém cứng vững, chiều dài các đường ống lớn dẫn đến tăng khả năng dao động các bánh xe dẫn hướng. Bộ trợ lực thuỷ lực có nhiệm vụ làm giảm bớt lực điều khiển của người lái, làm giảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng. Bộ trợ lực còn làm tăng tính an toàn khi có một bánh xe dẫn hướng bị nổ. Vì lúc đó người lái đủ sức giữ tay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt. Bơm trợ lực lái là loại bơm cánh gạt, được đặt trên thân động cơ và được truyền động từ trục khuỷu động cơ thông qua dây đai. Bộ trợ lực thuỷ lực có nhiệm vụ làm giảm nhẹ lực điều khiển của người lái, làm giảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng. Bộ trợ lực còn làm tăng tính an toàn khi có một bánh xe dẫn hướng bị nổ. Vì lúc đó người lái đủ sức giữ tay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt. Tay lái có thể điều chỉnh theo 4 hướng: gật gù và xa-gần đến vị trí thích hợp làm tăng sự thoải mái cho người lái. Cơ cấu lái là loại bánh răng-thanh răng. Loại này có kết cấu nhỏ gọn, tỷ số truyền nhỏ, độ nhạy cao, chế tạo đơn giản và hiệu suất cao. Hình 4-1 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái 1-Vô lăng; 2-Trục lái; 3-Bánh răng; 4-Thanh răng; 5-Piston; 6-Xy lanh; 7-Thanh kéo ngang; 8-Thanh kéo bên; 9-Khớp cầu; 10-Đòn quay; 11-Bánh xe. 4.2. Các thông số kỹ thuật chính của các chi tiết của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật chính của các chi tiết trong hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200. Bảng 4-1 Các thông số kỹ thuật chính của các chi tiết trong hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 STT Tên gọi Ký hiệu Giá trị Đơn vị 1 Bán kính vô lăng Rvl 195 mm 2 Tỷ số truyền cơ cấu lái ic 16,5 3 Tỷ số truyền động học iω 16,2 4 Tỷ số truyền động lực iF 16,04 5 Cơ cấu lái Đường kính vòng đỉnh bánh răng de 21 mm 6 Đường kính vòng chân bánh răng di 12 mm 7 Đường kính vòng chia bánh răng dc 17 mm 8 Số răng của bánh răng Z1 8 9 Góc riêng bánh răng β1 28 độ 10 Chiều dài thanh răng lt 735 mm 11 Đường kính thanh răng dt 32 mm 12 Số răng trên thanh răng Z2 34 13 Góc nghiêng răng của thanh răng β2 5 độ 14 Môđun của thanh răng mt 2 mm 15 Môđun của bánh răng mb 2 mm 16 Đường kính vỏ ngoài xylanh trợ lực Dxl 60 mm 17 Đường kính pittông dp 52 mm 18 Chiều dày pittông b 8 mm 4.3. Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 4.3.1. Vành tay lái Hình 4-2 Vành tay lái + Chức năng: có chức năng tiếp nhận mômen quay từ người lái rồi truyền cho trục lái. + Cấu tạo: vành tay lái ô tô LAND CRUISER 200 có dạng hình tròn, với bốn nan hoa được bố trí xung quanh vành trong của vành tay lái. Bán kính ngoài của vành tay lái là 195 mm. Vành tay lái còn là nơi bố trí một số bộ phận khác của ô tô như: nút điều khiển còi, túi khí an toàn... Hình 4-3 Túi khí an toàn Túi khí an toàn có hình dáng tương tự cây nấm được làm bằng nylon phủ neoprene, được xếp lại và đặt trong phần giữa của vành tay lái. Khi xe đâm thẳng vào một xe khác hoặc vật thể cứng, túi khí sẽ phồng lên trong khoảnh khắc để hình thành một chiếc đệm mềm giữa lái xe và vành tay lái.Túi khí an toàn chỉ được sử dụng một lần. Sau khi hoạt động túi khí phải được thay mới. 4.3.2. Trục lái và trục các đăng của hệ thống lái LAND CRUISER 200 - Trục lái là thành tố cấu thành hệ thống lái có chức năng chính là truyền momen lái từ vô lăng đến cơ cấu lái. Một trục lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phận bao che trục lái. Trục lái trên xe Land Cruiser có cấu tạo phức tạp hơn nó cho phép thay đổi độ nghiêng của vành tay lái hoặc cho phép trụ lái chùm ngắn lại khi người lái va đập trong trường hợp xảy ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với người lái. Ngoài ra trụ lái còn là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ôtô như : cần điều khiển hệ thống đèn, cần điều khiển gạt nước, cần điều khiển hộp số, hệ thống dây điện và các đầu nối điện,... - Trục các đăng là bộ phận nối chuyển tiếp giữa trục lái và cơ cấu lái. Trên trục các đăng có khớp