CHƯƠNG 1. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI 1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU 1. Công dụng Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô chuyển động theo một hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe.
Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau: - Cơ cấu lái, vô lăng và trục lái: Dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái. - Dẫn động lái: Dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và để đảm bảo động học quay vòng đúng. - Cường hoá lái: Cường hoá lái có thể có hoặc không. Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng của người lái bằng nguồn năng lượng từ bên ngoài.
Nó thường được sử dụng trong các xe có tải trọng vừa và lớn 1. Theo vị trí bố trí vô lăng: a. Vô lăng bố trí bên trái: ( tính theo chiều chuyển động ) dùng cho những nước xã hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ. Vô lăng bố trí bên phải : Dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái như: Anh , Thuỵ Điển.
Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của người lái, đặt biệt là khi vượt xe. Theo kết cấu cơ cấu lái chia ra: a. Trục vít - Cung răngLoại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững. Tuy vậy có nhược điểm là hiệu suất thấp th= 0,5….0,55), điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạp nếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít.
Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít (hình 1.1) hoặc đặt ở phía bên cạnh (hình 1. Cung răng đặt bên có ưu điểm là đường tiếp xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển trên toàn bộ chiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm, do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng. Cơ cấu lái loại này thích hợp cho các xe tải cỡ lớn. Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm).
Khi trục vít có dạng glôbôit thì số răng ăn khớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc và mài mòn. 1 TRƯỜNG ĐHSPKT VINH Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiều dài của trục vít. Trục vít lăn - cung răng đặt giữa 1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ. Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng đặt bên 1- Ổ bi ; 2 - Trục vít; 3- Cung răng ; 4- Vỏ.
Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công thức: 2 TRƯỜNG ĐHSPKT VINH (1.1) Ở đây: R0 - Bán kính vòng lăn của cung răng. Zt - Số mối ren trục vít. Góc nâng của đường ren vít thường từ 8 ÷ 120. Khe hở ăn khớp khi quay đòn quay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên thay đổi từ 0,03 ÷ 0,05 mm.
Sự thay đổi khe hở này được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng có bán kính khác nhau. Trục vít – con lăn 4 3 A-A 2 A A 5 1 8 6 7 R0 R 01 x 0 2 Hình 1. Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành 1- Trục đòn quay đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh; 5- Trục vít; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn. Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 1.3) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô tô do có ưu điểm: 3 TRƯỜNG ĐHSPKT VINH - Kết cấu gọn nhẹ; - Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn; - Hiệu suất thuận: ηt = 0,77 - 0,82; - Hiệu suất ngịch: ηn = 0,6; - Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần.
Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn được bố trí lệch với đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm. Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục quay của đòn quay đứng thì khoảng cách trục giữa con lăn và trục vít sẽ thay đổi. Do đó khe hở ăn khớp cũng thay đổi. Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằng cách dịch chuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít O 1 một lượng x =2,5-5 mm.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thức sau: (1.2) Ở đây : t- Bước của mối răng trục vít; Z1- Số đường ren trục vít; Rk- Bán kính vòng (tiếp xúc) giữa con lăn và trục vít (khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng); R0- Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít; i0- Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít. Theo công thức trên ta thấy iω thay đổi theo góc quay trục vít. Tuy vậy sự thay đổi này không lớn khoảng từ 5-7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên). Nên có thể coi như i ω = const.
Trục vít - Chốt quay Trên hình 1.4 là kết cấu của cơ cấu lái trục vít - chốt quay. Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cách chế tạo bước răng trục vít khác nhau. Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức: i = .3) Ở đây : - Góc quay của đòn quay đứng; R2 - Bán kính đòn dặt chốt. Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu loại này vào khoảng 0,7.
