Đồ án Thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe tải IFA-W50

Lời nói đầu Ngành giao thông vận tải nói chung và ô tô nói riêng đóng vai trò hết sức quan trọng trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như trong- Giao thông vận tải, Công nghiệp, Nông nghiệp, Lâm nghiệp, Xây dựng, Thuỷ lợi, Quốc phòng.v.v… Ngành ô tô chiếm vị trí rất quan trọng đối với sự hoạt động chung và sự phát triển của các ngành khác, đồng thời giải quyết phần lớn nhu cầu đi lại trong xã hội cũng như chuyên chở hàng hoá. Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cùng với sự phát triển của lưu thông hàng hoá trong cơ chế thị trường và nhu cầu đi lại của con người ngày càng tăng, điều đó yêu cầu phải nâng cao chất lượng vận tải, chất lượng phục vụ ngày càng hiện đại hơn, độ an toàn chuyển động của ô tô cũng phải cao hơn. Xuất phát từ những yêu cầu trên trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp này em được giao đề tài: "Thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe tải IFA-W50" nhằm mục đích giảm cường độ cho người lái, làm tăng thêm tính cơ động và độ an toàn chuyển động của xe. Đặc điểm kỹ thuật của xe IFA - W50 Xe IFA -W50 do nước Cộng hoà dân chủ Đức chế tạo năm 1969, là loại xe tải thùng vạn năng. Trên xe lắp đặt động cơ tổng thành kiểu 4VD 14,5/12ISRW. Các thông số tính năng cơ bản của xe IFA-W50 STT Thông số Trị số Đơn vị 1 Tự trọng 5.200 KG 2 Tải trọng 5.000 KG 3 Trọng lượng toàn bộ xe 10.200 KG - Phân bố trọng lượng lên cầu Toàn tải: - Cầu trước 3.400 KG - Cầu sau 6.800 KG 4 Vận tốc lớn nhất khi toàn tải 90 Km/h 5 Tiêu hao nhiên liệu trên đường tốt (l/100km) 17 lít 6 Tỷ số truyền lực chính 2 cấp 5,36 7 Cơ cấu lái: Trục vít - con lăn - Tỷ số truyền cơ cấu lái 23,4 8 Dùng ly hợp khô 1 đĩa ma sát 9 Động cơ kiểu: 4VD 14,5/12ISRW - Công suất lớn nhất Nemax ở 2300 (v/ph) 125 Mã lực - Mômen cực đại Memax ở 1500 (v/ph) 43 KGm - Động cơ 4 kỳ, 4 xi lanh, bố trí thẳng hàng - Thứ tự làm việc 1-3-4-2 - Bơm cao áp kiểu DEF4BS 804/S 10 Hộp số cơ khí: 3 trục, 5 số tiến, 1 số lùi. - Tỷ số truyền số 1: ih1 8,62 - Tỷ số truyền số 2: ih2 4,56 - Tỷ số truyền số 3: ih3 2,62 - Tỷ số truyền số 4: ih4 1,59 - Tỷ số truyền số 5: ih5 1 - Tỷ số truyền số lùi: ihlùi 6,38 11 Chiều dài toàn bộ xe 6.480 mm 12 Chiều dài cơ sở: L0 3.200 mm 13 Chiều cao xe 2.600 mm 14 Chiều rộng xe 2.500 mm - Chiều rộng cơ sở: B 1.760 mm - Khoảng cách giữa 2 tâm trụ quay đứng 1.500 mm 15 Chiều dài đòn bên 200 mm 16 Chiều dài đòn kéo ngang 1.376 mm 17 Chiều dài đòn kéo dọc (Ld) 780 mm 18 Chiều dài đòn quay ngang 220 mm 19 Chiều dài đòn quay đứng 210 mm 20 Bán kính vành tay lái 250 mm 21 Ký hiệu lốp 9,00-20 in Chương I Tổng quan về hệ thống lái 1. Công dụng - yêu cầu - phân loại 1.1. Công dụng Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động học giữ cho ô tô chuyển động theo một hướng nhất định nào đấy, thông qua các bộ phận dẫn động của hệ thống lái. 1.2. Yêu cầu Hệ thống lái phải đảm bảo: - Quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích hẹp. - Lái nhẹ nhàng và tiện lợi. - Động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lê