ĐỒ ÁN PHÂN TÍCH MỘT SỐ KẾT CẤU SỬ DỤNG TRÊN ÔTÔ HIỆN ...

MỞ ĐẦU

   Ngành công nghiệp ô tô hiện nay đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của một đất nước. Nó ra đời nhằm mục đích phục vụ nhu cầu vận chuyển hàng hóa và hành khách, phát triển kinh tế xã hội đất nước. Từ lúc ra đời cho đến nay ô tô đã được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, quốc phòng an ninh, nông nghiệp, công nghiệp, du lịch...

   Đất nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, các ngành công nghiệp nặng luôn từng bước phát triển. Trong đó, ngành công nghiệp ô tô luôn được chú trọng và trở thành một mũi nhọn của nền kinh tế và tỷ lệ nội địa hóa cũng ngày càng cao. Tuy nhiên, công nghiệp ô tô Việt Nam đang trong những bước đầu hình thành và phát triển nên mới chỉ dừng lại ở việc nhập khẩu tổng thành, lắp ráp các mẫu xe sẵn có, chế tạo một số chi tiết đơn giản và sửa chữa. Do đó, một vấn đề lớn đặt ra trong giai đoạn này là tìm hiểu và nắm vững kết cấu của từng cụm hệ thống trên các xe hiện đại, phục vụ quá trình khai thác sử dụng đạt hiệu quả cao nhất, từ đó có thể từng bước làm chủ công nghệ.

   An toàn chuyển động của xe là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng xe, nó được đánh giá bằng nhiều tiêu chí trong đó có hệ thống phanh. Hệ thống  phanh là một trong những cụm quan trọng nhất của xe ô tô, bởi vì nó đảm bảo cho xe chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó có thể nâng cao được năng suất vận chuyển. Xuất phát từ những yêu cầu và đặc điểm đó, em đã thực hiện nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Phân tích một số kết cấu sử dụng trên ô tô hiện nay”.

   Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để em hoàn thiện hơn.

   Cuối cùng, em gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn:……………., thầy cô giáo trong bộ môn và các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này.

                                                          …..,ngày… tháng… năm 20……

                                                                   Sinh viên thực hiện

                                                                   …………………

Chương 1:

GIƯỚI THIỆU CHUNG VỀ SỰ PHÁT TRIỂN Ô TÔ HIỆN NAY

Nền công nghiệp chế tạo ô tô thế giới ngày nay đã đạt được những thành tựu cao về chất lượng sử dụng, tính kinh tế, độ tin cậy, tính năng an toàn chuyển động, mức độ hoàn thiện kết cấu v v … Sự cạnh tranh gay gắt trên thị  trường ô tô thế giới đã thúc đẩy những nước có nền kỹ thuật cao như Mỹ, Nhật Bản, Đức, Pháp … đầu tư kỹ thuật và công nghệ mạnh cho công nghiệp sản xuất ô tô. Có thể nói sự đầu tư này diễn ra hàng ngày, hàng giờ và cũng vì vậy về mặt kết cấu, kiểu dáng và chất lượng liên tục. Sự thay đổi có thể nhận thấy ở những khía cạnh nhỏ của từng hệ thống, từng kết cấu trên các loại ô tô gần đây

Kết quả của việc đầu tư vào kỹ thuật và công nghệ mạnh là khả năng tự động hóa ngày càng cao của các hệ thống trên ô tô nhờ sử dụng các chương trình máy tính vi xử lí và hệ thống chuẩn đoán kỹ thuật, giúp cho các đối tượng sử dụng, khai thác ô tô giảm nhẹ lao động, đồng thời giảm nhanh chóng phát hiện bệnh của xe để xử lí. Tuy nhiên, các hệ thống tự động điều khiển và chuẩn đoán kỹ thuật là một trong những lĩnh vực kỹ thuật cao cấp, đòi hỏi đối tượng sử dụng phải có những kiến thức nhất định mới khai thác đúng và không gây những hư hỏng, thiệt hại đáng tiếc.

Sự phát triển của ô tô có những chuyển hướng mạnh mẽ vào khoảng giữa thập kỷ 70,  trong thập kỷ 80 của thế kỷ này và tiếp tục đến ngày nay,  khi mà yêu cầu về bảo vệ môi trường và nguồn nhiên liệu đã được đạt ra ở mức độ cao. Đồng thời, cũng vào thời kỳ này các ngành điện tử, tin học. tự động hóa cũng đạt mức phát triển cao, cho phép áp dụng vào công nghiệp sản xuất ô tô. Nhờ đó mà kỹ thuật ô tô có những bước phát triển đáng kể

Những hướng chính về phát triển ô tô trong giai đoạn này là hoàn thiện và cải tạo cơ bản hệ thống ô tô truyền thống (chạy xăng và dầu Diezen ) Mặt khác tìm tòi các nguồn năng lượng khác  như ắc quy điện,  năng lượng mặt trời, Hydro lỏng,  khí sinh hoc …

Đối với các ô tô truyền thống có thể nhận thấy những hướng phát triển chính là tăng cường khả năng tự động hóa các hệ thống ô tô nhăm:

- Tăng tính kinh tế nhiên liệu

- Giảm lượng khí độc trong khi xả

- Tăng tính năng an toàn chuyển động

- Giảm công bảo dưỡng kỹ thuật

- Tăng hiệu quả điều khiển công tác vận tải

- Tăng tiện nghi cho lái xe, hành khách

 Những  phần tử chương trình, bộ nhớ vvv … của kỹ thuật máy tính điện tử,  kỹ thuật siêu âm, Laze cũng được áp dụng vào các kết cấu mới của ô tô. Trong tương lai chúng ta sẽ được chứng kiến cuộc cách mạng vi mạch và vi kết cấu trong kỹ thuật ô tô. Trên 1 số xe ô tô phục vụ du lịch quốc tế có thể trang bị hệ thống dẫn đường tự đông cho lái xe. Các dịnh vụ về thông tin, nghe nhìn hiện đại cũng được trang bị cho ô tô.

 Có thể nói đối với hệ thống ô tô truyền thống trong tương lai còn tiếp tục có sự chạy đua về chất lượng và kỹ thuật,  hình thức và mức độ tiện nghi, giá thành và dịch vụ bảo hành

Mục tiêu của ngành cơ khí ô tô là nhằm đào tạo đội ngũ nắm vững chuyên môn của ngành học về các nguyên lý cơ bản, về cấu tạo, nguyên lý hoạt động tính năng kỹ thuật của các loại ôtô để có khả năng khai thác, sửa chữa, bảo trì và quản lý kỹ thuật ô tô. Có khả năng tính toán thiết kế mới và thiết kế cải tiến các loại ô tô theo các yêu cầu trong thực tế sản xuất. Nắm vững các nghiệp vụ quản lý, tổ chức, khai thác các phương tiện vận tải ô tô.

Nắm được xu hướng phát triển và tiến bộ khoa học kỹ thuật của chuyên ngành để có khả năng nghiên cứu sâu, giải quyết các vấn đề khoa học kỹ thuật trong ngành, góp phần vào công cuộc đổi mới của đất nước, theo kịp sự tiến bộ không ngừng của tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới.

