CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG L ÁI 1. Những vấn đề chung về hệ thống lái 1. Công dụng hệ thống lái Hình1.1 Hệ thống lái trên ô tô Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe, đảm bảo giữ nguyên hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô ở một vị trí nào đó. Hệ thống lái có chức năng tiếp nhận tác động của người điều khiển, thông qua các cơ cấu dẫn động thực hiện điều khiển các bánh xe chuyển động theo quỹ đạo mong muốn việc điều khiển này phải đảm bảo tính linh hoạt nhanh chóng và chính xác.
Hệ thống lái thông dụng bao gồm cơ cấu điều khiển (vành lái, trục lái), cơ cấu lái và các đòn dẫn động tạo khả năng chuyển hướng cho các bánh xe xung quanh trụ đứng. Trong quá trình chuyển động, hệ thống lái có ý nghĩa quan trọng thông qua việc nâng cao an toàn điều khiển và chất lượng chuyển động do vậy hệ thống lái ngày càng được hoàn thiện nhất là khi xe chạy đạt tốc độ lớn. Phân loại hệ thống lái Hệ thống lái có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau: - Theo phương pháp chuyển hướng: + Chuyển hướng bánh xe dẫn hướng phía trước. 2 + Chuyển hướng tất cả các bánh xe dẫn hướng phía trước, phía sau.
+ Chuyển hướng cầu xe: xe rơmooc. + Chuyển hướng thân xe: máy công trình. - Theo cách bố trí vành tay lái: + Bố trí vành tay lái bên trái (đối với các nước có luật giao thông quy định chiều chuyển động bên phải). + Bố trí vành tay lái bên phải (khi chiều chuyển động bên trái như ở nước ANH, NHẬT,.
- Theo đặc điểm truyền lực: + Hệ thống lái cơ khí. + Hệ thống lái cơ khí có trợ lực: Trợ lực thuỷ lực: với các loại van khác nhau. Trợ lực khí (có cả chân không). Trợ lực điện.
Trợ lực cơ khí. - Theo kết cấu của hệ thống đòn dẫn động lái: + Phù hợp với hệ thống treo phụ thuộc. + Phù hợp với hệ thống treo độc lập. - Theo cách biến đổi kiểu truyền động (phụ thuộc vào kết cấu cơ cấu lái): + Biến chuyển động quay của hệ thống điều khiển thành chuyển động quay của các đòn.
Trục vít – êcu bi. + Biến chuyển động quay của hệ thống điều khiển thành chuyển động tịnh tiến của đòn điều khiển. Bánh răng (trục răng) – thanh răng. Yêu cầu hệ thống lái Hệ thống lái có vai trò duy trì hoặc đổi hướng chuyển động.
Do đó yêu cầu cơ bản đối với hệ thống lái là: - Đảm bảo động học quay vòng đúng - Lực tác dụng lên vành tay lái đảm bảo dễ dàng điều khiển và có cảm giác lái - Đảm bảo khả năng bánh xe dẫn hướng trở lại vị trí chuyển động thẳng khi thôi lực tác dụng lên vành tay láicó cảm giác lái - Đảm bảo khả năng bánh xe dẫn hướng trở lại vị trí chuyển động thẳng khi thôi lực tác dụng lên vành tay láicó cảm giác lái - Đảm bảo khả năng bánh xe dẫn hướng trở lại vị trí chuyển động thẳng khi thôi lực tác dụng lên vành tay lái - Giảm thiểu các va đập từ mặt đường lên vành tay lái làm tay lái rung 1. Cấu tạo các phần tử chủ yếu hệ thống lái 1. Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái a. Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái trên hệ thống treo phụ thuộc.
Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái trên hệ thống treo phụ thuộc. 1: Vành tay lái; 2: Trục lái; 3: Cơ cấu lái; 4: Đòn quay đứng; 5: Đòn kéo dọc; 6:Đòn quay trên; 7,9: Đòn quay bên; 8: Đòn ngang liên kết; 10: Dầm cầu; 11,12: Bánh xe dẫn hướng. 4 Trong trường hợp tổng quát, hệ thống lái gồm có vành lái - trục lái, cơ cấu lái hệ dẫn động lái, bộ phận trợ lực lái, giảm chấn (nếu có). Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái trên hệ thống treo độc lập.
Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái trên hệ thống treo độc lập. 1, 11: Ngõng trục bánh xe; 2: Khớp cầu trên; 3, 12, 13, 14, 15: Đòn dẫn động lái (Hình thang lái); 4: Giá đỡ trục quay phụ; 5, 9: Giá đỡ hệ thống lái; 6: Cơ cấu lái; 7: Trục lái; 8: Vành lái; 10: Đầu nối đòn dẫn động. Trên hệ thống treo độc lập hai bên bánh xe dịch chuyển độc lập nhau, do vậy dẫn động lái phải đảm bảo không ảnh hưởng đến khả năng dịch chuyển của hệ thống treo đồng thời vẫn đảm bảo chuyển hướng được các bánh xe dẫn hướng ở hai bên trên cầu trước. Để thoả mãn điều này, dẫn động lái trên hệ thống treo độc lập sử dụng các loại đòn chia cắt, về mặt nguyên tắc các đòn dẫn động đều thoả mãn quan hệ động học Ackerman và vẫn có hình dáng cơ bản là hình thang lái Đantô.
Cấu tạo các phần tử hệ thống lái A. Vành tay lái và trục lái: Vành ta y lái có nhiệm vụ tạo ra mômen điều khiển tác động lên hệ thống lái. Mômen điều khiển này có giá trị bằng lực người lái tác động nhân với bán kính vành lái. Trục lái có nhiệm vụ truyền mômen điều khiển từ vành lái đến cơ cấu lái.
