ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ CON 7 CHỖ trên cơ sở tham khảo ô tô TOYOTA INNOVA đại học GTVT

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.. 1

Chương I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI2

1.1.1. Nhiệm vụ. 2

1.1.2 Cấu tạo chung. 2

1.1.3. Phân loại hệ thống lái4

1.3 . Yêu cầu đối với hệ thống lái15

CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI15

2.1.1. Sơ đồ tổng thể xe Innova 2019. 16

2.1.2. Hệ thống lái trên TOYOTA Innova 2019. 19

2.2.1. Lựa chọn cơ cấu lái22

2.2.2. Lựa chọn dẫn động lái32

2.3.1.Lực lớn nhất tác dụng lên vành lái34

2.3.2. Tính toán cơ cấu lái40

2.3.3. Tính toán dẫn động lái49

NeN.. 63

2.3.4. Tính toán trợ lực lái64

CHƯƠNG III: KHAI THÁC KỸ THUẬT HỆ THỐNG LÁI69

3.1. Các nội dung kiểm tra, điều chỉnh hệ thống lái69

3.1.1. Bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống lái69

3.3.2. Quy trình lắp hệ thống lái78

3.3.3. Bảo dưỡng hệ thống lái78

3.2. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục với hệ thống lái *Một số hư hỏng và biện pháp khấc phục hệ thống lái79

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 82

 

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật trên thế giới đã có những bước tiến vô cùng mạnh mẽ. Có rất nhiều thành tựu khoa học tiên tiến được ứng dụng rộng dãi vào đời sống và phát triển kinh tế, đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông vận tải.

Nền công nghiệp chế tạo ô tô thế giới hiện nay đã có sự phát triển rất lớn và đang tạo đà cho khả năng phát triển nhanh chóng trong tương lai tới đây. Cùng với sự phát triển của khoa học, ngành công nghiệp ô tô cũng không ngừng đưa đến cho người sử dụng những công nghệ mới. Nó khiến cho xe ô tô không những trở nên tiện nghi, an toàn hơn mà còn thân thiện với con người và môi trường. Ngành công nghiệp ô tô hiện nay đã đưa vào sử dụng các công nghệ hết sức tiên tiến để chế tạo và lắp đặt ô tô như các loại cảm biến, các thiết bị điều khiển điện, điện tử…

Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật trên thế giới mà các công ty đã dần đưa các công nghệ tiên tiến, hiện đại ứng dụng vào lắp đặt, chế tạo ô tô. Trong đó hệ thống lái là một phần rất quan trọng, nó quyết định tới độ an toàn cho người sử dụng khi tham gia giao thông.

Từ vấn đề đó, với những kiến thức đã học và sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn, em quyết định thực hiện đề tài: “Tính toán, thiết kế hệ thống lái ô tô con 7 chỗ (trên cơ sở tham khảo ô tô TOYOTA INNOVA )”. Đề tài được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Hùng Mạnh cùng các thầy cô khác trong bộ môn công nghệ kỹ thuật ô tô.

 

         Sinh viên thực hiện

Chương I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1Nhiệm vụ, cấu tạo chung và phân loại hệ thống lái.

1.1.1. Nhiệm vụ

 Ô tô tham gia giao thông phải đảm bảo an toàn chuyển động, đồng thời hướng chuyển động của xe phải được kiểm soát bởi người điều khiển, Khi xe chuyển động, chúng có thể đi thẳng, quay vòng, tránh chướng ngại vật,..đó chính là các tác động điều khiển xe chuyển động theo ý muốn. Hệ thống lái sẽ đảm nhận chức năng này. Hệ thống lái tiếp nhận tác động của người lái xe, thông qua các bộ phận, cơ cấu dẫn động thực hiện điều khiển quay các bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng trong mặt phẳng đường một cách linh hoạt, nhanh chóng và chính xác.

1.1.2 Cấu tạo chung

 Bố trí chung hệ thống lái (Hình 1.1) với các bộ phận cơ bản và chức năng của chúng như sau:

 

Hình 1.1 Bố trí chung các bộ phận của hệ thống lái ô tô con

            1-Vành lái; 2- Trục lái; 3- Cơ cấu lái; 4- thanh dẫn động lái

 

+ Vành lái và trục lái: vành lái là một vành tròn, nhận tác động điều khiển xoay tròn từ tay người lái xe, chúng tạo nên mô men quay và truyền tới trục lái.

+ Cơ cấu lái: cơ cấu lái là cơ cấu cơ khi có nhiệm vụ biển chuyển động quay của trục lái thành chuyển động lắc của các đòn dẫn động và làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng.

+ Dẫn động lái: Dẫn động lái bao gồm các đòn dẫn động và các khớp liên kết. Chúng nhận chuyển động quay từ trục ra của cơ cấu lái, thông qua các đòn dẫn động và khớp liên kết làm quay các bánh xe dẫn hướng.

1.1.3. Phân loại hệ thống lái

Hệ thống lái có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau:

-  Theo cách bố trí vành lái: vành lái đặt bên bên trái theo hướng tiến của xe; vành lái đặt bên phải tùy thuộc quy định mỗi quốc gia.

-  Theo đặc điểm truyền lực: bộ truyền thuần cơ khí; bộ truyền cơ khí có trợ lực thủy lực và bộ truyền cơ khí có trợ lực điện

-  Theo cách biến đổi kiểu truyền động (đặc điểm kết cấu của cơ cấu lái): 

• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng
• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn
• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng
• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít đòn quay
• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít cung răng 
• Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít bánh vít

a)Hệ thống lái thuần cơ khí

*Hệ thống lái cơ khí loại trục vít, bánh vít  

Hình 1.2: Hệ thống lái cơ học loại trục vít, bánh vít
1: Vô lăng                            2: Trục lái	3: Trục vít
4: Bánh vít                           5: Đòn quay đứng	6: Thanh kéo dọc
7: Đòn quay ngang                8: Mặt bích	9: Thanh nối
10: Thanh ngang                  11: Cầu trước hay dầm đỡ 13: Trục hay ngừng trục của bánh xe dẫn hướng	12: Trục (trụ) đứng

+ Hệ thống lái cơ học loại trục vít - bánh vít, dạng bánh răng hình quạt, gồm có vành tay lái hay vô lăng 1 cố định với trục lái 2. Trục lái được lồng hay đặt trong ống lái và nối với cơ cấu lái hay bộ truyền lực chính, loại trục vít 3 và bánh vít, dạng bánh răng hình quạt 4. Trục của bánh răng hình quạt cố định với đòn quay đứng 5, thanh kéo dọc 6 nối bản lề với đòn quay đứng 5 và đòn quay ngang 7. Mặt bích 8 và trục hay ngừng trục của bánh xe dẫn hướng 13, quay xung quanh trục đứng 12, đồng thời nối cố định với thanh nối 9, thanh ngang 10 và dầm đỡ hay cầu trước 11.