Như vậy, sinh viên ngành cơ khí ô tô chủ yếu là thiết kế sản phẩm. Ngoài ra thì có thể tham gia vào các dây chuyên sản xuất, quản lý chất lượng…

Ở nước ta, vận tải ôtô đang đóng vai trò chủ đạo trong vận tải quốc nội. Tuy vậy, hầu hết ôtô của chúng ta hiện nay là nhập khẩu, công nghiệp cơ khí ôtô trong nước hiện nay chủ yếu là sửa chữa, hoán cải và bảo trì kỹ thuật.

·  Hệ truc khuỷu –tay biên – bánh đà : Vật liệu các bạc biên, bạc balie, có chất lượng cao nên lớp bạc này trông khá mỏng. Trên trục khuỷu, bạc ốp đều có các dấu

·  Hệ thống phối khí: HTPK của các động cơ nêu trên là loại xúp páp treo, mỗi xy lanh có từ 2 đến 4 xúp páp (ở 1 số xe đặc chủng có thể có 5 xúp páp/ 1 xi lanh, trong đó có 3 xúp páp nạp). Số trục cam có thể là 1 hoặc 2 trục. Nét đăc biệt cơ bản của một số xe là loại cò mổ không chỉnh. Để khác phục khe hở nhiệt và làm việc êm dịu, trong cấu trúc hệ thống có thêm cụm đệm dầu (có xi lanh,  piston dầu, lò xo, bi …. ) bố trí ở thân nắp máy phía đầu kia của cò mổ hoặc lắp gọn ngay vào đầu cò mổ phía xúp páp. Trong trường hợp này  nếu kiểm tra khe hở xúp páp lúc máy nguội sẽ thấy cò mổ cứng, không có khe hở. Dẫn động trục cam của những loại động cơ này là kiểu truyền  dây đai răng (dây cuaroa răng), có thể có các má đỡ, má tỳ tương ứng như ở động cơ xe LADA. Hình 1.1 là ví dụ động cơ không chỉnh xúp páp, còn trên hình 1.2 là đường dầu bôi trơn đến HTPK và các đệm dầu.

e. Tiêu chuẩn Châu Âu

· Hệ thống nhiên liệu diêzen: Bơm cao áp là loại bơm chia ( chứ không phải bơm dãy, từng bơm bơm riêng từng vòi phun ) có thể thêm các van điện tử để cắt nhiên liệu hoặc van khóa nhiên liệu.

· Hệ thống điều khiển phun nhiên liệu và tiết kiệm nhiên liêu: Trung tâm của hệ thống là hộp ECU động cơ hay các tên gọi khác như EFI , TCCS , ECCS control unit

· Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu: Điểm mới là hệ thống điều khiển đèn pha – cốt. Các công tắc tổng đèn và công tắc pha – cốt được bố trí ở cụm công tắc tổng hợp trên vành tay lái. Các đèn cạnh, đèn pha – cốt, đèn hậu, đèn phanh vv … được đấu qua các rơ le đèn

· Ly hợp (côn): Đối với các xe có động cơ từ 4500 cm3 trở xuống thì ly hợp ở đây thường là loại 1 dĩa ma sát khô. Ly hợp ép là dạng lò xo đĩa nhiều cánh, các cánh đóng vai trò đòn mở ly hợp. Nạng mở ly hợp được dập từ tôn lá dày. Dẫn động ly hợp kiểu thủy lực có thêm trợ lực chân không.

· Hộp số: Thường có 3 – 4  số, nếu là 4 số thì trên vỏ xe có thể gắn mác 4 WD. Các xe tải có thể có 5 – 6 số. Ở 1 số xe có 2 cầu chủ động thì có hộp số phụ. Hộp số phụ của 1 số xe (ví dụ như TOYOTA LAND CRUISER ) vẫn dùng bánh răng và tạo thành hộp số phụ riêng, tách rời hộp số chính. Còn ở xe của MITSUBISHI thì hộp số phụ liền cụm với hộp số chính và dẫn động từ hộp số chính sang hộp số phụ bằng xích

· Hệ thống lái: Hệ thống lái cơ bản không khác biệt mấy so với cấu trúc đã quen thuộc. Những điểm khác chủ yếu là ở phần trục tay lái,  Loại dầu sử dụng cho HTL, bố trí và kết cấu hình thang lái, một số góc đặt bánh xe dẫn hướng, một số vấn đề về điêu khiển điện ở HTL có trợ lực. Một trong những cụm chính của HTL là cơ cấu lái. Cơ cấu lái của đa số các xe với động cơ từ 3400 cm trở xuống là loại Bánh răng xoắn – Thanh răng , mà các cụm chi tiết được trình bày trong chương 2.

Chương 2:

PHÂN TÍCH MỘT SỐ KẾT CẤU SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ HIỆN NAY

KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG LÁI

         2.1.Công dụng của hệ thống lái.

Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô hoặc giữ cho ô tô chuyển động theo một hướng nào đó.

         2.2.Phân loại hệ thống lái.

Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ô tô tuỳ theo từng phương pháp mà có các cách phân loại khác nhau. Có các cách phân loại sau:

         2.2.1.Phân loại theo số bánh dẫn hướng.

Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước (2WS).

Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu sau.

Hệ thống lái với bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu (4WS).

         2.2.2 phân loại theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực.

Trợ lực thuỷ lực.

Trợ lực chân không.

Trợ lực điện.

Trợ lực cơ khí

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

Cơ cấu lái kiểu trục – bánh vít.

Hình 2.1. Sơ đồ cơ cấu lái trục vít bánh vít

Cơ cấu lái kiểu vít me – êcu bi – thanh răng - bánh răng

Hình 2.2. Sơ đồ cơ cấu lái trục vít – êcu bi

Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng.

Hình 2.3. Sơ đồ cơ cấu lái thanh răng – bánh răng

Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.

          2.2.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái.

Bố trí vành lái bên trái (đối với các nước có luật giao thông quy định chiều chuyển động bên phải).

Bố trí vành lái bên phải (khi chiều chuyển động bên trái như Anh, Ấn Độ…)

          2.3. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.

 Đảm bảo quay vòng ô tô thật ngoặt trong thời gian rất ngắn trên một diện tích nhỏ.

 Lái nhẹ (lực tác dụng lên vành tay lái bé)

 Đảm bảo động lực học quay vòng đúng để bánh xe dẫn hướng không bị trượt khi quay vòng.

 Hệ thống lái phải có khả năng ngăn được các va đập của các bánh xe dẫn hướng lên vành lái.

 Giữ cho xe chuyển động thẳng và ổn định.

          2.4.Cấu tạo chung hệ thống lái ô tô.

          2.4.1. Sơ đồ hệ thống lái.

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống lái

1: vành tay lái; 2: trục lái;3: cơ cấu lái; 4: đòn quay

5: xi lanh trợ lực; 6:piston trợ lực; 7: van phân phối

8: thanh kéo dọc;9 đòn quay đứng; 10: thanh kéo ngang

11: trụ đứng; 12: thanh bên

          2.4.2. Kết cấu của hệ thống lái.

2.4.2.1. Vành tay lái.

Để tạo ra mô men quay vòng thì người lái phải tác dụng một lực lên vành tay lái. Vành tay lái có dạng hình tròn, có nan hoa bố trí đều hay không đều bên trong của vành tay lái. Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái.

2.4.2.2. Trục lái.

 Trục lái có nhiệm vụ truyền mô men lái xuống cơ cấu lái. 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.

