Mục Lục ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe Kia Sorento 2015

Chương I3

TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI3

1.1. Mô tả chung hệ thống lái.3

1.2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ô tô.5

Chương II. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU.. 25

CỦA HỆ THỐNG LÁI25

2.1. Giới thiệu về xe ô tô Kia Sorento 2015.25

2.2. Các thông số của xe Sorento 2015 .26

2.3. Hệ thống lái trên xe Kia Sorento 2015.27

Chương III35

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI35

3.1. Tính toán động học hình thang lái.35

3.2. Tính toán thiết kế cơ cấu lái trục vít – ê cu bi – thanh răng – cung răng.43

3.3. Tính bền các chi tiết còn lại của hệ thống lái52

3.4. Thiết kế hệ thống cường hóa lái.60

Chương IV.. 71

BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI71

4.1. Bảo dưỡng kĩ thuật hệ thống lái71

4.2. Sửa chữa hệ thống lái71

4.3. Quy trình bảo dưỡng kĩ thuật hệ thống lái72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ78

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 79

 

LỜI NÓI ĐẦU

     Trên nền tảng đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế đó là sự thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và sự hội nhập của các ngành công nghiệp công nghiệp, kĩ thuật ô tô ở nước ta ngày càng chú trọng và phát triển. Một số vấn đề lớn đặt ra đó là sự hội nhập, tiếp thu những công nghệ phát triển vào việc lắp ráp sản xuất cũng như sử dụng bảo dưỡng trên xe ô tô. 

    Hệ thống lái là một hệ thống quan trọng của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô hoặc giữ cho ô tô chuyển động xác định theo một hướng nào đó. Một hệ thống lái hoàn thiện về kết cấu, điều khiển dễ dàng sẽ giúp ta điều khiển xe dễ dàng, thoải mái đảm bảo an toàn của xe trong quá trình vận hành khai thác. Đồng thời nó còn nâng cao tính tiện nghi, hiện đại của xe.

   Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kĩ thuật hiện đại. Em đã được giao nhiệm vụ “ Tính toán thiết kế hệ thống lái ô tô trên xe KIA SORENTO 2015 ”. Đề tài bao gồm 4 phần chính như sau:

-   Chương I: Tổng quan hệ thống lái

-   Chương II: Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái

-   Chương III: Tính toán thiết kế hệ thống lái ô tô 

-   Chương IV: Bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống lái

Sau khi được nhận đề tài này, được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy Trần Ngọc Vũ nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Tuy nhiên, do trình độ và thời gian tìm hiểu còn nhiều hạn chế, kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy để đề tài được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Vĩnh Phúc ngày....tháng....năm 2018

 

Chương I

TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI

1.1.Mô tả chung hệ thống lái.

1.1.1. Công dụng hệ thống lái

Hình 1. Hệ thống lái trên ô tô

       Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ  phương chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ô tô khi cần thiết .

        Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vành lái tiếp nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới các thanh dẫn động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng. Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe.       

       Để quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực. Đồng thời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh xe. Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay vòng.

1.1.2. Các trạng thái quay vòng của xe.

      Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá trình phức tạp. Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vị trí góc quay của vành tay lái nhất định q_vl xe sẽ quay vòng với một bán kính quay vòng R₀ tương ứng. Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quay vòng đủ).

         Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay vòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái quay vòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo.

         Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R₀ người lái phải tăng góc quay vành lái một lượng q_vl. Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R₀ người lái phải giảm góc quay vành lái  một lượng  q_vl.

      Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm, làm mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng). Ở  những trạng thái này yêu cầu người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt. Vấn đề chất tải, độ đàn hồi của lốp cũng có ảnh hưởng tới tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn .

Hình 1.1-Các trạng thái quay vòng của xe.

1.1.3. Phân loại hệ thống lái.

     Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:

1.1.3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng.

+Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS).

+Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS).

1.1.3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực.

+Hệ thống lái cơ khí.

+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén.

1.1.3.3.  Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.

+Cơ cấu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn.

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi

     + Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.

1.1.3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái.

+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đường bên phải).

+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).

1.1.4.  Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.

       Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:

ü  Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé.

ü  Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái.

ü  Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khi quay vòng.

ü  Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng.

ü  Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái

ü  Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái.

ü  Giữ chuyển động thẳng ổn định.

ü  Hệ thống lái phải bố trí thụân tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.

1.2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ô tô.

Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái

1.Vành lái                   2.Trục lái                   3.Cơ cấu lái                4.Đòn quay đứng 5.Đòn kéo dọc            6.Hình thang lái         7.Đòn quay ngang      8.Trụ xoay đứng 9.Bánh xe

1.2.1. Vành lái.

    Vành lái có dạng vành tròn. Lực của người lái tác dụng lên vành lái tạo ra mô men quay để hệ thống lái làm việc. Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái.

