Đồ án môn học: Tính toán thiết kế hệ thống lái trên xe Kia Morning

Tải trọn bộ đồ án tính toán thiết kế hệ thống lái trên xe Kia Morning. Tài liệu tham khảo đầy đủ, chi tiết cho sinh viên ngành công nghệ ô tô.

• Tác giả: Ngô Minh Đức
• Người hướng dẫn: Th.S Lê Văn Thoại
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Lái Trên Xe Kia Morning
• Loại tài liệu: Đồ Án
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Lái Xe Kia Morning

Đồ án thiết kế hệ thống lái xe Kia Morning là một công trình học thuật quan trọng trong chương trình đào tạo Công nghệ kỹ thuật ô tô tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM. Dự án này tập trung vào tính toán thiết kế và phân tích kỹ thuật các thành phần chính của hệ thống lái, một trong những yếu tố quyết định tới độ an toàn và hiệu năng của phương tiện. Nhóm sinh viên thực hiện gồm ba thành viên dưới sự hướng dẫn của Th.S Lê Văn Thoại. Mục tiêu chính là đo lường các thông số kích thước, vẽ lại chi tiết bằng phần mềm thiết kế chuyên dụng, và thực hiện các phép tính toán bền chi tiết để đảm bảo độ tin cậy của hệ thống.

1.1. Mục Đích Và Ý Nghĩa Của Đồ Án

Đồ án thiết kế hệ thống lái nhằm giúp sinh viên áp dụng những kiến thức lý thuyết về kỹ thuật ô tô vào thực tiễn thiết kế. Hệ thống lái là một phần vô cùng quan trọng giúp điều khiển hướng đi của xe, ảnh hưởng trực tiếp tới an toàn lái xe. Thông qua đồ án này, sinh viên nắm vững quy trình tính toán thiết kế, phương pháp phân tích ứng suất, và tiêu chuẩn an toàn trong công nghiệp ô tô hiện đại.

1.2. Phạm Vi Và Nội Dung Chính

Nội dung đồ án tính toán thiết kế bao gồm: đo các thông số kích thước chi tiết, vẽ lại bản vẽ bằng phần mềm CAD 2D và 3D, thực hiện tính toán bền theo tiêu chuẩn kỹ thuật, và mô phỏng hoạt động hệ thống. Kết quả cuối cùng phải bao gồm báo cáo chi tiết, bản vẽ khổ A3/A4 dạng PDF, file CAD gốc, và mô phỏng động hoạt động của hệ thống lái Kia Morning.

II. Phương Pháp Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Lái

Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống lái trên xe Kia Morning tuân theo các nguyên tắc kỹ thuật ô tô quốc tế và tiêu chuẩn Việt Nam. Quá trình tính toán bao gồm phân tích lực học, tính toán ứng suất, và đánh giá độ bền của các chi tiết như cơ cấu lái, thanh kết nối, và bánh lái. Sử dụng các công cụ mô phỏng máy tính (FEA - Finite Element Analysis), nhóm sinh viên có thể dự đoán hành vi của hệ thống dưới các điều kiện làm việc khác nhau. Tính toán thiết kế này đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả, an toàn, và tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật.

2.1. Các Bước Tính Toán Chi Tiết

Quá trình tính toán thiết kế bắt đầu bằng việc đo các thông số kích thước chi tiết từ mẫu tham khảo Kia Morning. Tiếp theo, sử dụng các công thức cơ học kỹ thuật để tính toán lực tác dụng, mô men xoắn, và ứng suất phát sinh. Áp dụng tiêu chuẩn an toàn (hệ số an toàn) để xác định độ bền yêu cầu. Cuối cùng, kiểm tra và tối ưu hóa thiết kế để đạt được hiệu suất tối ưu.

2.2. Công Cụ Và Phần Mềm Sử Dụng

Nhóm sinh viên sử dụng phần mềm CAD (AutoCAD, SolidWorks) để vẽ bản vẽ 2D và 3D chi tiết hệ thống lái. Sử dụng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (ANSYS, Abaqus) để tính toán ứng suất và kiểm tra độ bền. Các công cụ này giúp mô phỏng hoạt động hệ thống lái dưới tải trọng thực tế, đảm bảo tính chính xác cao.