Hình 2.5. Các loại trục lái

Đầu dưới của trục lái chính được nối với cơ cấu lái. Ngoài trục lái chính còn có thể có thêm một số cơ cấu hỗ trợ khác như:

        - Cơ cấu hấp thụ va đập trục lái:

Cơ cấu này giúp người lái tránh được những thương tích khi xe bị tai nạn, theo hai cách: Bẻ gãy trục lái tại thời điểm va đập (va đập sơ cấp) và giảm va đập thứ cấp lên vô lăng do lực quán tính.

       -  Cơ cấu nghiêng trục lái.

Cơ cấu này cho phép chọn vị trí vô lăng phù hợp với tư thế của người lái. Dựa vào vị trí của điểm tựa nghiêng, cơ cấu nghiêng trục lái được phân thành các kiểu sau:

Kiểu điểm tựa dưới.

Kiểu điểm tựa trên.

        -  Cơ cấu khoá tay lái.

Cơ cấu này khoá trục lái chính vào ống trục lái khi khoá điện rút ra khỏi ổ khoá. Vì vậy, vô lăng không thể quay được ngay cả khi khởi động được động cơ. Hiện nay có hai kiểu khoá tay lái được sử dụng rất phổ biến là:

Ống khoá điện kiểu nút ấn.

Ống khoá điện kiểu ấn.

         2.4.2.3. Cơ cấu lái.

         Tỷ số truyền của cơ cấu lái.

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bao tăng mô men từ vành lái đến các bánh xe dẫn hướng.

Tỷ số truyền cơ cấu lái c i là tỷ số giữa góc quay các phần tử tương ứng của vành lái và góc quay của đòn quay  đứng .

Hình 2.6. Quy luật thay đổi tỷsố truyền

Trong đó:

dθ - góc quay vành lái;

dΩ - góc quay đòn quay đứng;

ω θ - vận tốc góc vành lái;

ωΩ - vận tốc góc của đòn quay đứng.

Tỷ số truyền ic có thể thay đổi hoặc không đổi.

Trên hình 2.6 là một ví dụ về quy luật thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu lái theo góc quay vành lái.

Khi θ ≤ 90o thì i c =const và có giá trị cực đại;

Khi 90o 270o thì ic gần như không đổi.

Với quy luật thay đổi như trên, khi ô tô chuyển động trên đường thẳng với vận tốc cao, người lái chỉ phải đánh lái với các góc rất nhỏ xung quanh vị trí trung gian, nên chỉ số truyền lớn làm tăng độ chính xác điều khiển hướng.

Hơn nữa tỷ số truyền lớn có tác dụng làm giảm va đập truyền ngược từ đường lên vô lăng.

Ở các góc quay vành lái lớn, tỷ số truyền nhỏ giúp bánh xe quay nhiều hơn, cho phép ô tô có thể quay vòng trong những chỗ hẹp, bán kính quay vòng nhỏ.

       Các kiểu cơ cấu lái thường được sử dụng.

• Cơ cấu lái trục vít chốt quay.  

Phân loại, gồm hai loại:

Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.

Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.

Hình 2.7. Cơ cấu lái trục vít chốt quay.

         Công dụng:

Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trước. Tuỳ theo điều kiện cho trước khi chế tạo khi tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu chốt quay với tỷ số nguyên 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.

         • Cơ cấu lái trục vít con lăn.

Loai cơ cấu lái này được sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít tăng 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.     

 Cơ cấu lái vít me – êcu bi – thanh răng – bánh 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 2.9. Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn

                          1.Vỏ cơ cấu lái.          6.Phớt.

                          2. Ổ bi dưới.               7. Đai ốc điều chỉnh.

                          3. trục vít.                   8. Đai ốc hãm.

                         4. Êcu bi.                     9.Bánh răng rẻ quạt.

                        5. Ổ bi trên.                  10.Bi.

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

         2.4.2.4. Dẫn động lái.

          Khái niệm:

Dẫn động lái bao gồm hệ thống các đòn để truyền lực từ cơ cấu lái đến các bánh xe, đồng thời đảm bảo cho các bánh xe của ô tô quay vòng với động lực học lớn. Bộ phận quan trong nhất của dẫn động lái là hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo động học các bánh xe dẫn hướng của ô tô làm cho lốp xe khỏi bị trượt lê khi lái lốp ít bị mòn. Ngoài ra kết cấu của hình thang lái còn phải phù hợp với bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo, để khi bánh xe chuyển hướng dao động thẳng đứng thì không ảnh hưởng đến động học của dẫn động lái.

         Phân loại:

Đối với hệ thống treo phụ thuộc thì dẫn động lái bao gồm: dầm cầu 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 (rotuy1 lái).

Các đòn bên quay quanh đường tâm trụ đứng.

- Đòn kéo ngang nằm sau dầm cầu liền.

- 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.

 Hai phương pháp bố trí dẫn động lái điển hình ở hệ thống treo độc lập được trình bày theo hình dưới đây.

Hình 2.10. Dẫn động lái điển hình của hệ thống treo độc lập

Hiện nay trên xe con thông dụng là hệ thống treo độc lập, do vậy dẫn động lái có rất nhiều đòn và khớp.

          Cấu tạo các khớp, đòn, giảm chấn của dẫn động lái.

          • Khớp cầu.

Khớp cầu dùng trong hệ thống lái có hai dạng:

Khớp cầu bôi trơn thường xuyên

Khớp cầu bôi trơn một lần.

Ngày nay khớp cầu dùng cho xe con là loại không cần bảo dưỡng (bôi trơn một lần). Khớp cầu dùng cho xe tải là khớp cầu bôi trơn thường xuyên.

        • Các đòn dẫn động lái.

Thông thường các đòn dẫn động lái có hai dạng là dạng có 4 khâu và dạng có 6 khâu thường dùng ở các hệ thống treo độc lập

         • Giảm chấn của hệ thống lái.

          Tác dụng của giảm chấn là dập tắt các dao động từ mặt đường lên vành tay lái, ổn định vành lái khi trên đường xấu.Trong hệ thống lái có cường hoá thì cường hoá đóng vai trò như một giảm chấn.

          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 vành tay 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 tuỳ theo bố trí chung.

Quan hệ học ackerman.

Quan hệ 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 2.11. 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 một góc α , β khác nhau và quan hệ hình học được xác định theo biểu thức sau: 

Trong đó:

L: Chiều dài cơ sở của xe.

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

α ,β : Góc quay của bánh xe dãn hướng phía trong và phía ngoài.

Để đảm bảo điều kiện trên thì trên xe sử dụng cơ cấu hình thang 4 khâu gọi là hình thang lái Đantô. Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng 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 thang 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 đòn bên bằng những khớp cầu (rotuy1 lái).

Các đòn bên quay quanh đòn tâm trụ đứng.

Hình 2.12. Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền

Hình (a) Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền.

Hình (b) 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 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 hình thang lái Đantô. Hai phương pháp bố trí dẫn động lái điển hình ở hệ thống treo độc lập trình bày trên

Hình 2.13. Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập

Hình (a): Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu.

Hình (b): 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 2.14. Bố trí hai cầu trước dẫn hướng

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

         2.4.2.5.Các góc đặt bánh xe.

Để tránh trường hợp người lái tác động liên tục lên vô lăng để giữa xe ở trạng thái chạy thẳng, hoặc người lái phải tác dụng một lực lớn 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.