khi quay vòng. - Tránh được các va đập từ bánh xe dẫn hướng truyền lên vành tay lái. Giữ được chuyển động thẳng ổn định của ô tô. - Có giá thành hạ, độ bền cao, thuận lợi trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa. 1.3. Phân loại Hệ thống lái được phân theo các loại sau: 1.3.1. Theo đặc điểm vị trí vành tay lái Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên phải hoặc bên trái (theo chiều chuyển động của ô tô). Vành tay lái bố trí bên trái dùng cho những nước thừa nhận luật đi đường theo phía phải như ở Việt Nam và các nước xã hội chủ nghĩa. Vành tay lái bố trí bên phải dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường theo phía trái như ở Anh, Nhật, Thụy Điển… 1.3.2. Theo số lượng cầu dẫn hướng Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước, ở cầu sau và ở tất cả các cầu. 1.3.3. Theo đặc điểm kết cấu của cơ cấu lái Cơ cấu lái loại trục vít cung răng - Loại cung răng đặt ở giữa - Loại cung răng đặt ở bên Cơ cấu lái loại trục vít con lăn Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng 1.3.4. Theo phương pháp trợ lực - Loại cường hoá bằng thuỷ lực - Loại cường hoá bằng khí nén - Loại cường hoá bằng điện 2. Đặc điểm kết cấu một số cơ cấu lái 2.1. Cơ cấu lái loại trục vít êcubi - thanh răng - cung răng - Ưu điểm của loại này là: Trục vít ăn khớp với êcu, thông qua các viên bi, do vậy giảm nhiều lực ma sát song không cho phép điều chỉnh để tránh mòn. Cần phải sử dụng vật liệu có độ bền mòn cao và nhiệt luyện tốt. Đai ốc đồng thời là thanh răng ăn khớp với cung răng, do đó răng trên thanh răng có độ rộng thay đổi để có thể điều chỉnh khi bị mòn. Tỷ số truyền không đổi và được tính như sau: iccl = Trong đó: t - Bước răng của trục vít r0 - Bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng ic - Tỷ số truyền cơ cấu lái Hiệu suất của cơ cấu lái tương đối cao (0,75 á 0,85) cơ cấu lái loại này nhỏ gọn cho phép có tỷ số truyền lớn. Rất thuận tiện cho việc kết hợp với hệ thống trợ lực thuỷ lực. - Nhược điểm: là cơ cấu lái phức tạp, nhiều chi tiết, giá thành cao. Hình 1.1 Cơ cấu lái trục vít êcubi - thanh răng - cung răng 2.2. Cơ cấu lái loại trục vít con lăn Loại này có những đặc điểm sau: - Nhờ trục vít có dạng glôbôít cho nên mặc dù chiều dài trục vít không lớn nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mòn. - Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc với nhau được phân tán, tuỳ theo cỡ ô tô mà có thể chế tạo con lăn có hai hoặc bốn vòng ren. - Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay ma sát trượt thành ma sát lăn. - Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp các bánh răng. Đường trục của con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn D = 5 á 7mm. Điều này cho phép triệt tiêu sự hao mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh khi sử dụng. Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn tại vị trí trung gian xác định theo công thức: ic = Trong đó: r2 - Bán kính vòng tròn ban đầu của hình glôbôít của trục vít. t - Bước của trục vít z1 - Số đường ren của trục vít Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng (5 á 7%) nhưng sự tăng này không đáng kể, có thể bỏ qua và coi như tỷ số truyền không đổi. Hiệu suất thuận hth = 0,65 và hiệu suất nghịch hng = 0,5. Cơ cấu lái này được dùng rộng rãi trên các ô tô các cỡ khác nhau như: Pô-đê-đa, ZIM, ZIC 110, GAZ 51, GAZ - 53, ZIL 150… Hình 1.2 Cơ cấu lái trục vít con lăn 11 21 31 2.3. Cơ cấu lái trục vít chốt quay Loại này có ưu điểm là: Có thể có tỷ số truyền thay đổi theo quy luật nào đấy. Nếu bước của trục vít là t không đổi thì tỉ số truyền được xác định theo công thức: ic = . cos W Trong đó: W - góc quay của đòn quay đứng r2 - Bán kính đòn quay Hiệu suất thuận và nghịch của cơ cấu này vào khoảng 0,7. Cơ cấu này được dùng hầu hết ở hệ thống lái không có cường hoá, nó được dùng chủ yếu trên ôtô tải và khách. Hình 1.3 Cơ cấu lái trục vít chốt quay 2.4. Cơ cấu lái loại liên hợp Thường dùng nhất là loại trục vít - êcu - thanh khía - cung răng. Sự nối tiếp giữa trục vít và êcu bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít. Nhờ có dãy bi mà trục vít ăn khớp với êcu theo kiểu ma sát lăn. Tỉ số truyền của cơ cấu này không đổi và được xác định theo công thức: ic = Trong đó: r0 - Bán kính ban đầu của cung răng t - Bước của trục vít Hiệu suất thuận khoảng 0,7, hiệu suất nghịch khoảng 0,85. Do hiệu suất nghịch của cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trên đường mấp mô sẽ nặng nhọc, nhưng nó có khả năng làm cho ô tô chạy ổn định ở hướng thẳng nếu vì một nguyên nhân nào đấy làm bánh xe quay vòng khỏi vị trí trung gian. Cơ cấu lái loại liên hợp có đặc điểm nổi bật là có khả năng làm việc dự trữ rất lớn. Vì vậy nó được dùng trên ô tô cỡ lớn như KPAЗ - 255, MAЗ - 500, БEЛAZ - 540, trên ô tô ЗИЛ - 130, ЗИЛ - 131. Hình 1.4 Cơ cấu lái loại liên hợp 3. Dẫn động lái Dẫn động lái bao gồm tất cả các chi tiết của hệ thống lái. Dẫn động lái gồm hệ thống các đòn để truyền lực từ cơ cấu lái đến cam quay bánh xe, đồng thời đảm bảo cho các bánh xe của ô tô quay vòng với động học đúng. Bộ phận quan trọng của dẫn động lái là hình thang lái. Hình thang lái làm nhiệm vụ đảm bảo động học cho các bánh xe dẫn hướng của ô tô, với mục đích làm cho các lốp xe khỏi bị trượt lê khi lái, do đó hạn chế được hao mòn lốp. 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 dao động thẳng đứng thì không ảnh hưởng tới động học của dẫn động lái. 3.1. Dẫn động lái cho dầm cầu cứng (ô tô có hệ thống treo phụ thuộc) Dẫn động lái cho dầm cầu cứng bao gồm cụm chi tiết: vành tay lái, trục lái, đòn quay đứng, đòn quay ngang của cơ cấu hình thang lái. Hình thang lái có dạng liền, là cơ cấu 4 khâu, hay gọi là hình thang lái đan tô. Vành tay lái Trục lái Cơ cấu lái Đòn quay đứng Đòn kéo dọc Đòn bên Đòn quay ngang Dầm cầu dẫn hướng Bánh xe dẫn hướng Các khớp cầu Hình 1.5 Dẫn động lái cho dầm cầu cứng 3.2. Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập Đặc điểm kết cấu loại này là: dẫn động lái có đòn ngang của hình thang lái ở dạng cắt, được chia ra làm 2 hoặc nhiều phần liên kết với nhau bằng các khớp cầu. Các kiểu bố trí dẫn động được phân ra thành hai loại sau: - Loại 1: Được bố trí sau cơ cấu lái có chuyển động quay (thể hiện trên hình vẽ 1.6). Với kết cấu này, các khớp bắt lên khung hoặc thân xe có dạng trục, các khớp này nối với bánh xe nhằm tạo nên các chuyển vị phù hợp giữa hệ thống lái và hệ thống treo. Tuỳ theo cách bố trí chung các đòn ngang và cơ cấu lái nằm trước hoặc sau đường tâm của trục cầu trước. Hình 1.6. Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái có chuyển động quay - Loại 2: Được bố trí sau cơ cấu lái có chuyển động tịnh tiến. (Thể hiện trên hình vẽ 1.7) loại này bố trí kiểu cơ cấu lái - thanh răng bánh răng. Thanh răng có thể (hoặc không) là một khâu của đòn ngang và được bố trí cùng cơ cấu lái trên khung xe. Các cơ cấu dẫn động lái đều có đòn ngang nhằm làm nhiệm vụ dẫn động lái, đồng thời làm cơ cấu điều chỉnh độ chụm của bánh xe dẫn hướng. Hình 1.7. Dẫn động lái cho hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái có chuyển động tịnh tiến 4. Trợ lực lái Khi điều khiển ô tô nhất là với xe có tải trọng lớn và có nhiều cầu thì cần phải có một lực lớn tác dụng lên vành tay lái. Trong những trường hợp ô tô hoạt động ở địa hình xấu, khi áp suất khí trong lốp không đủ hoặc xe bị hư hỏng, thì việc điều khiển ô tô càng trở nên khó khăn và nặng nề hơn. Song nếu trong điều kiện đó có bố trí trợ lực lái thì việc điều khiển ô tô sẽ nhẹ nhàng hơn, dễ dàng hơn và đặc biệt là làm tăng độ an toàn khi chuyển động. Ngày nay trợ lực lái được sử dụng ngày càng rộng rãi trên các loại xe tải, xe du lịch, xe ca… 4.1. Tác dụng của trợ lực lái - Làm giảm các va đập do đường không bằng phẳng và đồng thời tránh va đập lên vành tay lái. - Rút ngắn thời gian quay vòng, giảm nhẹ lao động của người lái. - Trợ lực lái có tác dụng cao đặc biệt là tính chất tuỳ động (chép hình) kích thước và khối lượng nhỏ gọn, tốc độ tác động cao, đóng vai trò như là một bộ giảm chấn để giảm va đập từ mặt đường tác động vào hệ thống lái. - Cho phép giữ được hướng chuyển động xác định của xe trong trường hợp bị vỡ lốp. * Khi thiết kế bộ trợ lực lái phải thoả mãn yêu cầu sau: - Nếu hỏng bộ trợ lực thì hệ thống lái vẫn làm việc được. - Bộ trợ lực chỉ làm việc ở một giá trị mômen cản quay vòng nhất định (tức là không bắt đầu từ 0) để tránh tự trợ lực. - Không tăng độ rơ vành tay lái so với tiêu chuẩn quy định. - Giữ được cảm giác mặt đường, đảm bảo được tính tuỳ động của hệ thống, có độ nhạy cao, làm việc ổn định. 4.2. Phân loại hệ thống lái Các loại trợ lực lái hiện nay gồm: - Trợ lực khí nén - Trợ lực thuỷ lực - Trợ lực điện - Trợ lực kết hợp Hiện nay chủ yếu sử dụng hai loại trợ lực cơ bản là: khí nén và thuỷ lực. So với trợ lực lái khí nén thì trợ lực lái thuỷ lực có rất nhiều ưu điểm. Vì vậy, loại này đang được sử dụng rộng rãi trên nhiều loại ô tô. 4.3. Các bộ phận chính của hệ thống lái có trợ lực - Nguồn năng lượng Nguồn năng lượng thường là bơm dầu cùng bình chứa dầu hoặc máy nén khí và các bình chứa khí nén. Nguồn năng lượng, bảo đảm cung cấp dầu hoặc khí nén có áp suất cao trong toàn bộ quá trình làm việc của động cơ. Ngoài ra còn có các bộ phận khác như bầu lọc, van an toàn… - Bộ phận phân phối, bộ phận này thường là van phân phối kiểu