-  Nguyên lý làm việc: 

+ Khi thay đổi hướng chuyển động của ô tô, giả sử quay vòng sang bên phải, người lái phải quay vô lăng hay vành tay lái 1 theo chiều kim đồng hồ, qua cơ cấu lái (trục vít 3 và bánh răng hình quạt 4), đòn quay 5, thanh kéo dọc 6, đòn quay ngang 7, làm cho mặt bích 8 và trục của bánh xe 13 ở bên trái quay quanh trục đứng 12 theo chiều quay của vô lăng, đồng thời qua thanh nối 9 và thanh ngang hay đòn đẩy 10, làm cho mặt bích và trục của bánh xe dẫn hướng bên phải cũng theo chiều quay của vô lăng.  

-  Đánh giá về hệ thống lái cơ học loại thường (không có trợ lực)

+ Các hệ thống lái cơ học loại thường (không có trợ lực) đã đáp ứng được phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái nhưng vẫn chưa được hoàn thiện lắm ở chỗ khi quay xe người lái phải sử dụng lực tương đối lớn tác dụng lên vành tay lái để làm quay bánh dẫn hướng gây ra mệt mỏi cho người lái chính vì thế mà hệ thống lái có trợ lực đã đáp ứng được.

b)Hệ thống lái có trợ lực thủy lực

 

Hình 1.3: Hệ thống lái trợ lực thủy lực

               1-Bình chứa                     2-Bơm trợ lực lái           3-Van điều khiển

               4-Hộp cơ cấu lái               5-Xi lanh trợ lái

+ Các bộ phận chính của hệ thống lái có trợ lực gồm: bơm, van điều khiển, xilanh trợ lực, hộp cơ cấu lái (bót lái). Hệ thống lái sử dụng công suất động cơ để dẫn động cho bơm trợ lực tạo ra áp suất. Khi xoay vô lăng sẽ chuyển mạch một đường dẫn dầu tại van điều khiển. Nhờ áp suất dầu này mà píttông trong xilanh trợ lực được đẩy đi và làm quay bánh xe dẫn hướng.

+ Do vậy, nhờ áp suất dầu thuỷ lực mà lực đánh lái vô lăng sẽ giảm đi và không phải quay tay lái quá nhiều. Do yêu cầu của hệ thống phải tuyệt đối kín nên bạn cần định kỳ kiểm tra sự rò rỉ dầu để đảm bảo rằng hệ thống lái làm việc hiệu quả và an toàn.

c) Hệ thống lái trợ lực điện 

* Yêu cầu đối với hệ thống lái trợ lực điện

+ Hệ thống lái đảm bảo điều khiển dễ dàng, nhanh chóng và an toàn. Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảo không gây nên các dao động và va đập trong hệ thống lái. 

+ Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng chỉ cần đặt lực trên vành tay lái nhỏ hơn khi xe đi vào đường vòng. 

+ Hệ thống lái không được có độ rơ lớn: Với xe có vận tốc lớn nhất lớn hơn 100 km/h độ rơ vành tay lái cho phép không vượt quá 18˚, với xe có tốc độ lớn nhất nằm trong khoảng từ (25÷100) km/h độ rơ vành tay lái không vượt quá 27˚. 

+ Với hệ thống lái không có trợ lực, số vòng quay toàn bộ của hệ thống lái không được vượt quá 5 vòng, tương ứng với góc quay bánh xe dẫn hướng phía trong về cả hai phía kể từ vị trí trung gian là 35˚. Ở các vị trí biên cần phải có vấu tỳ hạn chế quay của bánh xe. 

-  Khi đi trên đường cong có bán kính không đổi bằng 12 m với tốc độ 10 km/h, lực đặt trên vành tay lái tối đa không vượt quá 250 N. 

-  Khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn có thể điều khiển được xe. 

-  Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây nguy hiểm cho người sử dụng khi bị đâm chính diện. 

*  Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện

 

Hình 1.4: Hệ thống lái trợ lực điện

1-Cơ cấu lái	2-Mô tơ điện	3-Hộp số truyền
4-Bộ cảm biến lái	5-Cảm biến tốc độ ô tô	6-ECU
7-Đèn báo	8-Đường dẫn điện

 

Các phần tử chính của trợ lực lái điện gồm có: Mô tơ điện một chiều; Các cảm biến; Bộ điều khiển trung tâm (ECU); 

*  Mô tơ điện trợ lực lái: Mô tơ  điện của trợ lực lái là một mô tơ  điện một chiều nam châm vĩnh cửu, gắn với bộ truyền động của trợ lực lái. Có nhiệm vụ tạo ra mô men trợ lực dưới điều khiển của ECU, đưa ra được mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vô lăng. 

*  Bộ điều khiển trung tâm (ECU): Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý thông tin để điều khiển mô tơ trợ lực lái. Thực hiện việc điều khiển dòng điện cấp cho Mô tơ  theo qui luật xác định tạo ra lực trợ lực theo tốc độ xe và mô-men đặt lên vành lái để đảm bảo lực lái thích hợp trong toàn dải tốc độ xe. Giảm thiểu sự biến động của lực lái bằng cách bù dòng điện cấp cho Mô tơ tương ứng với sự biến động mô-men xoắn đầu vào. 

+ Bên cạnh đó trong ECU còn được trang bị mạch tự chuẩn đoán. Nó sẽ theo dõi sự sai lệch của các phần tử trong hệ thống và khi phát hiện bất kỳ sai lệch nào, nó sẽ điều khiển các chức năng EPS phụ thuộc vào ảnh hưởng của sự sai lệch và cảnh báo cho người lái xe. Ngoài ra, nó còn lưu trữ các vị trí các sai lệch trong ECU. 

*  Các cảm biến: Bao gồm: cảm biến mô men lái, cảm biến tốc độ xe, cảm biến tốc độ động cơ. Các cảm biến này có nhiệm vụ cấp tín hiệu mô men lái, vận tốc chuyển động xe và tốc độ trục khuỷu động cơ gửi về ECU EPS. Qua các tín hiệu đó ECU sẽ điều chỉnh cung cấp điện áp phù hợp tới mô tơ trợ lực lái.

*. Các dạng trợ lực điện

-  Hệ thống lái trợ lực điện gồm có 2 kiểu trợ lực cơ bản là:

+ Mô tơ trợ lực trên trục lái 

+ Mô tơ trợ lực ở bên trong cơ cấu lái 

-  Hệ thống lái  trợ lực điện có mô tơ trợ lực gắn trên trục lái

+ Trong hệ thống trợ lực lái kiểu này có một môtơ điện trợ lực cùng cơ cấu giảm tốc trục vít- bánh vít được bố trí ở trục lái chính (trước đoạn các đăng trục lái). Tại đây cũng bố trí cảm biến mômen lái. 

 

Hình 1.5:Mô tơ trợ lực gần vô lăng lái

-  Hệ thống lái  trợ lực điện có mô tơ trợ lực gắn bên trong cơ cấu lái

+ Trong kiểu trợ lực lái loại này mô tơ trợ lực được chế tạo liền với cơ cấu lái và là một bộ phận cấu thành của cơ cấu lái. Phương án này rất gọn, tuy nhiên giá thành hệ thống cao. 