Tính ổn định lái kém.

Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh).

        a) Góc nghiêng ngang của bánh xe (camber).

• Khái niệm:

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 2.15. Góc camber

• Tác dụng:

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 đứng, để 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 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.

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

• Khái niệm:

Góc nghiêng dọc của trục đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa trục xoay đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Khoảng cách từ giao điểm của thanh trục đứng với mặt đất đến đường tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường gọi là khoảng Caster     

Hình 2.16. Caster và khoảng Caster

• Tác dụng:

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 .

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 Y b  của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc mômen ổn định, mô men đó được xác định bằng công thức sau:

M= Yb .c (1-6)

mô men 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. mô men 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 0o đến 3o .

c) Góc nghiêng trụ đứng kingpin.

• Khái niệm.

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.

Hình 2.17. Góc kingpin.

• Tác dụng của góc kingpin:

Giảm lực đánh lái : Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với góc 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 mô men phản lực (gọi là mô men ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe. Giá trị của mô men ngược phụ thuộc vào độ lớn của góc kingpin.

d) Độ chụm và góc mở (góc doẵng).

• Khái niệm

Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trước của bánh xe gần nhau hơn phía sau thì gọi là độ chụm. Nếu bố trí ngược lại thì gọi 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 2.18. Độ chụm.

• Tác dụng của 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 bánh xe với mặt đường. Lực P f  này đặt cách trụ đứng một đoạn R 0 và tạo nên một mô men quay với tâm trụ quay đứng. Mô men này có tác dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe về phía sau.

Để lăn thẳng thì các bánh xe đặt độ chụm: Δ = B− A dương.

Với góc Δ như thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn định của vành tay lái.

Hình 2.19. Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.

Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chuyển động sẽ ép bánh xe về phía trước. Bởi vậy góc Δ 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 Δ có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng không.

         2.4.2.6. Hệ thống lái trợ lực.

a) Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.

• Công dụng:

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ lực tác dụng của người lái xe lên vành tay lái khi điều khiển ô tô

• Sự cần thiết của trợ lực 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 tiến tính dịu êm của 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 nhậy trong khi chỉ cần một lực lái nhỏ cần phải có thiết bị giảm lực lái gọi là hệ thống trợ lực

b) Phân loại hệ thống trợ lực lái:

• Theo phương pháp trợ lực:

Trợ lực thuỷ lực

Trợ lực khí nén

Trợ lực điện

Trợ lực cơ khí.

• Theo kết cấu và nguyên lý của van phân phối :

Hệ thống trợ lực kiểu van ống

Hệ thống trợ lực kiểu van quay

Hệ thống trợ lực kiểu van cánh

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

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

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

Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xi lanh lực đặt kết hợp trong đòn kéo.

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

c) Nguyên lý làm việc của 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 xi lanh trợ lực. piston trợ lực chuyển động của hình thang lái. Nếu là piston liên với thanh răng thì trợ lực cho chuyển động của thanh răng. Mức độ chuyển độ trợ lực phụ thuộc vào độ lớn của áp suất của dầu trợ lực tác dụng lên piston. Vì vậy muốn trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu.

Hình 2.20. Sơ đồ trợ lực lái ở vi trí xe đi thăng.

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.

          Sơ đồ làm việc của hệ thống trợ lực khi xe quay vòng.

Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hướng nào, giả sử quay sang phải thì van điều khiển cũng 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 chênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải của piston. Sự chênh 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 2.21. Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.

        e) Các bộ phận chính của trợ lực lái.

Một hệ thống trợ lực lái cơ bản gồm có 3 phần chính sau:

Bơm trợ lực lái thường là loại bơm cánh gạt.

Van điều khiển lưu lượng dầu đến xi lanh trợ lực.

Xi lanh trợ lực.

Van điều khiển lưu lượng:

Van điều khiển lưu lượng có chức năng điều khiển lưu lượng dầu từ bơm tới xi lanh trợ lực. Nó đảm bảo để lưu lượng đó không phụ thuộc vào tốc độ của bơm, mà chỉ phụ thuộc vào cường độ và tốc độ của vành tay lái.

Bơm cánh gạt:

Bơm cánh gạt gồm các bộ phận: Vòng cam, rôto, cánh và các rãnh.

Trong rôto có các rãnh và các cánh gạt đặt trong các rãnh đó. Vòng ngoài của rôto dạng hình tròn, mặt trong của vòng cam là hình ô van nên tạo khe hở giữa rôto và vòng cam. Các rãnh gạt chia các khe hở này thành các buồng dẫn.

Hình 2.23. Cấu tạo bơm cánh gạt.

          Bố trí trợ lực lái:

piston trong xi lanh trợ lực gắn với thanh răng, là nơi để tiếp nhận áp lực do áp suất dầu sinh ra để tạo thành lực trợ lực. Một phớt dầu trên piston để tăng đưô kín khít của khoang trong xi lanh. Phớt dầu cũng được đặt ở hai đầu của xi lanh để tránh rò rỉ dầu ra bên ngoài.

Trục van điều khiển được nối với trục lái thông qua khớp các đăng lái. Khi xe ở vị trí đi thẳng, thì van điều khiển cũng ở vị trí trung gian, nên dầu từ bơm trợ lực không đến xi lanh mà theo đường hồi dầu về bình chứa. Tuy nhiên khi đánh lái theo bất kỳ hướng nào, van điều khiển thay đổi cửa dẫn dầu nên dầu đi vào 1 buồng của xi lanh trợ lực. Dầu ở buồng bên cạnh bị đẩy ra ngoài và trở về bình chứa thông qua van điều khiển.

Hiện nay có 3 kiểu van điều khiển khác nhau nhưng chúng đều thực hiện một nhiệm vụ là thay đổi đường dẫn dầu. Ba kiêu van đó là : van ống, van xoay và van cánh.

        2.4.3. 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 θ 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 θ 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 θvl .

Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm, làm mất tính ổn định của xe và tính điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc quay vòng của xe tăng 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 2.24. Các trạng thái quay vòng của xe.

KẾT CẤU NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA

HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ TOYOTA HIACE

2.5. Sơ đồ cấu tạo chung và Nguyên lý làm việc của hệ thống lái trên ô tô Toyota Hiace

a)Cấu tạo:

Hình 2.25. Sơ đồ câu tạo của hệ thống lái Toyota Hiace.

1: tay lái; 2:cụm trục lái; 3: cụm trục van phân phối

4:cơ cấu lái; 5: xi lanh trợ lực

6:bơm trợ lực lái; 7: bình chứa

          b) Nguyên lý hoạt động:

Thông qua vành tay lái lái xe tác dụng lực để điều khiển ô tô. Lực từ người lái được truyền xuống cơ cấu lái thông qua cụm trục lái chính và cụm trục lái trung gian. Mô men này làm trục nối với bánh răng quay làm bánh răng quay theo. Bánh răng ăn khớp với thanh răng lái. Khi bánh răng quay làm thanh răng dịch chuyển sang trái hoặc sang phải. Đồng thời bơm trợ lực hoạt động nhờ dẫn động từ động có thông qua bộ truyền đai. Bơm trợ lực tạo áp suất dầu tới xi lanh trợ lực thông qua van phân phối điều khiển lưu lượng dầu vào xi lanh. Trục bánh răng gắn với trục van điều khiển dầu trợ lực. Tuỳ theo góc độ quay vành tay và chiều quay vành tay lái mà van xoay phân bố lượng dầu vào từng khoang của xi lanh trợ lực tạo ra lực đẩy piston trợ lực (thanh răng) cùng chiều với chiều của thanh răng làm giảm lực tác dụng của người lái.