tuỳ động nhằm đảm bảo điều kiện cung cấp năng lượng (gồm dầu hoặc khí nén) tới cơ cấu sinh lực để thực hiện quay các bánh xe dẫn hướng theo góc quay vành tay lái. - Cơ cấu sinh lực thường là xi lanh lực nhằm tạo nên lực cần thiết để quay các bánh xe dẫn hướng. Nguồn năng lượng Bộ phận phân phối Cơ cấu sinh lực Điều khiển Đối tượng điều khiển Liên hệ phản hồi Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống lái có trợ lực trên ô tô Chương II Kiểm nghiệm hệ thống lái xe IFA - W50 1. Hệ thống lái xe IFA - W50 Để tính toán thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe IFA - W50, trước tiên ta tìm hiểu hệ thống lái của xe IFA - W50. Hình 2.1 Sơ dồ hệ thống lái của xe IFA - W50 Vành tay lái Trục tay lái Cơ cấu lái Đòn quay đứng Đòn kéo dọc Đòn quay ngang Đòn kéo ngang Đòn bên Dầm cầu trước Bánh xe dẫn hướng 1.1. Đặc điểm Hệ thống lái lắp trên xe IFA - W50 là hệ thống lái cơ khí, không có cường hoá lái. Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn 3 răng, tỉ số truyền ic=23,4. Dẫn động lái gồm: Đòn quay đứng, đòn kéo dọc, đòn quay ngang. Hình thang lái gồm có: Dầm cầu trước, đòn kéo ngang và đòn bên, các chi tiết liên hệ với nhau thông qua các khớp cầu. 1.2. Ưu điểm của hệ thống lái xe IFA - W50 - áp suất tác dụng lên con lăn giảm đáng kể so với loại trục vít - bánh vít, hoặc trục vít con lăn 2 răng. - Khe hở giữa trục vít và con lăn nhỏ nhất khi xe đi thẳng nên khắc phục được hiện tượng kẹt răng. - Hiệu suất của bộ truyền: ht > hn ht - Hiệu suất từ vành tay lái tới bánh xe dẫn hướng, h = 0,72 hn- Hiệu suất truyền ngược từ bánh xe dẫn hướng lên vành tay lái, hn = 0,55. Do vậy giảm được va đập từ mặt đường lên vành tay lái. - Độ bền và chống mòn của trục vít và con lăn cao có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa trục vít và con lăn, do đó điều chỉnh được độ rơ vành tay lái. 1.3. Nhược điểm của hệ thống lái xe IFA - W50 - Là hệ thống lái cơ khí nên lực lái lớn, nhất là khi quay vòng nhanh gây mệt mỏi cho người lái, làm giảm tính năng cơ động của xe. - Lực va đập từ bánh xe với mặt đường lên vành tay lái còn lớn, vành tay lái bị rung lắc mạnh khi xe đi vào đường xấu … 2. Động học hình thang lái Nhiệm vụ của việc tính động học hình thang lái là xác định những thông số tối ưu của hình thanh lái. Sự chuyển động của ô tô là quá trình kết hợp hài hoà giữa bánh xe dẫn hướng với những góc quay khác nhau. Để nhận được sự lăn tinh của các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng, các bánh xe dẫn hướng bên trái và bên phải khi quay vòng lăn trên vòng tròn đồng tâm. Do đó cơ cấu hình thang lái sẽ giải quyết tốt những yêu cầu trên. 2.1. Quan hệ lý thuyết của góc quay bánh xe trong và ngoài Như ta đã biết từ lý thuyết quay vòng đã chứng minh rằng muốn các bánh xe ô tô quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải thoả mãn điều kiện sau: Hình 2.2 Sơ đồ động học quay vòng của ôtô có hai bánh dẫn hướng phía trước. cotga - cotgb = (2.1) Trong đó: a - Góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngoài b - Góc quay bánh xe dẫn hướng bên trong B0-Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng, B0=1.500mm