III. Quy Trình Thiết Kế Và Vẽ Bản Vẽ Kỹ Thuật

Quy trình thiết kế hệ thống lái Kia Morning bao gồm nhiều giai đoạn từ khảo sát ban đầu đến hoàn thiện bản vẽ cuối cùng. Trước tiên, nhóm sinh viên phải đo đạc chi tiết tất cả các thông số kích thước của hệ thống lái trên xe thực tế hoặc mẫu tham khảo. Sau đó, sử dụng phần mềm thiết kế CAD để vẽ lại các chi tiết với độ chính xác cao. Bản vẽ kỹ thuật phải tuân theo các tiêu chuẩn vẽ kỹ thuật, bao gồm dung sai, ghi chú, và ký hiệu kỹ thuật. Cuối cùng, xuất bản vẽ thành format PDF trên khổ giấy A3 hoặc A4 để báo cáo.

3.1. Các Giai Đoạn Thiết Kế Chi Tiết

Giai đoạn 1: Khảo sát và thu thập dữ liệu ban đầu từ xe Kia Morning. Giai đoạn 2: Tạo bản vẽ 2D chi tiết mỗi thành phần hệ thống lái. Giai đoạn 3: Phát triển mô hình 3D các chi tiết và lắp ráp tập hợp hệ thống. Giai đoạn 4: Thực hiện kiểm tra kích thước và tính toán bền cho từng chi tiết. Giai đoạn 5: Hoàn thiện bản vẽ với các ghi chú kỹ thuật và tiêu chuẩn.

3.2. Tiêu Chuẩn Vẽ Kỹ Thuật Ô Tô

Bản vẽ kỹ thuật hệ thống lái Kia Morning phải tuân theo các tiêu chuẩn ISO và tiêu chuẩn kỹ thuật ô tô quốc tế. Các yêu cầu bao gồm: dung sai kích thước chính xác, ghi chú vật liệu và xử lý bề mặt, ký hiệu và ghi chú rõ ràng, và thiết lập tỷ lệ vẽ phù hợp. Bản vẽ phải đủ chi tiết để nhà sản xuất có thể chế tạo chi tiết mà không cần giải thích thêm.

IV. Kết Quả Và Đánh Giá Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Lái

Kết quả đồ án thiết kế hệ thống lái Kia Morning bao gồm các sản phẩm: báo cáo đồ án chi tiết, bản vẽ kỹ thuật trên khổ A3/A4 dạng PDF, file CAD gốc (2D và 3D), và file mô phỏng hoạt động hệ thống. Báo cáo đồ án cần trình bày rõ quy trình tính toán, kết quả tính toán bền, phân tích kết quả, và kết luận. Đánh giá đồ án dựa trên: nội dung báo cáo, chất lượng sản phẩm thiết kế, thái độ và kỹ năng thực hiện của sinh viên. Điểm số cuối cùng là tổng hợp từ đánh giá quá trình thực hiện (40%), điểm chấm báo cáo GVHD (30%), và điểm chấm báo cáo GVPB (30%).

4.1. Các Sản Phẩm Đồ Án Bắt Buộc

Sản phẩm 1: Báo cáo đồ án viết hoàn chỉnh với lý thuyết, tính toán, phân tích kết quả. Sản phẩm 2: Bản vẽ kỹ thuật chi tiết trên khổ A3 hoặc A4 (PDF), bao gồm các chi tiết riêng và bản vẽ tập hợp. Sản phẩm 3: File CAD gốc 2D, 3D (DWG, SLDPRT, SLDASM). Sản phẩm 4: Video mô phỏng hoạt động hệ thống lái với các chuyển động thực tế của cơ cấu lái.