                                              M_vl=P_l.r_vl.

                           Trong đó:

 M_vl : Là mô men vành lái

                                 P_l :  Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái

    r_vl : Là bán kính vành lái.

      Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con không được vượt quá 8.

1.2.2. Trục lái.

     Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục lái chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và ống truc lái để cố định trục lái vào thân xe. Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp thụ va đập. Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có va đập  mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra.

     Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi được góc nghiêng và loại trục lái không thay đổi được góc nghiêng.

     Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có thêm một số cơ cấu điều khiển như : cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái để có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái, hệ thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và đạt được vị trí ngồi lái tốt nhất  cho người lái .

1.2.3. Cơ cấu lái.

        Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến các bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18 đến 20 đối với xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải .

 1.2.3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái.

     Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

+     Có thể quayđược cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.

+     Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái

+     Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết.

+     Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái.

+     Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất.

+     Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao.

+     Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp.

     Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ măt đường lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít, nhưng nếu độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của xe. Độ đàn hồi của hệ thống lái được xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vành lái vô lăng và mô men đặt trên vành lái. Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào độ đàn hồi của các phần tử  như cơ cấu lái, các đòn dẫn động.

  1.2.3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái:    

       Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng.

      Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái phải quay vô lăng nhiều hơn khi quay vòng.

     Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quay của vô lăng thì bánh xe phải quay được tối đa  từ 35⁰ đến 45⁰ từ vị trí trung gian trở đi. Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất được thể hiện trên giản đồ bên:  

   Trong phạm vi góc quay q£p/2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại đảm bảo chính xác cao trong khi lái ôtô trên đường thẳng với tốc độ cao và giúp lái nhẹ nhàng vì đa số thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ quanh vị trí trung gian. Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo qui luật như thế sẽ giảm ảnh hưởng của những va đập từ bánh dẫn hướng lên vành lái.

   Khi q > p/2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu như không thay đổi. Ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hướng quay một góc lớn giúp khả năng quay vòng của ôtô tốt hơn. 

  1.2.3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái i_d

    Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn. Trong quá trình bánh xe dẫn hướng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay đổi. Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9 ¸ 1,2

  1.2.3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái i_l

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

                                                                               (1 - 2)

                                                        (1 - 3)

   Trong đó:

Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe.

c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đường trục đứng kéo dài.

M_l - mômen lái đặt trên vành lái.

r - bán kính vành tay lái.

   Như vậy ta có:

                                                                                 (1 - 4)    

  Bán kính vành tay lái ở da số ôtô hiện nay là 200 ¸ 250mm và tỷ số truyền góc i_g không vượt quá 25 vì vậy i_l không được lớn quá, i_l hiện nay chọn khoảng từ 10 ¸ 30.

  1.2.3.5. Hiệu suất thuận

     Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống. Hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất thuận cao. 

  1.2.3.6. Hiệu suất nghịch

     Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trục lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì  các lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyển động của ôtô sẽ không truyền đến bánh lái được vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái. Nhưng không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì khi đó bánh lái xẽ không tự trả lại được về vị trí ban đầu dưới tác dụng của mômen ổn định. Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ đường tác dụng lên hệ thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái được thiết kế với một hiệu suất nghịch nhất định.    

   1.2.3.7 Một số loại cơ cấu lái thường dùng:

   1.2.3.7. 1. Cơ cấu lái trục vít chốt quay

   Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:

+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.

+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.

Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Ưu điểm:

      Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trước. Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi.

1.2.3.7. 2. Cơ cấu lái trục vít con lăn

Loại cơ cấu lái này được sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít glôbôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba tầng ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.

* Trục lái của hệ thống được ép căng với trục vít lõm, nhận chuyển động từ vành lái. Trục vít lõm ăn khớp với con lăn đặt trên các ổ bi kim và có khả năng điều chỉnh dọc trục thông qua các lá căn ở trên mặt bích đầu trục. Con lăn có thể là 1, 2, 3 răng, tuy nhiên thường dùng loại 3 răng để giảm áp lực tác dụng lên con lăn. Con lăn quay trơn trên trục thông qua ổ bi kim. Con lăn có góc ren ăn khớp với trục vít . Trục con lăn mang theo con lăn quay trên trục bị động  của cơ cấu lái. Đầu ngoài của trục bi động có xẻ rãnh then hoa liên kết với đòn quay đứng của dẫn động lái. Toàn bộ cơ cấu lái làm việc trong dầu bôi trơn và vỏ cơ cấu lái được bắt chặt trên khung xe.