 

 Hình 1.6: Môtơ trợ lực gần  cơ cấu lái

1- Khớp cầu; 2- Chụp cao su;   3- Thanh lái;    

                                    4- Mô tơ;       5- Giắc điện;              6- Trục lái;

Phần kéo dài của thanh răng  được chế tạo dưới dạng trục vít và trục vít này ăn khớp với đai ốc liên kết cứng với rôto của mô tơ trợ lực lái thông qua các viên bi tuần hoàn.

 

Hình 1.7: Sơ đồ trợ lực lái điện bên trong cơ cấu lái

1-Cảm biến mô men; 2- Vành tay lái; 3- Cảm biến góc quay; 4- Mô tơ trợ lực; 5- Tăng điện thế.

 

Trên ô tô hiện nay, khi đánh lái người lái có thể quay tối đa từ 1,5-3 vòng về mỗi phía (ứng với góc quay lớn nhất trên vành lái 540- 1080⁰), khi đó góc quay tối đa của bánh xe dẫn hướng nhỏ (từ 30- 40⁰ với ô tô con, từ 40-55⁰ với ô tô tải). Như vậy hệ thống lái có tỷ số truyền góc lớn (tỷ số truyền góc). Hệ thống lái còn có tỷ số truyền lực, tỷ số truyền này còn đảm bảo với lực tác động trên vành lái nhất định mà vẫn có thể thắng được lực cản bánh xe dẫn hướng khi không cần tới trợ lực lái.

Khi tỷ số truyền lớn, lực tác động lên vành lái nhỏ nhưng phải quay nhiều vòng và ngược lại. Lực tác động lớn nhất lên vành lái khi không có trợ lực lái đối với ô tô con (theo tiêu chuẩn quốc tế) không vượt quá 150 N, ô tô tải có tổng trọng lượng 3,5 tấn lực tác động lớn nhất không vượt quá 200N.

Mặt khác tỷ số truyền của hệ thống lái bao gồm: tỷ số truyền cơ cấu lái (loa); tỷ số truyền dẫn động lái (ida), tuy nhiên tỷ số truyền dẫn động lái thường xấp xỉ bằng 1. Tỷ số truyền của cơ cấu lái với ô tô con hiện nay vào khoảng 13-22 đối với ô tô con, khoảng 20-36 đối với ô tô tải, buýt và ô tô khách. 1.2 Một số khái niệm liên quan

+ Hiệu suất của hệ thống lái được xác định như là tích của hiệu suất của cơ cấu lái với hiệu suất của dẫn động lái. Hiệu suất của hệ thống lái đánh giá sự mất mát cho ma sát trong cơ cấu lái và dẫn động lái. Mất mát do ma sát trong cơ cấu lái vào khoảng 50% tổng số mất mát cho ma sát trong hệ thống lái, và dẫn động lái, trục quay bánh xe dẫn hướng chiếm khoảng 40-50%.

Có hai hiệu suất của hệ thống lái đó là hiệu suất thuận (7) và hiệu suất nghịch (7). Hiệu suất thuận đánh giá khả năng truyền lực từ vành lái tới các bánh xe dẫn hướng, giá trị này vào khoảng 0.67-0.82 và hiệu suất nghịch đánh giá khả năng truyền lực ngược lại từ bánh xe dẫn hướng tới vành lái, giá trị này vào khoảng 0,58- 0.65. Nếu xét riêng cơ cấu lái hiệu suất thuận, nghịch của chúng thường nằm trong khoảng: Ttc =0.65–0.95; Tnc =0.55-0.85.

Hệ thống lái cần có giá trị hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch, bởi trong trong trường hợp này sẽ mất mát ít cho ma sát và điều khiển ô tô được nhẹ nhàng. suất nghịch cần đủ lớn để đảm bảo khả năng tự ổn định hướng của bánh Giá trị hiệu xe dẫn hướng tốt, tuy nhiên giá trị này lớn quá sẽ làm gia tăng việc truyền xung lực va đập từ mặt đường lên vành lái, gây mỏi mệt cho người điều khiển. Mặt khác, giá trị hiệu suất nghịch nhỏ cũng sẽ làm mất cảm giác bám đường.

+ Thiếu lái (Understeer) là hiện tượng khi vào cua, xe không ôm cua theo ý muốn của người lái mà có xu hướng đi chệch về hướng ngược lại của vòng cua. Hiện tượng này thường gặp ở những xe dẫn động cầu trước và dẫn động 4 bánh. Khi xe vào cua quá nhanh, người lái đánh lái tương đối nhiều nhưng xe quay vòng/chuyển hướng rất chậm, quỹ đạo ôm cua sẽ không đúng như mong muốn. Thiếu lái rất nguy hiểm bởi xe sẽ khiến chệch hướng, dễ lao sang làn đường bên cạnh hoặc lao ra khỏi đường. Tuy nhiên, thiếu lái sẽ dễ kiểm soát hơn và không đòi hỏi nhiều kinh nghiệm về các kỹ năng điều khiển xe như trường hợp thừa lái.

+ Thừa lái hay dư lái (Oversteer) là hiện tượng đánh lái không nhiều nhưng xe quay vòng/chuyển hướng quá nhanh và đột ngột. Thừa lái nặng có thể khiến xe chuyển động quay ngang và khiến xe bị lật. Xe thường bị thừa lái khi đột ngột dồn ga hoặc nhả chân ga hoặc phanh gấp khi vào cua. Drift là một kỹ thuật lợi dụng hiện tượng thừa lái của xe. Xe có tính chất thừa lái thường mất ít thời gian để hoàn thành một vòng cua hơn. Chính vì vậy, trong các giải đua, các tay đua thường sử dụng kỹ thuật drift để rút ngắn thời gian

1.3 . Yêu cầu đối với hệ thống lái

Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:

-  Hệ thống lái điều khiển dễ dàng, nhanh chóng, chính xác và an toàn. Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảo không gây nên các dao động và va đập khi xe di chuyển.

-  Lực cần thiết đặt trên vành tay lái nhỏ.

-  Đảm bảo động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt.

-  Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng, hoặc là lực quay vành tay lái để đưa bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng 

CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

2.1. Giới thiệu xe tham khảo - ô tô TOYOTA Innova 2019

2.1.1. Sơ đồ tổng thể xe Innova 2019

 

Bảng 2.1. Bảng thông số kỹ thuật cơ bản xe INNOVA 2019

STT	Thống số	Giá trị
1	Kích thước bao (mm) -  Chiều dài toàn bộ -  Chiều rộng toàn bộ -  Chiều cao toàn bộ	4735 1830 1795
2	Chiều dài cơ sở (mm)	2750
3	Chiều rộng cơ sở (trước và sau)	1540 -1540
4	Trọng lượng bản thân (KG)	1700
5	Trọng lượng toàn bộ (KG)	2330
6	Tốc độ cực đại (km/h)	200
7	Động cơ	4 xilanh thẳng hàng, 16 van, cam kép với VVT-i
8	Công suất cực đại(KW) (Đạt được ở 5600 vg/ph)	102
9	Mômen xoắn cực đại (N.m) (Đạt được ở 4000 vg/ph)	183
10	Hộp số	6 tay số
11	Tỷ số truyền của hộp số	số 1: 4,12; lùi: 4,12
12	Tỉ số truyền của truyền lực chính	4,53
13	Kích thước lốp	205/60R17
14	Ly hợp	Lò xo màng, dẫn động thuỷ lực có trợ lực chân không