Thông qua hình thang lái và các khớp điều khiển bánh xe dẫn hướng chuyển động theo sự điều khiển của lái xe.

        2.6. Kết cấu hệ thống lái trên ô tô Toyota Hiace.

       2.6.1. Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng.

Hình 2.26. Cơ cấu lái.

1- Van trợ lực lái; 2: bánh răng lái; 3:thanh răng lái; 4:vòng hãm

5: gioăng; 6:đai ốc hãm; 7:Nắp lò xo dẫn hướng;8:lò xo dẫn hướng

9:dẫn hướng thanh răng; 10:vỏ thanh răng trợ lực

11: phớt dầu; 12: bạc; 13 bộ hãm đầu xi lanh

          a) Bánh răng:

Bánh răng ở phía dưới trục lái chín ăn khớp với thanh răng. Khi vô lăngquay, làm răng quay làm dịch chuyển thanh răng sang phải hoặc sang trái. Phía trên nối với trục lái bằng then hoa và khớp các đăng .Bánh răng được gắn với trục van điều khiển dầu trợ lực cho cơ cấu lái.

         b) Thanh răng:

Piston trong xi lanh lực được đặt trên thanh răng, thanh răng dịch chuyển nhờ sự ăn khớp với trục răng và áp suất của dầu trợ lực sinh ra do bơm cánh gạt tạo ra tác dụng lên piston. Một phớt dầu trên piston để ngăn cản rò rỉ áp suất dầu. Phớt cũng được đặt ơ hai đầu của xi lanh để tránh rò rỉ dầu ra bên ngoài .

Trục van điều khiển được nối với vô lăng. Khi vô ở vị trí trung gian (chạy thẳng), van điều khiển cũng ỏ vị trí trung gian nên dầu từ bơm không tác dụng lên buồng nào mà hồi ngay về bình. Tuy nhiên khi đánh lái bất kỳ về hướng nào, van điều khiển thay đổi cửa dẫn dầu nên dầu đi vào một buồng. Dầu ở buồng đối diện bị đẩy ra và trở về bình qua van điều khiển.

         2.6.2 Dẫn động lái.

Trên xe Toyota Hiace hệ thống treo cầu trước là hệ thống treo độc ập với lò xo cuộn, đòn kép và thanh cân bằng. Cầu sau 4 điểm liên kết , lò xo trụ và tay đòn bên .

Hình 2.27. Dẫn động lái

1:chốt chẻ; 2:thanh lái; 3 Hộp cơ cấu lái(hình thang lái)

4:moay ơ; 5:ốc hãm

Thanh dẫn động lái được nối với thanh răng trợ lực băng khớp cầu. Khớp cầu được bôi trơn một lần. Một đầu còn lại nối với cụm bánh trước cũng bằng khớp cầu và được hãm bằng chốt chẻ và đai ốc.

           2.6.3. trợ lực lái.

Hình 2.28. Bơm trợ lực lái.

1: bình chứa dầu      2: vỏ bơm trợ lực        3: trục bơm

4:phớt chán dầu       5,10:gioăng                 6:vành cam

7:rôto bơm               8:cánh bơm                 9:phanh hãm

11:vỏ phía sau bơm  12: van điều khiển     13:cút nối cổng cao áp

        Cấu tạo:

Bình dầu : bình dầu để cấp dầu trợ lực lái. Nó được gắn trực tiếp lên thân bơm. Nắp bình dầu có thước đo đế kiểm tra mức dầu. Nếu mức dầu thấp hơn mức tiêu chuẩn thì bơm sẽ hút khí vào làm hoạt động của bơm bi trục trặc

Thân bơm: Thân bơm được dẫn động bằng puli trục khuỷu và đai và bơm dầu cao áp đến cơ cấu lái. Công suất bơm tỷ lệ với tốc độ của động cơ, nhưng lượng dầu tới cơ cấu lái được điều khiển bởi van điều khiển lưu lượng, lượng dầu thừa sẽ được đưa trở lại cửa hút của bơm .

Van điều khiển lưu lượng: Van điều khiển lưu lượng điều khiển lượng dầu từ bơm đến cơ cấu lái, đảm bảo một lưu lượng không đổi phụ thuộc vào tốc độ của bơm. Tuy nhiên, rất nhiều bơm hiện nay sử dụng một ống điều khiển cùng với van điều khiển lưu lượng dầu khi bơm đạt đến 1 tốc độ nhất định. Đó là trợ lực lái loại cảm biến RPM. Nó tạo ra một lực phù hợp ngay cả khi xe chạy ơ tốc độ cao.

Kiểu bơm cánh gạt có một van an toàn được gắn bên trong van điều khiển lưu lượng để điều khiển áp suất dầu cực đại. Áp suất dầu cực đại sinh ra khi đánh vành lái hết cỡ sang trái hoặc sang phải và van điều khiển đóng hoàn toàn đường hồi dầu. Lúc này, để ngăn cản áp suất quá cao, van an toàn mở khi cần thiết để xả bớt dầu cao áp về bình.

Hoạt động bơm cánh gạt:

Rô to quay trong vòng cam, vòng cam bắt chặt vào vỏ bơm. Có các rãnh trong rô to và các cánh gạt được đặt trong các rãnh đó. Vòng ngoài của rô to là hình tròn mặt trong của vòng cam là hình ô van nên tạo ra khe hở giữa rôto và vòng cam. Các cánh gạt chia ra các khe hở này thành các buồng dầu.

Cánh gạt tỳ lên mặt trong vòng cam nhờ cả lực ly tâm lẫn áp xuất dầu tác dụng lên cạnh trong của cánh có tác dụng làm kín rất tốt nên khi bơm sinh ra dầu cao áp, áp suất không bị rò tại phần tiếp xúc giữa cánh gạt và vòng cam.

Thể tích buồng dầu tăng hay giảm khi rôto quay để hoạt động bơm. Nói cách khác thể tích buồng dầu tăng tại của hút nên dầu trong bình chứa được hút vào buồng dầu từ cửa hút.

Thể tích buồng dầu giảm ổ phía bơm, va khi nó bằng không, dầu hút vào trong buồng lúc trước bị đẩy ra ngoài theo cửa bơm. Có 2 cửa hút và 2 cửa bơm vì vậy dầu được hút vào bơm 2 lần trong 1 vòng rôto.

          b) Van phân phối.

         Tác dụng:

Kiểu van phân phối trong hệ thống lái Toyota Hiace là van quay. Van phân phối trong cơ cấu lái quyết định dầu từ bơm sẽ đi đến buồng nào. Trục van điều khiển (mô men tư vành tay lái tác dụng lên) và trục bánh răng được nối vơi nhau bằng một thanh xoắn.Van quay và trục bánh răng được gắn với nhau bằng một chốt và quay cùng với nhau. Nếu không có áp suất dầu, thanh xoắn sẽ bị xoắn hết cỡ, trục van điều khiển và trục bánh răng sẽ tiếp xúc với nhau ở vấu chặn nên mô men từ trục răng điều khiển sẽ truyền thẳng đến trục bánh răng.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động.