  - Để con lăn tiếp xúc với mặt xoắn ốc của trục vít , giữa tâm con lăn và trục vít có độ lệch tâm (5-7 mm) và để sử dụng khi chỗ ăn khớp bị mòn, khi đó có thể điều chỉnh ăn khớp bằng cách đẩy sâu con lăn vào ăn khớp với trục vít tạo nên khả năng ăn khớp mới với độ dơ cho phép thông qua đai ốc điều chỉnh ở đầu trục bị động.

   - Dùng trục vít lõm nên cho phép tỷ số truyền có thể thay đổi tuy nhiên mức độ thay đổi không lớn lắm (5% - 10%).

  - Hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch nên đảm bảo giảm va đập từ mặt đường lên tay lái. Con lăn quay trơn nhờ ổ bi kim, nên giảm được ma sát.

  - Hiệu suất thuận 0,6 - 0,7: Hiệu suất nghịch 0,3 - 0,5.

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

      Gồm một trục vít có hai đầu đ­ược đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít và êcu có rãnh tròn có chứa các viên bi lăn trong rãnh. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đ­ường hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.

       Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này làm quay răng rẻ quạt. Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng. Khi bánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm quay bánh xe dẫn h­ướng.

                                   Hình 1.6- Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.

1. Vỏ cơ cấu lái         2. ổ bi dưới       3.Trục vít           4. Êcu bi     5. Ổ bi trên                

6. Phớt     7. Đai ốc điều chỉnh   8. Đai ôc hãm    9. Bánh răng rẻ quạt    10.Bi

      Cơ cấu lái kiểu trục vít- êcu bi – cung răng có ­ưu điểm lực cản nhỏ, ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn).

   1.2.3.7.4.Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.

   Cơ cấu lái kiểu này thường được phổ biến trên các loại xe có 4-5 chỗ ngồi. Có hai dạng cấu tạo sau:

  + Thanh răng liên kết với đòn ngang bên qua ổ bắt bu lông.

  + Thanh ngang liên kết với đòn ngang bên ở hai đầu thanh răng.

Hình 1.7: Sơ đồ cơ cấu lái thanh răng bánh răng

1: Trục lái, 2: Chụp nhựa, 3: Đai ốc điều chỉnh, 4: Ổ bi trên, 5: Vỏ cơ cấu lái

6: Dẫn hướng thanh răng, 7: Đai ốc, 8: Đai ốc điều chỉnh, 9: Lò xo

10: Thanh răng, 11: trục trăng, 12: Ổ bi dưới

 * Đặc điểm: Thanh răng được cắt răng ở một phía, phần còn lại có tiết diện tròn. Thanh răng được trượt lên các bạc trượt hình vành khăn. Một bạc trượt nằm ở phía dưới không cắt răng và một bạc trượt nửa hình vành khăn tùy ở phía dưới thanh răng và có thể điều chỉnh thông qua ê cu điều chỉnh nằm phía dưới cơ cấu lái. Giữa bạc trượt và ê cu có khe hở để đảm bảo tác dụng của lo xo tỳ, tỳ sát bạc và thanh răng. Ê cu được khóa để tránh sự tự nối lỏng.

 * Ưu điểm:

  + Do ăn khớp trực tiếp nên có độ nhạy cao.

  + Sự truyền mô men tốt do sức cản trong cơ cấu nhỏ nên tay lái nhẹ.

  + Hiệu suất thuận bằng hiệu suất nghịch bằng 0,8-0,9.

  + Độ dơ của cơ cấu lái nhỏ và có khả năng tự động điều chỉnh.

  + Cấu trúc đơn giản, gọn nhẹ. Các cơ cấu được bọc kín nên ít phải bảo dưỡng và sữa chữa.

1.2.4. Dẫn động lái.

      Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của bánh xe. Dẫn động lái phải đảm bảo các chức năng sau:

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

+   Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiện tượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng.

+   Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang   và đòn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng một góc thì các bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định. Hình thang lái có thể bố trí trước hoặc sau cầu dẫn hướng tùy theo bố trí chung.

Quan hệ hình học ACKERMAN.

     Quan hệ hình học ACKERMAN biểu thị quan hệ góc quay của các bánh xe dẫn hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe nằm trên  đường kéo dài của tâm trục cầu sau .

Hình 1.8- Quan hệ hình học của ACKERMAN.

Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu) phải quay theo các góc a, b khác nhau và quan hệ hình học được xác định theo biểu thức sau :

                                     (1- 5)

      Trong đó :

        L : chiều dài cơ sở của xe.

        B₀ : khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng trong mặt phẳng  đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đường .

       a, b : Góc quay của bánh xe dẫn hướng  phía trong và phía ngoài   

      Để đảm bảo điểu kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi là hình thang lái Đantô. Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần đúng điều kiện trên, song do kết cấu đơn giản nên được dùng rất phổ biến. Mỗi một chủng loại xe, có kích thước và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ  hình học của cơ cấu lái 4 khâu với quan hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc  quay bánh xe dẫn  hướng lớn. Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0⁰30^’ đến 1⁰ khi bánh xe dẫn hướng ở vùng quay vòng gấp.

      Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh lái Đantô như sau:

     Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các bánh xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu (rotuyl lái). Các đòn bên quay quanh đường tâm trụ đứng (hình 1.8)

                     Hình 1.9 - Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền.

1. Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền.
2. Đòn kéo ngang nằm trước dầm cầu.

      Trên hệ thống treo độc lập, số lượng các đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảo các bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau.

   Số lượng các đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố trí cơ cấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình học ACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantô. Hai phương pháp  bố trí dẫn động lái điển  hình  ở hệ thống treo độc lập  được trình  bày theo hình 1.9:

Hình1.10 - Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập

1. Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu.
2. Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu.

Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn hướng và hai hình thang lái 4 khâu Đantô.

Hình 1.11-Bố trí hai cầu trước dẫn hướng

        Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thường nằm trong khoảng từ 0,85 đến 1,1.

1.2.5. Các góc đặt bánh xe.

     Để tránh trường hợp người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hoặc người lái phải tác dụng một lực lớn để quay vòng xe, các bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất. Những góc này được gọi chung là góc đặt bánh xe. Nếu các góc đặt bánh xe không đúng thì có thể dẫn đến các hiện tượng sau:   

+ Khó lái.                                                           + Trả lái trên đường vòng kém.

    + Tính ổn định lái kém.                                    + Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh).

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

     Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc Camber, và đo bằng độ.

Hình 1.12- Góc CAMBER.

      Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trục trước và hệ thống treo trước. Đồng thời giảm cánh tay đòn của phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen  tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái.

      Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe nghiêng theo hướng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các bánh xe trong nghiêng ra ngoài so với thân xe. Để các bánh xe lăn gần vuông góc với mặt đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo độc lập thì góc Camber thường âm.

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

    Góc nghiêng dọc của trụ đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa trụ xoay đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe tiếp xúc giữa lốp và mặt đường được gọi là khoảng Caster.

     Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe vào đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi xe đi vào đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Y_b.

                                          Hình 1.13  Caster và khoảng Caster

      Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều tiến của xe (Caster dương) thì phản lực bên Y_b của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc một mô men ổn định, mô men đó được xác định bằng công thức sau:

                                      M=Y_b.c                                                    (1- 6)

      Mômen này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi nó bị lệch khỏi vị trí này. Nhưng khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực để khắc phục mô men này. Vì vậy, góc Caster thường không lớn. Mômen này phụ thuộc vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Đối với các xe hiện đại thì trị số của góc Caster bằng khoảng từ  0⁰đến 3⁰.

1.2.5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin).

Hình 1.14 - Góc KingPin

Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe. Góc Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó và phương thẳng đứng.

Tác dụng:

Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r₀. Nếu r₀ lớn sẽ sinh ra mô men lớn quanh trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh lái. Do vậy giá trị của r₀ có thể được giảm để giảm lực đánh lái, phương pháp để giảm r₀ là tạo Camber dương và làm nghiêng trụ quay đứng (tạo góc KingPin)

Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho các bánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do có mômen phản lực (gọi là mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe. Giá trị của mômen ngược phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin.

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

Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trước của các bánh xe gần nhau hơn phía sau thì gọi là độ chụm. Nếu bố trí ngược lại là độ mở.

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 tải khi xe đi thẳng. Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành lái.

Hình 1.15 Độ chụm

 Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn P_f ngược chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Lực P_f 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.

Hình 1.16 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.

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.

1.2.6. Hệ thống lái có trợ lực.

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

     Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái. Trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái. Ngoài ra để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường. Kết quả là cần một lực lái lớn hơn.

      Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái nhỏ, phải có một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái.

-Các yêu cầu của cường hoá:

     + Khi hệ thống của trợ lực lái có sự cố thì  hệ thống lái vẫn có thể làm việc. Nếu có hư hỏng xảy ra làm ngưng việc cấp dầu từ  bơm đến  cơ cấu lái thì người  lái vẫn có thể điều khiển được xe.

     + Đảm bảo lực lái thích hợp : Công dụng chính của trợ lực là giảm lực đánh lái, mức độ giảm lực lái phải phù hợp với từng điều kiện chuyển động của xe. Nói chung, cần lực lái lớn khi xe đứng yên hay chay chậm. Ở tốc độ trung bình cần lực lái nhỏ hơn và lực lái giảm dần khi tốc độ tăng. Chỉ cần lực lái nhỏ khi tốc độ xe cao vì  ma sát giữa bánh xe và mặt đường giảm. Nói cách khác phải đạt được lực lái phù hợp ở bất kỳ dải tốc độ nào và cùng lúc đó “cảm giác đường” phải được truyền tới người lái.