 

Ta chọn phiên bản Innova 2.0G có:

-Chiều dài toàn bộ La:4735 mm

-Chiều rộng toàn bộ Ba :1830 mm

-Chiều cao toàn bộ Ha :1790 mm

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

-Chiều dài cơ sở: L= 2750 mm

-Chiều rộng cơ sở: B= 1540 mm

-Trọng lượng không tải: G₀= 15300 N 

-Phân cho cầu trước: G₀₁= 9180 N

-Phân cho cầu sau: G₀₂= 6120 N

-Trọng lượng toàn tải:  G_T= 21300 N 

-Phân cho cầu trước: G₁= 12780 N

-Phân cho cầu sau: G₂= 8520N                                     

-Ký hiệu lốp: 205/60R17

Innova là một dòng xe đa dụng của Toyota. Innova là dòng xe luôn nằm trong mẫu xe bán chạy nhất qua các năm. Bởi những ưu việt mà nó mang nại cho người dùng. Với khả năng vận hành tốt, thiết kế thanh lịch đầy phong cách, nội thất sang trọng đầy tiện nghi cùng hệ thống an toàn đầy chuẩn mực. 

 

Toyota Innova 2019 thế hệ mới có kích thước tổng quan 4.735 x 1.830 x 1.795mm, chiều dài cơ sở 2.750mm.  Kích thước này đồng nghĩa với việc thế hệ hoàn toàn mới của Innova sẽ dài hơn bản hiện tại 180mm, rộng hơn 60mm, cao hơn 45mm và giữ nguyên trục cơ sở.  Xe được trang bị động cơ xăng VVT-i 2.0L, công suất 102 kW tại 5.600 vòng/phút, mô-men xoắn cực đại 183 Nm tại 4.000 vòng/phút, đi kèm hệ thống truyền lực của xe ở dạng nhiều cấp hộp số sàn 5 cấp hoặc hoặc hộp số tự động 6 cấp.

Trong đó ly hợp lắp trên  xe là ly hợp ma sát khô 1 đĩa, dẫn động bằng thủy lực. Hộp số lắp trên xe là là loại hộp số cơ khí có 5 cấp số tiến và 1 cấp số lùi. Lốp bản G, V là 205/60 R17 còn lốp bản Q cao cấp nhất là 215/65 R17 với lưới tản nhiệt thiết kế hai thanh ngang mạ crom chạy ngang mới. Hệ thống treo trước tay đòn kép, lò xo cuộn và thanh cân bằng, treo sau dạng liên kết 4 điểm, lò xo cuộn, tay đòn bên. Hệ thống phanh: phanh trước là phanh đĩa thông gió, phanh sau là tang chống.

2.1.2. Hệ thống lái trên TOYOTA Innova 2019 

+ Hệ thống lái của ôtô Innova 2019 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 và dẫn động lái.  + Bộ trợ lực thủ 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. 

+ Tay lái có thể điều chỉnh theo 4 hướng: lên xuống 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.

a) Vành tay lái

 

Hình 2.1. Vô lăng lái

Vành trong vô lăng bằng thép; Vành ngoài vô lăng bằng nhựa - da

+ Chức năng: có chức năng tiếp nhận mômen quay từ người lái rồi truyền cho trục lái. 

+ Cấu tạo: vành tay lái ô tô Innova 2019 có dạng hình tròn, có 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... 

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.

b) Trục lái 

 

Hình 2.2. Kết cấu trục lái
1-  Đầu trục nối với vô lăng; 6- Tấm hãm;  2-  Vòng chặn;  7-      Vòng bi;  3-  Ổ bi;  8-      Trục chính;  4-  Trục trượt;  9-      Giá đỡ trên trục;  5-  Ống trượt trục; 10-  Khớp các đăng;	11-  Trục các đăng;  12-  Vòng chặn; 13-  Bu lông hãm;  14-  Cần khoá.

-  Trục 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 Innova 2019 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. 

c) Van phân phối

 

Hình 2.3. Van phân phối kiểu xoay

2.2. Lựa chọn phương án thiết kế

2.2.1. Lựa chọn cơ cấu lái

*Cơ cấu lái thường dùng trên ô tô a. Cơ cấu trục vít - cung răng

Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững. Tuy vậy có nhược điểm là hiệu suất thấp, điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạp nếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít. 

Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít. Cung răng đặt bên có ưu điểm là đường tiếp xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển trên toàn bộ chiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm, do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng. Cơ cấu lái loại này thích hợp cho các xe tải cỡ lớn. Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay lõm. Khi trục vít có dạng lõm thì số răng ăn khớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc và mài mòn. 

Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiều dài của trục vít. 

1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ.

Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công thức: 

i_ 2R₀

tZ_t

Trong đó: 

R0 - Bán kính vòng lăn của cung răng;  t - Bước trục vít; 

Zt - Số mối ren trục vít. 

Góc nâng của đường ren vít thường từ 8 ÷ 12⁰. Khe hở ăn khớp khi quay đòn quay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên thay đổi từ 0,03 ÷ 0,05 mm. Sự thay đổi khe hở này được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng có bán kính khác nhau. 

b. Cơ cấu trục vít - con lăn

 

Hình 2.5. Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành

1-Trục đòn quay đứng;          4- Vít điều chỉnh;                 7- Con lăn; 

2-  Đệm điều chỉnh;           5- Trục vít;    8- Trục con lăn.

3-  Nắp trên;            6- Đệm điều chỉnh;  

Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 2.5) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô tô do có ưu điểm: 

-  Kết cấu gọn nhẹ; 

-  Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn; 

-  Hiệu suất thuận: ηt = 0,77 - 0,82; 

-  Hiệu suất nghịch: ηn = 0,6; 

-  Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần. 

Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn được bố trí lệch với đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm. Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục quay của đòn quay đứng thì khoảng cách trục giữa con lăn và trục vít sẽ thay đổi. Do đó khe hở ăn khớp cũng thay đổi. 

Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằng cách dịch chuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít O1 một lượng x =2,5-5 mm. 

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thức sau: 

i_ 2^{ Rk} _ ^{2 R R0k} i_0 ^Rk                              tZt                   tZt             R0             R0

Trong đó: 

t - Bước của mối răng trục vít; 

Z_t - Số đường ren trục vít; 

R_k - Bán kính vòng (tiếp xúc) giữa con lăn và trục vít (khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng); 

R₀ - Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;  i₀ - Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít. 

Theo công thức trên ta thấy iω thay đổi theo góc quay trục vít. Tuy vậy sự thay đổi này không lớn khoảng từ 5-7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên). Nên có thể coi nhưi_ = const.

c. Cơ cấu trục vít - chốt quay

Hình 2.6. Cơ cấu lái trục vít - chốt quay 1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay.

Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cách chế tạo bước răng trục vít khác nhau. 

Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:

i_2^R cos

t

Trong đó: 

 - Góc quay của đòn quay đứng; 

R - Bán kính đòn dặt chốt. 

- Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu loại này vào khoảng 0,7. Cơ cấu lái này dùng nhiều ở hệ thống lái không có cường hoá và chủ yếu trên các ôtô tải và khách. Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng. 

d. Cơ cấu liên hợp

- Êcu 20 lắp lên trục vít qua các viên bi nằm theo rãnh ren của trục vít cho phép thay đổi ma sát trượt thành ma sát lăn. Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thành thanh răng ăn khớp với cung răng trên trục (2).

Hình 2.7. Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung rang

1-  Đai ốc hãm đòn quay đứng; 

2-  Trục tròn quay đứng; 

3-  Vòng chặn dầu; 

4, 6- Ổ bi kim;

 5- Vỏ cơ cấu lái; 

7-      Tấm đệm; 

8-      Đai ốc điều chỉnh; 

9-      Vít điều chỉnh ăn khớp;

10-  Đai ốc hãm; 

11-  Vòng làm kín; 

12-  Mặt bích bên cơ cấu lái; 

13-  Đai ốc tháo dầu;

14-  Vòng làm kín;

15-  Chốt định vị; 

16-  Tấm chặn; 

17-  Đai ốc điều chỉnh độ rơ của ổ bi; 

18-  Nắp dưới cơ cấu lái;

19 - Ổ đỡ chặn; 

20-  Êcu; 

21-  Ống dẫn hướng bi; 

22-  Bi;

23-Vít đậy lỗ rót dầu; 

24-  Ổ đỡ chặn; 

25-  Vòng chặn dầu;  26- Then bán nguyệt;  27- Cung răng.

Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái loại này không đổi và xác định theo công thức:

i _ 2R₂

t

Trong đó: R₂ - Bán kính chia cung răng; t - Bước răng trục vít.

+ Ưu điểm:

-  Hiệu suất cao: hiệu suất thuận _t = 0,7 - 0,85, hiệu suất nghịch _n = 0,85;

-  Khi sử dụng với cường hoá thì nhựơc điểm hiệu suất nghịch lớn không quan trọng;

-  Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụng trên các xe cỡ lớn.

e. Cơ cấu bánh răng - thanh răng

 

Hình 2.8. Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

1-  Lỗ ren;   5- Đai ốc điều chỉnh khe hở bánh răng thanh răng; 

2-  Bánh răng;        6- Lò xo; 

3-  Thanh răng; 

7- Dẫn hướng thanh răng

4-  Bulông hãm;

-  Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống dẩn hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng bằng lò xo. 

Ưu điểm: 

-  Có tỷ số truyền nhỏ, iω nhỏ dẫn đến độ nhạy cao. Vì vậy được sử dụng rộng rãi trên các xe du lịch, thể thao; 

-  Hiệu suất cao; 

-  Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo. 

Nhược điểm: 

-  Lực điều khiển tăng (do iω nhỏ); 

-  Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc; 

-  Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng

Dựa vào đặc điểm kết cấu và ưu nhược điểm của từng loại cơ cấu lái đã giới thiệu ở trên, lựa chọn phương án thiết kế hệ thống lái với cơ cấu lái đơn giản là cơ cấu bánh răng - thanh răng, với cơ cấu này thanh răng được lấy luôn là 1 khâu của hình thang lái. Đồng thời ta có thể bố trí thêm trợ lực lái tăng tính tiện nghi và giảm sức lực.

Hình 2.9. Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng

1-Trục lái;  2- Chụp nhựa;  3,8-Đai ốc điều chỉnh;  4-Ổ bi trên;  5-Vỏ cơ cấu lái;	7- Đai ốc;  9-      Lò xo;  10-  Thanh răng;  11-  Trục răng;  12-  Ổ bi dưới.
6- Dẫn hướng thanh răng;

-  Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng, bánh răng được lắp trên các ổ bi. Điều chỉnh các ổ này dùng êcu lớn ép chặt ổ bi, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm bảo trục răng quay nhẹ nhàng. 

-  Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn. Khi vô lăng quay, bánh răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt. Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên qua các đầu thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng. 

-  Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng có các ưu điểm sau: 

+ Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang như các cơ cấu lái khác; 

+ Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp. Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ; 

+ Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải chăm sóc bảo dưỡng.

Trên cơ sở phân tích các loại cơ cấu lái như trên đồng thời để phù với đối tượng của xe tham khảo đề tài lựa chọn cơ cấu lái bánh răng- thanh răng

2.2.2. Lựa chọn dẫn động lái

- Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của tất cả các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng. 

Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn bên. Sự quay vòng của ô tô rất phức tạp, để đảm bảo đúng mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện vì phải cần đến dẫn động lái 18 khâu. Hiện nay người ta chỉ đáp ứng điều kiện gần đúng của mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo lên hình thang lái. 

+ Dẫn động lái bốn khâu  

Hình thang lái bốn khâu đơn giản, dễ chế tạo đảm bảo được động học và động lực học quay vòng của bánh xe. Nhưng kiểu dẫn động này chỉ dùng trên xe có cơ cấu lái với hệ thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng). Do đó chỉ áp dụng trên các xe tải và những xe có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên các xe du lịch hiện nay với hệ thống treo độc lập thì không sử dụng được

 

Hình 2.10. Dẫn động lái bốn khâu

+ Dẫn động lái sáu khâu  

Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt trên hầu hết các xe du lịch có hệ thống treo độc lập lắp trên cầu dẫn hướng. Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu là dễ dàng lắp đặt cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc, bố trí trợ lực lái thuận tiện ngaytrên dẫn động lái, hiện nay dẫn động lái sáu khâu được sử dụng rộng rãi trên các xe du lịch của các hãng như: Toyota, Nissan, KIA, Hyundai... 

Hình 2.11: Dẫn động lái sáu khâu

Với việc phân tích phương án dẫn động lái như trên để phù hợp với cơ cấu lái bánh răng- thanh răng đã lựa chọn và xe sử dụng hệ thống treo độc lập; đề tài lựa chọn dẫn động lái 6 khâu.

2.2.3. Lựa chọn trợ lực lái.            

Trên các xe ô tô tải lớn, xe du lịch cao cấp và các xe khách  hay máy kéo hiện đại thường có trợ lực lái để:

-  Giảm nhẹ lao động cho người lái;

-  Tăng an toàn cho chuyển động khi có sự cố ơ bánh xe như nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ bánh xe đến vành tay lái;

-  Khi xe đang chạy với tốc độ lớn mà một bên lốp bi thủng, trợ lực lái đảm bảo cho người lái điều khiển, giữ được ô tô bên đường mà không bị lao sang một bên.

Sử dụng trợ lực lái có nhược điểm là lốp mòn nhanh hơn (do dung trợ lực để quay vòng tại chố), kết cấu hệ thống lái phức tạp hơn.