nối chữ thập. Khớp chữ thập cho phép có độ lệch giữa trục lái và trục vít của cơ cấu lái khi hai trục này không đồng trục với nhau. Hình 4-4 Trụ lái 4.3.3. Cơ cấu lái Trên ô tô Land Cuiser 200 người ta lắp cơ cấu lái kiểu Bánh răng-Thanh răng kết hợp dùng trợ lực thủy lực trực tiếp. Cơ cấu lái loại này có ưu điểm là tỷ số truyền nhỏ, kết cấu đơn giản, hiệu suất cao nên được sử dụng rộng rãi trên ô tô con và ô tô tải nhỏ. = =0,99 và là hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái. Hình 4-5 Kết cấu van phân phối 1- Chốt cố định thanh xoắn và trục van điều khiển; 2- Thanh xoắn; 3- Trục van điều khiển; 4- Vòng bít; 5- Ổ bi đũa; 6- Đường dầu từ bơm tới; 7- Đường dầu hồi về bình chứa; 9- Then hoa; 10- Vỏ cơ cấu lái; 11- Bánh răng; 12- Ổ bi kim; 13- Thanh răng; 14- Chốt; 15- Lò xo; 16- Con lăn; 17- Đai ốc điều chỉnh khe hở bánh răng_thanh răng; 18- Dẫn hướng thanh răng; 19- Đường dầu đến khoang bên trái xy lanh; 20- Đường dầu đến khoang bên phải xy lanh; 21- Van xoay; 22- Vỏ van xoay; 23- Then hoa. Hình 4-6 Kết cấu thanh răng 1-Piston; 2- Thanh răng. Nguyên lý làm việc của trợ lực lái: Hình 4-7 Van xoay ở vị trí trung gian 1-Xy lanh; 2-Thân van ngoài; 3-Thân van trong; 4-Thanh xoắn; 5-Bơm; 6-Bình chứa; a- Đường dầu hồi. + Khi xe đi thẳng, vành tay lái ở vị trí trung gian, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 4-7. Chất lỏng từ bơm đến chạy vào trong lõi và trở về bình dầu, áp suất chất lỏng ở khoang bên trái (khoang II) và khoang bên phải (khoang I) của xylanh lực là như nhau, do đó piston không dịch chuyển. Thanh răng giữ nguyên vị trí với xe đi thẳng. Trong trường hợp này các va đập truyền từ bánh xe được giảm bớt nhờ chất lỏng ở áp suất cao. Hình 4-8 Van hoạt động quay trái 1- Xy lanh; 2- Thân van ngoài; 3- Thân van trong; 4- Thanh xoắn; 5- Bơm; 6-Bình chứa; a- Đường dầu hồi. + Khi xe quay vòng sang trái, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 4-8. Thân van trong xoay sang trái mở đường dầu đi từ bơm tới vào khoang I của xylanh và mở đường dầu ở khoang II thông với đường dầu hồi về bình chứa, làm cho thanh răng dịch về bên trái đẩy bánh xe quay sang trái, thực hiện quay vòng sang trái. Khi dừng quay vành tay lái ở một vị trí nào đó, thân van trong đứng yên, nhưng dầu vẫn tiếp tục đi vào khoang I, đẩy bánh răng ngược chiều làm thanh xoắn trả lại, các cửa van mở ở một trạng thái nhất định, tạo nên sự chênh áp suất ổn định giữa hai khoang I và II ở một giá trị nhất định đảm bảo ô tô không quay tiếp. Hình 4-9 Van hoạt động quay phải 1-Xy lanh; 2-Thân van ngoài; 3-Thân van trong; 4-Thanh xoắn; 5-Bơm; 6-Bình chứa; a- Đường dầu hồi. + Khi xe quay vòng sang phải, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 4-9. Thân van trong xoay sang phải mở đường dầu đi từ bơm tới vào khoang II của xylanh và mở đường dầu ở khoang I thông với đường dầu hồi về bình chứa, làm cho thanh răng dịch về bên phải đẩy bánh xe quay sang phải, thực hiện quay vòng sang phải. Khi dừng quay vành tay lái ở một vị trí nào đó, thân van trong đứng yên, nhưng dầu vẫn tiếp tục đi vào buồng II, đẩy bánh răng ngược chiều làm thanh xoắn trả lại, các cửa van mở ở một trạng thái nhất định, tạo nên sự chênh áp suất ổn định giữa hai khoang I và II ở một giá trị nhất định đảm bảo ô tô không quay tiếp. Độ rơ kết cấu của hệ thống lái phụ thuộc nhiều vào độ rơ của cơ cấu lái. Sự gài trợ lực phụ thuộc vào độ cứng của thanh xoắn đàn hồi. Khả năng trợ lực của hệ thống lái thực hiện nhờ quá trình biến dạng thanh xoắn, mở thông các đường dầu, do vậy kết cấu này cho phép tạo nên khe hở nhỏ bằng cách gia công chính xác các miệng rãnh đường dầu của thân van trong và thân van ngoài của van phân phối và khả năng biến dạng thanh xoắn. Thanh xoắn càng nhỏ khả năng trợ lực càng sớm. Thanh xoắn được cố định đầu trên với trục van điều khiển và đầu dưới với bánh răng bởi chốt cố định. Thanh xoắn đàn hồi cho phép xoay 70 từ vị trí trung gian về mỗi phía, tạo nên sự quay tương đối giữa thân van trong và