Hình 2.29. Kết cấu van phân phối.

* Vị trí van khi xe đi thẳng

Hình 2.30. Vị trí van khi ô tô đi thẳng.

Khi trục van điều khiển không quay , nó ở vị trí trung gian so với van quay.Dầu do bơm cung cấp quay về bình chứa qua cửa D và buồng D. Buồng trái và buồng phải của xi lanh bị nén nhẹ nhưng không có sư chênh lệch áp suất giữa chúng, không có trợ lực lái.

* Vị trí van khi xe quay phải.

Hình 2.31. Vị trí van khi ô tô quay phải phải.

Khi xe quay phải, thanh xoắn bị xoắn và trục van điều khiển quay sang phải.Dầu từ bơm bị cản bởi cửa X và Y của cánh van điều khiển để ngắt dòng dầu vào cửa C và D. Kết quả là dầu từ cửa B đến ống B và sau đó đến buồng xi lanh bên phải làm thanh răng di chuyển sang bên trái và tạo ra sự trợ lực lái.Cùng lúc, dầu ở xi lanh bên trái chạy về bình chứa qua ống C → cửa C → cửa D →Buồng D.

* Vị trí van khi xe quay trái.

Hình 2.32. Vị trí van khi ô tô quay trái.

Giống như xe quay sang phải, khi xe quay sang trái, thanh xoắn bị xoắn và trục van quay sang trái. Dầu từ bơm bị cản bởi khe X’ và Y’ của cạnh van điều khiển để cắt dòng dầu vào của b và D. Kết quả là dòng dầu từ cửa C vào ống C và sau đó tới buồng xi lanh trái làm thanh răng dịch chuyển sang phải vì vậy tạo ra sự trợ lực lái. Cùng lúc đó dầu ở buồng xi lanh bên phải quay về bình chứa qua ống B→ cửa B → cửa D→buồng D.

d) Xi lanh trợ lực.

Hình 2.33. Sơ đồ xi lanh trợ lực lái.

      Cấu tạo:

Xy lanh lực được chế tạo tạo thành vỏ của thanh răng trợ lực lái. Đồng thời thanh răng cũng được chế tạo để thêm chức năng piston trợ lực (hình vẽ về cơ cấu lái ). Bên cạnh đó trên thanh răng phải lắp thêm các phớt chắn dầu để kín khít buồng xy lanh trợ lực. Tạo thành 2 khoang xy lanh.

       Hoạt động:

Tuỳ vào chiều quay của của xe mà van phân phối điều chỉnh dầu vào buồng trái hay phải, áp suất của bơm dầu tạo lên tác dụng theo chiều chuyển động của thanh răng (piston xi lanh trợ lực). Tạo lên sự trợ lực lái.

    2.7. Vành tay lái.

Hình 2.34: Hình dạng vành tay lái

Vành lái là nơi để người lái tác dụng lực gây ra mô men tác dụng vào hệ thống lái, để điều khiển xe. Vành lái (vô lăng) trên mặt cụm vành lái đồng thời có lắp bộ phận còi để người lái xe dễ điều khiển khi gặp chướng ngại vật hoặc xin đường.

Vành lái ăn khớp với trục lái bằng then hoa và được cố định bằng đai ốc bắt vào trục lái chính.

         2.8.Trục lái.

Hình 2.35. Cụm trục lái.

1: cụm trục lái     2,4,6: cụm khớp các đăng

3,5: cụm trục lái trung gian

a) Trục lái gồm: Trục lái chính truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và ống trục lái được bắt gắn vào thân xe. Đầu phía trên của trục lái chính được gia công ren và then hoa để gắn vành tay lái lên đó và giữ chặt nhờ đai ốc.

 Trục lái kết hợp với cơ cấu hấp thụ va đập,cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có tai nạn. Trục lái được gắn lên thân xe qua một giá đỡ để trục lái có thể dễ dàng tụt xuống khi bị va đập.

Đầu dưới của trục lái chính được nối với cơ cấu lái, nhìn chung thường nối bằng khớp mềm hay khớp các đăng, trên xe Toyota Hiace được nối bằng khớp các đăng để giảm tối thiểu sự truyền va đập của mặt đường từ cơ cấu lái lên vô lăng.

Cụm trục lái bao gồm trục lái chính và trục lái trung gian. Trục lái chính một đầu ăn khớp với vô lăng một đầu ăn khớp với cụm trục lái phụ bằng cụm khớp các đăng nạng kép. Trục lái trung gian một đầu ăn khớp với trục lái chính và một đầu ăn khớp với cơ cấu lái thông qua khớp các đăng.

          Cơ cấu hấp thụ va đập (dập tắt) lực va đập trên cơ cấu lái Toyota Hiace là thông qua các khớp các đăng giảm lực tác dụng truyền từ mặt đường lên người lái, và giảm thương tích do lực mặt đường tác dụng lên khi có va đập .

b) Khoá tay lái.

Hình 2.36. Cụm ổ khoá điện.

1:bộ khuyếch đại thu phát;    2:cụm điện từ khoá liên động

3:cụm ổ khoá điện;               4:cụm công tác cảnh báo

5:ống trục lái;                      6:vòng bi trục lái chính

Cơ cấu khoá tay lái dùng để bảo vệ xe khỏi bọn trộm khi người lai rời khỏi xe.

          Nguyên lý hoạt động:

Cơ cấu này khoá trục lái chính vào ống trục lái khi khoá điện bị rút ra khỏi ổ khoá. Vì vậy xe không thể lái được ngay cả khởi động được động cơ mà không dùng khoá điện.

Để tránh cho vô lăng không bị khoá cứng khi xe đang chạy, khoá điện được thiết kế để sao cho đầu tiên phải ấn nút nhả khoá hoặc chìa trước khi chìa có thể quay được từ vị trí ACC sang vị trí lock.

             2.9. Cơ cấu phanh đĩa.

                      Hình 2.37. Cơ cấu phanh đĩa.

1- Đĩa phanh;    2- Má phanh;   3- Xi lanh công tác;   4- Giá đỡ

Phần quay của cơ cấu phanh được nối với đĩa 1 toàn bộ cụm phanh được bố trí trên gía đỡ 4 gồm các má phanh và các xilanh công tác 3, khi phanh áp suất chất lỏng tác động lên các piston trong các xilanh công tác và đẩy má phanh 2 ép vào đĩa thực hiện quá trình phanh.

Phanh đĩa thường có cơ cấu tự điều chỉnh khe hở giữa má phanh và đĩa phanh. Phanh đĩa được sử dụng chủ yếu trên các loại ôtô nhỏ và được dẫn động bằng thuỷ lực.

        Ưu điểm:

Cơ cấu phanh đĩa là loại hở nên thoát nhiệt tốt trong quá trình làm việc. Trọng lượng nhỏ. Khe hở giữa các đĩa và má phanh nhỏ (0,05 – 0,08 mm), nhờ vậy dễ dàng thực hiện điều chỉnh tự động khe hở này nhờ độ đàn hồi của vòng cao su đặt ở trong rãnh xilanh, và vòng cao su này ép chặt lên piston. Khe hở nhỏ tức hành trình piston nhỏ do đó tạo điều kiện để tăng tỷ số truyền của dẫn động. Ít bị ảnh hưởng khi bị nước văng vào so với cơ cấu loại trống do áp suất trên bề mặt má phanh cao (40-50KG/cm2 khi phanh khẩn cấp, nghĩa là gấp 3-4 lần lớn hơn so với áp suất trên mặt má phanh tang trống). Lực tác dụng lên cơ cấu phanh được cân bằng. Áp  suất phân bố đều trên bề mặt ma sát. Biến dạng của đĩa và vỏ theo hướng trục. Có khả năng tự làm sạch. Kết cấu của phanh đĩa cho phép dễ dàng thay thế các má phanh.

