Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1. Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống lái - Hệ thống lái là hệ thống giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động của ô tô đi thẳng lùi, rẽ trái, rẽ phải theo tác động của người cầm vô lăng xe. - Các bô phận chính của hệ thống lái: Cơ cấu lái (hộp số), vô lăng, trục lái, dẫn dộng lái, trợ lực lái. + Cơ cấu lái (hộp số), vô lăng, trục lái: Truyền mô men do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.
+ Truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và đảm bảo dọng học quay vòng đúng. + Trợ lực lái: Dùng để giảm nhẹ lực quay của người lái. Công dụng hệ thống lái - Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ô tô khi cần thiết. - Muốn quay vòng ô tô phải có mô men quay vòng mô men này có thể phát sinh nhờ các phản lực bên khi quay vòng hướng dẫn.
Yêu cầu hệ thống lái - Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ô tô là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau: + Đảm bảo tính năng vận hành cao của ô tô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé. + Lái nhẹ có nghĩa là lực cần thiết quay vành tay lái phải nhỏ. 3 + Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khi quay vòng.
+ Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng. + Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái. + Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái. + Giữ chuyển động thẳng ổn định.
+ Hệ thống lái phải bố trí thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa. Phân loại hệ thống lái 1. Theo cách bố trí vô lăng Căn cứ vào luật pháp của đất nước quy định đi bên trái hay bên phải.2: Ảnh minh họa vị trí đặt vô lăng. + Hệ thống lái với bố trí bên trái.
+ Hệ thống lái với bố trí bên phải. Theo số lượng bánh xe hướng dẫn + 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 chia ra các loại - Gồm 5 loại + Trục vít – bánh vít. 4 + Trục vít – chốt quay. + Bánh răng –thanh răng. Theo kết cấu của bộ trợ lực chia ra - Gồm 4 loại: + Trợ lực điện.
+ Trợ lực khí. + Trợ lực thủy lực. + Trợ lục cơ khí. Kết cấu chung của hệ thống lái Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái ô tô.
1- Vành lái; 2- Trục lái; 3- Cơ cấu lái; 4- Đòn quay đứng; 5- Đòn kéo dọc; 6- Đòn quay ngang; 7- Trục xoay đứng; 8- Đòn bên; 9- Đòn ngang; 10- Dầm cầu; 11- Trục quay bánh xe; 12- Bánh xe. Kết cấu các dạng cơ cấu lái 1. Cơ cấu lái với trục vít – bánh vít Cấu tạo gồm: - Trục vít và bánh vít (bánh răng nghiêng) kết nối phối hợp với nhau dưới sự ăn khớp của ren trục vít và răng của bánh vít tạo nên.4: Cơ cấu lái trục vít bánh vít. 1- Ổ bi; 2- Trục vít ; 3- Bánh vít (Loại nằm nghiêng); 4- Vỏ.
- Ưu điểm: + Tỉ số truyền lớn. + Có thể tự hãm lại. + Làm việc êm, không gây tiếng ồn. - Nhược điểm: + Hiệu suất làm việc thấp, sinh nhiệt nhiều (do trượt dọc răng).
+ Tốn chi phí vì sử dụng vật liệu giảm ma sát để tạo bánh vít. + Lắp ghép yêu cầu độ chính xác cao. - Phạm vi sử dụng: + Truyền trong công suất nhỏ P ≤ 50: 60 (Kw). + Tỉ số truyền trong khoảng 20: 60 có khi có thể lên đến 100.
- Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít – bánh vít không đổi và xác định theo công thức: 2𝜋 𝑅0 𝑖𝜔 = (1.1) 𝑡𝑍𝑡 Trong đó: 𝑅0 - Bán kính vòng lăn của cung răng. 𝑍𝑡 - Số mối ren trục vít. Góc nâng của đường ren vít thường từ 8 ÷ 12º. 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. Cơ cấu lái với cơ cấu trục vít – con lăn - Ưu điểm: + Kết cấu gọn nhẹ. + Độ bền, hiệu suất cao (được thay từ ma sát trượt xang ma sát lăn). + Ứng suất nhỏ do có con lăn có nhiều ren và trục vít tiếp xúc với nhau.
