Tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống thủy lực trợ lực tay lái cho phương tiện giao thông.

- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG THỦY LỰC TRỢ LỰC TAY LÁICHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNGHÀ NỘI - 2015BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOĐỖ ĐẮC HOÀNGLUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬTCHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰCNGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:TS.
- Tổng quan về hệ thống lái 01 1.1.
- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống lái 03 1.3.
- Các bộ phận chính của hệ thống lái 04 1.4.
- Các thông số cơ bản của hệ thống lái 11 Chương II.
- Một số hệ thống lái thông dụng 25 2.1.
- Hệ thống lái cơ khí thông thường không trợ lực 25 2.2.
- Hệ thống lái có trợ lực không điều khiển điện tử 27 2.3.
- Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 33 Chương III.
- Tính toán thiết kế trợ lực lái 40 3.1.
- Nguyên lý trợ lực 40 3.2.
- Tính toán động lực học hệ thống lái 52 3.4.
- Đánh giá động lực học quay vòng ô tô 66 4.1.
- Phương trình quay vòng ô tô hai cầu 66 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Mục lục 4.2.
- Đánh giá động lực học quay vòng động của xe ô tô hai cầu (Tính điều khiển tĩnh) 70 4.3.
- Đánh giá động lực học quay vòng động của xe ô tô hai cầu (Tính điều khiển động) 83 Chương V.
- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TT Tên danh nghĩa Ký hiệu Đơn vị đo 1 Tải trọng xe G N 2 Trọng lượng bản thân xe G0 N 3 Trọng lượng toàn bộ xe GT N 4 Phân cho cầu trước G1 N 5 Phân cho cầu sau G2 N 6 Ký hiệu lốp B x d inch 7 Chiều dài cơ sở L0 mm 8 Chiều rộng cơ sở B mm 9 Chiều rộng vết trước BT mm 10 Chiều rộng vết sau BS mm 11 Chiều cao của xe H mm 12 Chiều dài toàn bộ ∑L mm 13 Chiều dài trục lái LTl mm 14 Bán kính vành tay lái Rl mm 19 Vận tốc max Vmax Km/h 20 Mô men cản quay vòng của bánh xe Mc 21 Mô men lái Ml 22 23 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Danh mục bảng biểu và hình vẽ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH VẼ Danh mục Trang Hình 1-1: Các phương pháp quay vòng xe cơ giới 01 Hình 1-2: Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái 03 Hình 1-3: Cấu tạo chung của trục lái 04 Hình 1-4: Hộp số lái kiểu trục vít – cung răng 05 Hình 1-5: Hộp số lái kiểu trục vít con lăn 06 Hình 1-6: Hộp số lái kiểu trục vít đòn lắc 07 Hình 1-7: Hộp số lái kiểu trục vít – ê cu – bi – cung răng 07 Hình 1-8: Hộp số lái bánh răng – thanh răng 08 Hình 1-9: Cấu tạo hình thang lái điển hình 09 Hình 1-10: Kết cấu thanh nối bên 10 Hình 1-11: Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang 12 Hình 1-12: Các giai đoạn của quá trình quay vòng 13 Hình 1-14: Sơ đồ động học xe ô tô 14 Hình 1-15: Các yếu tố góc đặt bánh xe 15 Hình 1-16: Góc Camper 16 Hình 1-18: Tác dụng của góc Camper dương 17 Hình 1-19: ác dụng của góc Camper âm 18 Hình 1-20: Góc Caster và khoảng Caster 19 Hình 1 - 21: Góc caster dương và âm 19 Hình 1 - 22: Ổn định chạy trên đường thẳng nhờ có khoảng caster 20 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Danh mục bảng biểu và hình vẽ Hình 1 - 23: Hồi vị bánh xe nhờ khoảng caster 20 Hình 1 - 24: Góc kingpin 21 Hình 1 - 25: Giảm lực đánh lái 22 Hình 1 - 26: Giảm phản hồi và kéo lệch sang một phía 22 Hình 1 - 27: Độ chụm độ choãi 23 Hình 1 - 28: Góc quay vòng 24 Hình 2 - 1: Hệ thống lái cơ học loại trục vít – bánh vít 25 Hình 2 - 2: Hệ thống lái cơ học loại thanh răng – bánh răng 26 Hình 2 - 3: Hệ thống lái có trợ lực 27 Hình 2 - 4: Bộ trợ lực lái loại khí 28 Hình 2 - 5: Hệ thống lái trợ lực thủy lực 29 Hình 2 - 6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng xoắn - thanh răng 30 Hình 2 - 7: Cấu tạo bộ trợ lực 31 Hình 2 - 8: Cấu tạo bơm trợ lực cánh gạt 32 Hình 2 - 9: Sơ đồ nguyên lý bơm trợ lực cánh gạt 33 Hình 2 - 10: Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 34 Hình 2 - 11: Sơ đồ bộ trợ lực lái điều khiển điện tử 34 Hình 2 - 12: Bộ trợ lực điện 35 Hình 2 - 13: Các chi tiết của bộ trợ lực lái 36 Hình 2 - 14: Đồ thi thể hiện sự thay đổi tỷ số truyền 37 Hình 2 - 15: Vết của các bánh xe ở hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 38 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Danh mục bảng biểu và hình vẽ Hình 2 - 16: Vết của các bánh xe ở hệ thống lái không có điều khiển bằng điện tử 38 Hình 3-1: Tổng quan hệ thống lái có trợ lực.