      Nhược điểm:

Giá thành cao. Áp suất đạt trị số khá lớn ở trường hợp phanh nguy hiểm (5MN/m..) và hơn nữa. Các tấm ma sát của loại phanh này hao mòn nhanh hơn phanh trống. Cơ cấu phanh đĩa không được cân bằng vì khi phanh sẽ sinh các lực phụ tác dụng lên ổ bi của bánh xe.

      Sơ đồ các dạng phanh đĩa:

Cơ cấu phanh đĩa có giá đặt xilanh cố định gồm hai xilanh công tác đặt hai bên đĩa phanh. Số lượng xilanh công tác có thể là 4 đặt đối xứng nhau, hoặc 3 xilanh với 2 xilanh nhỏ một bên, còn bên kia là 1 xilanh lớn.

Loại này, giá đỡ được bắt cố định trên dầm cầu. Trên giá đỡ bố trí hai xilanh  bánh xe ở hai phía của đĩa phanh. Trong các xilanh có piston, mà một đầu của nó luôn tì vào các má phanh. Một đường dầu từ xilanh chính được dẫn đến cả hai xilanh bánh xe.

              Hình 1.7. Cơ cấu phanh đĩa có giá đặt xi lanh cố định.

          1- Piston;  2- Má phanh;  3- Đĩa phanh;  4- Giá cố định;  5- Giá bắt

Khi đạp phanh, dầu từ xilanh chính qua ống dẫn đến các xilanh bánh xe đẩy piston mang các má phanh ép vào hai phía của đĩa phanh thực hiện phanh bánh xe. Khi thôi phanh dưới tác dụng của lò xo hồi vị bàn đạp được trả về vị trí ban đầu, dầu từ xilanh bánh xễ hồi trở về vị trí ban đầu, dầu từ xilanh bánh xễ hồi trở về xilanh chính, tách má phanh khỏi đĩa phanh kết thúc quá trình phanh.

Cơ cấu phanh đĩa có giá đặt xilanh di động bố trí một xilanh. Giá xilanh được di động trên các giá nhỏ dẫn hướng. Khi phanh xilanh đẩy piston và má phanh vào đĩa phanh, sau đó đẩy giá đặt xilanh trượt trên trục dẫn hướng để ép nốt má bên kia vào đĩa phanh.

Loại này có kết cấu các tấm má phanh tự lựa được điều khiển bằng một xilanh lực đặt lên giá quay.

Hình 1.8. Cơ cấu phanh đĩa có giá đặt xi lanh di động.

1.     Má phanh;  2. Đĩa phanh;  3. Piston;  4. Giá di động;  5. Giá dẫn hướng.

              2.10. Phanh đĩa.

     2.10.1. Cấu tạo.

     a) Càng phanh đĩa:

Là loại càng phanh di động:

Loại càng phanh di động chỉ có pittông gắn vào một bên má. Pittông tác động áp suất thuỷ lực. Nếu má phanh đĩa bị đẩy, càng phanh trượt theo chiều ngược với pittông và đẩy rôto phanh từ cả hai bên. Do đó nó làm bánh xe ngừng quay.

     b) Má phanh đĩa :

Khi cảm biến mòn đi cùng với má phanh đĩa, mạch của bộ cảm biến bị hở. Bộ ECU phát hiện mạch hở này và báo cho người lái biết.

Chú ý: Khi dùng phanh chân (không có phanh động cơ) liên tục trên đường xuống dốc dài v.v..., má phanh trống và má phanh đĩa trở nên nóng quá mức do ma sát. Dẫn đến giảm hệ số ma sát của các bề mặt má phanh làm cho lực hãm của phanh kém kể cả khi gắng sức đạp bàn đạp phanh

         c) Rôto phanh đĩa (đĩa phanh):

Trên xe có 2 loại rôto phanh đĩa như sau:

Loại đặc (cầu sau):Loại đặc này được làm từ một rôto đơn của phanh đĩa.

Loại được thông gió (cầu trước):Có lỗ rỗng ở bên trong .Tiêu tán nhiệt rất tốt.

             d) Khả năng tự điều chỉnh khe hở phanh:

Vì vòng bít (cao su) của pittông tự động điều chỉnh khe hở của phanh, nên không cần điều chỉnh khe hở của phanh bằng tay. Khi đạp bàn đạp phanh, áp suất thuỷ lực làm dịch chuyển pittông và đẩy đệm đĩa phanh vào rôto phanh đĩa. Trong lúc pittông dịch chuyển, nó làmcho vòng bít của pittông thay đổi hình dạng. Khi nhả bàn đạp phanh, vòng bít của pittông trở lại hình dạng ban đầu của nó, làm cho pittông rời khỏi đệm của đĩa phanh.

Do đó, dù đệm của đĩa phanh đã mòn và pittông đang di chuyển, khoảng di chuyển trở lại của pittông luôn luôn như nhau, vì vậy khe hở giữa đệm của đĩa phanh và rôto đĩa phanh được duy trì ở một khoảng cách không đổi.

        2.10.2. Hoạt động.

Phanh đĩa đẩy pittông bằng áp suất thuỷ lực truyền qua đường dẫn dầu phanh từ xilanh chính làm cho các má phanh đĩa kẹp cả hai bên của rôto phanh đĩa và hãm các lốp dừng quay. Do đó, vì các rôto của phanh đĩa và các má phanh đĩa cọ vào nhau, phát sinh nhiệt do ma sát. Tuy nhiên, vì rôto phanh đĩa và thân phanh để hở, nên nhiệt do ma sát sinh ra dễ bị tiêu tán.

Chương 3:

THIẾT KẾ VAM THÁO RÔ TUYN CƠ CẤU LÁI

         3.1. Yêu cầu kỹ thuật của đồ gá nói chung.

         3.1.1. Đặc điểm công dụng của đồ gá.

Đồ gá gia công chi tiết đó là một loại trang thiết bị theo yêu cầu của quy trình công nghệ. Đồ gá nhằm nâng cao năng suất lao động, đảm bảo độ chính xác khi gia công. Đồ gá được trang bị để lắp lên các máy cắt gọt kim loại như: máy tiện, khoan… đồ gá c̣n có tác dụng tháo lắp các chi tiết nhằm nhiệm vụ nâng cao năng suất, đảm bảo chất lượng yêu cầu tháo lắp.

Đồ gá gồm ba bộ phận chính:

Bộ phận định vị

Bộ phận kẹp chặt

Bộ phận dẫn hướng

        3.1.2. Các yêu cầu khi thiết kế đồ gá.

Khi thiết kế đồ gá phải đảm bảo các yêu cầu sau:

Đồ gá phải đảm bảo yêu cầu gia công, định vị phải đủ số bậc tự do cần thiết, đảm bảo yêu cầu kẹp chặt không quá lớn gây biến dạng chi tiết

Đồ gá kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, rẻ tiền, dễ chế tạo và bảo quản

Đồ gá phải phù hợp với thiết bị gia công tính công nghệ cao, mở rộng

phạm vi sử dụng của máy, nâng cao năng suất..