thân van ngoài, đủ đóng mở tối đa đường dầu. Kết cấu van xoay cho phép khả năng tạo nên góc mở thông các đường dầu bé, do vậy độ nhạy của cơ cấu cao. 4.3.4. dẫn động lái Dẫn động lái trên ôtô Land Cruiser bao gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của các bánh xe. Bộ phận cơ bản và quan trọng nhất của dẫn động lái là hình thang lái, được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang, và các cạnh bên. Nó có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe không bị trượt lê khi quay vòng. Do đó làm giảm mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn định khi quay vòng. Hình 4-10 Kết cấu khớp cầu của thanh kéo bên 1- Vòng kẹp; 2- Bạc lót; 3- Khớp cầu; 4- Cao su giảm chấn; 5- Lò xo. 4.3.5. Bơm trợ lực lái Bơm trợ lực lái lắp trên xe Land Cruiser là loại bơm cánh gạt tác dụng kép, nghĩa là trong một vòng quay bơm thực hiện hai lần hút và hai lần đẩy, số cánh gạt là 10 cánh. Bơm cánh gạt có ưu điểm là kết cấu nhỏ gọn, đơn giản, dễ chế tạo, làm việc tin cậy, ít hư hỏng và có khả năng điều chỉnh được lưu lượng. Hình 4-11 Bơm cánh gạt Hình 4-12 Sơ đồ kết cấu bơm trợ lực kiểu cánh gạt Bơm cánh gạt được dẫn động bằng mômen của động cơ nhờ truyền động puly-đai. Nó bao gồm 10 cánh gạt vừa có thể di chuyển hướng kính trong các rãnh của một roto. Nguyên lý hoạt động của bơm trợ lực thủy lực: Khi roto quay, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt này bị văng ra và tì sát vào một không gian kín hình ô van. Dầu thủy lực bị hút từ đường ống có áp suất thấp và bị nén tới một đầu ra có áp suất cao. Lượng dầu được cung cấp phụ thuộc vào tốc độ của động cơ. Bơm luôn được thiết kế để cung cấp đủ lượng dầu ngay khi động cơ chạy không tải, và do vậy nó sẽ cung cấp quá nhiều dầu khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Để tránh quá tải cho hệ thống ở áp suất cao, người ta lắp đặt cho hệ thống một van giảm áp. Khi áp suất dầu quá lớn thì hệ thống sẽ mở van giảm áp và cho dầu chạy về khoang chứa dầu. 5. Tính toán kiểm tra hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 5.1. Các thông số chính của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 Dưới đây là bảng thông số chính của hê thống lái ô tô LAND CRUISER 200. Bảng 5-1 Các thông số chính của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200. STT Tên gọi Ký hiệu Giái trị Đơn vị 1 Chiều dài cơ sở của xe L 2850 mm 2 Chiều dài đòn quay đứng l 168 mm 3 Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng m 1360 mm 4 Chiều dài thanh kéo n 1445 mm 5 Tải trọng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng khi toàn tải Gbx 8093.25 KG 6 Góc doãng bánh xe dẫn hướng a 2 Độ 7 Độ chụm bánh xe dẫn hướng a 5,3 mm 8 Góc nghiêng ngang trụ quay đứng β 8 Độ 9 Góc nghiêng dọc trụ quay đứng γ 7 Độ 10 Hệ số cản lăn f 0,018 11 Bán kính vô lăng Rvl 195 mm 12 Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic 16,5 13 Hiệu suất thuận 0,99 14 Hiệu suất nghịch 0,99 5.2. Xác định mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng Mômen cản quay vòng có giá trị lớn nhất khi quay vòng ô tô tại chỗ. Mô men cản quay vòng trong trường hợp này bao gồm: mômen sinh ra do lực cản lăn M1, mômen cản của các phản lực ngang ở vết tiếp xúc M2 và mômen ổn định các bánh xe dẫn hướng M3, tức là đối với một bánh xe dẫn hướng: Mcq = M1 + M2 + M3 (5-1) Trong đó: M1 » f.Gbx.a (5-2) Ở đây: Gbx- Trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng; Gbx = 0,5G1 (5-3) G1 - Trọng lượng phân bố lên cầu trước. G1 = 1650 [KG]. G1 = 1650.9,81 = 16186.5 [N] Thế vào (5-3) ta được: Gbx = 0,5.16186.5 = 8093.25 [N] f- Hệ số cản lăn; f = 0,018. a- Cánh tay đòn (hình 5.1), có thể xác định a theo công thức gần đúng: (5-4) Trong đó: rbx - bán kính làm việc của bánh xe. rbx=0,95.r0 r0- bán kính tự do của bánh xe dẫn hướng, r0=0,4 [m] rbx=0,95.0,4=0,38 [m] α- góc doãng của bánh xe; α = 20. β - góc nghiêng của trục chuyển hướng; β = 80. (5-5) B1- Chiều dài cơ sở; B1 = 1,64 [m] C- Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng; C = 1,36 [m] Thế vào (5-5) ta được: [m] Thế các giá trị trên vào (3-7) ta được: [m] Hình 5-1 Sơ đồ tính toán mô men cản quay vòng do tác dụng của lực cản lăn M2 = jnGbx.x = Y.x (5-6) Ở đây: Y- Lực ngang tổng hợp; x- Độ dịch về phía sau của điểm đặt lực ngang tổng hợp so với tâm diện tích tiếp xúc giữa lốp với mặt đường do sự đàn hồi bên của lốp gây ra (hình 5-2). Hình 5-2 Sơ đồ xác định mô men cản quay vòng gây ra do lực ngang Hình 5-3 Sơ đồ bánh xe đàn hồi lăn khi có và không có lực ngang tác dụng a- Không có lực ngang; b- Có lực ngang; c- Phân bố phản lực ngang ở vết tiếp xúc. Trên hình 5-3 là sơ đồ mô tả sự lăn của bánh xe đàn hồi khi không có và khi có lực ngang tác dụng. Do độ đàn hồi bên của lốp mà khi bánh xe đàn hồi lăn dưới tác dụng của lực ngang nó sẽ lăn lệch và vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường sẽ quay tương đối đối với mặt phẳng bánh xe (hình 5-3b). Biến dạng ngang của lốp tăng dần từ phía trước ra phía sau vết tiếp xúc làm cho điểm đặt lực ngang tổng hợp Y dịch về phía sau so với tâm một lượng x (hình 5-3c). Một cách gần đúng có thể thừa nhận ; ở đây lk- chiều dài vết tiếp xúc, tức là: . jn- Hệ số bám ngang; jn = 0,85. Thành phần mô men cản quay M3 khi tính toán có thể bỏ qua (do giá trị của nó khá nhỏ so với các mô men thành phần khác) hoặc tính đến bằng một hệ số nào đó. Như vậy, nếu cho rằng trên cầu trước có hai bánh xe dẫn hướng và quy dẫn mô men cản quay của chúng về trục của đòn quay đứng thì ta được mô men cản quay tổng: (5-7) Trong đó: hdđ- Hiệu suất của dẫn động lái; hdđ= 0,98. idd - Tỷ số truyền của dẫn động lái; idd = 1,0. KM3- Hệ số tính đến ảnh hưởng của mô men ổn định các bánh xe dẫn hướng M3; Khi tính toán có thể lấy KM3 =1,07-1,15. Chọn KM3 = 1,15. Thế vào (5-7) ta được: [N.m] 5.3. Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng Lực cần thiết tác dụng lên vô lăng được xác định theo công thức sau (5-8) Trong đó: R- Bán kính vô lăng; R = 195 [mm] = 0,195 [m]. ic– Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái; ic = 16,2. ηt- Hiệu suất thuận cơ cấu lái; ηt = 0,99. Thế vào ( 5 - 8 ) ta được: Plvmax = 309 [N] = 30,9 [KG] Lực Plmax tính được không vượt quá giá trị cho phép là: 150 ÷ 200 [N]. Tuy nhiên để điều khiển nhẹ nhàng người ta dùng trợ lực lái. Trên xe LAND CRUISER 200 Pvlmax = 70 [N]. Chỉ số hiệu dụng trợ lực: (5-9) Ở đây : Pl - lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cường hoá; Pc- lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hoá trong những điều kiện quay vòng như trên. 5.4. Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái 5.4.1. Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái khi ô tô quay vòng tại chỗ Khi ô tô quay vòng tại chỗ sẽ sinh ra mômen cản tổng M∑ gồm: mômen cản lăn, mômen cản do phản lực ngang và mômen ổn định từ bánh xe dẫn hướng tạo ra quy dẫn về trục của trụ quay đứng. lớn nhất khi ta đánh vô lăng về bên trái hoặc bên phải hết cỡ; nghĩa là khi ta đánh vô lăng về bên trái (hoặc bên phải) 1,8 vòng thì bánh xe dẫn hướng bên trái (hoặc bên phải) quay tương ứng một góc 400 khi đó mômen cản quay vòng là lớn nhất. 5.4.1.1. Tính bền đòn quay đứng Thực tế trên ô tô LAND CRUISER các đòn quay đứng, thanh kéo bên và thanh kéo ngang được bố trí trong không gian không đồng phẳng nhưng các mặt phẳng chứa các thanh đó lệch nhau theo phương ngang (phương song song với mặt đường) một góc rất nhỏ. Do đó ta có thể xét các thanh trên chuyển động trong cùng một mặt phẳng song song với mặt đường. Hình 5-4 Sơ đồ biểu diễn lực trên đòn quay đứng Xét thanh AB cân bằng: Ta có: [N] Tính phản lực liên kết: [N] [N] Hình 5-5. Thanh chịu lực Dùng mặt cắt 1-1 tách thanh AB làm hai phần, xét sự cân bằng bên phải thanh. [N] [N] [N] Tại z = 0 [N.m] Tại z = l [N.m] Hình 5-6 Biểu đồ nội lực Q1 và Mx Thông thường đòn quay đứng của hệ thống lái trên ô tô thường làm bằng thép C35. Vì không có số liệu cụ thể nên ta tạm thời lấy cơ tính của thép C35 để kiểm nghiệm độ bền của đòn