Theo nguồn năng lượng thì trợ lực lái được chia thành 4 loại chính:

-  trợ lực thủy lực

-  trợ lực khí nén (khí nén hoặc chân không)

-  trợ lực điện

-  trợ lực cơ khí

Trợ lực lái kiểu thủy lực được dùng phổ biến trên nhiều loại xe vì có kết cấu nhỏ gọn và làm việc khá tin cậy. Ngoài ra trợ lực thủy lực còn có tác dụng ấp thu các chấn động từ mặt đường truyền ngược lên vô lăng.

Trên cơ sở tính toán lực tác động lớn nhất trên vành lái đồng thời tăng tính tiện nghi thuận lợi khi điều khiển đề tài sẽ lựa chọn phương án có trợ lực lái. Trợ lực lái lựa chọn là trợ lực lái thủy lực sử dụng van phân phối 2.3. Tính toán thiết kế hệ thống lái

2.3.1.Lực lớn nhất tác dụng lên vành lái

2.3.1.1 Xác định mômen cản quay 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:

                                                 M_c = M₁ + M₂ + M₃                                                (2.1)

Trong đó:

                                                                   M₁ f.G_bx.a                                                       (2.2)

Ở đây:

G_bx- Trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng;

                                                                   G_bx = 0,5G₁                                                       (2.3)

G₁ - Trọng lượng phân bố lên cầu trước. G₁ = 13860 [KG].Thế vào (2.3) ta được: G_bx = 0,5.13860= 6930 [N]f- Hệ số cản lăn; f = 0,02.a- Cánh tay đòn có thể xác định a theo công thức gần đúng:  

                          a  ^_l r_bx ^.₁₈₀^_                                                          (2.4)

_

Trong đó:  

r_bx - bán kính làm việc của bánh xe.           

r_bx=0,95.r₀                 

r₀ - là bán kính thiết kế của bánh xe.

 

Theo ký hiệu lốp 205/60R17Ta tính r₀ như sau :  

r₀ = ( B + ^d . 25,4)2

Ta có :  

B=205 (mm).( B-Bề rộng của lốp ) d=17 (inch).(d- Đường kính vành bánh xe)

Ta được:                                    r₀  =  ( 205 + . 25,4)=395,5[mm]r_bx=0,95.395,5=375,7 [mm]

α- góc doãng của bánh xe; α = 2⁰.  

β   - góc nghiêng của trục chuyển hướng; β = 8⁰.

                                       l _^{B1 C}                                                           (2.5)

2

B₁ - vết bánh xe, B₁ = 1,562 [m]

C- Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng; C = 1,36 [m]

Thế vào (2.5) ta được:

                       l _^{B1 C} _^1,5621,36 _0,101 [m]

                                                                2                 2

Thế các giá trị trên vào (2.4) ta được:

a l rbx.1800,1010,39729.180280,03166 [m]

 

                                             M₂ = _nG_bx.x = Y.x                                                     (2.6) 

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 2.12).

 

 

Hình 2.12. Sơ đồ xác định

 mô men cản quay vòng gây

ra do lực ngang

 

- Trên hình 2.13 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 2.13b). 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 2.13c).

Một cách gần đúng có thể thừa nhận x _ ¹ l_k ; ở đây l_k- chiều dài vết tiếp xúc, tức là: 4

x 0,5. r² r_bx² =0,5.r₀. 1_ 0.95² =0,156125.r₀

_n- Hệ số bám ngang; _n = 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:

                                             (M1  M2)KM3                                      2 Gbx( f .a  0,156125nr0)KM3                      (2.7)

                         M  2                            

                                               idddd                                                         idddd

Trong đó:

_dđ- Hiệu suất của dẫn động lái; _dđ= 0,98.i_dd - Tỷ số truyền của dẫn động lái; i_dd = 1,0.  

K_M3- Hệ số tính đến ảnh hưởng của mô men ổn định các bánh xe dẫn hướng M₃; Khi tính toán có thể lấy K_M3 =1,07-1,15. Chọn K_M3 = 1,15.

Thế vào (2.7) ta được:

M_  2. 709,979 [N.m]

2.3.1.2  Lực lớn nhất tác dụng lên vành lái

Lực cần thiết tác dụng lên vô lăng được xác định theo công thức sau:

M^

                               P_vlmax                                                                         (2.8)R.i_._t

Trong đó:

R- Bán kính vô lăng; R = 0,195 [m].

i– Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái; i= 20. η_t- Hiệu suất thuận cơ cấu lái; η_t = 0,8  0,9

Thế vào ( 2.8 ) ta được:

                   P_vlmax = _202,273 N < [P_vl] = 250 N

 Tuy nhiên để giảm nhẹ sức lực cho người lái xe và tăng tính tiện nghi, hệ thống lái sẽ vẫn bố trí trợ lực lái.

2.3.2. Tính toán cơ cấu lái

2.3.2.1. Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng

Để xác định được bán kính vòng lăn của bánh răng ta có thể thực hiện theo các phương pháp sau:

+ Chọn trước đường kính vòng lăn của bánh răng từ đó tính ra vòng quay của bánh răng có phù hợp không. Có nghĩa là ứng với số vòng quay (n) nào đó thì thanh răng phải dịch chuyển được một đoạn X₁ = 101 (mm).

+ Chọn trước số vòng quay của vành lái rồi sau đó xác định bán kính vòng lăn của bánh răng. đối với cơ cấu lái loại bánh răng - thanh răng thì số vòng quay của vành lái thì cũng là số vòng quay của bánh răng.

Dựa vào xe tham khảo, chọn số vòng quay về 1 phía của vành lái ứng với bánh xe quay là n = 1,5 vòng.

Ta có công thức :

                                                            X₁ = 2Rn                                                      (2.9) 

Suy ra:                                             R = ^X1=  10,7 mm.

2 1.5

 

2.3.2.2 Xác định các thông số của bánh răng:

Tính số răng theo tài liệu chi tiết máy.

                                                             D_c = ^{m Zn}                                                                                                  (2.10)

cos

Trong đó:

D_c : Đường kính vòng chia: D_c = 2R = 2.10,7 = 21,4 (mm ).   

m_n : Môdun pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn m_n = 2.5.

 : Góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ góc nghiêng  = 12⁰.

 

Từ công thức (2.10) ta suy ra số răng của bánh răng:

D^c cos  = 21,4.cos12⁰ = 8

Z=

                                                                     m_n                                 2,5

Chọn số răng Z = 8 răng.

Tính chính xác lại góc nghiêng, ta có:

Zmⁿ = ^8.2,5 = 0,934

Cos =

                                                                   D_c               21,4

....

Hình 3.1. Tháo vành tay lái

1-Dụng cụ chuyên dùng; 2- Lấy dấu.

Tháo nắp còi trên vành tay lái sau đó uốn thẳng các vấu đệm khóa rồi tháo đai ốc và đệm khóa vành tay lái, để việc lắp đặt vành tay lái và trục lái chính được chính xác thì trước khi tháo vành tay lái phải lấy dấu tại vị trí ghép trên trục lái chính và vành tay lái (2). 

Sử dụng dụng cụ kéo vô lăng (1) kết hợp với búa để tháo vô lăng, trong quá trình tháo chú ý không để xảy ra va đập giữa đỉnh của trục lái chính với búa. Sau đó ta tháo các tấm vỏ của trục lái. 

