Báo Cáo Đồ Án: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Lái Trên Xe Ô Tô Kia Morning

Tài liệu đồ án Tính toán thiết kế hệ thống lái trên xe Kia Morning, trình bày chi tiết thông số kỹ thuật, tính toán bền và bản vẽ kỹ thuật.

• Tác giả: Ngô Minh Đức
• Người hướng dẫn: Th.S Lê Văn Thoại
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ Tp. 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 Môn Học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Đồ án Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Lái Xe Kia Morning

Đồ án tính toán thiết kế hệ thống lái trên 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. Hồ Chí Minh. Đây là một dự án thực tiễn giúp sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết vào thiết kế và tính toán kỹ thuật thực tế. Hệ thống lái ô tô đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông và khả năng điều khiển của phương tiện. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ ô tô hiện đại, việc nghiên cứu và thiết kế hệ thống lái ngày càng trở nên phức tạp và cần sự hiểu biết sâu sắc. Đề tài này nhằm giúp học viên nắm vững các nguyên lý cơ bản, phương pháp tính toán bền và quy trình thiết kế kỹ thuật của hệ thống lái trên dòng xe Kia Morning phổ biến.

1.1. Tầm quan trọng của Hệ Thống Lái trong Ô Tô

Hệ thống lái là một trong những hệ thống an toàn quan trọng nhất trên xe ô tô. Nó không chỉ quyết định khả năng điều khiển xe mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến tính mạng người sử dụng. Một hệ thống lái được thiết kế tốt sẽ giảm bớt sức lao động cho tài xế, tăng cảm giác điều khiển và cải thiện độ an toàn tổng thể của phương tiện.

1.2. Mục đích của Đồ án

Mục đích chính của đồ án thiết kế là giúp sinh viên hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các tiêu chí thiết kế của hệ thống lái. Thông qua thực hiện đồ án, sinh viên sẽ thực hiện đo lường thông số, vẽ bản vẽ kỹ thuật, thực hiện tính toán bền và mô phỏng hoạt động của hệ thống lái trên xe Kia Morning.

II. Nội dung Chính của Đồ án Tính Toán Thiết Kế

Nội dung đồ án tính toán thiết kế hệ thống lái bao gồm nhiều giai đoạn công việc khác nhau, từ nghiên cứu tài liệu cho đến thực hiện và mô phỏng. Nhóm sinh viên thực hiện đề tài bao gồm ba thành viên: Ngô Minh Đức, Mai Anh Huy và Trương Huỳnh Phú Thi, dưới sự hướng dẫn của Th.S Lê Văn Thoại. Công việc được phân chia hợp lý giữa các thành viên nhóm để đảm bảo tiến độ và chất lượng. Tính toán thiết kế được thực hiện dựa trên các nguyên lý kỹ thuật ô tô và các giáo trình chuyên ngành. Quá trình thực hiện kéo dài từ tháng 9 năm 2022 đến tháng 12 năm 2022, với các giai đoạn tìm hiểu tài liệu, phân bố công việc, thực hiện tính toán và vẽ mô phỏng.

2.1. Các Công Đoạn Thực Hiện Đồ án

Quá trình thực hiện đồ án gồm các bước chính: Đầu tiên là tìm hiểu và tham khảo tài liệu liên quan đến hệ thống lái ô tô. Tiếp theo, nhóm thực hiện đo các thông số kích thước chi tiết trên mô hình tham khảo. Sau đó, tiến hành vẽ lại chi tiết trên các phần mềm thiết kế (CAD). Cuối cùng, thực hiện tính toán bền cho các chi tiết và mô phỏng hoạt động của hệ thống.

2.2. Kết Quả Đầu Ra Của Đồ án

Kết quả tối thiểu của đồ án phải bao gồm: (1) File báo cáo hoàn chỉnh, (2) Bản vẽ chi tiết trên khổ giấy A3 hoặc A4 dạng PDF, (3) File gốc bản vẽ 2D và 3D trên phần mềm CAD, và (4) File gốc mô phỏng hoạt động của hệ thống lái. Tất cả các kết quả này cùng nhau tạo thành một công trình học thuật hoàn chỉnh.