quay đứng. Tra sổ tay cơ khí, thép C35 có ứng suất uốn cho phép u = 2600 [KG/cm2] Ứng suất lớn nhất tại mặt cắt ngang có mômen uốn lớn nhất: [N/cm2] [KG/cm2] [KG/cm2]. Vậy thanh đủ bền. 5.4.1.2. Tính bền thanh kéo bên Xét thanh BC cân bằng. Trường hợp thanh BC chịu nén: Hình 5-7 Thanh BC chịu lực Dùng mặt cắt 1-1 và xét phần bên trái. [N] Thông thường thanh kéo bên của hệ thống lái trên ô tô thường làm bằng thép C35. Vì không có số liệu cụ thể nên ta tạm thời lấy cơ tính của thép C35 để kiểm nghiệm độ bền của thanh kéo bên. Tra sổ tay cơ khí, thép C35 có ứng suất nén cho phép = 2100 [KG/cm2] Ứng suất nén trên mặt cắt ngang: [N/cm2] [KG/cm2] < [KG/cm2] Trường hợp thanh BC chịu kéo ta tính tương tự. = = 496,012[KG/cm2] < [KG/cm2]. Vậy thanh BC đủ bền. 5.4.2. Tính toán kiểm nghiệm dẫn động lái khi ô tô phanh với cường độ cao Xét sự ảnh hưởng của mômen phanh đến dẫn động lái trong trường hợp ô tô phanh gấp với cường độ phanh cao (vô lăng ở vị trí ô tô đi thẳng). - Xét trường hợp ô tô chuyển động thẳng trên đường nằm ngang: Trọng lượng phân bố lên một bánh xe dẫn hướng khi phanh: [N] Trong đó: Gbx- trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng khi toàn tải; Kd- hệ số phân bố tải trọng động. Lực phanh lớn nhất được xác định theo biểu thức: [N] Trong đó: ω- hệ số bám; ω = 0,85. Z- phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên bánh xe dẫn hướng. Mômen phanh quy dẫn về trục của trụ quay đứng: [N.m] Trong đó: lv: khoảng cách từ tâm vết bánh xe tới trục trụ quay đứng. - Xét trường hợp ô tô chuyển động thẳng khi xuống dốc: Lực phanh lớn nhất được xác định theo biểu thức: [N] Trong đó: α- độ dốc của đường, α = 11,30 (ứng với độ dốc của đường là 20%) Mômen phanh quy dẫn về trục của trụ quay đứng: [N.m] Ta nhận thấy Mp và M’p đều nhỏ hơn M∑ = 967 [N.m] nên ta không cần tính bền trên các đòn quay đứng, thanh kéo bên trong trường hợp khi phanh. 5.5. Tính toán kiểm tra hình thang lái 5.5.1. Cơ sở lý thuyết Khi ta tính toán kiểm tra động học hình thang lái, người ta xác định quan hệ thực tế của các góc quay các bánh dẫn hướng đối với một ôtô cụ thể và so sánh nó với quan hệ lý thuyết (không kể đến độ biến dạng của lốp). Muốn cho ôtô quay vòng không bị trựơt thì điều kiện cần và đủ là các bánh xe phải cùng quay một tâm quay O. Với ôtô hai cầu (cầu trước dẫn hướng) tâm quay O nằm ngoài ôtô như trên hình 5-8. Hình 5-8 Sơ đồ bố trí các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng Trên hình 5-8 theo lý thuyết ô tô ta có góc a > b và 0 < a < 400. Hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo cho hai bánh xe dẫn hướng quay vòng với góc a và b theo quan hệ không đổi đảm bảo điều kiện quay vòng không trượt như sau: cotgb - cotga = (5-10) Trong đó: a - Góc quay của bánh dẫn hướng phía trong; b - Góc quay bánh dẫn hướng phía ngoài; m - Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng; L - Chiều dài cơ sở của xe. Phương trình (5-10) chưa kể đến độ biến dạng bên của các bánh xe. Để khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa a và b vẫn giữ được như theo phương trình (5-10) thì hình thang lái phải hoàn toàn xác định. Thực tế hình thang lái không thể hoàn toàn thoả mãn quan hệ trong công thức (5-10) nhưng có thể chọn một quan hệ cơ cấu hình thang lái cho ta sai lệch với quan hệ lý thuyết một ít. Nối trung điểm G của cạnh AB với điểm D, đường GD cắt OB tại E. Nối AE, từ E hạ EF vuông góc với AB. Từ đó ta có: Cotg(EBF) = Cotgb = (5-11) Cotg(EAF) = (5-12) Từ (5-11) và (5-12) ta suy ra: Cotgb - CotgEAF = = 2 (5-13) Mà (Vì hai tam giác GEF và GDA đồng dạng) Suy ra : = Tức là: Cotgb - CotgEAF = Ta suy cotg(EAF) = cotga, tức là (EAF) = a. Đây là cơ sở phương pháp kiểm tra hình thang lái có sẵn trên ôtô cụ thể. 5.5.2. Tính toán kiểm tra động học quay vòng Ta có: - Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng: m = 1360 [mm]; - Chiều dài cơ sở của xe: L = 2850 [mm]; - Chiều dài thanh kéo: n = 1445 [mm]; - Chiều dài thanh kéo ngang: l2 = 370 [mm]; - Chiều