Cơ cấu lái này dùng nhiều ở hệ thống lái không có cường hoá và chủ yếu trên các ôtô tải và khách. 4 TRƯỜNG ĐHSPKT VINH Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng. Cơ cấu lái trục vít - chốt quay 1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay. Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng Trên hình 1.5 là kết cấu cơ cấu loại trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng.
Êcu (20) lắp lên trục vít qua các viên bi nằm theo rảnh ren của trục vít cho phép thay đổi ma sát trượt thành ma sát lăn. Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thành thanh răng ăn khớp với cung răng trên trục (2). 5 TRƯỜNG ĐHSPKT VINH Chi?u theo E B-B 21 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 23 24 18 19 20 21 22 17 B 16 25 15 E 26 14 13 27 B Hình 1. Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng 1 – Đai ốc hãm đòn quay đứng; 2 – Trục tròn quay đứng; 3 – Vòng chặn dầu; 4, 6 - Ổ bi kim; 5 – Vỏ cơ cấu lái; 7 – Tấm đệm; 8 - Đai ốc điều chỉnh; 9 – Vít điều chỉnh ăn khớp; 10 – Đai ốc hãm; 11 – Vòng làm kín; 12 – Mặt bích bên cơ cấu lái; 13 – Đai ốc tháo dầu; 14 – Vòng làm kín; 15 – Chốt định vị; 16 – Tấm chặn; 17 – Đai ốc điều chỉnh độ rơ của ổ bi; 18 – Nắp dưới cơ cấu lái;19 - Ổ đỡ chặn; 20 – Êcu; 21 – Ống dẫn hướng bi; 22 – Bi; 23 – Vít đậy lỗ rót dầu; 24 - Ổ đỡ chặn; 25 – Vòng chặn dầu; 26 – Then bán nguyệt; 27 – Cung răng.
6 TRƯỜNG ĐHSPKT VINH Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái loại này không đổi và xác định theo công thức : i = (1.4) Ở đây: R2 - Là bán kính chia cung răng t - Bước răng trục vít. + Ưu điểm: - Hiệu suất cao: hiệu suất thuận = 0,7 - 0,85, hiệu suất nghịch = 0,85. Do hiệu suất nghịch lớn nên khi lái trên đường xấu sẽ vất vả nhưng ôtô có tính ổn định về hướng cao khi chuyển động thẳng. - Khi sử dụng với cường hoá thì nhựơc điểm hiệu suất nghịch lớn không quan trọng.
- Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụng trên các xe cở lớn. Bánh răng – thanh răng 4 5 6 7 D 3 2 1 Hình 1. Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng 1- Lỗ ren; 2- Bánh răng; 3- Thanh răng; 4- Bulông hãm; 5- Đai ốc điều chỉnh khe hở bánh răng thanh răng; 6- Lò xo; 7- Dẫn hướng thanh răng 7 TRƯỜNG ĐHSPKT VINH 1 2 1 Hình 1. Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng - thanh răng 1- Khớp nối; 2- Thanh răng.
là kết cấu của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng. Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống dẩn hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng bằng lò xo.
Ưu điểm: - Có tỷ số truyền nhỏ, iω nhỏ dẫn đến độ nhạy cao. Vì vậy được sử dụng rộng rãi trên các xe đua, du lịch, thể thao. - Hiệu suất cao. - Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo.
Nhược điểm: - Lực điều khiển tăng (do iω nhỏ). - Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc. - Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng. Theo số lượng bánh xe chuyển hướng chia ra : a.
Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu b. Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu 1. Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ cường hoá lái chia ra: a. Cường hoá thuỷ lực b.
Cường hoá khí (khi nén hoặc chân không) c. Cường hoá điện d. Cường hoá cơ khí 8 TRƯỜNG ĐHSPKT VINH 1. Yêu cầu Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau: - Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định: Để đảm bảo yêu cầu này thì : + Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 15 0 khi có trợ lực và không lớn hơn 50 khi không có trợ lực).
+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt. + Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động. - Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt, trong một khoảng thời gian ngắn, trên một diện tích bé.