4.2. Tiêu Chí Đánh Giá Và Điểm Số

Tiêu chí đánh giá bao gồm: tính chủ động, tích cực, sáng tạo (50%), và đáp ứng mục tiêu đề ra (50%). Điểm kết thúc học phần = Điểm quá trình (40%) + Điểm GVHD (30%) + Điểm GVPB (30%). Thang điểm là 0-10. Đồ án xuất sắc phải có báo cáo chi tiết, bản vẽ chuẩn mực, tính toán chính xác, và mô phỏng rõ ràng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề: Hệ thống lái: Hệ thống lái là một cụm chi tiết vô cùng quan trọng trên xe, đặc biệt ngày nay các phương tiện di chuyện với tốc độ cao hơn và giao thông khá phức tạp nên cần có một hệ thống lái ăn toàn và ổn định. Vì vậy hôm nay chúng em thực hiện đồ án Tính toán thiết kế hệ thống lái trên xe KIA Morning. Đồ án này vô cùng ý nghĩa, nó giúp chúng em sung thêm kiến thức và kinh nghiệm trong tính toán và sữa hệ thống lái.2 Mục tiêu đề tài: Hiểu và trao đồi thêm kiến thức về hệ thống lái trên xe Kia Morning. Cải thiện khả năng vẽ mô hình 3D trong solidworks.3 Nội dung đề tài: Soạn thảo nội dung Tính toán thiết kế thanh truyền, vẽ 3D, 2D hệ thống lái trên xe Kia Morning 1.4 Phương pháp nghiêm cứu: Thu thập thông tin, tài liệu từ giáo trình và các nguồn khác.

Chắt lọc những kiến thức chuẩn nhất và soạn thảo vào Words. Tham khảo các mô hình 3D về thanh truyền, tìm kiếm kích thước chuẩn của thanh truyền cần vẽ sau đó tiến hành vẽ 3D trên phần mềm Solidworks, xuất ra bản vẽ 2D.5 Kết cấu đồ án:  Đặc điểm kết cấu hệ thống lại xe Kia Morning  Tính toán thiết kế hệ thống lái xe Kia Morning  Các dấu hiệu hư hỏng, kiểm tra và sữa chữa hệ thống lái  Bản vẽ cụm chi tiết hệ thống lái xe Kia Morning 13 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI XE KIA MORNING 2. Giới thiệu chung về hệ thống lái ô tô. Công dụng, yêu cầu, phân loại.1Công dụng của hệ thống lái ô tô.

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển động quay vòng của ôtô khi cần thiết. Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng (vành lái), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái), cơ cấu lái (tăng lực quay của vô lăng để truyền mômen lớn hơn tới các thanh dẫn động lái), và các thanh dẫn động lái (truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng). Yêu cầu An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng phương tiện này. Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô là hệ thống lái.

Để giảm nhẹ lao động cho người lái cũng như tăng thêm độ an toàn cho ôtô, ngày nay trên ôtô thường sử dụng cường hoá lái. Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động trên mọi loại đường từ giải tốc độ thấp tới giải tốc độ cao, hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau: -Đảm bảo được động học quay vòng: các bánh xe lăn không trượt. -Đảm bảo dễ dàng điều khiển, 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 lên các dao động và va đập trong hệ thống lái.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 dễ vỡ để trục lái đễ dàng tụt xuống khi có va đập. -Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng: các bánh xe dẫn hướng sau khi thực hiện quay vòng cần có khả năng 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 lái nhỏ hơn khi xe đi đường vòng.’ 14 -Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng trên đường hẹp, đường gấp khúc, hệ thống lái có thể quay ngặt các bánh xe trước một cách dễ dàng. Quay vòng ngặt là trạng thái quay vòng với thời gian quay vòng ngắn và bán kính quay vòng nhỏ. -Đảm bảo lực lái thích hợp: Lực người lái đặt lên vành lái khi quay vòng phải nhỏ, lực lái cần thiết sẽ lớn khi xe đứng yên và sẽ giảm khi tốc độ xe tăng.