L - Chiều dài cơ sở, L = 3.200mm Cho b từ 0o á 40o ta lần lượt tính được giá trị a của bánh xe dẫn hướng ngoài. Giá trị của a được xác định bởi biểu thức: a = arctg (2.2) Từ đó ta lập được bảng đặc tính lý thuyết sau: b(độ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 a(độ) 0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,941 24,436 27,797 31,06 2.2. Xây dựng đường đặc tính thực tế và tính toán hình thang lái Xe tải IFA - W50 có cấu tạo hình thang lái là cơ cấu 4 khâu hay còn gọi là hình thang lái kiểu Đan - tô. Hình 2.3 Sơ đồ hình thang lái Thông qua hình thang lái, từ mối quan hệ hình học chúng ta rút ra được về mối quan hệ giữa các góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong, được xác định theo công thức: a = q + arctg (2.3) Trong đó: a- Góc quay của bánh xe dẫn hướng phía ngoài b- Góc quay bánh xe dẫn hướng phía trong q- góc nghiêng đòn bên của hình thang lái m- Chiều dài đòn bên B0- Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng * Các bước tiến hành xây dựng đường đặc tính thực tế Chọn sơ bộ chiều dài đòn bên hình thang lái: m = 200mm, m thường chọn theo kinh nghiệm: m = (0,11 á 0,16)B0 với m = 0,135B0. Như vậy là thoả mãn điều kiện trên. Tính sơ bộ q theo công thức: cotg (90o - q) = (2.4) với X = 0,7 ị q = 90o - arctg [1,4 ] Thay giá trị vào công thức ta có: q = 90o - arctg [1,4 ] = 19o Chọn q trong khoảng 17o á 20o vào công thức (2.3). Như vậy cứ ứng với một giá trị của q ta tìm được một loạt giá trị tương ứng của a theo b chọn trước. Từ đó ta có bảng giá trị sau: Bảng 1: ứng với q1 = 17o b(độ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 alt(độ) 0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,942 24,436 27,797 31,06 at(độ) 0 4,8597 9,445 13,764 17,811 21,5732 25,0328 28,1633 30,9336 (alt-at) 0 - 0,0557 - 0,23 - 0,373 - 0,538 - 0,6312 - 0,5968 - 0,3663 0,1264 Bảng 2: ứng với q2 = 18o b(độ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 alt(độ) 0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,942 24,436 27,797 31,06 at(độ) 0 4,8495 9,4092 13,686 17,677 21,3702 24,7468 27,782 30,4454 (alt-at) 0 - 0,0455 - 0,1942 - 0,295 - 0,44 - 0,4282 - 0,3108 0,015 0,6146 Bảng 3: ứng với q3 = 19o b(độ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 alt(độ) 0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,942 24,436 27,797 31,06 at(độ) 0 4,8401 9,3731 13,608 17,5427 21,166 24,461 27,4012 29,959 (alt-at) 0 - 0,0361 - 0,1221 - 0,217 - 0,2697 - 0,224 - 0,025 0,3958 1,101 Bảng 4: ứng với q4 = 20o b(độ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 alt(độ) 0 4,804 9,251 13,391 17,273 20,942 24,436 27,797 31,06 at(độ) 0 4,83046 9,3366 13,4352 17,407 20,9613 24,1735 27,021 29,475 (alt-at) 0 -0,02646 - 0,0856 - 0,0442 - 0,137 - 0,0193 0,2625 0,776 1,585 Từ công thức (2.2) ta xác định được các thông số trong bảng đặc tính lý thuyết, dựa vào trục toạ độ vuông góc a và b ta lập được đường cong biểu thị mối quan hệ a = f (b) lý thuyết. Cho trước các giá trị của q, chọn trước m. Từ biểu thức (2.3) ta xây dựng được một họ đường cong a=f(b,q, m) cũng