        3.2. Phân tích nguyên công cần thiết kế.

        3.2.1. Xác định chế độ cần lắp ghép.

Chế độ lắp ghép giữa thanh ngang chốt cầu và cụm moay ơ là lắp ghép chặt

         3.2.2. Các yêu cầu khi tháo chốt cầu.

Không được làm hỏng đầu khớp cầu và phần ren

Không được làm cong thanh nối cụm moay ơ

         3.3. Thiết kế vam.

         3.3.1. Sơ đồ gá lắp thiết kế.

Hình 3.1. Kết cấu của vam.

1: trục vít; 2: thân vam; 3: chốt cầu

4: thanh ngang; 5: cụm thanh nối moay ơ

        3.3.2. Nguyên lý làm việc của vam.

Móc vam vào phía dưới thanh nối moay ơ cần tháo chốt cầu. Dùng cà lê vặn trục vít đi xuống. Trục vít tác dụng lực đẩy chốt cầu từ từ đi xuống thoát ra khỏi cụm thanh nối moay ơ.

        3.3.3. Tính toán thiết kế vam.

       a) Kích thước của chi tiết cần tháo là:

        b) Chọn vật liệu chế tạo vam:

Vật liệu dùng để chế tạo thân vam, tay vặn là thép 45

Vật liệu dùng để chế tạo trục vít là thép 45

        c) Lực ép chốt cầu và cụm thanh nối moay ơ:

Lực ép tính theo công thức:

P=π.f.d.l.p

Trong đó:

f- là hệ số ma sát f=0,08

d- đường kính trung bình của khớp cầu khi lắp ghép

l- chiều dài khi lắp ghép

p- ứng suất nén trên bề mặt khi lắp ghép

Với:

 E1, E2: Mô đum đàn hồi của vật liệu. Với thép E=2,1.104  (N/mm2 )

δ : Độ dôi lắp ghép:

Ta có: δ =100μm

C1,C2 là hệ số được tính theo công thức

μ1, μ2: là hệ số poát-xông, với thép: μ1= μ2= 0,3

Chốt cầu đặc: d1=0 mm

d2 : Là đường kính ngoài của ngõng trục d2 =40 mm

d: Là đường kính trung bình của chốt d=15 mm

Vậy ứng suất nén trên bề mặt lắp ghép là:

Lực ép chốt cầu ra khỏi cụm moay ơ là

P = π.f.d.l.p = 3,14.0,08.15.23.60,08 = 5199,84 (N)

         * Xác định lực cần thiết để tháo rô tuyl, chốt cầu ra khỏi cụm moayơ:

Do chế độ làm việc của khớp cầu là truyền mô men và lực ngang tới các bánh xe dẫn hướng của hệ thống lái. Do vậy để xác định lực cần thiết để tháo rô tuyl chốt cầu ra khỏi cụm moay ơ ta tăng thêm hệ số tải trọng K.

K=1,5

Ta có lực cần thiết để tháo chốt cầu khỏi cụm moay ỏ là:

Qt =K.P=1,3.5199,84=7799,76 (N)

        d) Đường kính trung bình của trục vít tính theo điều kiện bền:

Chọn áp suất cho phép sinh ra trên mặt ren là: [P0]=9 (Mpa).

Hệ số chiều cao ren hình thang Ψ h =0,5

Hệ số chiều cao thân có ren

Ψ = chọn ψ H =2,5

Lực tháo vòng bi là W=Q t = 7799,76 N

Chọn: d2 =15 mm

Thông số của trục vít là:

Bước ren chọn P = 2 mm

Chiều cao làm việc của ren h = 0,54.P = 1 (mm)

Đường kính chân ren là d1 =14 ( mm)

Đường kính của đỉnh ren là d = d1+2.h = 14+2.1=16 (mm)

Đường kính trung bình của trục vít là d2 =15 (mm)

 1

Góc ma sát ρ . Lấy hệ số ma sát f=0,1 khi vít được bôi trơn

ρ =arctag(f)=5o40'

λ < ρ Vậy thoả măn điều kiện tự hăm

Chiều cao đai ốc H:

Ta có số vòng ren đai ốc tính theo công thức:

Chiều cao đai ốc H=x.P=19.2=38 (mm)

        e) Xác định chiều dài của trục vít theo lực tháo ổ lăn:

Trong đó : L : Chiều dài tính toán của trục vít theo lực tháo

E: Mô đum đàn hồi E=21.10 4 N/mm2

K: Hệ số tải trọng K=1,5-3 chọn K=1,5

Hệ số an toàn về ổn định: n=4

J mô men quán tính trục

Chọn chiều dài trục vít thiết kế L=105mm

         f) Kiểm tra trục vít theo độ bền mòn:

Để giảm mòn áp suất trên bề mặt ren phải nhỏ hơn giá trị cho phép

Theo công thức

Po  =Qt/( π.d2.h.x ≤ P

Trong đó: h chiều cao làm việc của ren h=1 mm

Số vòng ren trên đai ốc x=H/P=19

(H là chiều dài đai ốc H=40 mm)

 P =7799,76 /(3,14 .15.19)=8,72 MPa ≤ 9MPa

Đảm bảo điều kiện bền mòn

        g) Kiểm nghiệm trục vít theo điều kiện bền:

Do trục vít làm việc chịu trạng thái ứng suất phức tạp vừa chịu nén vừa chịu xoắn, do đó phải tính ứng suất tương đương σ td và kiểm nghiệm theo điều kiện bền:

Trong đó :

[σ] ứng suất cho phép [σ] = σ ch / 3  = 360/3=120 (N/mm2)

- Ứng suất do lực dọc gây nên

- Ứng suất do mô men xoắn gây ra

- Mô men xoắn :M x =Mr t +M

- Mr  mô men xoắn trên thân ren

Mr=W.(d2/ 2). tg(λ+S’)

 λ - góc nâng ren λ = 2o36’

S' - góc ma sát tương đương S'= arctg (f')

f ' - hệ số ma sát tương đương f ' =f/( cosα /2)

Đối với ren h́nh thang cân ta có α = 30o

F - hệ số ma sát trong trường hợp được bôi trơn thường xuyên

f=0,1 suy ra f'= 0,1/(cos(30o/ 2)) =0,104

S' =arctg0,104 ≈ 6o

Mr= 7799,76.(15/ 2) tg (2o36'+ 6o)= 8847,01   (Nmm)

- Mt mô men trên gối tỳ Mt= /f.Q­t.Rtd

Bán kính trung bình của đầu kẹp bu lông Rtd

Mt =0,1.7799,76.15 / 3 =3899,87 (Nmm)

Vậy tổng mô men xoắn trên ren là:

Mx =Mr +Mt =8847,01+3899,87=12746,88 (Nmm)

- Ứng suất do mô men xoắn gây ra :

 τ =Mx/0,2d1 3 =12746,88/(0,2.143 )=23,23 (N/mm2 )

- Ứng suất tác dụng lớn nhất lên trục vít là:

Ta thấy  σtd =55,74 (N/mm2)