     + Khắc phục hiện tượng tự cường hoá khi ôtô vượt  qua chỗ lõm, đường xấu. Có khả năng cường hoá lúc lốp xe bị hỏng, để khi đó người lái vừa phanh ngặt, vừa giữ được hướng chuyển động ban đầu của xe.

     + Thời gian tác động của cường hoá phải là tối thiểu.

     Như vậy sử dụng hệ thống trợ lực lái phải đảm bảo tính năng vận hành của xe, giảm được lực đánh lái. Tuy nhiên, hệ thống lái có trợ lực kết cấu phức tạp hơn và khối lượng bảo dưỡng cũng tăng lên so với hệ thống lái không có trợ lực.

1.2.6.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái.

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

+   Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến

+   Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh

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

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

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

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

     Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phân phối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung. Còn nguồn năng lượng là một bơm cánh gạt được dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai.

1.2.6.3. Một số phương án bố trí cường hoá hệ thống lái.

    Hệ thống trợ lực lái là một hệ thống tự điều khiển, nó bao gồm: nguồn năng lượng, van phân phối và xilanh lực. Tuỳ thuộc vào việc sắp xếp các bộ phận trên vào hệ thống lái có thể chia ra các phương án sau:

ü  Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái.

ü  Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái.

ü  Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, tách biệt với xilanh lực

ü  Van phân phối, xilanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau.

1.2.6.3.1 Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái.

Với phương án bố trí này, xilanh lực và van phân phối đều nằm trong cơ cấu lái tạo thành một cụm bao gồm: xilanh lực - van phân phối - cơ cấu lái.

     Ưu điểm của phương án này là bố trí gọn gàng, tốn ít đường ống, độ chậm tác dụng nhỏ, giảm được va đập truyền từ bánh xe lên vành lái. Tránh được khả năng phát sinh dao động của các bánh xe dẫn hướng do sự không ổn định động lực của cường hoá gây nên

   Nhược điểm là cơ cấu lái phức tạp, các chi tiết trong dẫn động lái chịu ứng suất biến dạng lớn. Do đó phải tăng khối lượng của các chi tiết của hệ thống dẫn động lái. Mặt khác, hầu như tất cả các chi tiết của hệ thống lái phải chịu tác dụng của mômen cản quay vòng toàn bộ của bánh xe dẫn hướng, điều này làm tăng độ biến dạng đàn hồi của hệ thống lái và hậu quả là làm tăng khả năng phát sinh dao động của các bánh xe dẫn hướng với các xe có tải trọng lớn. Do vậy, phương án bố trí này chỉ sử dụng cho các loại xe ôtô có khối lượng đặt trên các bánh xe dẫn hướng từ 2 đến 4 tấn.  Với xe Sorento 7 chỗ dùng cơ cấu lái trục vít - êcu bi- thanh răng bánh răng, ta có thể sử dụng phương án bố trí trợ lực này.

Hình 1.17- Bộ cường hóa lái bố trí cơ cấu lái, van phân phối

và xi lanh lực thành 1 cụm

1 - Cơ cấu lái                                                6, 9, 10  - Cơ cấu hình thang lái.

2 - Thanh kéo dọc.                       7 - Trục lái

3 - Đòn quay ngang                   8 – Vành tay lái

4 - Cơ cấu xilanh lực và van phân phối.               11 – Bánh xe dẫn hướng

5 - Cầu trước của bánh xe dẫn hướng                       12 – Trụ xoay đứng

1.2.6.3.2. Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái.

 

Trong phương án này van phân phối và xilanh lực được bố trí chung thành một cụm trên thanh kéo dọc. Kiểu bố trí như thế này cho phép ta ta có thể sử dụng nhiều cơ cấu lái khác nhau. Tuy nhiên khuynh hướng gây nên sự dao động của các bánh xe dẫn hướng sẽ cao hơn so với kiểu bố trí cơ cấu lái, van phân phối và xilanh lực thành một cụm và các đường ống dẫn có chiều dài lớn.

1.2.6.3.3. Van phân phối, cơ cấu lái đặt thành một cụm tách biệt với xilanh lực

 

Hình 1.19: Cường hóa bố trí van phân phối cơ cấu lái

thành cụm tách biệt với xi lanh lực

Ở phương án này, van phân phối được bố trí chung trong cơ cấu lái, còn xilanh lực nằm riêng rẽ. Trong kiểu bố trí này đòi hỏi các đường ống dẫn phải dài nhưng ưu điểm chính của nó lại là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi tác động của cường hoá lái, công suất của cường hoá lái dễ dàng thay đổi do xilanh lực có thể thay đổi tự do cách bố trí.   