dài đòn quay đứng: l1 = 168 [mm]; - Góc của đòn quay đứng khi ô tô chạy thẳng: θ1 = 150. Hình 5-9 Sơ đồ tính toán động học quay vòng của hình thang lái - Đặt gốc tọa độ xO2y như hình vẽ, khi đó các điểm sẽ có tọa độ tương ứng là: D(xD;yD); yD = 220 [mm], xD = 320 [mm]. B(xB;yB); yB = yD = 220 [mm], xB = 1055 [mm]. F’(xF’;yF’); L’(xL’;yL’). + Xét đòn quay bên phải FO2, ta lập được hệ phương trình: (1) (2) Thay (2) vào (1) và rút gọn ta được pt bậc hai theo xF’: và: Ta có: + Xét đòn quay bên trais LO1, ta lập được hệ phương trình: (1’) (2’) Thay (2’) vào (1’) và rút gọn ta được pt bậc hai theo xL’: và: Ta có: Lập bảng tính Excel ta tìm được nghiệm của các pt trên và tìm được mối liên hệ giữa góc quay thực tế và lý thuyết của các bánh xe dẫn hướng. Bảng 5-2 Bảng tính 1 ∆x a b c ∆ xL’ yL’ α(độ) 0.001 0.574 -1.560 1.057 0.008 1.437 0.123 1.0 0.012 0.569 -1.549 1.050 0.008 1.439 0.122 5.5 0.016 0.559 -1.525 1.036 0.008 1.442 0.120 7.2 0.018 0.555 -1.513 1.029 0.008 1.444 0.119 8.0 0.020 0.550 -1.502 1.022 0.008 1.446 0.118 8.8 0.022 0.545 -1.490 1.015 0.008 1.447 0.117 9.7 0.024 0.540 -1.478 1.008 0.008 1.449 0.116 10.5 0.026 0.536 -1.467 1.001 0.008 1.451 0.115 11.3 0.028 0.531 -1.455 0.994 0.008 1.452 0.114 12.2 0.030 0.526 -1.444 0.987 0.008 1.454 0.113 13.0 0.032 0.522 -1.433 0.980 0.007 1.456 0.112 13.9 0.034 0.517 -1.421 0.973 0.007 1.457 0.110 14.7 0.036 0.513 -1.410 0.966 0.007 1.459 0.109 15.6 0.038 0.508 -1.399 0.960 0.007 1.461 0.108 16.4 0.040 0.504 -1.388 0.953 0.007 1.462 0.107 17.3 0.042 0.499 -1.377 0.946 0.007 1.464 0.105 18.2 0.044 0.495 -1.366 0.939 0.007 1.465 0.104 19.0 0.046 0.490 -1.355 0.933 0.007 1.467 0.103 19.9 0.048 0.486 -1.344 0.926 0.007 1.469 0.101 20.8 0.050 0.482 -1.334 0.919 0.007 1.470 0.100 21.7 0.052 0.478 -1.323 0.913 0.007 1.472 0.099 22.5 0.054 0.473 -1.312 0.906 0.007 1.473 0.097 23.4 0.056 0.469 -1.302 0.900 0.007 1.475 0.096 24.3 0.058 0.465 -1.291 0.893 0.007 1.476 0.094 25.2 0.060 0.461 -1.281 0.887 0.007 1.478 0.093 26.1 0.062 0.457 -1.270 0.880 0.006 1.479 0.091 27.0 0.064 0.453 -1.260 0.874 0.006 1.480 0.089 27.9 0.066 0.448 -1.250 0.867 0.006 1.482 0.088 28.8 0.068 0.444 -1.240 0.861 0.006 1.483 0.086 29.7 0.070 0.440 -1.230 0.855 0.006 1.485 0.084 30.6 0.072 0.436 -1.220 0.848 0.006 1.486 0.083 31.5 0.074 0.433 -1.210 0.842 0.006 1.487 0.081 32.4 0.076 0.429 -1.200 0.836 0.006 1.489 0.079 33.4 0.078 0.425 -1.190 0.830 0.006 1.490 0.077 34.3 0.080 0.421 -1.180 0.823 0.006 1.491 0.076 35.2 0.082 0.417 -1.170 0.817 0.006 1.492 0.074 36.2 0.084 0.413 -1.161 0.811 0.006 1.493 0.072 37.1 0.086 0.410 -1.151 0.805 0.005 1.495 0.070 38.1 0.088 0.406 -1.141 0.799 0.005 1.496 0.068 39.0 0.096 0.402 -1.132 0.793 0.005 1.497 0.066 40.0 Bảng 5-3 Bảng tính 2 α(độ) ∆x βLT xF’ yF’ βTT ε(%) 1.0 0.001 0.99 -0.127 0.652 1.00 0.49 5.5 0.014 5.26 -0.061 0.360 5.39 2.39 7.2 0.016 6.78 -0.037 0.264 6.98 2.96 8.0 0.018 7.54 -0.027 0.216 7.78 3.22 8.8 0.020 8.28 -0.021 0.188 8.57 3.46 9.7 0.022 9.03 -0.017 0.170 9.36 3.68 10.5 0.024 9.76 -0.013 0.157 10.14 3.88 11.3 0.026 10.50 -0.011 0.148 10.93 4.06 12.2 0.028 11.23 -0.008 0.141 11.71 4.22 13.0 0.030 11.96 -0.006 0.135 12.48 4.36 13.9 0.032 12.69 -0.004 0.131 13.26 4.47 14.7 0.034 13.42 -0.002 0.128 14.03 4.57 15.6 0.036 14.15 0.000 0.126 14.80 4.64 16.4 0.038 14.87 0.001 0.124 15.57 4.69 17.3 0.040 15.60 0.003 0.122 16.33 4.72 18.2 0.042 16.33 0.004 0.121 17.10 4.72 19.0 0.044 17.05 0.006 0.120 17.86 4.70 19.9 0.046 17.79 0.008 0.120 18.61 4.65 20.8 0.048 18.52 0.009 0.119 19.37 4.58 21.7 0.050 19.26 0.011 0.119 20.12 4.48 22.5 0.052 20.00 0.012 0.119 20.87 4.35 23.4 0.054 20.74 0.014 0.119 21.61 4.19 24.3 0.056 21.49 0.015 0.119 22.35 4.01 25.2 0.058 22.25 0.017 0.119 23.09 3.79 26.1 0.060 23.01 0.019 0.120 23.83 3.55 27.0 0.062 23.78 0.020 0.120 24.56 3.27 27.9 0.064 24.56 0.022 0.121 25.29 2.96 28.8 0.066 25.35 0.024 0.121 26.01 2.61 29.7 0.068 26.15 0.025 0.122 26.73 2.23 30.6 0.070 26.96 0.027 0.123 27.45 1.81 31.5 0.072 27.78 0.029 0.123 28.16 1.36 32.4 0.074 28.62 0.031 0.124 28.87 0.87 33.4 0.076 29.48 0.033 0.125 29.57 0.33 34.3 0.078 30.35 0.034 0.126 30.27 0.24 35.2 0.080 31.23 0.036 0.127 30.96 0.86 36.2 0.082 32.14 0.038 0.128 31.65 1.53 37.1 0.084 33.07 0.040 0.129 32.33 2.24 38.1 0.086 34.03 0.042 0.130 33.01 3.00 39.0 0.088 35.01 0.044 0.131 33.68 3.81 40.0 0.096 35.60 0.046 0.132 34.00 4.68 Từ bảng 5.3 ta thấy sai số tương đối giữa góc quay thực tế so với góc quay lý thuyết ε luôn nhỏ hơn 5%. Vậy ta kết luận hình thang lái của ô tô LAND CRUISER 200 có chất lượng tốt; nghĩa là các bánh xe dẫn hướng ít bị trượt khi quay vòng. Hình 5-10 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa góc quay các bánh xe dẫn hướng 6. Chẩn đoán những hư hỏng của hệ thống lái ôtô LAND CRUISER 200 và 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. 6.1. Độ rơ vành tay lái tăng Độ rơ vành tay lái lớn nhất cho phép là 30 [mm], nếu lớn hơn có thể do các nguyên nhân sau: - Vòng bi trục bánh xe bị mòn; - 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; 6.2. 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. 6.3. Áp suất của cường hóa lái thủy lực hệ thống lái không ổn định + Van lưu thông của bơm bị bẩn: - Van lưu thông hạn chế việc nạp dầu vào bộ cường hoá khi số vòng quay của động cơ tăng lên. Van bị bẩn sẽ làm cho bộ cường hoá làm việc không bình thường . Áp suất trở nên không điều. - Chỉ được phép đổ vào hệ thống cường hoá loại dầu sạch và đúng tiêu chuẩn, khi đổ phải dùng phểu lọc sạch. Trong thùng dầu trên đường dầu về phải có lưới lọc. Dùng dầu bẩn sẽ làm cho các chi tiết của bơm và bộ cường hoá thuỷ lực bị mòn nhanh chóng. + Ống dẫn dầu của bơm bị vỡ: - Áp suất dầu không đồng đều của bộ cường hoá thuỷ lực hệ thống lái phát sinh do dầu bị chảy rò mạnh qua những đoạn ống dẫn hỏng. + Bơm dầu không làm việc hoặc làm việc không ổn định: - Kiểm tra dây đai xem có bị chùng hay hỏng không, nếu bị hỏng phải thay dây đai mới. Lưu ý: Dùng dưỡng do độ căng dây đai dẫn động; đai mới: 45-55 kgf, đai cũ: 25-35 kgf. Nếu độ căng đai không như tiêu chuẩn hãy thay nó. + Không khí lọt vào hệ thống cường hóa lái: - Không khí có thể lọt vào bộ cường hoá thuỷ lực khi thay thế dầu. Điều đó sẽ làm cho áp suất bộ cường hoá thuỷ lực không đồng điều. + Mức dầu của bơm trong bình dầu không đủ hoặc có bọt: - Mức dầu đúng quy định trong bình dầu phải lên tới mức đánh dấu. Mức dầu thấp làm cho khí lọt vào hệ thống. Do vậy phải luôn luôn kiểm tra mức dầu trên bình dầu. Kiểm tra xem có bọt hoặc vẩn đục không, nếu có bọt hoặc vẩn đục thì xả khí hệ thống lái. + Đế van an toàn của bơm không xiết chặt: - Van an toàn giới hạn áp suất dầu trong hệ thống cường hoá lái khi xe chạy ở tốc độ cao hay quá tải. Cũng có trường hợp bơm bắt đầu làm việc không điều, ảnh hưởng xấu tới việc điều khiển. Thông thường hiện tượng này là do đế van an toàn của bơm bị lỏng. Điều này có thể do siết đế van không chặt trong quá trình lắp ráp. Để phục hồi lại áp suất quy định của bơm, cần thiết phải siết lại đế van an toàn. + Lướt lọc của bơm bị bẩn: - Trong bầu lọc có đặc hai lưới lọc. Lưới thứ nhất là để lọc sạch dầu khi đổ vào hệ thống, lưới thứ hai lọc tất cả dầu đi từ bộ cường hoá về bơm. Trường hợp các lưới lọc bị bẩn, bộ cuờng hoá thuỷ lực sẽ không làm việc được. + 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. + Xe có xu hướng chuyển động lệch: - 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. + 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. + 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. + Bơm làm việc có tiếng ồn: - Do dầu trong bình không đủ, khí lọt vào hệ thống thuỷ lực, trục bơm bị cong hoặc joăng đệm cổ bơm bị hư hỏng, các đệm và joăng của cơ cấu lái bị mòn hoặc hỏng, các đường ống cao áp hoặc thấp áp bị hỏng, các đầu nối bị lỏng. - Cần đổ dầu đúng mức quy định xả khí, nắn thẳng lại trục bơm, thay thế các đệm roăng làm kín, thay thế các đường ống cao áp và thấp áp bị hỏng, siết chặc các đầu nối. 7. Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 7.1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái Trong bảo dưỡng kỹ thuật hàng ngày, kiểm tra khoảng chạy tự do của tay lái và cả tác động của hệ thống lái đối với đường đi của ôtô. Cần xem tình trạng bên ngoài các tấm đệm khít của cácte cơ cấu lái để ngăn ngừa tình trạng rò rỉ dầu. Trong bảo dưởng kỹ thuật cấp một, kiểm tra độ kín khít của những mối ghép nối của bộ trợ lực lái, vặn chặt các đai ốc bắt chặt cơ cấu lái vào khung xe, các chốt cầu của đòn lái. Bảo dưởng kỹ thuật cấp hai gồm những việc sau đây: cọ rửa bầu lọc của bơm trợ lực, kiểm tra độ bắt chặt của đòn quay đứng vào trục và chốt cầu vào đòn quay đứng kiểm tra khe hở trong cơ cấu lái và nếu khe hỏ vượt quá giới hạn quy định thì điều chỉnh lại. 7.1. 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. 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 định 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 cacte 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 nắp thanh chuyển hướng ngang hay từng chi tiết. Nếu cần thiết thì tháo rời khớp của nắp. 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. Những hư hỏng đặc trưng của bộ trợ lực lái là không có lực tác dụng ở bất kỳ tần số quay nào của động cơ, lực không đủ lớn và không đồng điều khi quay tay lái sang bên này hay bên kia. Để khắc phục hư hỏng trên hay tháo rời bơm ra, xả hết dầu nhờn, cọ rửa cẩn thận các chi tiết. Khi tháo lắp và sửa chữa bơm, không được tách riêng cụm chi tiết nắp bơm và van chuyển, stato, rôto và cánh bơm. 8. Kết luận Sau 15 tuần làm đồ án với đề tài khảo sát hệ thống lái trên xe LAND CRUISER 200 đến nay đồ án của em đã cơ bản hoàn thành. Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu để thực hiện đồ án, kiến thức thực tế cũng như kiến thức căn bản của em được nâng cao hơn. Em đã hiểu được sâu sắc hơn về hệ thống lái, đặc biệt là hệ thống lái xe LAND CRUISER 200. Biết được các kết cấu mới và nhiều điều mới mẻ từ thực tế. Em cũng học tập được nhiều kinh nghiệm trong công tác bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái nói chung, và hệ thống lái xe LAND CRUISER 200 nói riêng, khái quát được các kiến thức chuyên ngành cốt lõi. Để hoàn thành được đồ án này trước hết em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô của khoa cơ khí giao thông trường đại học bách khoa Đà Nẵng đã hướng dẫn chỉ bảo em từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành. Em chân thành cảm ơn sâu sắc thầy Phan Minh Đức đã tận tình, chỉ bảo giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Do thời gian có hạn, kiến thức và tài liệu tham khảo còn nhiều hạn chế cũng như thiếu những kinh nghiệm thực tiễn cho nên đồ án không tránh khỏi sai sót. Em rất mong các thầy cô góp ý để đồ án tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Minh Đức. “Bài giảng môn học lý thuyết ô tô”. Đà Nẵng; 2007. [2] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Thái Phạm Minh, Nguyễn Văn Tài, và Lê Thị Vàng. “Lý thuyết ô tô máy kéo”. Hà Nội: NXB Khoa học kỹ thuật; 1996. [3] Nguyễn Hửu Cẩn, Trần Đình Kiên. “Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo tập III”. Hà Nội: NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp; 1985. [4] Dương Văn Đức. “Ô tô”. Hà Nội: NXB Xây dựng; 2006. [5] Nguyễn Hoàng Việt. “Kết cấu và tính toán ô tô”. Đà Nẵng: Trường Đại học bách khoa; 2007. [6] Quốc Bình, Văn Cảnh. “Kỹ thuật sữa chữa xe ô tô”. Hà Nội: NXB Giao thông vận tải; 2009. [7] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm. “Thiết kế chi tiết máy”. Hà Nội: NXB Giáo dục; 2004. [8] Phan Tiến Bé. “Hệ thống điều khiển ô tô”. Đà Nẵng; 2007. [9] Nguyễn Khắc Trai. “Cấu tạo gầm ô tô tải, ô tô buýt”. Hà Nội: NXB Giao thông vận tải; 2003. [10] Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Lê Châu Thành. “Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô”. Đà Nẵng: Đại học bách khoa; 2005. [11] Tháng 02-2009. Tháng 02-2009. Tháng 02-2009.