trên toạ độ vuông góc nói trên. Hình 2.4. Đồ thị đặc tính động học hình thang lái Từ bảng số liệu và đồ thị ta có nhận xét sau: Ta thấy ứng với q = 18o thì giá trị at gần sát với đường đặc tính quay vòng lý thuyết hơn. Vì với b Ê 35o thì sự sai lệch so với đường đặc tính lý thuyết là: Da = (alt - at) Ê 1o. Nếu lớn hơn điều kiện này sẽ gây mòn lốp nhanh. Do đó góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng phía trong bmax = 35o và amax = 28o. Khi đó bánh xe dẫn hướng phía ngoài có sự trượt ngang nhỏ. * Tính chiều dài đòn kéo ngang hình thang lái: Từ công thức: q = arcsin Với : n - Chiều dài đòn kéo ngang hình thang lái Vậy n = B0 - 2m . sin q Trong đó: q = 18o; B0 = 1500mm; m = 200mm Ta có: n = 1500 - 2.200.sin 18o = 1376,4mm Vậy ta lấy chiều dài đòn kéo ngang hình thang lái: n = 1376mm. 3. kiểm nghiệm Động lực học Việc tính toán động lực học là nhằm mục đích phân phối tỉ số truyền của cơ cấu lái, làm tăng độ tin cậy cho ôtô khi tham gia giao thông đồng thời làm phù hợp với tốc độ của ôtô. 3.1. Tính mô men cản quay vòng Mômen cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng được xác định khi ô tô quay vòng trên đường nhựa khô và đủ tải. Mô men cản quay vòng lớn nhất khi xe chạy trên đường xấu, mặt đường nghiêng hoặc xe quay vòng tại chỗ. Mô men cản quay vòng được xác định theo công thức: Mc = (M1 + M2 + M3) (2.4) Trong đó: MC - Mômen cản quay vòng tổng cộng M1 - Mômen cản quay vòng do lực cản lăn gây ra M2 - Mô men cản quay vòng khi có lực ngang Y M3 - Mômen ổ định gây lên bởi độ nghiêng ngang b của trụ quay đứng. 3.1.1. Xác định mômen cản quay vòng M1 do lực cản lăn gây ra Mômen cản quay vòng M1 sinh ra là do trong quá trình quay vòng mômen này gây lên bởi lực cản lăn của bánh xe với mặt đường. Mômen này tác động lên đòn quay, qua cơ cấu lái tác dụng lên vành tay lái. Về trí số nó được xác định bằng công thức sau: M1 = Gbx . f . e (2.5) Trong đó: Gbx - tải trọng thẳng đứng tác dụng lên 1 bánh xe dẫn hướng Gbx = = 1.700KG f- hệ số cản lăn, chọn f = 0,02 e- Cánh tay đòn lăn của bánh xe dẫn hướng, e = 130mm = 0,13m Vậy ta có: M1 = 1.700 . 0,02 . 0,13 = 4,42 KGm Hình 2.5 Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng 3.1.2. Xác định mô men cản M2 do các lực ngang gây ra Khi quay vòng sẽ xuất hiện lực ngang Y. Tổng hợp các lực thành phần của lực ngang sẽ dịch chuyển về phía sau so với tâm vết tiếp xúc một đoạn là x. Giá trị x thừa nhận bằng 1/4 chiều dài vết tiếp xúc. Vậy ta có công thức sau: x = 0,5 (2.6) Trong đó: r - bán kính tự do của bánh xe, r = 466mm Rbx - bán kính làm việc của bánh xe Rbx = l . R0 Với : l - Hệ số biến dạng lốp, chọn l = 0,93 R0 - Với lốp áp suất thấp R0 = Vậy ta có: Rbx = 0,93 = 449mm = 0,449m Thay các giá trị vào công thức (2.6) ta có: X = 0,5 . = 62,3 mm Vậy mômen cản M2 dobánh xe trượt lê được tính theo công thức: M2 = Gbx . jY . x (2.7) Trong đó: jY - Hệ số bám ngang, chọn jY = 0,7 Vậy ta có: M2 = 1700 . 0,7 . 