+ Dễ điều chỉnh các khe hở giữa các bộ phận liên kết trong hộp lái.5: Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành. 1- Trục đòn quay đứng; 2- Trục vít; 3- Đệm điều chỉnh; 4-Đệm điều chỉnh. 5- Nắp trên; 6- Con lăn; 7- Vít điều chỉnh; 8-Trục con lăn. - Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thức sau: 2𝜋𝑅𝑘 2𝜋𝑅0 𝑅𝑘 𝑅 𝑖𝜔 = = = 𝑖𝜔0 𝑘 (1.2) 𝑡𝑍𝑡 𝑡𝑍𝑡 𝑅0 𝑅0 Trong đó: t - Bước của trục vít.
𝑍𝑡 - Số đường ren trục vít. 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 𝑖𝜔 = const. Cơ cấu lái với cơ cấu trục vít - chốt quay - Ưu điểm: + Kết cấu gọn gàng. + Làm việc với hiệu suất cao.
+ Chế tạo đơn giản nên giá thành rẻ trên thị trường. 7 - Nhược điểm: + Điều khiển yêu cầu lục rất lớn. + Không thể sử dụng được với hệ thống treo. + Hiệu suất nghịch rất lớn, nhạy cảm với va đập do ma sát nhỏ.6: Cơ cấu lái trục vít - chốt quay.
- Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức: 2𝜋𝑅 𝑖𝜔 = 𝑐𝑜𝑠 𝜑 (1.3) 𝑡 Trong đó: 𝜑 - Góc quay của đòn quay đứng. R - 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 ô tô tải và khách.
Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng. Cơ cấu lái với cơ cấu liên hợp - Ưu điểm: + Hộp số lái có kết cấu đơn giản không phức tạp. + Tiết kiệm chi phí, dễ dàng sản suất. + Độ chính xác cao dễ dàng vận hành.
+ Giảm chấn động bến trong được duy trì hơn. + Có độ đàn hồi tối thiểu nhỏ gọn thường dùng cho động cơ phía trước. + Không cần tay lái và thanh trung gian. + Dễ dàng hạn chế hành trình của giá lái và góc lái.
8 - Nhược điểm: + Về cơ học không có mặt lợi thế. + Lực lái bị mất do mát sát. + Các vấn đề của thanh răng bánh răng sẽ làm mài mòn và phản ứng ngược.7: 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-Vỏ cơ cấu lái; 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; 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.
9 - Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái loại này không đổi và xác định theo công thức: 2 R 2 i t (1.4) Trong đó: 𝑅2 - Bán kính chia cung răng. t - Bước răng trục vít. Cơ cấu lái với cơ cấu bánh răng - thanh răng - Ưu điểm: + Hiệu suất cao, giá thành rẻ, chế tạo đơn giản. - Nhược điểm: + Điều khiển cần một lực lớn.
+ Không thể sử dụng với hệ thống treo. + Hiệu suất nghịch cao, nhạy cảm với va đạp do ma sát.8: 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; 6- Lò xo; 7- Dẫn hướng thanh răng. Kết cấu các dạng dẫn động lái (trợ lực) 1.
Hệ thống lái có trợ lực thủy lực - Cấu tạo: Hệ thống lái sử dụng công suất động cơ để dẫn động cho bơm trợ lực tạo ra áp suất. Khi xoay vô lăng sẽ chuyển mạch một đường dẫn dầu tại van điều khiển. Nhờ áp suất dầu này mà píttông trong xilanh trợ lực được đẩy đi và làm quay bánh xe dẫn hướng. 10 Do vậy, nhờ áp suất dầu thuỷ lực mà lực đánh lái vô lăng sẽ giảm đi và không phải quay tay lái quá nhiều.
Do yêu cầu của hệ thống phải tuyệt đối kín nên bạn cần định kỳ kiểm tra sự rò rỉ dầu để đảm bảo rằng hệ thống lái làm việc hiệu quả và an toàn.9: Hệ thống lái trợ lực thủy lực. 1- Bình chứa; 2- Bơm trợ lực lái; 3- Van điều khiển; 4- Hộp cơ cấu lái; 5- Xi lanh trợ lái. * Các chi tiết chính của hệ thống - Bơm trợ lực lái Hầu hết sử dụng loại bơm cánh gạt để làm bơm trợ lực vì loại này có ưu điểm kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, phù hợp với hệ thống thuỷ lực yêu cầu áp suất không lớn. Bơm được dẫn động nhờ trục khuỷu của động cơ qua puly lắp ở đầu bơm để đưa dầu nén vào hộp cơ cầu lái.