   Nhược điểm của phương án này là đòi hỏi phải có chiều dài đường ống lớn, độ chậm tác dụng lớn hơn phương án 1.

1.2.6.3.4. Van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau.

1.2.6.4. Nguyên lý trợ lực lái.

      Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảm nhẹ lực lái. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm trong xy lanh lực. Piston trợ giúp cho việc chuyển động của thanh răng. Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston. Vì vậy nếu cần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu.

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

    Dầu từ bơm được đẩy lên van điều khiển. Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả dầu sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm. Vì áp suất dầu bên trái và bên phải piston là như nhau nên piston không chuyển động về hướng nào

 

 1.2.6.4.2. Khi quay vòng.

     Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hướng nào, giả sử quay sang phải thì van điều khiển cung di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộng hơn. Vì vậy làm thay đổi lượng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu được tạo ra. Như vậy tạo ra sự trênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải của piston. Sự trênh lệch áp suất đó làm piston dịch chuyển về phía có áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ được đẩy qua van điều khiển về bơm.

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

Chương II. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU

CỦA HỆ THỐNG LÁI

2.1. Giới thiệu về xe ô tô Kia Sorento 2015.

Có mặt trên thị trường từ đầu năm 2002, mẫu SUV cỡ trung Kia Sorento đã gặt hái được khá nhiều thành công nhất là tại thị trường quê nhà và các nước Đông Nam Á, Nga và Đông Âu.

Với chiều dài cơ sở tăng thêm 10cm so với thế hệ trước đó, nâng tổng chiều dài xe lên 4.78m, Kia Sorento 2015 được xếp vào loại SUV cỡ vừa. Kia Sorento phổ thông được sử dụng nhiều nhất hiện nay được trang bị động cơ 4 xi-lanh diesel 2.2 lít công suất 200 mã lực với lựa chọn hộp số tự động hoặc số sàn.

-                Ngoại thất

 

Kia Sorento 2015 có kích thước tổng thể lần lượt là 4.780 x 1.890 x 1.685 mm cùng chiều dài cơ sở 2.780 mm, tăng 80 mm so với phiên bản cũ.

Nhìn chung, diện mạo của Kia Sorento 2015 được thiết kế hoàn toàn mới với kiểu dáng hầm hố, lưới tản nhiệt mũi hổ cùng mô hình kim cương 3 chiều. Cụm đèn pha cũng được thiết kế lại theo hướng vuốt rộng về phía sau. Cản trước mềm mại hơn, đèn sương mù to và rộng hơn so với phiên bản cũ.

Xe được trang bị bộ vành đúc hợp kim 19 inch kết hợp với lốp cỡ 235/55 R19, giúp làm giảm ma sát không cần thiết, tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu. Đuôi xe cũng được thiết kế lại hoàn toàn khác biệt, cản sau mềm mại hơn, đèn định vị ban đêm và đèn phản quang được đặt trên cao. 

2.2. Các thông số của xe Sorento 2015 .

THÔNG SỐ KĨ THUẬT	2WD/DMT	2WD/DAT	2WD/GAT
Kích thước - trọng lượng
Kích thước tổng thể (DxRxC)	4.780x1.890x1.685 mm
Chiều dài cơ sở	2780 mm
Khoảng sáng gầm xe	185 mm
Bán kính quay vòng	5.450 mm
Trọng lượng không tải	1720 kg	1760 kg	1720 kg
Trọng lượng toàn tải	2350 kg	2390 kg	2350 kg
Dung tích thùng nhiên liệu	72 L
Số chỗ ngồi	07 chỗ
Động cơ - hộp số
Kiểu	Dầu diesel 2L	Dầu diesel 2.2L	Xăng 2.4L
Loại	4 xi lanh thẳng hàng, 16 van HLA		4 xi lanh thẳng hàng, 16 van DOHC, dua CVVT
Dung tích xy lanh	1.959 cc	2.199 cc	2.359 cc
Công suất cực đại	185Hp/ 2800rpm	200Hp/ 2800rpm	188Hp / 6000rpm
Mô men xoắn cực đại	402Nm / 1800-2500 rpm	441Nm / 1800-2500 rpm	241Nm / 3750rpm
Hộp số	Số sàn 6 cấp	Tự động 6 cấp
Dẫn động	Cầu trước/FWD
Tốc độ tối đa	200 km/h	203 km/h	202 km/h
Khả năng tăng tốc	10.4s	9.6s	10.4s
Khung gầm
Hệ thống treo trước	Kiểu MacPherson
Hệ thống treo sau	Đa liên kết
Phanh trước x sau	Đĩa x Đĩa
Trợ lực lái	Trợ lực thủy lực
Lốp xe	235/55R19
Mâm xe	Mâm đúc hợp kim nhôm