- 40 Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cánh gạt.
- 41 Hình 3-3: Cơ cấu lái hệ thống trợ lực 42 Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian.
- 43 Hình 3-5: Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.
- 44 Hình 3-6: Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái 45 Hình 3-7: Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái 45 Hình 3-8: Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm tách biệt với xilanh lực 46 Hình 3-9: Bộ cường hóa bố trí van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, xilanh lực nằm ở trên hình thang lái 47 Hình 3-10: Cơ cấu trợ lực lái kết hợp đòn kéo ngang.
- 47 Hình 3-11: Van điều khiển kiểu quay 48 Hình 3-12: Mạch điều khiển thuỷ lực của van quay 49 Hình 3-12: Sơ đồ điều khiển dạng van cánh 50 Hình 3-13: Van điều khiển kiểu ống 51 Hình 3-14: Sơ đồ mạch điều khiển thuỷ lực kiểu van ống 52 Hình 3-15: Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng 54 Hình 3-16: Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi xe quay vòng 55 Hình 4 - 1: Mô hình tính toán động lực học cho ô tô 67 Hình 4 - 2: Mô hình hệ thống lái 69 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Danh mục bảng biểu và hình vẽ Hình 4 - 3: Mô hình phẳng một vệt của ô tô 71 Hình 4 - 5: Đồ thị đặc tính tốc độ vận tốc góc quay thân xe 77 Hình 4 - 6: Đồ thị đặc tính tốc độ của góc lệch bên 79 Hình 4 - 7: Đồ thị đặc tính tốc độ của gia tốc bên 80 Hình 4 - 1: Đường Đặc tính tốc độ của (1/s)/rad 81 Hình 4 - 2: Đường Đặc tính tốc độ của rad/rad 82 Hình 4 - 3: Đường Đặc tính tốc độ của [(m/s2)/rad] 82 Hình 4 - 11: Thời gian quá độ và thời gian lên 88 Hình 4 - 12: Độ quá điều chỉnh 89 Hình 4 - 13: Đặc tính quá độ của vận tốc góc quay thân xe 90 Hình 4 -14: Đặc tính quá độ của góc lệch hướng chuyển động 91 Hình 4 - 15: Đặc tính quá độ của gia tốc bên 92 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ô tô là một phương tiện giao thông đang dần dần phổ biến ở nước ta.
- Với sự tăng trưởng tốc độ và mật độ chuyển động của ô tô ngày nay đòi hỏi ô tô phải đảm bảo tính điều khiển ở mức độ cao.
- Nhằm đảm bảo tính an toàn khi chuyển động của xe, hạn chế tối đa tai nạn giao thông xảy ra.
- Hệ thống lái là một trong những hệ thống hết sức quan trong trên ô tô.
- Nó quyết định tới tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô.
- Để giảm sự mệt mỏi cho người lái, hệ thống trợ lực lái ra đời và phát triển không ngừng, và cho đến nay, hệ thống trợ lực lái là một trong những hệ thống đương nhiên phải có trên các phương tiện giao thông hiện đại.
- Đề tài “Tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống thủy lực trợ lực tay lái cho phương tiện giao thông” Với mục đích xem xét, tính toán và đánh giá hệ thống thủy lực trợ lực cùng với đánh giá động lực học ô tô khi quay vòng.
- Từ đó đưa ra những lời khuyên để đảm bảo quỹ đạo chuyển động và ổn định cho xe khi chuyển hướng.
- Nội dung đề tài : Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Trình bày về nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của một hệ thống lái.
- Đưa ra một số bộ phận chính và các thông số cơ bản của hệ thống lái.
- Chương II: Một số hệ thống lái thông dụng Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động một số hệ thống lái cũng như từng bộ phận của hệ thống lái đó.
- Hệ thống lái thuần túy cơ khí, hệ thống lái có trợ lực và hệ thống lái trợ lực có điều khiển.