*  Bước 3: Tháo bộ điều khiển đèn xi nhan và bộ điều khiển gạt nước (hình 3.2 và 3.3). 

Tháo kết nối giữa bộ điều khiển si nhan và trục lái bằng cách đẩy khoá trong hộp điều khiển (1), tháo đầu nối của dây điện với bộ điều khiển (2) rồi tháo bộ điều khiển ra khỏi trục lái. Bằng các thao tác tương tự ta tháo bộ điều khiển gạt nước.

Hình 3.2. Tháo bộ điều khiển si nhan

1-Khóa trên hộp điều khiển; 2- Đầu nối điện đèn si nhan

Hình 3.3. Tháo bộ điều khiển gạt nước

1- Khóa trên hộp điều khiển; 2- Đầu nối điện gạt nước

* Bước 4: Tháo bộ điều khiển đánh lửa (hình 3.4)

 

Hình 3.4. Tháo bộ điều khiển đánh lửa

1- Đầu nối điện điều khiển đánh lửa; 2- Vít

Trước tiên ta ngắt kết nối của bộ điều khiển với đầu nối điện (1), sau đó tháo vít (2) rồi tháo bộ điều khiển đánh lửa. 

*  Bước 5: Tháo ổ khóa điện (hình 3.5)

Hình 3.5. Tháo ổ khóa điện

1-Khóa điều khiển; 2- Clê lỗ 6 cạnh loại 2,5mm

Vặn khoá khởi động quay về vị trí số I (1), tháo ổ khoá điện bằng cách ấn vào định vị lò xo bằng clê lỗ 6 cạnh loại 2,5 mm (2) hoặc công cụ thích hợp khác, và kéo ổ khoá ra khỏi ống hộp điều khiển. 

*  Bước 6: Tháo hộp điều khiển (hình 3.6)

Tháo đầu nối điện của còi (1), tháo các vít giữ hộp điều khiển (2) rồi tháo hộp điều khiển.

Hình 3.6. Tháo hộp điều khiển

1- Đầu nối điện còi; 2- vít;

*  Bước 7: Tháo trục lái (hình 3.7 và 3.8) 

Đánh dấu vị trí lắp ráp giữa trục trung gian và trục lái chính (1), sau đó tháo bulông siết đầu trục trung gian với trục lái chính rồi tháo các đai ốc (3) của giá đỡ dưới bắt trục lái với vỏ xe. Tiếp theo là tháo các đai ốc (4) của giá đỡ trên và tháo trục lái và trục trung gian.

 

Hình 3.7. Tháo giá đỡ dưới của trục lái

1-    Lấy dấu; 2- Bulông siết; 3- Đai ốc dưới; 4- Đai ốc trên

 

 

Hình 3.8. Tháo giá đỡ trên của trục lái

*  Bước 8: Tháo trục lái chính từ ống trục lái (hình 3.9) 

Hình 3.9. Tháo trục lái chính

1-    Vòng hãm; 2,4- Long đen; 3- lò xo; 5- Bi định vị; 6- Tháo trục lái chính;

Sau khi tháo trục lái ra khỏi vỏ xe ta tháo trục lái chính từ ống trục lái. Theo thứ tự ta tháo vòng hãm (1), long đen (2), lò xo (3), long đen (4), cuối cùng tháo bi định vị (5) và rút trục lái chính xuống. 

b) Tháo cơ cấu lái và hình thang lái

*  Bước 1: Tháo hai bánh xe của cầu trước (cầu dẫn hướng), rồi tháo mối ghép giữa đầu trục bánh răng trụ răng xoắn với trục trung gian. 

*  Bước 2: Tháo các liên kết của cụm cơ cấu lái (hình 3.10; 3.11; 3.12; 3.13).

Hình 3.10. Tháo khớp nối giữa đầu thanh lái và cam quay

1- Chốt hãm; 2- Đai ốc hoa; 3- Thiết bị tháo liên kết khớp cầu KM507-B

Ta tháo chốt hãm (1), tháo đai ốc hoa (2) rồi sử dụng KM507-B tách đầu thanh lái ra khỏi cam quay (hình 3.10).

 

Hình 3.11. Tháo bulong và giá giữ bộ cơ cấu lái

3- Bu lông; 4- Giá giữ;

* Bước 3: Tháo bộ điều chỉnh ăn khớp bánh răng trụ răng xoắn và thanh răng (hình 3.12)

 

Hình 3.12. Bộ điều chỉnh ăn khớp bánh răng trụ răng xoắn và thanh răng

1- Đai ốc chỉnh; 2- Nêm chỉnh; 3- Lò xo chỉnh;

Tháo đai ốc chỉnh, nêm chỉnh, lò xo chỉnh và dẫn hướng thanh răng. 

*  Bước 4: Tháo trục bánh răng trụ răng xoắn (hình 3.13; 3.14; 3.15).

 

 

Hình 3.13. Tháo nắp che bụi, và vòng hãm

1- Nắp che bụi; 2- vòng hãm;

Tháo nắp che bụi (1), vòng hãm (2) (hình 3.15), nắp che dưới trục răng (3) và đai ốc khóa trục bánh răng trụ răng xoắn (4) (hình 3.16). Chú ý khi tháo đai ốc khóa cần giữ trục răng nếu không có thể làm hỏng răng của bánh răng trụ răng xoắn. 

Dùng búa đóng dột dẹt (5) để tháo trục bánh răng trụ răng xoắn, khi đóng cần giữ cho đột thẳng hàng với trục bánh răng. Sau đó dùng búa cao su tháo ổ bi dưới rồi tháo lần lượt đệm kín (7), ổ bi trên (8), vòng hãm (9).

 

Hình 3.14. Tháo nắp che dưới và đai ốc khóa trục bánh răng trụ răng xoắn

3-Nắp che dưới; 4-đai ốc khóa;

 

Hình 3.15. Tháo trục bánh răng trụ răng xoắn

5, 6- Đột dẹt; 7- Đệm kín; 8- ổ bi trên; -Vòng hãm;

*  Bước 5: Tháo thanh răng (hình 3.16) 

 

Hình 3.16. Tháo thanh răng

1- Thanh răng; 2- Thanh kéo bên; 3- Đầu thanh lái

Trước tiên tháo ống cao su che bụi thanh răng, để cho dễ tháo thì trước khi tháo bôi một lớp mỡ lên thanh kéo bên. Tiếp đó là tháo đầu thanh lái (3), nhưng trước khi tháo đầu thanh lái phải lấy dấu trên thanh kéo bên, đai ốc khóa đầu thanh lái và đầu thanh lái vị trí lắp ráp của chúng để sau này dễ dàng điều chỉnh độ chụm của xe, sau đó vặn đai ốc khoá ngược chiều kim đồng hồ, tháo đầu thanh nối rồi tháo đai ốc khóa. Để tháo khớp cầu giữa thanh răng và thanh kéo bên thì kẹp thanh răng vào bàn kẹp (êtô), trước khi kẹp phủ lên thanh răng một tấm vải và không kẹp thanh răng vào bàn kẹp quá hai mặt răng tránh làm hư hỏng răng rồi dùng mỏ nếp để tháo.