Ta chọn phiên bản Sorento 2WD/DMT có:

-Chiều dài toàn bộ: 4780 mm

-Chiều rộng toàn bộ: 1890 mm

-Chiều cao toàn bộ: 1685 mm

-Khoảng cách giữa hai trục quay đứng: B₀= 1480 mm

-Chiều dài cơ sở : L= 2780 mm

-Chiều rộng cơ sở : B= 1730 mm

-Trọng lượng không tải: G₀= 17200 N

-Phân cho cầu trước: G₀₁= 9000 N

-Phân cho cầu sau: G₀₂= 8200 N

-Trọng lượng toàn tải:  G_T= 23500 N

-Phân cho cầu trước: G₁= 11000 N

-Phân cho cầu sau: G₂= 12500 N

 -Ký hiệu lốp: 235/55R19

2.3. Hệ thống lái trên xe Kia Sorento 2015.

2.3.1. Dẫn động lái.

    Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn kéo bên. Sự quay vòng của ôtô rất phức tạp, để đảm bảo mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện. Hiện nay người ta chỉ đáp ứng gần đúng mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo nên hình thang lái. Với xe thiết kế có hệ thống treo phụ thuộc, do đó chọn phương án dẫn động lái với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4 khâu).

-Công dụng của hình thang lái :

    - Hình thang lái có tác dụng đảm bảo sự quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng. Khi đó các bánh xe dẫn hướng không có sự trượt khi xe chuyển động.

    - Đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trái và bên phải sao cho các bánh xe lăn trên các đường tròn khác nhau nhưng đồng tâm.

2.3.2. Cơ cấu lái.

  -  Dựa vào những ưu điểm đã trình bày trong phần tổng quan cơ cấu lái, ta có cơ cấu lái là loại trục vít - êcu bi - cung răng.

   - Cơ cấu lái loại này có ưu điểm là hiệu suất cao (0,65 - 0,7), độ bền cao, dễ dàng phối hợp với van phân phối và xy lanh của cường hoá thuỷ lực và hệ thống lái 4 khâu.

   - Cơ cấu lái trục vít - êcu bi – cung răng.

Hình 2.1: Cơ cấu lái trục vít- êcu bi-cung răng

1: Cốc bi, 2:Đệm điều chỉnh, 3: Vít hãm, 4,8,13,14,17: Gioang làm kín, 5,15: Ổ bi chặn, 6: Các te, 7: Xéc măng, 9: Piston –thanh răng, 10: Trục vít, 11: Bi, 12: Đường dầu, 16: Chốt cố định, 18: Van xoay, 19: Vỏ van phân phối, 20: Bạc, 21: Phớt làm kín, 22: Nắp chống bụi, 23: Trục van phân phối, 24: Trục van phân phối, 25,28: Chốt cố định, 26: Đường dầu hồi, 27: Đường dầu từ bơm, 29: Đường dầu, 30: Bulong, 31: Bánh răng rẻ quạt

* Đặc điểm:

  + Trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn, trục vít quay quanh tâm và ê cu bi ôm ngoài trục vít thông qua các viên bi ăn khớp tạo nên bộ truyền trục vít- êcu bi. Bên ngoài ê cu có các dạng thanh răng, trục bị động mang theo cung răng ăn khớp với thanh răng tạo nên bộ truyền thanh răng bánh răng. Trục vít đóng vai trò chủ động và cung răng đóng vai trò bị động.

 + Các viên bi nằm trong rãnh của trục vít ê cu, hoạt động theo vòng kín nhờ các rãnh dẫn bi.

+ Loại có tỷ số truyền không đổi thường đi kèm với bộ trợ lực lái và loại có tỷ số truyền

 thay đổi không lắp thêm bộ trợ lực.

 + Ưu điểm:

    -Lực cản lăn nhỏ do ma sát giữa trục vít và êcu bi được khắc phục bởi những viên bi.

    -Tỷ số truyền của loại cơ cấu lái này rất lớn (tối đa có thể là 40) có thể là tỷ số truyền không đổi hoặc thay đổi.

    -Hiệu suất cao: Hiệu suất nghịch bằng hiệu suất thuận.

2.3.3. Trợ lực lái:

Bộ trợ lực lái là một bộ điều khiển tự động bao gồm: nguồn năng lượng van phân phối và xy lanh lực.

- Theo cách bố trí các cụm:

+Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái

Hình 3.16 Bộ cường hóa lái

 bố trí cơ cấu lái, van phân phối và xi lanh lực thành 1 cụm

1 - Cơ cấu lái                                                6, 9, 10  - Cơ cấu hình thang lái.