- Chương III: Tính toán thiết kế trợ lực lái: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lời nói đầu Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đưa ra lựa chọn một mô hình thích hợp của hệ thống trợ lực tay lái, từ đó tính toán các phần tử thủy lực trong hệ thống.
- Chương IV: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô Xây dựng phương trình động lực học khi xe quay vòng, xác định các hàm truyền cho các tham số chuyển vị của xe.
- Kết hợp với việc lập trình trên phần mềm Matlab để đánh giá động lực học quay vòng tĩnh và động của ô tô.
- Hà nội, Tháng 2 năm 2015 Học viên thực hiện Đỗ Đắc Hoàng Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Trang 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI.
- Nhiệm vụ Hệ thống lái dùng để giữ đúng hướng chuyển động hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô khi cần thiết.
- Có thể thay đổi hướng chuyển động bằng cách.
- Thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng (hình1-1(a.
- Phương pháp quay các bánh xe dẫn hướng để quay vòng xe cơ giới được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.
- Phương pháp thay đổi hướng momen ở các bánh xe chủ động thường áp dụng cho các loại xe cơ giới bánh xích.
- Đối với xe bánh xích, có thể kết hợp việc truyền momen khác nhau đến các bánh chủ động ở hai bên của xe với việc hãm các bánh xe phía gần tâm quay vòng để quay vòng trên diện tích rất nhỏ, thậm chí có thể quay vòng xe tại chỗ.
- Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì hệ thống lái là hệ thống quan trọng nhất.
- Hình 1 - 1: Các phương pháp quay vòng xe cơ giới 1.1.2.
- Yêu cầu của hệ thống lái Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau.
- Đảm bảo cho xe quay vòng ngoặt, trong thời gian ngắn, trên diện tích bé.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng tránh trượt lê gây mòn lốp.
- Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Trang 2 + Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng thì cần đặt lực lên vành tay lái nhỏ hơn khi xe đi vào đường vòng.
- Hệ thống lái phải có khả năng ngăn được các va đập của các bánh xe dẫn hướng lên các vành tay lái + Hệ thống lái không được có độ dơ lớn.
- Giữ cho xe chuyển động thẳng ổn định + Đặt cơ cấu lái lên phần được treo của ô tô (để kết cấu của hệ thống treo không ảnh hưởng đến cơ cấu lái), cấu tạo đơn giản điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi.
- Với hệ thống lái có trợ lực: Khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn có thể điều khiển được xe.
- Phân loại hệ thống lái a) Phân loại theo cách bố trí cơ cấu lái + Loại cơ cấu lái đặt bên trái (dùng cho các nước có luật giao thông qui định chiều chuyển động là bên phải, đại đa số các nước có luật giao thông đi bên phải.
- Loại cơ cấu lái đặt bên phải (dùng cho các nước có luật giao thông qui định chiều chuyển động là bên trái).
- b) Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái + Loại trục vít- bánh vít (với cung răng con lăn và trục vít.
- Loại trục vít đòn lắc.
- Loại liên hợp (trục vít - ê cu - cung răng.
- Loại bánh răng - thanh răng c) Theo số bánh dẫn hướng + Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước.
- Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu sau.
- Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu.
- Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Trang 3 d) Theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực lái.
- Loại trợ lực lái thủy lực.
- Loại trợ lực lái loại khí (khí nén hoặc chân không.
- Loại trợ lực lái cơ khí.
- Loại trợ lực lái dùng điện.
- Ngoài ra hệ thống lái còn được phân ra: Hệ thống lái có trợ lực và hệ thống lái không trợ lực.
- Trong hệ thống lái có trợ lực lại được phân ra hệ thống lái trợ lực không có điều khiển và hệ thống lái trợ lực có điều khiển điện tử.
- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống lái 1.2.1.
- Cấu tạo Hình 1 - 2: Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái 1.Vành tay lái (vô lăng) 6.Trụ đứng(chốt chuyển hướng) 2.Trục lái 7.Đòn quay (cam quay) 3.Ống bọc trục lái 8.Thanh bên của hình thang lái 4.Cơ cấu lái 9.Khớp cầu nối 5.Tay biên 10.Đòn ngang (thanh ngang) 11.Đòn kéo dọc Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Trang 4 1.2.2.
- Nguyên lý hoạt động Vành tay lái có dạng hình tròn, lực của người lái tác dụng lên vành tay lái tạo ra mô men quay để hệ thống lái làm việc.
- Trục lái thường là một đòn dài (có thể rỗng hoặc đặc) để truyền mô men quay từ vành tay lái tới cơ cấu lái.
- Cơ cấu lái có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn của vành tay lái thành chuyển động lắc của tay biên trong mặt phẳng thẳng đứng và đảm bảo tỉ số truyền theo yêu cầu cần thiết.