5 Trên vành tay lái và trục lái thường bố trí các thiết bị điều khiển phục vụ quá trình điều khiển, sử dụng ô tô như: còi, công tắc điện điều khiển đèn, gạt nước mưa. Vành tay lái và trục lái. 1: Vành tay lái; 2: Ống trượt trục lái; 3: Trục lái; 4: Cơ cấu trượt trục lái Trục lái thường có hai loại: Trục lái có thể thay đổi góc nghiêng và trục lái không thay đổi được góc nghiêng. + Trục lái có thể thay đổi góc nghiêng: Giúp cho lái xe điều chỉnh góc vô lăng so với phương thẳng đứng tùy theo khổ người và sở thích của lái xe.
+ Trục lái không thay đổi được góc nghiêng (trục lái trượt): Giúp cho lái xe dịch chuyển vô lăng theo phương dọc trục tùy theo khổ người và sở thích của lái xe. Cơ cấu lái: Chuyển đổi mômen lái và góc quay từ vô lăng truyền tới bánh xe thông qua thanh dẫn động lái và xe quay vòng. Cơ cấu lái được bắt chặt với thân xe Các loại cơ cấu lái thường được sử dụng: - Cơ cấu lái trục vít chốt quay: Cơ cấu lái trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trước. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái, giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi.
6 Cơ cấu lái trục vít chốt quay có 2 loại: + Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay. + Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay. Cơ cấu lái trục vít chốt quay. - Cơ cấu lái trục vít con lăn: Trên các loại xe trước kia, cơ cấu lái này thường được dùng rộng rãi trên các loại ô tô với những ưu điểm: cho tỷ số truyền lớn, kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa, dễ bảo dưỡng sửa chữa giá thành thấp.
Nhược điểm là khó khăn cho việc bố trí trợ lực lái. Cấu tạo cơ cấu lái trục vít con lăn. 1,5: Ổ bi đỡ trục vít; 2: Trục vít; 3: Ốc đổ dầu; 4: vỏ cơ cấu lái 6: Trục con lăn; 7: Ổ bi kim; 8: Con lăn; 9: Trục bị động 10: Đòn quay đứng; 11:Khớp cầu liên kết đòn quay đứng với đòn kéo dọc 12: Gíá đỡ cơ cấu lái; 13: Đệm điều chỉnh độ dơ trục vít; 14: Nắp đậy; 15,16: Đai ốc và đệm điều chỉnh độ dơ trục bị động 7 - Cơ cấu lái trục vít– êcubi – thanh răng – cung răng: Trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn, trục vít quanh tâm và êcu bi ôm ngoài trục vít thông qua các viên bi ăn khớp tạo nên bộ truyền trục vít – êcu bên ngoài êcu có các răng dạng thanh răng, trục bị động mang theo cung răng ăn khớp với thanh răng tạo thành bộ truyền thanh răng bánh răng.Trục vít đóng vai trò chủ động và cung răng đóng vai trò bị động. Cấu tạo cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng 1: Cung răng và trục bị động; 2,13,19: Vòng làm kín; 3: Ổ thanh lăn kim;4,12,14: Nắp; 5: Đai ốc hãm; 6: Vít điều chỉnh; 7: Ốc xả dầu; 8: Đai ốc điều chỉnh; 9: Tấm chặn; 10: Bulông; 11: Chốt của đai ốc;15: Ổ bi; 16: Vỏ cơ cấu lái; 17: Trục vít; 18: Nút đổ dầu; 20: đai ốc thanh răng.
Cơ cấu trục vít – thanh răng : Thay đổi chuyển động quay của vôlăng thành chuyển động sang trái hay phải của thanh răng. Ưu điểm: + Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ. + Do hộp truyền động nhỏ nên thanh răng đóng vai trò thanh dẫn động lái. + Các răng ăn khớp trực tiếp nên độ nhạy của cơ cấu lái rất chắc chắn.
+ Ít quay trượt và ít sức cản quay, và truyền mômen tốt nên lái nhẹ. 8 + Cụm cơ cấu lái hoàn toàn kín nên không cần phải bảo dưỡng.Cơ cấu trục vít – thanh răng. 1 Vôlăng; 2 Trục lái chính và ống trục lái; 3 Cơ cấu lái; 4 Vỏ thanh răng; 5 Trục vít;6 Thanh răng C. Hệ dẫn động lái: Hệ dẫn động lái đảm nhận chức năng nhận chuyển động từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hướng, đảm bảo quan hệ giữa các góc quay của bánh xe dẫn hướng khi thực hiện quay vòng để không xẩy ra sự trượt bên ở tất cả các bánh xe đồng thời tạo nên liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng.
- Hệ thống dẫn động lái trên hệ thống treo phụ thuộc. Sơ đồ hình thang lái trên hệ thống treo phụ thuộc. 9 - Hệ dẫn động lái trên hệ thống treo độc lập. Sơ đồ hình thang lái trên hệ thống treo độc lập.
1: Đòn quay; 2: Đòn đỡ; 3: Thanh lái; 4: Thanh ngang Bộ phận quan trọng 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 bị mòn. Ngoài ra kết cấu của hình thang lái còn phải phù hợp với bộ 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. Các mối ghép của dẫn động lái: Để giảm trọng lượng và tiết kiệm nguyên vật liệu chế tạo, các đòn dẫn động lái thường được làm rỗng. Các khớp liên kết trong dẫn động lái đều là khớp cầu, đảm bảo khả năng tự lựa, không có khoảng hở.
Kết cấu liên kết đòn dẫn động ngang và cụm khớp cầu 1.