2 - Thanh kéo dọc.                       7 - Trục lái

3 - Đòn quay ngang                   8 – Vành tay lái

4 - Cơ cấu xilanh lực và van phân phối.               11 – Bánh xe dẫn hướng

5 - Cầu trước của bánh xe dẫn hướng                       12 – Trụ xoay đứng

-Với cơ cấu lái của xe thiết kế, loại van xoay có kết cấu gọn, không có độ dịch chuyển dọc.

-Bơm trợ lực lái:

+Bơm trợ lực lái lắp trên xe SORENTO 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 2.6. Kết cấu bơm trợ lực lái loại cánh bơm cánh gạt

1 - Trục bơm; 2 - Vỏ bơm; 3 - Stato; 4 - Roto; 5 - Đường dẫn dầu; 6 - Đường dầu tới van điều chỉnh lưu lượng; 7 - Cánh gạt; 8 - Chốt định vị;  9 - Bu lông lắp.

          Bơm cánh gạt được dẫn động bằng mômen của động cơ nhờ truyền động pulyđai. 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.

-Trợ lực lái kiểu van xoay:

 +Hiện nay trên ô tô, trợ lực thủy lực với kết cấu gọn nhẹ được sử dụng phổ biến nhất đặc biệt dễ dàng bố trí trên cơ cấu lái loại trục vít – ê cu bi thanh răng- bánh răng hoặc trục răng thanh răng.

+h_th và h_ng là hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái.

 

Hình 2.7. Van điều khiển

1-rôto bơm cánh gạt; 2 - van lưu lượng; 3 - viên bi; 4 - lỗ dẫn dầu; 5,6 - tiết lưu;

7- pittong; 8- trục vít; 9- van 1 chiều; 10- lò xo; 11- cơ cấu phản ứng;

12- con trượt phân phối; 13- vỏ van phân phối

Nguyên lý làm việc của trợ lực lái:

a)     Khi xe đi thẳng.

     + Khi xe đi thẳng, vành tay lái ở vị trí trung gian, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 2.8. 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 2.8. 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.

b)     Khi xe quay vòng sang phải

       + Khi xe quay vòng sang phải, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 2.9. 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 2.9 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.

c)     Khi xe quay vòng sang trái

+ Khi xe quay vòng sang trái, cụm van xoay nằm ở vị trí như hình 2.10. 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.

Hình 2.10. 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.

Chương III

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

3.1. Tính toán động học hình thang lái.

     Nhiệm vụ của tính toán động học hình thang lái là xác định những thông số tối ưu của hình thang lái, đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng.

3.1.1. Xác dịnh kích thước hình học của hình thang lái và quan hệ động học của góc quay bánh xe dẫn hướng.

 3.1.1.1 Xây dựng quan hệ lý thuyết.

       Từ lý thuyết quay vòng, hệ thống lái phải đảm bảo gần đúng mối quan hệ giữa góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng. Theo giáo trình thiết kế và tính toán ôtô máy kéo mối quan hệ đó được thể hiện ở công thức sau:

                             (2-1)

suy ra:     cotg=

Với B₀= 1480 (mm); L= 2780 (mm)

b : là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài.

a : là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong.

      Khi xe đi thẳng các đòn bên tạo với phương dọc một góc q. Khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa a và b vẫn được giữ nguyên như công thức trên thì hình thang lái Đantô không thể thoả mãn hoàn toàn được. Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái sao cho sai lệch với quan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn không được vượt quá 1,5 độ. 

.........

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Nền công nghiệp ôtô trên thế giới đang ngày một phát triển, thoả mãn những yêu cầu và đòi hỏi khắt khe về tính năng tiện nghi, kinh tế, thân thiện với môi trường... đặc biệt, vấn đề an toàn chuyển động ở tốc độ cao luôn được coi trọng.

   Sau một thời gian nghiên cứu, tính toán thiết kế, được sự trợ giúp tận tình của Thầy giáo Trần Ngọc Vũ cùng các Thầy trong bộ môn và toàn thể các bạn trong lớp em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe Kia Sorento 2015 “ Dựa trên những kiến thức đã học trong trường và kết quả thu được qua các đợt thực tập.

Em thực hiện tính toán thiết kế đồ án với những nội dung cụ thể như sau :

-         Tính toán thiết kế hệ thống lái : Cơ cấu lái, dẫn động lái,….

-         Tính toán thiết kế cơ cấu lái

-         Thiết kế cường hóa lái

-         Kiểm bền tất cả các bộ phận đảm bảo yêu cầu về độ an toàn.

Thông qua đồ án tốt nghiệp đã phần nào nói lên được tác dụng và vai trò quan trọng của hệ thống lái, và những cải tiến kỹ thuật để việc điều khiển xe được dễ dàng hơn.

       Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót.Vì vậy em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các Thầy.

    Em xin chân thành cảm ơn!