III. Phương Pháp và Quy Trình Tính Toán Thiết Kế

Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống lái xe Kia Morning tuân theo các nguyên tắc chuẩn của kỹ thuật ô tô và các tiêu chuẩn quốc tế. Trước tiên, các thông số kỹ thuật của xe Kia Morning được thu thập và phân tích kỹ lưỡng. Thiết kế kỹ thuật được thực hiện dựa trên các mô hình tham khảo thực tế, đảm bảo tính chính xác cao. Quy trình tính toán bền sử dụng các công thức cơ học kỹ thuật để kiểm tra khả năng chịu tải và độ an toàn của các chi tiết. Các phần mềm CAD hiện đại được sử dụng để vẽ bản vẽ kỹ thuật chi tiết. Mô phỏng hoạt động giúp xác minh hiệu suất và độ an toàn của thiết kế trước khi triển khai thực tế.

3.1. Đo Lường và Thu Thập Dữ Liệu

Bước đầu tiên là đo các thông số kích thước chi tiết trên mô hình Kia Morning thực tế. Dữ liệu được ghi chép cẩn thận để đảm bảo độ chính xác. Các thông số quan trọng bao gồm kích thước tổng thể, độ dày, độ cứng, và các liên kết giữa các chi tiết. Những dữ liệu này là nền tảng cho các bước thiết kế tiếp theo.

3.2. Vẽ Bản Vẽ Kỹ Thuật 2D và 3D

Bản vẽ chi tiết được thực hiện trên phần mềm CAD (Autocad, SolidWorks hoặc tương tự). Bản vẽ 2D thể hiện các mặt cắt, chiều dài, chiều rộng, độ dày và các kích thước quan trọng khác. Bản vẽ 3D giúp hình dung toàn bộ cấu trúc không gian của hệ thống lái, từ đó dễ dàng kiểm tra sự phù hợp của các bộ phận.

3.3. Tính Toán Bền và Mô Phỏng

Tính toán bền được thực hiện dựa trên lý thuyết cơ học kỹ thuật, kiểm tra ứng suất và biến dạng của các chi tiết dưới tải trọng thực tế. Mô phỏng hoạt động giúp đánh giá hiệu suất vận hành, tính chính xác của góc lái và phản ứng của hệ thống.

IV. Ý Nghĩa Học Tập và Ứng Dụng Thực Tiễn

Đồ án tính toán thiết kế hệ thống lái không chỉ là một yêu cầu học thuật mà còn có ý nghĩa thực tiễn sâu sắc. Qua thực hiện đồ án, sinh viên có cơ hội áp dụng trực tiếp các kiến thức lý thuyết đã học trong các môn học chuyên ngành. Sinh viên sẽ phát triển kỹ năng sử dụng các công cụ thiết kế hiện đại, khả năng phân tích kỹ thuật và tư duy giải quyết vấn đề. Thiết kế hệ thống lái là một trong những lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô, nơi nhu cầu về kỹ sư thiết kế luôn cao. Kiến thức và kinh nghiệm từ đồ án này sẽ giúp sinh viên chuẩn bị tốt hơn cho sự nghiệp kỹ thuật trong tương lai. Ngoài ra, việc hoàn thành công trình này còn giúp sinh viên hiểu sâu hơn về tầm quan trọng của an toàn ô tô và trách nhiệm của các kỹ sư trong thiết kế.

4.1. Kỹ Năng Được Phát Triển

Qua thực hiện đồ án thiết kế, sinh viên phát triển nhiều kỹ năng quan trọng: (1) Kỹ năng sử dụng phần mềm CAD chuyên nghiệp, (2) Khả năng đọc và vẽ bản vẽ kỹ thuật, (3) Hiểu biết về tính toán bền và phân tích ứng suất, (4) Kỹ năng làm việc nhóm và quản lý dự án, (5) Khả năng trình bày và báo cáo kết quả công việc một cách chuyên nghiệp.

4.2. Cơ Hội Nghề Nghiệp

Kiến thức và kỹ năng từ đồ án thiết kế ô tô mở ra nhiều cơ hội việc làm trong ngành công nghiệp ô tô. Các công ty sản xuất ô tô, công ty lắp ráp, các trung tâm nghiên cứu và phát triển đều cần những kỹ sư có kiến thức sâu về thiết kế hệ thống ô tô. Kỹ sư thiết kế với chuyên môn về hệ thống lái được trả lương tốt và có triển vọng sự nghiệp rộng mở.

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. 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. Nội dung đề tài: Soạn thảo nội dung Tính toán thiết kế thanh truyền, vẽ 3D, 2D hệ thống lái trên xe Kia Morning 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. 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.

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.