0,0623 = 74,14 KGm Hình 2.6 Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi xe quay vòng. Để làm ổn định các bánh xe dẫn hướng người ta làm các góc đặt bánh xe: b - Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe. g - Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe. d - Góc chụm của bánh xe dẫn hướng. a - Góc nghiêng của bánh xe dẫn hướng. Tất cả các góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhưng chúng làm xuất hiện mômen cản M3 . Trong tính toán giá trị mômen cản M3 được kể đến bởi hệ số c. Như vậy, tổng mô men quay vòng của bánh xe dẫn hướng được xác định bằng công thức: Mc = (2.8) Trong đó: c - hệ số tính đến ảnh hưởng của M3 do đầu trước của ôtô bị nâng lên khi lái, c = 1,07 á 1,15. Ta chọn c = 1,08 h - Hiệu suất tính đến tiêu hao do ma sát ở cam quay và các khớp nối trong chuyển động lái, với xe thiết kế có một cầu dẫn hướng ở phía trước, h = 0,05 á 0,70. Ta chọn h= 0,70. Thay toàn bộ các giá trị trên vào công thức (2.8) tacó: Mc = = 242,2 KGm Vậy Mc = 242,2 KGm. 3.2. Tính mô men cản quy dẫn tới vành tay lái MCVL = (2.9) Trong đó: MCVL- Mômen cản lớn nhất quy dẫn về vành tay lái ii - Tỷ số truyền của dẫn động lái ii = icc . id Với : icc - Tỷ số truyền cơ cấu lái, icc = 23,4 id - Tỷ số truyền của dẫn động lái id = = 0,95 Lđ - Chiều dài đòn quay đứng, Lđ = 210mm Ln - Chiều dài đòn quay ngang, Ln = 220mm h - Hiệu suất truyền của cơ cấu lái: chọn h = 0,72 . Thay giá trị vào công thức (2.9), ta có: MCVL = = 15,13 KGm Vậy MCVL = 15,13 KGm * Lực tác dụng lớn nhất của người lái lên vành tay lái khi chưa có cường hoá: PVLmax = (2.10) Với: RVL- Bán kính vành tay lái: RVL = 0,25m MCVL = 15,13 KGm Vậy ta có: PVLmax = = 60,52 KG Như vậy lực của người lái tác dụng lên vành tay lái để điều khiển xe là rất lớn, sẽ gây mệt mỏi cho người lái. Vì vậy để khắc phục nhược điểm trên cần thiết phải cải tiến hệ thống lái cơ khí thành hệ thống lái có cường hoá. Nhằm mục đích để giảm sức lao động nặng nhọc cho người lái xe, đồng thời tăng sức cơ động của ô tô đảm bảo an toàn khi chuyển động. 4. Kiểm tra bền hệ thống lái Hệ thống lái của xe IFA-W50 sau khi đã được cải tiến có trợ lực do đó lực tác dụng lên vành tay lái sẽ nhỏ. Tải trọng tác dụng lên cơ cấu lái cũng giảm. Song khi kiểm tra bền hệ thống lái ta vẫn xét trong trường hợp khi cường hoá không làm việc. Do cường hoá lái không làm việc nên lực tác dụng trên vành tay lái (PVL) khi quay vòng lớn nhất là 60,52KG. Ngoài ra, còn có lực ma sát giữa piston và vỏ xi lanh lực, lực ép dầu trong hai khoang của xi lanh lực. Do có thêm các lực này, nên lực tác dụng lên vành tay lái sẽ tăng lên. P*VL = PVL + P'VL = aPVL (2.11) Trong đó: P*VL-Lực tác dụng lên vành tay lái khi cường hóa không làm việc. PVL - Lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cường hoá P'VL - Lực để thắng cản ma sát và lực ép dầu tuần hoàn trong 2 khoang của xi lanh lực. a- Hệ số tăng tải của hệ thống lái khi cường hoá không làm việc, chọn a = 1,05. Khi đó ta có: P*VL = 1,05 . 60,52 = 63,55 KG Như vậy, khi kiểm tra bền hệ thống lái ta lấy lực cực đại tác dụng lên vành tay lái là PVL = 63, 55KG. 4.1. Kiểm bền cơ cấu lái Cơ cấu lái xe IFA - W50 là cơ cấu lái loại trục vít - con lăn 2 răng, khi làm việc các răng của trục vít và con lăn tiếp xúc với nhau. Vì vậy ta