Vì vậy cần phải đảm bảo lực lái nhỏ nhưng vẫn gây được cảm giác về trạng thái mặt đường. -Hệ thống lái không được có độ dơ lớn: Với xe có vận tốc lớn nhất trên 100Km/h, thì độ dơ vành lái không vượt quá 100, với xe có vận tốc lớn nhất từ 25 km/h đến 100km/h thì độ dơ vành lái không vượt quá 200. -Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây tổn thương cho người lái khi xảy ra tai nạn. Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch để giảm tác động từ mặt đường qua kết cấu lái lên vô lăng.

-Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa góc quay vô lăng với góc quay bánh xe dẫn hướng. Không đòi hỏi người lái xe một cường độ lao động quá lớn khi điều khiển ôtô. Độ tin cậy cao, dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa. Phân loại hệ thống lái ô tô * Theo cách bố trí vành tay lái - Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên trái; - Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên phải.

* Theo số lượng cầu dẫn hướng - Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước; - Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau; - Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu. * Theo kết cấu của cơ cấu lái - Cơ cấu lái loại trục vít- bánh vít; - Cơ cấu lái loại trục vít- cung răng; 15 - Cơ cấu lái loại trục vít- con lăn; - Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay; - Cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, ê cu, cung răng); - Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng. * Theo kết cấu của hệ thống dẫn động lái. - Hệ thống lái có trợ lực thủy lực; - Hệ thống lái có trợ lực khí nén; - Hệ thống lái có trợ lực điện; - Hệ thống loại liên hợp; 2.

Yêu cầu của hệ thống lái ô tô - Đảm bảo quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé. - Đảm bảo lực đặt lên vành tay lái bé. - Đảm bảo động học quay vòng đúng trong đó các bánh xe của tất cả các cầu phải lăn theo những vòng tròn đồng tâm. - Đảm bảo ô tô chuyển động thẳng ổn định.

- Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch để giảm tác động từ mặt đường qua cơ cấu lái lên vô lăng. - Đảm bảo tính tùy động. Bố trí chung hệ thống lái xe Kia Morning Hệ thống lái ô tô Kia Moring bao gồm : cơ cấu lái, dẫn động lái, trợ lực lái. Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái xe Kia Moring được cho trên hình 2.

1 Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe Kia Moring.Trục trung gian; 5.Cảm biến mômen xoắn - Vành lái (vô lăng): vành lái cùng với trục lái có nhiệm vụ truyền lực quay vòng của người lái từ vành lái đến trục răng của cơ cấu lái. - Cơ cấu lái: cơ cấu lái sử dụng trên xe KIA MORNING 2012 là cơ cấu lái bánh răng trụ và thanh răng. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và khuyếch đại lực điều khiển trên vành tay lái. - Dẫn động lái: dẫn động lái bao gồm trục lái, thanh ngang, trục rô tuyn, cam quay.

Nó có nhiệm vụ biến chuyển động góc của đòn quay đứng thành chuyển động góc của trục bánh xe dẫn hướng. - Hệ thống trợ lực lái: có nhiệm vụ làm giảm lực điều khiển trên vành tay lái để giảm cường độ lao động cho người lái và để tăng tính an toàn của hệ thống điều khiển lái. So với hệ thống lái không có trợ lực, cấu tạo chung của hệ thống lái có trợ lực gồm hai phần chính: phần lái cơ khí có cấu tạo và nguyên lý giống với các hệ thống lái thông thường, phần trợ lực của trợ lực lái điện gồm cócác bộ phận chính sau: 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 17 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 2. Đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe KIA MORNING 2012 2. Chức năng: có chức năng tiếp nhận mô men quay từ người lái rồi truyền cho trục lái. Cấu tạo Hình 2.

2Vành tay lái 18 Hình 2. 3Túi khí an toàn Vành tay lái có cấu tạo tương đối giống nhau ở tất cả các loại ô tô. Nó bao gồm một vành hình tròn và một vài nan hoa được bố trí quanh vành trong của vành tay lái. Ngoài chức năng chính là tạo mô men lái, 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.vv Đa số các ô tô hiện nay được trang bị loại còi điện.