3.3.2. Quy trình lắp hệ thống lái

Quy trình lắp đặt ngược lại với quá trình tháo nhưng cần chú ý những điểm sau: 

-                   Trước khi lắp đặt cần kiểm tra hư hỏng và sửa chữa hoặc thay thế nếu cần sau đó làm sạch tất cả các chi tiết và bôi trơn đầy đủ. 

-                   Đối với những mối ghép có ren cần chú ý đến momen siết phù hợp tránh làm hỏng mối ghép. 

-                   Quá trình lắp phải đảm bảo chính xác, sau khi lắp các chi tiết vận hành tốt và có độ tin cậy cao.

3.3.3. Bảo dưỡng hệ thống lái

Thường xuyên kiểm tra siết chặt các bu lông, đai ốc ghép giữa các bộ phận của hệ thống lái với vỏ xe cũng như trong hệ thống lái và quan sát xem có sự rò rỉ dầu trợ lực lái sau mỗi lần xe vận hành.  a) Vành tay lái

Kiểm tra hành trình tự do và lực cần thiết để làm quay hệ thống lái, độ bắt chặt vành lái trên trục. Kiểm tra hành trình tự do vành tay lái bằng cách xoay vành tay lái về bên phải và bên trái đến khi bánh xe bắt đầu xoay đi, hành trình tự do cho phép là 0 20 mm. Nếu hành trình tự do vượt quá qui định cần kiểm tra, sửa chữa và điều chỉnh các bộ phận liên quan như các khớp các đăng trục lái chính hoặc trục trung gian, khe hở ăn khớp cơ cấu lái, các khớp cầu dẫn động lái. 

b) Cơ cấu lái

Kiểm tra khe hở ăn khớp giữa trục răng và thanh răng và độ dơ dọc trục của trục bánh răng. Nếu khe hở ăn khớp không đảm bảo cần điều chỉnh lại bằng đai ốc chỉnh, còn độ dơ dọc trục điều chỉnh lại bằng thay đổi chiều dày đệm kín (7) phía trước ổ bi trên.

3.2. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục với hệ thống lái *Một số hư hỏng và biện pháp khấc phục hệ thống lái

	Hư hỏng	Nguyên nhân	Biện pháp khắc phục
01	Tay lái nặng	-                  Áp suất lốp không đúng quy định -                  Góc nghiêng dọc của trục vượt quá quy định. -                  Các khớp cầu bì mòn, khô mỡ. - Trục lái bị kẹt trong vỏ tay lái. -                  Dây đai kéo bơm trợ lực bì trùng. -                  Mức dầu trong bình dầu trợ lực bị thiếu	-                  Bơm lốp đủ áp suất. -                  Kiểm tra điều chỉnh góc nghiêng dọc của trục đứng. -                  Thay thế các khớp cầu. -                  Kiểm tra các bạc đỡ trục lái chính. -                  Bổ sung dầu trợ lực và kiểm tra lại dây đai kéo bơm -                  Kiểm tra, và thay thế các chi tiết trong bộ trợ lực lái nếu bị hỏng.

 

	Hư hỏng	Nguyên nhân	Biện pháp khắc phục
02	Độ dơ vòng tay lái lớn	-                  Mòn vòng bi bánh trước -                  Mòn khớp các đăng trục lái chính hoặc trục trung gian. -                  Các khớp cầu của thanh kéo dọc và thanh kéo ngang bị mòn. -                  Cơ cấu lái mòn, khe hở ăn khớp lớn.	-                  Thay thế vòng bi -                  Thay thế các khớp cầu. -                  Kiểm tra các độ mòn và thay thế nếu cần và điều chỉnh các khe hở ăn khớp của cặp trục răng thanh răng.
03	Xuất hiện sự rò rỉ dầu trợ lực lái	-                  Bề mặt ực xi lanh bị mòn, tạo nên độ côn, ô van và xước -                  Vòng gang mòn -                  Các khớp bị mòn, biến cứng, rạn nứt và rách -                  Các đường dẫn dầu nứt, vặn	-                  Các chi tiết phớt làm kín vòng gang mòn phải thai thế -                  Các đường ống dẫn cần bắt chặt lại, nếu hỏng thì thay thế
04	Hệ thống lái có tiếng kêu khác thường	-                  Dơ lỏng cam quay -                  Các khớp cầu lắp với cam quay bị mòn -                  Cơ cấu lái mòn, vỡ mất độ chính xác	-                  Kiểm tra và siết chặt lại các mỗi ghép giữa cum cam quay và các thanh giằng hệ thống treo. -                  Thay thế khớp cầu đầu thanh lái -                  Kiểm tra độ mòn các chi tiết trục răng thanh rang và điều chỉnh lại khe hở ăn khớp hoặc thay thế nếu cần.
	Hư hỏng	Nguyên nhân	Biện pháp khắc phục
05	Bơm trợ lực có tiếng ồn khi làm việc	-  Có không khí trong hệ thống -  Bơm hỏng	- Xả khí  - Thay bơm
06	Kẹt trong hộp tay lái	-                  Điều chỉnh không đúng ăn khớp trong hộp tay lái. -                  Mòn hoặc bị phá hủy các chi tiết của hộp tay lái.	-  Điểu chỉnh lại ăn khớp -  Thay các chi tiết bị mòn
07	Xe mất khả năng chuyển động thẳng ổn định	-                  Áp suất các lốp bánh xe thấp không đều nhau, các khớp cầu nối thánh kéo bên bị rơ lỏng. -                  Các thanh kéo bên bị cong cơ cấu lái bị rơ lỏng. -                  Độ nghiêng dọc và nghiêng ngang của các trủ xoay đứng 2 bánh xe không đều nhau	-                  Kiểm tra bơm đủ và đều áp suất của lốp, thay thế khớp cầu bị rơ lỏng. -                  Các thanh kéo bên bị cong và thay thế. -                  Điều chỉnh lại các góc nghiêng của trụ xoay đứng 2 bánh xe bằng nhau
08	Vành tay lái dịch chuyển dọc trục	-                  Không xiết chặt đai ốc vành tay lái -                  Các khớp nối mền của cơ cấu hấp thụ và đạp trục lại bì mòn.	-                  Xiết chặt lại đai ốc -                  Kiểm tra thay thế các bộ phận bì mòn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]  Nguyễn Hùng Mạnh (2023). Gầm ô tô hiện đại. NXB Xây dựng.

[2]  Kết cấu ô tô, Nguyễn Khắc Trai – Nguyễn Trọng Hoan – Hồ Hữu Hải – Phạm Huy Hường – Nguyễn Văn Chưởng – Trịnh Minh Hoàng, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2009  [3] Thiết kế tính toán ô tô. Nguyễn Trọng Hoan (2019). NXB GD VN.

[4]  Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập I và tập II), Trịnh Chất – Lê Văn Uyển,

NXB Giáo dục. 2003

[5]  Chi tiết máy (tập I và tập II), Nguyễn Trọng Hiệp, NXB Giáo dục. 1994