- Cơ cấu lái được bắt chặt lên xà dọc (phần được treo của ô tô).
- Dẫn động lái có nhiệm vụ truyền chuyển động từ cơ cấu lái xuống bánh xe dẫn hướng đảm bảo tỷ số truyền nhất định và chủ yếu giữ được động học quay vòng đúng của ô tô.
- Khi người lái quay vô lăng (1) để điều khiển xe, qua cơ cấu lái (4) làm cho tay biên (5) quay một góc thông qua đòn kéo dọc (11) và đòn quay cam (7) làm bánh xe dẫn hướng bên trái dịch chuyển qua các đòn (8, 10) của hình thang lái làm cho bánh xe dẫn hướng bên kia cũng dịch chuyển quanh trụ đứng, lệch phương chuyển động theo ý muốn của người lái.
- Các bộ phận chính của hệ thống lái 1.3.1.
- Trục lái Hình 1 - 3: Cấu tạo chung của trục lái Trục lái bao gồm trục lái chính truyền chuyển động quay của vô lăng tới cơ cấu lái và ống đỡ trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe.
- Đầu phía trên của trục lái chính được làm thon và xẻ hình răng cưa.
- Vô lăng được xiết vào trục lái bằng một đai ốc.
- Trong trục lái có một cơ cấu hấp thụ va đập.
- Cơ cấu này sẽ hấp thụ lực đẩy Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Trang 5 tác dụng lên người lái khi xe bị tai nạn.
- Trục lái được gá với thân xe qua một giá đỡ kiểu dễ vỡ do vậy khi xe bị đâm trục lái có thể dễ dàng bị phá sập.
- Đầu dưới của trục lái chính nối với cơ cấu lái bằng khớp mềm hoặc khớp các đăng để giảm thiểu việc truyền chấn động từ mặt đường qua cơ cấu lái lên vô lăng.
- Cùng với cơ cấu hấp thụ va đập, trục lái chính trên một số xe còn có thể có một số kết cấu dùng để khống chế và điều chỉnh hệ thống lái: ví dụ cơ cấu khóa tay lái nghiêng, cơ cấu trượt tay lái.
- Cơ cấu lái 1.3.2.1.
- Chức năng Cơ cấu lái hay còn gọi là hộp số lái có chức năng.
- Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động ngang của dẫn động lái.
- Tăng lực tác động của người lái lên vành tay lái để thực hiện quay vòng xe nhẹ nhàng hơn.
- Cơ cấu lái hoạt động tương tự như một hộp số với hai bộ phận cơ bản được gọi quy ước là trục quay của cơ cấu lái và trục lắc của cơ cấu lái.
- Trục quay là đầu vào của cơ cấu lái, nó trực tiếp liên kết với đầu dưới của trục lái và thực hiện chuyển động quay theo chuyển động của trục lái.
- Một số cơ cấu lái thường dùng Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cặp truyền động trục quay – trục lắc có thể phân biệt các kiểu cơ cấu lái sau: Cơ cấu lái trục vít - cung răng: Hình 1 - 4: Hộp số lái kiểu trục vít - cung răng 1-Trục vít 2-Cung răng 3- Trục lắc Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Trang 6 Loại cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là: Giảm trọng lượng và kích thước so với trục vít - bánh răng.
- Cơ cấu lái kiểu trục vít – con lăn: Trục quay (liên kết với trục lái) của hộp số lái kiểu trục vít - con lăn có cấu tạo giống một trục vít vô tận.
- Trên trục lắc của hộp số lái có một bộ phận gọi là con lăn.
- Con lăn giống một bánh xe có ren phía ngoài.
- Các ren của con lăn ăn khớp với các ren của trục vít.
- Khi trục vít quay, con lăn sẽ quay quanh trục của nó đồng thời chuyển động dịch chuyển dọc theo trục của trục vít.
- Kết quả của các chuyển động đó là chuyển động xoay của trục lắc.
- Hình 1 - 5: Hộp số lái kiểu trục vít - con lăn 1-Trục vít, 2- Con lăn, 3- Đòn chuyển hướng của dẫn động lái Hộp số lái kiểu trục vít - con lăn được sử dụng khá phổ biến hiện nay.
- Ưu điểm của hộp số lái kiểu này là có kết cấu gọn, trục vít và con lăn có độ bền cao do ma sát giữa chúng là ma sát lăn và ứng suất nhỏ nhờ có nhiều ren của con lăn và trục vít tiếp xúc với nhau, hiệu suất cao, dễ điều chỉnh khe hở giữa các bộ phận liên kết trong hộp số lái.
- Cơ cấu lái kiểu trục vít – đòn lắc: Hộp số lái kiểu trục vít - đòn lắc có trục quay của nó hoạt động tương tự như

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt